Energía

ENERGÍA

La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc.

Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera. El ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en las ferrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento. Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural.

Contenido de la página: Introducción Fuentes de energía Consumo de energía Soluciones al problema energético Unidades de energía

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Fuentes de energía
  Figura 7-1 > Fuentes de energía en el mundo en 1991
Combustibles fósiles.- Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas. Han sido los grandes protagonistas del impulso industrial desde la invención de la máquina de vapor hasta nuestros días. De ellos depende la mayor parte de la industria y el transporte en la actualidad. Entre los tres suponen casi el 90% de la energía comercial empleada en el mundo.

Un combustible fósil esta compuesto por los restos de organismos que vivieron hace millones de años. El carbón se formó a partir de plantas terrestres y el petróleo y el gas natural a partir de microorganismos y animales principalmente acuáticos. Son, en definitiva, una acumulación de energía solar, porque las plantas convierten la radiación que viene del sol en biomasa, gracias a la fotosíntesis, y los animales se alimentan de las plantas.
La energía se obtiene al quemar estos productos, proceso en el que se forman grandes cantidades de anhídrido carbónico y otros gases contaminantes que se emiten a la atmósfera.
Estos combustibles han permitido un avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de energía que llamamos no renovables. Esto significa que cantidades que han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente. Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc., simplemente para quemarlo y obtener energía.
Energía nuclear.- Otra de las fuentes de energía no renovable que se estudian en este capítulo es el uranio que se usa en las centrales de energía nuclear. El uso de la energía nuclear tiene importantes repercusiones ambientales. Algunas positivas, por lo poco que contamina, pero algunos de los problemas que tiene son muy importantes. En la opinión pública causó una gran impresión el accidente de Chernobyl y la contaminación radiactiva que se dispersó por medio mundo y, como veremos con detalle, la industria nuclear produce residuos radiactivos muy peligrosos que duran miles de años, cuyo almacenamiento definitivo plantea muy graves problemas.
Energías renovables.- Las fuentes de energía renovables o alternativas no consumen un recurso finito como un combustible fósil o una substancia radiactiva y además, en general, causan menos impactos ambientales negativos. Entre estas energías tenemos:

• Energía hidroeléctrica
• Energía solar
• Energía de la biomasa
• Energía obtenida de los océanos
• Energía geotermal

El principal obstáculo que frena a estas fuentes de energía renovables es el económico, porque normalmente son más caras que los combustibles fósiles o la energía nuclear. Aunque desde otro punto de vista, no es tan claro que las energías tradicionales sean más baratas, porque si incluyéramos el costo que supone limpiar la contaminación que provocan o disminuir sus daños ambientales, el precio de la energía obtenida del petróleo, carbón, gas o uranio, sería bastante más alto del que tienen en el mercado. Lo que sucede es que los estados, por motivos políticos, son los que pagan esos costes indirectos y subvencionan, directa o indirectamente, las energías no renovables. Cuando, a partir de 1973, el precio del petróleo subió, la investigación y el uso de estas fuentes alternativas creció, pero desde que el uso de energía se ha estabilizado en bastantes países desarrollados y el precio de las fuentes clásicas de energía ha bajado, se ha perdido parte del interés por estas energía renovables. Se sigue investigando, sobre todo en aquellos aspectos que las pueden hacer económicamente rentables.

Consumo de energía

Otro tema importante que analizaremos con detalle es la gran diferencia entre la energía consumida en los países desarrollados y en los que están en vías de desarrollo. Con datos de 1991, el 22,6% de la población que vivimos en los países desarrollados consume el 73% de la energía comercial usada en todo el mundo. Esto se traduce en que, de media, cada uno de los habitantes de los países desarrollados usa unas diez veces más energía que una persona de un país no desarrollado. La mitad de la población mundial todavía obtiene la energía principalmente de la madera, el carbón vegetal o el estiércol.
En los países más desarrollados el consumo de energía se ha estabilizado o crece muy poco, gracias a que la usamos cada vez con mayor eficiencia. Pero, como hemos dicho, las cifras de consumo por persona son muy altas. En los países en vías de desarrollo está creciendo el consumo por persona de energía porque, para su progreso, necesitan más y más energía. Para hacer frente a los problemas que hemos citado, los países desarrollados quieren frenar el gasto mundial de petróleo y otros combustibles fósiles, pero los países en vías de desarrollo denuncian que eso frena su desarrollo injustamente.

Soluciones al problema energético

Dos vías de solución parecen especialmente prometedoras para hacer frente a esta importante problemática. Por una parte aprovechar más eficientemente la energía. Por otra acudir a fuentes de energía renovables: solar, eólica, hidráulica, etc.

Unidades de energía La energía se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energía es el julio. Se define como el trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro. En la vida corriente es frecuente usar la caloría. 1 Kcal = 4,186 · 103 julios. Las Calorías con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías (mil calorías). Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 KW durante 1 hora. 1 KW-h = 36·105 J Cuando se estudian los combustibles fósiles como fuente de energía se usan dos unidades tec (tonelada equivalente de carbón): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 · 109 J tep (tonelada equivalente de petróleo): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. 1 tep = 41,84 · 109 J

El Átomo

Todo lo que vemos y tocamos, e incluso mucho de lo que no vemos y no podemos tocar es materia. Nuestro cuerpo, el aire que respiramos, el agua, las mesas del aula, las estrellas más lejanas, todo es materia. A lo largo de los siglos los científicos han intentado conocer de qué está constituida la materia.

                                                                                 

ELÁTOMO

 Es una de las unidades más pequeña de la materia que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos; sin embargo con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas, denominadas partículas subatómicas, que se ubican en una región central del mismo denominada núcleo atómico y una región periférica, los orbitales electrónicos. Se compone de la siguiente manera:

• Núcleo atómico: en el cual se concentra casi toda su masa. Se conforma de neutrones y protones, donde los neutrones son neutros y los protones positivos, hablando eléctricamente.

- Orbital, que es un área que rodea el núcleo donde hay una alta posibilidad de encontrar electrones (eléctricamente negativos). Cabe destacar que no son órbitas, de modo que las órbitas son recorridos definidos.

Conceptos relacionados


Hay diferentes clases de átomos, estas diferencias son debidas al número de protones en el núcleo  y por esto se los clasifica en la tabla periódica de los elementos, como "elementos químicos. Ejemplo: hidrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Los átomos tienen símbolos convencionales, ejemplo: H para el hidrógeno, O para el oxígeno, C para el carbono, etc.

Los Isótopos son un grupo de átomos que presentan igual número atómico (Z) pero distinto numero másico (A). Los isobaros son aquellos átomos que presentan distinto número atómico (Z) pero presentan igual número masico (A). Los átomos isoelectrónicos son aquellos que presentan distinto numero atómico y másico pero presentan igual cantidad de electrones, en esta serie se pueden encontrar los cationes y aniones como átomos neutros. Los átomos se unen entre si por los orbitales (compartiendo electrones) para formar moléculas.


Una división que se hace para su estudio es ¨metales y no metales. Los metales tienen tendencia a perder electrones de su última capa y forman iones positivos (cationes); con el oxígeno fornan óxidos y con el agua álcalis y los no metales aceptan electrones en su última capa u orbital y forman iones negativos, con el oxígeno forman anhídridos y con el agua ácidos.

Estructura

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

Núcleo atómico

El núcleo atómico se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos formas:

• Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón.
• Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27 kg).

Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9,10 × 10–31 kg.

La cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo, es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0.sss

A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ion, una partícula con carga neta diferente de cero.

En la Tabla Periódica


Los átomos también están presentes en la Tabla periódica y clasificados en:

• Metales alcalinos, ej: Sodio Na, Potasio K
• Metales alcalinotérreos, ej: Calcio Ca Magnecio Mg
• Metaloides, ej: Boro B, Silicio SL, Germanio GE.
• No metales, ej: Carbono C, Nitrogeno N, Oxigeno O.
• Metales de transición ej: Escandio SC, Titanio TI, Cromo CR.
• Metales del bloque p ej: Aluminio AL, Galio GA,Indio IN.
• Actínidos, ej: Francio FR, Radio RA, Rutherfordio RF.
• Lantánidos ej:Lantano LA, Cerio CE, Neodinio ND.
• Halógenos , Ej: Cloro Cl ,Bromo Br, fluor F.
• Gases nobles , ej: Helio He, Argón Ar ,Neón Ne.

MODELOS ATÓMICOS