Video de la reactividad de los metales alcalinos

Este video simplemente me encanta, es uno de mis grandes favoritos de todos los tiempos:

Transcrito y traducido por mí:

“Ahora veamos otra reacción de los metales alcalinos, la reacción con agua. Comenzaremos con el litio. El metal flota sobre el agua y reacciona con ella, dando gas hidrógeno.

Ahora para el sodio. El mismo tipo de cosa sucede, aunque la reacción es un poco más vigorosa. Todos los metales alcalinos reaccionan con agua de la misma forma.

Ahora para el potasio. Esta vez verás una llama. El calor otorgado por la reacción se produce tan rápidamente que el gas hidrógeno prende fuego, y se quema con una llama lila.

El siguiente elemento es el rubidio. Esta vez hemos puesto una pantalla de seguridad entre nosotros y la reacción. Puedes ver que las cosas se ponen gradualmente más terroríficas a medida que bajamos en el grupo.

Probemos el cesio, nuestro quinto metal alcalino.”

Nótese el silbido después de la reacción con cesio.

Tomado de Open2.NET

La constante

Cuando cursaba mi primer año de universidad en 2001, el profesor Vergara nos hablaba de que la carrera de Química y Farmacia abarcaba demasiadas cosas; que debía especializarse, porque el farmacéutico que se dedique a la industria no requeriría los mismos conocimientos que el que se dedique, digamos, a la farmacia clínica. Sobre todo porque el conocimiento está en expansión, y hoy en día simplemente no es posible abarcarlo todo. El conocimiento que generan los académicos de todas partes del mundo crecía hasta hace algunos años en forma exponencial. Conversando hace poco con mi primo político el Leo, profesor de física de la USACH (y mi maestro de AFM), me hacía ver que hoy en día, el conocimiento crece en forma de doble exponencial (y = e^(e^t)).

Frente al aumento del conocimiento, se hace necesario modificar las prioridades de lo que es o no es imprescindible saber. Ya Carl Sagan lo decía en El mundo y sus demonios. Es, pues, natural que los alumnos empiecen a cuestionar la utilidad de los distintos cursos. Todos nos desorientamos frente a una diversidad grande. Para muestra, un botón: la gran mayoría de mis compañeros reclamaba ante cursos como p. ej. el de operaciones unitarias, donde el profesor Jaime Sapag disfrutaba enseñándonos a pensar en unidades imperiales (pulgadas, pies, libras, psi, grados Fahrenheit, BTUs, etc.), o los distintos tipos de fittings, el número de Reynolds, las calderas de grandes y pequeños volúmenes de agua, y otro montón de cosas de las que ya no me acuerdo. La queja general era: ¿para qué chu... nos enseñan esta materia? Peor era con el curso de Ciencias Sociales: una isla de humanismo en un mar de ramos científicos. Como decía Huxley en el prólogo a Un mundo feliz (Brave New World), una clavija redonda frente a muchos agujeros cuadrados. Finalmente terminaron por rebautizarlo como "Sociología" y ofrecerlo como ramo electivo; la asistencia a clases era demasiado baja.

Cada área del conocimiento está generando conocimiento nuevo. Cada día aprendemos cosas nuevas. Los periódicos electrónicos publican minuto a minuto (iba a decir diariamente, pero hasta eso se queda corto) lo que sucede en distintas partes del mundo; Internet lo hace posible. El conocimiento, pues, es una variable; ¿cuál es, entonces, la constante de la ecuación? ¿Qué es lo que se debe enseñar siempre, lo que no debe cambiar?

Respuesta: Lo que se ha perdido, lo que siempre dieron por sentado y que en realidad nunca nos enseñaron con profundidad ni en el colegio ni en la universidad... el método científico. Pero resulta que buenas aplicaciones del método científico requieren la aplicación de otra herramienta que, al menos a mi juicio, es precursora lógica del método científico. Me refiero al pensamiento crítico. La primera vez que tuve una aproximación a esto fue cuando en clase de Farmacoquímica, nos hicieron disertar sobre artículos del Journal of Medicinal Chemistry, y el profesor Díaz nos recalcaba que hiciéramos un análisis crítico del artículo. Muchos de nosotros recién veníamos acercándonos al mundo de los artículos científicos; no estábamos para nada familiarizados con la literatura científica, menos aún con algunas de las técnicas que se describían en varios de los artículos que se entregaron. ¿Cómo se suponía que íbamos a hacer un análisis crítico?

Para mi gusto, el profesor tenía razón en pedirnos eso, porque conocer las herramientas requiere un esfuerzo relativamente modesto. Además que dicho esfuerzo nos serviría para aprender mucho. Sin embargo, buscar pifias en la lógica de un artículo científico es un ejercicio al que muchos no nos habíamos enfrentado nunca, y tampoco habíamos recibido la instrucción teórica para enfrentarlo. Y peor, había que responder a esa demanda bajo la presión de obtener una buena nota en un ramo que ya era suficientemente difícil (y uno de los ramos centrales de la carrera de Farmacia), y contra el tiempo, porque había otros muchos ramos que también demandaban nuestra atención.

Es que el pensamiento crítico es una herramienta que debiera enseñarse en la casa, desde nuestros primeros años de vida. Debiera ser reforzada en los colegios. Pero demasiados profesores se quedan como "enseñadores de materia" (como le escuché una vez a don Belfor Aguayo) y no estimulan a los alumnos a pensar ¿y para qué diablos estamos estudiando lo que estamos estudiando?

¿Por qué se le da poca pelota al pensamiento crítico en nuestros colegios? ¿Porque una de las consecuencias es que se cuestiona a las autoridades, a las cuales no les gusta recibir críticas, las cuales se sienten como una amenaza a su poder? ¿Por simple incompetencia? ¿Simple ignorancia? ¿Todas las anteriores?

Me da lata pensar en teorías conspirativas más elaboradas. Por hoy se termina mi alocución.

Creacionismo, evolución y PZ Myers

¿Sabe alguno de mis lectores del debate que hay en los Estados Separados Unidos sobre enseñar en el colegio creacionismo o evolución? Ojo que el creacionismo al que me refiero no tiene nada que ver con el movimiento literario también llamado creacionismo, iniciado por nuestro connotado compatriota Vicente Huidobro ("¿Por qué cantáis a la rosa, oh poetas? / Hacedla florecer en el poema", "El poeta es un pequeño Dios", etc.).

El creacionismo de la tierra joven (Wikipedia en inglés y en español) al que me refiero es la interpretación literal del relato de la creación del mundo que está en la Biblia. Sumando los tiempos de vida de todos los patriarcas mencionados hasta ahora, se calcula la edad de la Tierra en algo más de 5000 años. Así, los creacionistas creen de verdad que Dios creó el mundo en siete días, tal como dice el libro del Génesis, y que después vinieron Adán y Eva, el diluvio universal, etc. ¿Por qué? Porque según los creacionistas, la Biblia dice la verdad literal de las cosas. No yerra.

(Hay otros que dicen ser creacionistas de la tierra antigua. Ellos aceptan la evidencia geológica pero niegan la evolución. Vuelvo sobre la evolución.)

Yo pensaba que en mi pequeño país los únicos cristianos fundamentalistas militantes que había, capaces de creer en el creacionismo, eran los famosos "Valientes de David" (que, por lo visto, a la fecha en que escribo no tienen página web propia). Haciendo una búsqueda en Google, me doy cuenta de que me equivoqué: miren este link y este otro.

Hay una versión un poco más refinada del creacionismo que se llama Diseño Inteligente (DI). Esencialmente, los proponentes de esta idea, dicen que hay cosas que no pueden explicarse mediante la ciencia, por lo tanto, eso es evidencia de diseño por parte de una inteligencia sobrenatural; ahí se ve la mano de Dios en la formación del mundo... (clásico non sequitur).

La cosa es que ambas ideas niegan la teoría de evolución, propuesta por primera vez por Charles Darwin en Sobre el origen de las especies(Wikipedia en inglés y en español). Desafortunadamente para los creacionistas y los del DI, la evolución de los seres vivos basada en la selección natural es un modelo muy sofisticado, que puede ser puesto a prueba en el análisis de fósiles y de ADN de las especies actuales. Gracias a estos análisis el modelo ha sido refinado y completado por el trabajo de muchos científicos. Pero en esencia, el modelo explica satisfactoriamente la realidad y permite hacer predicciones que se verifican en la realidad. Es la base de toda la biología moderna. Por lo mismo, muchos prefieren hablar de la evolución como una ley, como quien dice la ley de gravedad.

El creacionismo y el DI presuponen cosas que han sido reveladas a través de escrituras sagradas. Pensar en que el mundo no tiene mucho más de 5000 años, y que fue creado en 7 días, cuando hay muchas líneas de evidencia experimental que apuntan a que la edad del universo es de entre 10 y 15 mil millones de años (el estudio más reciente la ha calculado en alrededor de 13730 millones de años), nos crea un conflicto: cuando la evidencia experimental está en oposición con la supuesta verdad revelada, ¿con qué nos quedamos? Uno es libre de creer lo que quiera, pero desde hace un tiempo yo elegí dejar de creer. Yo aspiro a saber, es decir, tener por verdadero lo que la evidencia me demuestre que es verdadero. Es decir, soy escéptico.

El problema surge cuando hay grupos en los Estados Unidos que quieren enseñar DI o creacionismo en las clases de ciencia en colegios y universidades. Ambas corrientes basan sus argumentos en premisas que no pueden ser demostrables experimentalmente, por lo tanto no pueden ser consideradas ciencia, y claramente no tienen cabida en una clase donde se enseña ciencia.

Traigo a colación el debate, porque hace poco ocurrió un escándalo que me parece digno de mención. Mis incursiones en la astronomía me han llevado a seguir a Carl Sagan y a Phil Plait, los que son grandes escépticos. Después de leerlos, yo mismo me convertí al escepticismo. Y leyendo a Phil Plait, conocí a su archirrival Paul Zachary (PZ) Myers, con el que siempre se pelea el premio al mejor blog científico. Los dos son rivales, y siempre se tiran bromas pesadas el uno al otro, pero eso es de broma no más, porque queda claro que en el fondo se respetan mucho el uno al otro. Ambos son defensores y popularizadores de la ciencia, y en particular de la evolución, además de ser ateos militantes.

En el último tiempo, Myers había traído a colación la promoción de un documental titulado (y miren el título): Expelled! No Intelligence Allowed, es decir, Expulsados! No se permite inteligencia. Este film está patrocinado por proponentes del DI, y el objetivo del film es denunciar cómo educadores y científicos (esto me merece dudas) son perseguidos por creer que hay evidencia de "diseño". La película afirma que la ciencia no permite disentir del modelo de la evolución de Darwin, y además culpa a dicha teoría de variados males de la sociedad (todo lo cual, de acuerdo con lo que uno ha leído, es falso: si quieres derribar un paradigma, eres libre de intentarlo, pero da argumentos contundentes y razonables. Por otro lado, los males de la sociedad no provienen de los hallazgos de la ciencia por sí mismos, pero sí muchas veces del uso que de ellos se hace).

Hacía rato que Myers venía burlándose en su blog de los productores de la película, sabiendo que en ella se hacía promoción del DI. Los realizadores del documental entrevistaron a Myers y a Richard Dawkins, profesor de Oxford, autor de The God Delusion, otro ateo militante, evolucionista, anti-creacionista y popularizador de la ciencia. También entrevistaron a Peter Atkins, también profesor de Oxford, ateo militante, etc. Sí, el caballero con el que me saqué una foto el año pasado. Un adelanto de la película, donde salen los tres mencionados, subido a YouTube aquí.

La cosa es que hace un par de días hubo un pre-estreno, el cual aparentemente tenía carácter privado, pero invitaron a mucha gente y se hicieron correr más invitaciones por correo electrónico para difundirlo; además fue gratuito. Myers fue. Llevó a su señora, su hija, el pololo, y además invitó a Dawkins y otra gente de la Fundación Richard Dawkins para ver la película. Al entrar a la boletería, se acercó a Myers uno de los realizadores de la película, y le impidió la entrada, amenazándolo con llamar a la policía. Myers fue la única víctima aquí; al resto de su familia y a Dawkins se les permitió entrar.

Myers no tenía intenciones de causar revuelo ahí. No lo ha dicho, pero me imagino que sólo querría ver la película para criticarla por escrito después de verla. Pero después del término de la película había programada una sesión de preguntas y respuestas. De haber estado Myers, éste seguramente habría tomado la palabra, con lo cual la discusión, con toda seguridad, se habría puesto no violenta, pero sí bien densa, con rants de uno y otro lado (me imagino como las reacciones a los comentarios de Francotirador sobre Linux partes 1, 2 y 3). No lo hizo Myers, pero sí lo hizo Dawkins en su nombre, con lo cual lo previsible tuvo lugar de todos modos. Aparentemente los realizadores no reconocieron (!) a Dawkins, porque éste no bloguea, a diferencia de Myers. La reacción de la blogósfera científica estadounidense no se hizo esperar, de hecho Phil Plait fue de los primeros en escribir su comentario apoyando a PZ. La discusión continúa.

En fin... Este es sólo un botón de la situación estadounidense, donde se han ido incluso a batallas legales. Phil Plait ha documentado extensamente el tema en su blog, detallando los estados donde se ha impuesto la enseñanza del creacionismo; el caso más notorio es Texas.

No puedo evitar pensar en qué lejos estamos nosotros de esa realidad. ¿Será que los chilenos somos, en este sentido al menos, más sensatos que los estadounidenses? ¿O es más bien que no se ha planteado el debate? Sobre todo si consideramos que aquí en Chile la presencia católica es mayoritaria, y el Vaticano se ha pronunciado en contra del creacionismo y el DI.

Parece que, después de todo, el catolicismo (al menos en su versión 2008) no hace tan mal.

En el colegio a mí me hicieron poca mención a la teoría de la evolución. Todo lo que recuerdo es unas líneas de mi texto de Ciencias Naturales de 5º ó 6º básico, donde mencionaban que la selección natural de Darwin era el modelo en vigencia, además de mencionar el paso previo propuesto por Lamarck. Tirón de orejas para mi querido Instituto Nacional, donde a los profesores parecía no importarles tanto esa parte de la materia. La profe, cuando estábamos en 4º medio y tenía que pasar ecología y evolución, se embarazó, nadie la reemplazó, y al final no nos pasaron esa materia.

Espero, sinceramente, que el creacionismo y el DI no agarren en Chile. Ambas cosas son, simplemente, ignorancia.

Cosmos de Carl Sagan

Acabo de ver por enésima vez la serie Cosmos de Carl Sagan. Al final, el penúltimo capítulo se pone medio fome, cuando empieza a dar esas aburridas descripciones de los mundos...

Pero el último capítulo (Nº13), es simplemente genial. Cuando, sobre el final, cuenta nada más ni nada menos que... la historia del universo, y luego la historia de la evolución en la Tierra. Y luego nos dice que el destino, la elección última entre la vida y la muerte recae sobre nosotros.

Oh, es simplemente glorioso.

Ya sé cuál será el premio del concurso =)

Sirio A recomienda #3 - El mundo y sus demonios

Hace algún tiempo atrás me encontré, haciendo zapping en internet, con este libro buenísimo (como siempre, el artículo de la Wikipedia en inglés es mejor) del notabilísimo Carl Sagan. El libro se titula en inglés The Demon-Haunted World -- Science as a candle in the dark. Lo tradujeron como El mundo y sus demonios -- La ciencia como luz en la oscuridad.

Este libro fue, digamos, el primer gran golpe a mis viejas creencias en lo sobrenatural (el segundo fue The God Delusion). Hasta hace poco, yo me declaraba cristiano y seguidor de la Nueva Era. Ahora soy un científico escéptico y decididamente no religioso. Y creo que si Dios existe, esconde muy bien su mano.

A veces la postura de Sagan es, para mi gusto, un poco ingenua: "la ciencia se corrige a sí misma". Digamos... que sí, que es verdad, que es lo que sucede en la mayoría de los casos. El problema es que a veces uno ve cada barbaridad escrita en artículos científicos... Pero toda regla que se precie tiene excepciones, y las barbaridades en los artículos científicos, sí, son excepciones a la norma. Un artículo científico puede ser bien complicado de entender, y por lo mismo, de criticar. Tanto es así, que con seguridad, los autores de un trabajo complicado, antes de iniciar la investigación, sabían muy poco en qué se estaban metiendo (experiencia propia). Entonces, después, al publicar, se envía a referees, que son quienes revisan el trabajo, y lo critican. Pero los referees probablemente saben tan poco del tema como los autores al iniciar su investigación. Es responsabilidad del autor clarificar lo más posible el tema, de tal modo que el trabajo sea comprensible, y por lo tanto, criticable.

Me salí un poco del tema. Iba diciendo que la postura de Sagan es un poco ingenua. Ortega y Gasset decía en La rebelión de las masas (libro muy interesante, pero en ocasiones algo denso) que "hablar es exagerar". Ahí sí que estoy 100% de acuerdo. Para comprender algo, hay que simplificar, construir modelos. Los modelos nunca se ajustan 100% a la realidad. Así, pues, es mejor aceptar la postura de Sagan, sabiendo que hay peros.

El libro dedica bastante tiempo a criticar de forma bastante objetiva la creencia en lo sobrenatural. La primera vez que lo leí me sentí mal, porque Sagan fue minando poco a poco todas las viejas esperanzas a las que me aferraba. Yo de verdad albergaba esperanzas en la existencia de la Atlántida y Lemuria. Sobre todo, yo creía de verdad en la astrología. Y no me perdía el horóscopo de la María Luisa Valdovinos, porque a mi juicio, de alguna forma, siempre le achuntaba. Claro, si uno no se mete con detalles, las probabilidades de hacer asociaciones con lo que uno observa aumentan.

Y lo mejor, lo que construye: la visión de la ciencia como método, como forma de pensamiento. Primero, estar abiertos a todas las explicaciones posibles. Asombro ante las novedades, creatividad para proponer explicaciones. Y segundo... el escepticismo más riguroso para separar la verdad del error. Experimentos, mediciones, discusiones, conclusiones.

Una de las cosas que más me gusta del libro es que Sagan hace una crítica respetuosa y objetiva, cosa que no puedo decir de God Delusion. Siento que Dawkins, en The God Delusion se ríe, por momentos, de la religión organizada y no hace una crítica objetiva. Es la misma razón por la cual me cae un poco mal PZ Myers (PZ sí que es pesado, pero su blog Pharyngula a veces dice cosas bien interesantes). No me gusta esa postura. Estoy de acuerdo en que la religión organizada no debiera existir, pero prefiero que la gente lo entienda por las buenas, es decir, por la irracionalidad intrínseca que conlleva y no tomarlo para la chacota. Yo creo que esto es un asunto serio.

Al final del libro, Sagan se acuerda que es estadounidense y declara su amor por su patria. Justificable. Y lo que dice, aún así, es interesante. Otra razón más para admirar a Carl Sagan.

Repito entonces, El mundo y sus demonios, de Carl Sagan. Un libro que, decididamente, vale la pena leer. Sobre todo para los niños, a quienes es más importante instruir en el pensamiento crítico y en el amor a la ciencia. Para mí el libro es muy, pero muy importante, y es por eso que le asigno la estrella más brillante del cielo después del sol, Sirio A.

La termodinámica de la voluntad - parte 2

Aquí continuará el posteo ñoño publicado el lunes. El concurso del nombre del blog sigue abierto. Como era de esperarse, la explicación de Nicolás me hizo reír mucho, y es seria contendora al título de la más ingeniosa.

Volvamos a las ñoñerías.

Iba diciendo que la entropía no tiene una interpretación molecular tan obvia. La energía interna, en ausencia de campos, es la energía total. La entalpía (otra magnitud que no mencioné en el post anterior), a presión constante, se identifica con el calor, lo que se traduce en aumento/descenso de la temperatura, y la teoría cinético-molecular de los gases interpreta la temperatura como movimiento de las moléculas. Pero la entropía queda sin interpretación.

El primero que propuso una interpretación fue un caballero súper habiloso que se llamaba Ludwig Boltzmann. Se dio cuenta de que la entropía era la medida de la probabilidad de un estado del sistema. Como mencioné en el párrafo anterior, a mayor temperatura, mayor agitación de las moléculas. Pues bien, si un cuerpo caliente entra en contacto con otro frío, las moléculas del cuerpo caliente comienzan a golpetear a las del frío. Con lo que las moléculas del cuerpo frío empiezan a moverse. Es mucho más probable que las moléculas del cuerpo caliente golpeen a las del frío que a la inversa. Hasta que se alcanza el equilibrio térmico, que es cuando la probabilidad de que las moléculas de un cuerpo golpeen al otro se hacen iguales. Esto sucede cuando ambos cuerpos alcanzan la misma temperatura. El equilibrio termodinámico corresponde a la distribución más probable de la energía.

Ahora bien, el aumento de la entropía del universo dictado por la segunda ley, también significa un aumento en el número de estados posibles. El evento, en definitiva, que se producirá, será el más probable. Pero de todos modos aumenta el número de estados probables. Y es irrevocable: el tiempo no retrocede, porque si miramos hacia atrás en el tiempo, nos daremos cuenta de que el universo más antiguo tiene menos estados probables. Para que las moléculas de los cuerpos tibios del caso anterior volvieran a ser uno caliente y uno frío, tendríamos que vencer la línea de las probabilidades, lo cual no puede ocurrir. Tal proceso violaría la segunda ley. Se dice que la segunda ley es la "flecha del tiempo".

Ahora aterrizo.

Entonces, tomo el universo a gran escala. El número de estados posibles aumenta. El universo se decide por uno. Pero... ¿y qué pasa si el estado que el universo decide no es el que yo quiero?

Cagué no más po. Perdí peor que en la guerra; no puedo luchar contra la segunda ley.

El libre albedrío de las personas es algo que no tomé en cuenta. Sin embargo, las personas viven en este universo y funcionan de acuerdo con las leyes de la termodinámica. Entonces, también las cuento entre las que otorgan estados posibles.

¿Cuál es la probabilidad de que mañana salga de mi casa, me caiga un objeto contundente (mejor ni pensar en un avión...) y me mate? Probablemente sea la misma de que me encuentre una billetera llena de dinero, o de que Vanessa Noé se enamore de mí.

Hacer proyectos grandes toma trabajo. Uno puede pasarse mucho tiempo planificando... ¿Cuál es la probabilidad de que absolutamente NADIE, que requeteninguno de los involucrados haga algo que uno no quiere, es decir, que salga todo ideal/perfecto? La segunda ley no lo prohíbe, sin embargo, requiere que se den muchas circunstancias que de por sí tienen baja probabilidad, con lo que la probabilidad disminuye más.

Lo que es peor. La segunda ley nos dice que la entropía aumenta, y con ella, el número de estados posibles... de todos los sistemas y entornos que nos imaginemos. Qué es el sistema y qué el entorno es una cuestión puramente potestativa. Entonces, cada vez es más difícil que todo salga "perfecto". Thou shalt not leave everyone happy.

Esto no es una apología al fracaso. Es, simplemente, lo que hay. Lo mejor es que lo enfrentemos de la mejor manera posible, asumiendo que esto es algo con lo que hay que contar, asumir que hay cosas que escapan a la voluntad de uno, y planear siempre rutas alternativas por si algo, o más de algo, falla. O bien diseñar las cosas de modo de reducir las posibilidades de fallo. La termodinámica, pues, de alguna forma, valida el principio de Murphy.

¿No te gustó este post? Lamento contrariarte: vez que intento ser una persona normal, que disfruta del alcohol, del carrete, del baile y de los círculos sociales, me topo con la segunda ley: simplemente no me resulta. Ser ñoño, sí.

La termodinámica de la voluntad - parte 1

Si en tu mente no hay ni un solo rincón ñoño, sugiero que des media vuelta y esperes otro post que lo sea menos. El concurso sigue abierto, si eso es lo que quieres saber. Las explicaciones propuestas más ingeniosas han sido las de Alejandra y DragonTrainer. Aún nadie ha acertado a la explicación exacta... Otra pista: no tiene nada que ver con este post. Y me extraña que nadie haya dado ya con la clave...

Okey. Quedaron advertidos. Me hubiera gustado contar una historia como la teleserie del Francotirador, pero esto es lo que me tocó vivir. Vamos...

La termodinámica es la ciencia que trata sobre el estudio del calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados de la materia. Halló sus primeras aplicaciones en el estudio de las máquinas térmicas, que son las que convierten calor (como el generado por una fogata) en trabajo (p. ej. un tren moviéndose; la máquina de vapor es un triunfo de la termodinámica). Hasta ahí, son puros problemas físicos, pero después llegaron los químicos, y se pusieron a medir temperaturas en reacciones químicas y se dieron cuenta de que los principios de la termodinámica se aplicaban también. Y si la termodinámica media procesos químicos, hasta a los biólogos les interesa. Es decir, la termodinámica es una ciencia transversal.

La termodinámica es un área del conocimiento que queda a medio camino entre la física y la química; es por esto que muchos de los cursos universitarios donde se la enseña se llaman "química física" o "fisicoquímica".

La termodinámica es importante porque es la única rama de la ciencia que predice con exactitud si un determinado proceso es posible o no, en tanto esté en acuerdo con ciertos principios llamados leyes de la termodinámica, que vienen a ser como "las reglas del juego". Si un proceso que nos imaginemos no está de acuerdo con estas leyes, se dice que dicho proceso viola una o más de estas leyes.

Las leyes de la termodinámica son generalizaciones de la experiencia, es decir, combinando múltiples experimentos se extraen estos principios generales comunes.

(No desesperen ante la aridez del tema... Pretendo llevar todo a la vida diaria, pero debo introducirlos.)

Las leyes de la termodinámica pueden enunciarse como sigue (tomado de "Fisicoquímica" de Ira N. Levine, ed. McGraw-Hill, cuarta edición):

Ley cero. Si un cuerpo A tiene una temperatura T, y ese cuerpo está en equilibrio térmico con otro cuerpo B (es decir, tienen la misma temperatura), y el cuerpo B está en equilibrio térmico con otro cuerpo C, el cuerpo C tiene la misma temperatura que el cuerpo A. O sea, como le llamo yo, transitividad de la temperatura. Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando hay entre ellos una pared que conduzca el calor, es decir, los cuerpos intercambian energía térmica.

Comentario para los neófitos: la energía, para estos casos, se expresa como calor o como trabajo. El calor y en trabajo son formas de intercambiar energía. El calor no es sinónimo de temperatura; si una olla con agua está, por decir algo, a 25°C, y la caliento mediante una llama hasta que hierve a 100°C, hay una diferencia de temperaturas. Eso significa que hubo una transferencia de energía, y eso se llama calor. ¿Me explico?

Hasta ahí, relativamente fácil de entender.

Primera ley. En un sistema cerrado, en reposo y sin campos, la variación de la energía total de un proceso es igual a la suma del calor transferido al sistema más el trabajo mecánico que realiza.

Esta historia de la termodinámica partió con las máquinas térmicas. Para que una máquina térmica funcione, debe realizar un proceso cíclico. En una máquina de vapor, el sistema (el agua), recibe calor (antiguamente, de la quema de carbón), hierve (pasa del estado líquido al gaseoso), como gas, al calentarlo se expande, y al expandirse mueve los engranajes que mueven al tren (o barco, o lo que sea... ahí es cuando realiza trabajo). Una vez que se ha movido la máquina, el vapor se enfría, vuelve a contraerse, se condensa y el agua vuelve al estado desde donde partió. Es decir, todo el proceso es un ciclo; de ahí el agua vuelve a calentarse, con lo que el proceso se reanuda.

La importancia de la primera ley es que dice que en una máquina térmica, no puede hacerse más trabajo que el calor que se entrega a la máquina. Como algunos ingeniosos dijeron por ahí, "no se puede ganar".

Segunda ley. Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuente de calor al sistema y la realización, por el sistema, de una cantidad de trabajo equivalente sobre el entorno.

En castellano: no se puede construir una máquina que convierta todo el calor a trabajo; parte del calor siempre se va a arrancar por algún lado y se perderá. Los mismos ingeniosos de los que hablaba arriba han dicho "o sea, ni siquiera se puede empatar". Y las máquinas térmicas no son muy eficientes que digamos. Hay que darse con una piedra en el pecho si uno encuentra una que tenga un 50% de eficiencia. Por eso que ya no se usan. En todo caso, las máquinas modernas tampoco son taaan eficientes. Una máquina 100% eficiente viola la segunda ley.

Aparte que quemar carbón contamina más que la CSM...

No quiero decir con esto que estemos condenados a perder. Me pasearé por la entropía.

De la formulación de la segunda ley sale un concepto que se llama entropía (S). Se definió como dS = dq/T... donde q es el calor y T es la temperatura, pero no quiero ahondar demasiado (las d son diferenciales). Este concepto dio pie a otras magnitudes, cuyas implicancias sentaron las bases de la química moderna, especialmente lo que se llama equilibrio químico. A partir de las mediciones de presión, temperatura, y volumen, calculo calor y trabajo, y con ellos calculo la entropía del sistema, del entorno y del universo. Un cuerpo en estudio se llama un sistema. Lo que lo rodea, es el entorno. El conjunto de los dos, se llama el universo (que en este caso no es la totalidad del cosmos, sino sólo la suma del sistema y el entorno).

Al poner en expresiones matemáticas la segunda ley, se sigue que en cualquier proceso que siga el conjunto sistema + entorno, la entropía del universo (sistema + entorno) o bien permanece tal cual, con lo cual el proceso se dice que es reversible, o aumenta, con lo que se dice que el proceso es irreversible. En ningún caso la entropía del universo puede disminuir. Esto último es considerado como un enunciado alternativo de la segunda ley. Si bien la segunda ley no lo prohíbe, la probabilidad de que la entropía del universo permanezca tal cual es absolutamente despreciable. Tomen nota. Esto es importante para lo que quiero decir.

Tercera ley. En cualquier proceso isotérmico que implique sustancias puras solamente, cada una de ellas en equilibrio interno, la variación de entropía tiende a cero cuando la temperatura tiende a cero.

No la comentaré, porque no vale la pena aquí. No he hablado del cálculo de las propiedades termodinámicas. No es el objetivo del post. Era sólo para decir que las leyes de la termodinámica son cuatro, a saber, las leyes 0, 1, 2 y 3.

Volveré sobre la segunda ley. La entropía es un concepto relativamente fácil de manejar matemáticamente, pero es complicado de interpretar en términos moleculares. Aquí escapamos de la termodinámica y nos metemos en la escala molecular. ¿Qué significa que la entropía del universo siempre aumente? En términos de calor y trabajo, la entropía es sólo un concepto matemático útil como intermediario para entender otras cosas de la física y la química a escala macro, pero ¿qué significa a nivel molecular?

Continúa en algún momento de esta semana. Prometo que aterrizo.