¿Qué es la química?
Podrías pensar en la química sólo en el contexto de las pruebas de laboratorio, los aditivos alimentarios o las sustancias peligrosas, pero el campo de la química implica todo lo que nos rodea.
«Todo lo que se oye, se ve, se huele, se saborea y se toca tiene que ver con la química y los productos químicos (la materia)», según la Sociedad Americana de Química (ACS), una organización científica sin ánimo de lucro para el avance de la química, constituida por el Congreso de Estados Unidos. «Y oír, ver, saborear y tocar implican una intrincada serie de reacciones e interacciones químicas en tu cuerpo»
Así que, aunque no trabajes como químico, estás haciendo química, o algo que implica química, con casi todo lo que haces. En la vida cotidiana, haces química cuando cocinas, cuando usas detergentes para limpiar tu encimera, cuando tomas un medicamento o cuando diluyes un zumo concentrado para que su sabor no sea tan intenso.
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Según la ACS, la química es el estudio de la materia, definida como todo lo que tiene masa y ocupa espacio, y de los cambios que puede sufrir la materia cuando se somete a diferentes ambientes y condiciones. La química busca entender no sólo las propiedades de la materia, como la masa o la composición de un elemento químico, sino también cómo y por qué la materia sufre ciertos cambios: si algo se transformó porque se combinó con otra sustancia, se congeló porque se dejó durante dos semanas en un congelador o cambió de color porque se expuso a demasiada luz solar.
Bases de la química
La razón por la que la química afecta a todo lo que hacemos es porque casi todo lo que existe puede descomponerse en bloques de construcción químicos.
Los principales bloques de construcción de la química son los elementos químicos, que son sustancias formadas por un solo átomo. Cada elemento químico es único, está compuesto por un número determinado de protones, neutrones y electrones, y se identifica con un nombre y un símbolo químico, como «C» para el carbono. Los elementos que los científicos han descubierto hasta ahora se enumeran en la tabla periódica de los elementos, e incluyen tanto los elementos que se encuentran en la naturaleza como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, como los que han sido creados por el hombre, como el lawrencio.
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Los elementos químicos pueden unirse para formar compuestos químicos, que son sustancias formadas por múltiples elementos, como el dióxido de carbono (que está formado por un átomo de carbono conectado a dos átomos de oxígeno), o por múltiples átomos de un solo elemento, como el gas oxígeno (que está formado por dos átomos de oxígeno conectados entre sí). Estos compuestos químicos pueden unirse a otros compuestos o elementos para formar innumerables sustancias y materiales.
La química es una ciencia física
La química se considera típicamente una ciencia física, según la definición de la Enciclopedia Británica, porque el estudio de la química no implica seres vivos. La mayor parte de la química relacionada con la investigación y el desarrollo, como la fabricación de nuevos productos y materiales para los clientes, entra dentro de este ámbito.
Pero la distinción como ciencia física se vuelve un poco borrosa en el caso de la bioquímica, que explora la química de los seres vivos, según la Sociedad Bioquímica. Las sustancias químicas y los procesos químicos que estudian los bioquímicos no se consideran técnicamente «vivos», pero entenderlos es importante para comprender cómo funciona la vida.
Las cinco ramas principales de la química
Tradicionalmente, la química se divide en cinco ramas principales, según el libro de texto de química online publicado por LibreText. También hay campos más especializados, como la química de los alimentos, la química ambiental y la química nuclear, pero esta sección se centra en las cinco subdisciplinas principales de la química.
La química analítica implica el análisis de sustancias químicas, e incluye métodos cualitativos como observar los cambios de color, así como métodos cuantitativos como examinar la(s) longitud(es) de onda exacta(s) de la luz que una sustancia química absorbió para dar lugar a ese cambio de color.
Estos métodos permiten a los científicos caracterizar muchas propiedades diferentes de las sustancias químicas, y pueden beneficiar a la sociedad de varias maneras. Por ejemplo, la química analítica ayuda a las empresas alimentarias a fabricar cenas congeladas más sabrosas detectando cómo cambian las sustancias químicas de los alimentos cuando se congelan con el tiempo. La química analítica también se utiliza para vigilar la salud del medio ambiente midiendo las sustancias químicas presentes en el agua o el suelo, por ejemplo.
La bioquímica, como se ha mencionado anteriormente, utiliza las técnicas de la química para comprender cómo funcionan los sistemas biológicos a nivel químico. Gracias a la bioquímica, los investigadores han podido trazar el mapa del genoma humano, entender qué hacen las diferentes proteínas en el cuerpo y desarrollar curas para muchas enfermedades.
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La química inorgánica estudia los compuestos químicos de los seres inorgánicos, o no vivos, como los minerales y los metales. Tradicionalmente, la química inorgánica considera a los compuestos que no contienen carbono (que son abarcados por la química orgánica), pero esta definición no es del todo exacta, según la ACS.
Algunos compuestos que se estudian en la química inorgánica, como los «compuestos organometálicos», contienen metales, que son metales que se unen al carbono, el principal elemento que se estudia en la química orgánica. Por ello, este tipo de compuestos se consideran parte de ambos campos.
La química inorgánica se utiliza para crear una gran variedad de productos, como pinturas, fertilizantes y protectores solares.
La química orgánica se ocupa de los compuestos químicos que contienen carbono, un elemento considerado esencial para la vida. Los químicos orgánicos estudian la composición, la estructura, las propiedades y las reacciones de dichos compuestos, que junto con el carbono, contienen otros elementos no carbónicos como el hidrógeno, el azufre y el silicio. La química orgánica se utiliza en muchas aplicaciones, según describe la ACS, como la biotecnología, la industria del petróleo, los productos farmacéuticos y los plásticos.
La química física utiliza conceptos de la física para entender cómo funciona la química. Por ejemplo, averiguar cómo se mueven los átomos e interactúan entre sí, o por qué algunos líquidos, incluida el agua, se convierten en vapor a altas temperaturas. Los químicos físicos tratan de entender estos fenómenos a una escala muy pequeña -a nivel de átomos y moléculas- para sacar conclusiones sobre cómo funcionan las reacciones químicas y qué es lo que da a los materiales específicos sus propiedades únicas.
Este tipo de investigación ayuda a informar a otras ramas de la química y es importante para el desarrollo de productos, según la ACS. Por ejemplo, los químicos físicos pueden estudiar cómo ciertos materiales, como el plástico, pueden reaccionar con las sustancias químicas con las que el material está diseñado para entrar en contacto.
¿Qué hacen los químicos?
Los químicos trabajan en diversos campos, como la investigación y el desarrollo, el control de calidad, la fabricación, la protección del medio ambiente, la consultoría y el derecho. Pueden trabajar en universidades, para el gobierno o en la industria privada, según la ACS.
Aquí hay algunos ejemplos de lo que hacen los químicos:
Investigación y desarrollo
En el ámbito académico, los químicos que realizan investigaciones tienen como objetivo avanzar en el conocimiento de un tema concreto, y no necesariamente tienen una aplicación específica en mente. Sus resultados, sin embargo, pueden aplicarse a productos y aplicaciones relevantes.
En la industria, los químicos que realizan investigación y desarrollo utilizan los conocimientos científicos para desarrollar o mejorar un producto o proceso específico. Por ejemplo, los químicos alimentarios mejoran la calidad, la seguridad, el almacenamiento y el sabor de los alimentos; los químicos farmacéuticos desarrollan y analizan la calidad de los fármacos y otras fórmulas médicas; y los químicos agrícolas desarrollan los fertilizantes, insecticidas y herbicidas necesarios para la producción de cultivos a gran escala.
A veces, la investigación y el desarrollo pueden no implicar la mejora del producto en sí, sino del proceso de fabricación que conlleva ese producto. Los ingenieros químicos y los ingenieros de procesos idean nuevas formas de hacer que la fabricación de sus productos sea más fácil y rentable, como aumentar la velocidad y/o el rendimiento de un producto para un presupuesto determinado.
Protección del medio ambiente
Los químicos medioambientales estudian cómo interactúan las sustancias químicas con el entorno natural, caracterizando las sustancias químicas y las reacciones químicas presentes en los procesos naturales del suelo, el agua y el aire. Por ejemplo, los científicos pueden recoger suelo, agua o aire de un lugar de interés y analizarlo en un laboratorio para determinar si las actividades humanas han contaminado, o contaminarán, el medio ambiente o lo afectarán de otras maneras. Algunos químicos ambientales también pueden ayudar a remediar, o eliminar los contaminantes, del suelo, según la Oficina de Estadísticas Laborales de Estados Unidos.
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Los científicos con formación en química ambiental también pueden trabajar como consultores para diversas organizaciones, como empresas químicas o consultoras, proporcionando orientación sobre cómo las prácticas y los procedimientos pueden completarse de acuerdo con las regulaciones ambientales.
Los químicos pueden utilizar su formación académica para proporcionar asesoramiento o abogar por cuestiones científicas. Por ejemplo, los químicos pueden trabajar en el ámbito de la propiedad intelectual, donde podrían aplicar su formación científica a cuestiones de derechos de autor en las ciencias, o en el derecho medioambiental, donde pueden representar a grupos de interés especial y solicitar la aprobación de los organismos reguladores antes de que se lleven a cabo determinadas actividades.
Los químicos también pueden realizar análisis que ayuden a la aplicación de la ley. Los químicos forenses capturan y analizan las pruebas físicas dejadas en la escena del crimen para ayudar a determinar las identidades de las personas implicadas, así como para responder a otras preguntas vitales sobre cómo y por qué se llevó a cabo el crimen. Los químicos forenses utilizan una amplia variedad de métodos de análisis, como la cromatografía y la espectrometría, que ayudan a identificar y cuantificar las sustancias químicas.