Matemáticas y química, una relación necesaria.
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Matemáticas y química, una relación necesaria. Desde la antigüedad al siglo XXI. Bernardo Herradón CSIC XIV Premios Jorge Juan de Matemáticas Universidad de Alicante 2 de diciembre de 2011 Química Matemáticas ¿Qué puede aportar la química a las matemáticas? ¿Qué pueden aportar las matemáticas a la química? http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Situación actual de la química. Evolución de la química y su relación con otras ciencias. La relación de la química y las matemáticas. La química del futuro: materiales y matematización. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ ¿Qué es la Química? La química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, especialmente a nivel atómico y molecular. La materia que conocemos está formada por partículas más pequeñas: las moléculas, que están formadas por átomos. Las moléculas son los componentes básicos de la materia que nos rodea. Por lo tanto, todo es química. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Átomo, elemento químico. Elemento químico: sustancia formada por una única clase de átomos (con el mismo número de protones en el núcleo). Toda la materia está formada por sólo 90 clases de átomos. ¿La Química empieza en los electrones? Responsable de los enlaces químicos, que es lo que hace que la materia sea estable. Enlace químico (interacción entre electrones): la interacción que mantiene a los átomos unidos en la molécula. Pero la posición de los núcleos es fundamental. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ DIMÍTRI IVÁNOVICH MENDELÉIEV (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Químico ruso, creador de la Tabla Periódica de los elementos. Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos base del sistema periódico que lleva su nombre. En 1869 publicó la mayor de sus obras, “Principios de Química”, donde formulaba su famosa Tabla Periódica, traducida a todas las lenguas y que fue libro de texto durante muchos años. Se considera a Mendeléiev un genio, no sólo por el ingenio que mostró para aplicar todo lo conocido y predecir lo no conocido sobre los elementos químicos, plasmándolo en su tabla periódica, sino por los numerosos trabajos realizados a lo largo de toda su vida en diversos campos científicos y tecnológicos (agricultura, ganadería, industria petroquímica, etc). Se nombró Mendelevio (Md) al elemento químico sintético de número atómico 101 en homenaje al ilustre químico ruso. El día 2 de febrero de 2007 se cumplió el centenario de su muerte. 1 1 6,941 +1 Li 11 3 9,0122 22,990 +1 Rb 55 +1 137,33 56 Ba [Xe] 6 CESIO (223,02) +1 [Rn] 7 s1 FRANCIO +3 Lu [Xe] 4f145d16s2 LUTECIO 119 88 (226,03) Ra Zr Lr +3 5f147s17p1? [Rn] LAURENCIO Nb +4 +3 +5 [Kr] 4d45s1 NIOBIO 95,94 +2 +3 +4 +5 [Kr] 4d55s1 +6 MOLIBDENO Mo +5 +2 +3 +4 +6 [Ar] 3d54s2 +7 MANGANESO Mn Ru 186,21 76 Re ¿? 5f146d27s2? [Rn] RUTHERFORDIO ¿? Db Sg 5f146d37s2 [Rn] DUBNIO Bh 5f146d47s2 [Rn] SEABORGIO ¿? 5f146d57s2 [Rn] BOHRIO Co +3 +4 +8 +2 +3 [Kr] 4d85s1 RODIO +4 +6 +8 [Xe] 4f145d66s2 OSMIO ¿? 5f146d67s2 [Rn] HASSIO 6 +2 +3 +1 +2 +3 +4 +2 +4 [Kr] 4d10 PALADIO 192,22 78 Mt 195,08 79 Pt ¿? ¿? 5f146d97s1 [Rn] DARMSTADTIO [Rn] MEITNERIO +1 +2 26,982 14 112,41 196,97 80 Au +1 +3 Rg ¿? +3 +5 -3 +2 +4 Sb +3 +5 -3 207,2 83 35 208,98 84 79,904 36 53 127,60 (208,98) 85 83,798 Kr 138,91 58 57 La +3 [Xe] 5d16s2 LANTANO 89 (227,03) 90 Ac +1 +3 [Rn] 6d17s2 ACTINIO GASEOSOS SÓLIDOS LÍQUIDOS (30ºC) SINTÉTICOS 140,12 59 Ce +3 +4 [Xe] 4f15d16s2 CERIO 232,04 91 Th +4 [Rn] 6d27s2 TORIO 140,91 60 Pr +3 [Xe] 4f36s2 PRASEODIMIO +3 +4 +5 +3 [Xe] 4f46s2 NEODIMIO 231,04 92 Pa [Rn] 5f26d17s2 PROTOACTINIO (144,91) 62 144,24 61 Nd +3 Pm 238,05 93 +3 +4 +5 +6 [Rn] 5f36d17s2 URANIO U (237,05) 94 NO-METAL +2 +3 [Xe] 4f66s2 SAMARIO +3 +4 +5 +6 [Rn] 5f46d17s2 NEPTUNIO Np 150,36 63 Sm [Xe] 4f56s2 PROMETIO Tl 113 (285) ¿? 126,90 54 131,29 0 +2 +4 +6 [Kr] 4d105s25p6 +8 XENÓN (209,99) 86 Xe Pb (284) 114 Bi (222,02) (289) 115 (288) 116 ¿? ¿? [Rn]5f146d107s27p1 [Rn]5f146d107s27p2 [Rn]5f146d107s27p3 UNUNCUADIO UNUNPENTIO Rn At Po (289) 117 118 ¿? ¿? Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo [Rn]5f146d107s2 UNUNBIO (244,06) 95 GASES NOBLES +2 +3 UNUNTRIO 157,25 65 +3 Gd [Xe] 4f76s2 EUROPIO +3 +4 +5 +6 [Rn] 5f67s2 PLUTONIO Pu 151,96 64 Eu (243,06) 96 (247,07) 97 +3 METALES ALCALINOTÉRREOS Dy +3 +4 SEMICONDUCTOR * Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable ** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición [Xe] 4f106s2 DISPROSIO (247,07) 98 Bk [Rn] 5f97s2 BERQUELIO [Rn] 5f76d17s2 CURIO 162,50 67 +3 +3 [Xe] 4f96s2 TERBIO Am Cm METALES ALCALINOS 158,93 66 Tb [Xe] 4f75d16s2 GADOLINIO +3 +4 +5 +6 [Rn] 5f77s2 AMERICIO 0 2 4 I [Rn]5f146d107s27p4 [Rn]5f146d107s27p5 [Rn]5f146d107s27p6 UNUNHEXIO UNUNSEPTIO UNUNOCTIO 120 [Uuo] 8s2 UNBINILIO 0 [Ar] 3d104s24p6 CRIPTÓN +1 +3 +5 +7 [Kr] 4d105s25p- 51 YODO +4 +6 -2 39,948 Ar Br [Kr] 4d105s25p4 TELURIO 0 [Ne] 3s23p6 ARGÓN +1 +3 +5 +7 [Ar] 3d104s24p5- 1 BROMO +4 +6 -2 Te [Kr] 4d105s25p3 ANTIMONIO 35,453 18 Cl 78,96 Se 20,180 Ne [He] 2s22p6 NEÓN +1 +3 +5 +7 [Ne] 3s23p5 - 1 CLORO +2 +4 +6 -2 [Ar] 3d104s24p4 SELENIO 121,76 52 118,71 51 Sn [Kr] 4d105s25p2 ESTAÑO 204,38 82 81 Uub ROENTGENIO +3 34 74,922 As [Ar] 3d104s24p3 ARSÉNICO -1 F [He] 2s22p5 FLÚOR +1 +2 +3 +2 +1 0 +3 +4 +5 +4 +3 2 +5 +7 - 15 [Xe]4f145d106s26p6 [Xe]4f145d106s26p1 [Xe]4f145d106s26p2 [Xe]4f145d106s26p3 [Xe]4f145d106s26p4 [Xe]4f145d106s26p RADÓN POLONIO TALIO PLOMO BISMUTO ASTATO +1 +2 [Xe] 4f145d106s2 MERCURIO [Rn]5f146d107s1 114,82 50 In 33 +2 +4 [Ar] 3d104s24p2 GERMANIO [Kr] 4d105s25p1 INDIO 200,59 Hg Ge S [Ne] 3s23p4 AZUFRE 0 1s2 HELIO 18,998 10 -1 -2 32,065 17 +3 +5 -3 P [Ne] 3s23p3 FÓSFORO 72,64 +3 49 +2 Cd [Xe] 4f145d106s1 ORO 69,723 32 Ga 15,999 9 O He 17 [He] 2s22p4 OXÍGENO 30,974 16 15 [Ne] 3s23p2 SILICIO [Ar] 3d104s24p1 GALIO 14,007 8 N +2 +4 -4 Si 16 +2 +3 +4 +5 [He] 2s22p3 - 2 NITRÓGENO- 3 +2 +4 -4 28,086 +3 31 +2 [Kr] 4d105s2 CADMIO (281) 111 (272,15) 112 Ds 5f146d77s2 Ag [Kr] 4d105s1 PLATA +1 +2 +2 +4 +3 +4 [Xe] 4f145d76s2 +6 [Xe] 4f145d96s1 IRIDIO PLATINO 65,409 Zn 12,011 7 C [He] 2s22p2 CARBONO [Ne] 3s23p1 ALUMINIO [Ar] 3d104s2 CINC 107,87 48 106,42 47 Pd Ir +1 +2 Cu [Ar] 3d104s1 COBRE 15 +3 Al 12 63,546 30 58,693 29 Ni (277) 109 (268,14) 110 Hs 11 [Ar] 3d84s2 NÍQUEL 102,91 46 Rh 190,23 77 Os 10 [Ar] 3d74s2 COBALTO [Kr] 4d75s1 RUTENIO +2 +4 +3 +6 +4 +7 +5 14 5 2 [Xe] 4f145d46s2 +6 [Xe] 4f 5d 6s WOLFRAMIO RENIO W +2 +3 +6 101,07 45 +4 +6 +7 Tc [Kr] 4d65s2 TECNECIO 18,811 B 58,933 28 55,845 27 Fe 14 [He] 2s22p1 BORO 9 [Ar] 3d64s2 HIERRO 98,907 44 43 183,84 75 180,95 74 Ta [Xe] 4f145d36s2 TÁNTALO +2 +3 +6 8 54,938 26 51,996 25 Cr 5 13 7 [Ar] 3d54s1 CROMO * Estructura electrónica (262,11) 105 (262,11) 106 (266,12) 107 (264,12) 108 Rf Uue Ubn [Uuo] 8s1 UNUNENIO +2 +3 +4 +5 92,906 42 +4 [Xe] 4f145d26s2 HAFNIO 103 (262,11) 104 +2 [Rn] 7 s2 RADIO 50,942 24 [Ar] 3d34s2 VANADIO 178,49 73 Hf 6 V [Kr] 4d25s2 CIRCONIO 174,97 72 71 +2 BARIO +2 +3 +4 91,224 41 +3 Y [Kr] 4d15s2 ITRIO [Xe] 6 s2 s1 Ti [Ar] 3d24s2 TITANIO 88,906 40 39 +2 [Kr] 5 s2 ESTRONCIO 132,91 Fr Sr +3 [Ar] 3d14s2 ESCANDIO 87,62 38 +1 Cs 87 Sc 5 47,867 23 44,956 22 21 +2 CALCIO [Kr] 5s1 RUBIDIO 6 40,078 Ca [Ar] 4 s2 85,468 37 5 20 +1 [Ar] 4 s1 POTASIO 4 13 Estados de oxidación ** +2 3 +2 +4 -4 [He] 2s22p2 CARBONO Nombre 24,305 Mg MAGNESIO 39,098 K 12 Masa atómica 12,011 C Símbolo [Ne] 3s2 [Ne] 3s1 SODIO 6 Nº atómico +2 Be [He] 2s2 BERILIO Na 19 8 4 [He] 2s1 LITIO 4,0026 2 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS 2 1s1 HIDRÓGENO 3 7 +1 -1 H 2 4 18 1,0079 1 164,93 68 +3 Ho [Xe] 4f116s2 HOLMIO (251,08) 99 167,26 69 Er +3 [Xe] 4f126s2 ERBIO 168,93 70 Tm +3 [Xe] 4f136s2 TULIO +3 +3 [Rn] 5f127s2 FERMIO [Rn] 5f137s2 MENDELEVIO METALES DE LANTÁNIDOS TRANSICIÓN ACTÍNIDOS +3 +3 [Xe] 4f146s2 ITERBIO (252,08) 100 (257,10) 101 (258,10) 102 (259,10) [Rn] 5f117s2 EINSTENIO Cf [Rn] 5f107s2 CALIFORNIO 173,04 Yb +3 Es Fm Md +3 No [Rn] 5f147s2 NOBELIO “Visiones” sobre la Química: LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO. LA QUÍMICA ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA. LA QUÍMICA: LA CIENCIA CENTRAL, ÚTIL Y CREATIVA. LA QUÍMICA (los químicos), COMO CIENCIA UNIVERSAL. LA CIENCIA DE LO COTIDIANO. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Otras “visiones” sobre la Química LA QUÍMICA, LA CIENCIA DE LO COTIDIANO Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Química y sus aplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932) La Química y su relación con otras Ciencias Ciencia de los alimentos Toxicología Ciencias Medioambientales Geología Ciencias de la tierra Astrofísica QUÍMICA Agricultura Veterinaria Matemáticas Bioquímica Biología molecular Biología Biomedicina Medicina Física Ciencias de los materiales Nanociencias Nanotecnología Ingeniería La Química actual y su relación con otras ciencias: de entre la Física y la Biología a entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La Química entre la Física y la Biología BIOLOGÍA QUÍMICA FÍSICA ¿Qué significa? Objeto de estudio Métodos de estudio Aproximación científica Aspectos filosóficos http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La Química entre la Física y la Biología BIOLOGÍA QUÍMICA FÍSICA ¿Puede la Física explicar la Química? ¿Puede la Química explicar la Biología? Reduccionismo frente a autonomía The fundamental laws necessary for the mathematical treatment of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty lies only in the fact that application of these laws leads to equations that are too complex to be solved. Paul Dirac (un matemático) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ Matemáticas Física Química Biología La sensación de los químicos es que las matemáticas han influido poco en la química. La influencia ha sido a través de la física. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Química y Matemáticas ¿Necesitamos los químicos las Matemáticas? Química Analítica: No Química Inorgánica: No Química Orgánica: No Química Física: a veces La respuesta global es SI http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ FÍSICA QUÍMICA ¿? MATEMÁTICAS MATEMÁTICAS MATEMÁTICAS (Matematización de la Ciencia) La matematización de la Química servirá para: Establecer las bases teóricas (fundamentales). Interpretar más fácilmente los resultados. Aumentar el poder de predicción. Uno de los retos de la Química del siglo XXI http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La química, una actividad de 500.000 años Pre-alquimia Química moderna Alquimia Química en desarrollo http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Luz y energía La alquimia: una actividad de 5000 años. Alquimia (origen árabe). Kéme (tierra, Egipto). Khemia (transmutación). Alquimia: el arte de la transformación Actividad práctica: metales, cerámicas, tintes, pigmentos, ornamentación, ritos funerarios, …. Misticismo, astrología, religión,….. Componente filosófico, especulativo (especialmente la griega) Las relaciones entre la Física (e, indirectamente,las Matemáticas) y la Química a lo largo de la historia La antigüedad: sólo una ciencia natural (filosofía) y las matemáticas Thales Arquímedes: “ancestro” de la Física Demócrito Atomismo (Leucipo, Demócrito) Tales de Mileto (agua) Anaximandro (apeirón) Anaximenes (aire) Heráclito de Éfeso (fuego) Empedocles (ca. 495-435 AC) Demócrito de Abdera (460-379 AC) El quinto elemento: éter, quintaesencia (hasta 1905) Aristóteles (384-322 AC) Los sólidos platónicos y los 5 elementos Quinto elemento: Dodecaedro http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia La oscura edad media: los matemáticos árabes e italianos. Paracelso. Trabajos en óptica http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia La época dorada. Nacimiento de la Física Galileo: método científico. Patriarca de la Física Newton: Padre de la Física Las matemáticas son el alfabeto con el cual Dios ha escrito el Universo. Otras aportaciones: Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia Los fundamentos de la Física La Física moderna fue creada por los matemáticos http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia La época dorada. Nacimiento de la Física. ¿Sin noticias de la Química? Alquimista. Primer intento de reducir la Química a la Física. Sin éxito Boyle y su escuela (Hooke, Mayow) La química del siglo XVIII Teoría del Flogisto: Un siglo de retraso conceptual Black (1728-1799) Priestley (1733-1804) Becher (1635-1682) Stahl (1659-1734) Cavendish (1731-1810) Scheele (1742-1786) El nacimiento de la química como ciencia moderna Lavoisier (1743-1794) Rigor en las medidas Identificación del papel del oxígeno Nomenclatura Sistematización de los conceptos químicos Ley de la conservación de la masa Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia El nacimiento de la Química como ciencia moderna La Química: la Ciencia de moda en el siglo XIX. Experimentos sensacionales y útiles para la sociedad. Poca base teórica. Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia Termodinámica Utilización de las formas de energía: calor, electricidad, mecánica. Fuentes de energía: química, solar, eólica, solar, nuclear, mecánica, mareas, etc… Desarrollo de la Termodinámica: máquina de vapor. La fuente de energía es el carbón (energía química). Newcomen (1711) Watt (1774) Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL LA CIENCIA AL SERVICIO DE LA SOCIEDAD LA TÉCNICA Y EL DESARROLLO INDUSTRIAL AL SERVICIO DE LA CIENCIA EL NACIMIENTO DE LA TERMODINÁMICA (RELACIÓN DE LA ENERGÍA TÉRMICA Y LA MATERIA) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre la física (los físicos) y la química (los químicos). Joule Mayer Carnot Clausius (1796-1832) (1814-1878) (1818-1889) (1822-1888) Kelvin Maxwell Boltzmann (1824-1907) (1831-1879) (1844-1906) Los principios (leyes) de la termodinámica: Cero: Definición de temperatura. Primero: Conservación de la energía. Segundo: Imposibilidad de usar toda la energía (aumento de la entropía). Tercero: La entropía de un sólido perfecto a 0 K es 0. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre la física (los físicos) y la química (los químicos). Para los físicos de mediados del siglo XIX, la existencia de moléculas era evidente; algunos químicos dudaron de su existencia hasta el siglo XX. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia El nacimiento de la Química física (y Fisicoquímica) Faraday Ostwald Arrhenius Van der Waals Nernst Química general Química teórica http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia Los fundamentos de la Química Vernon Harcourt (1875) Química: ciencia práctica, sin preocuparse de los fundamentos. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La ciencia a finales del siglo XIX Gravitación Electromagnetismo Teoría cinética de los gases Ecuaciones de la termodinámica Leyes de la óptica (naturaleza de la luz) There is nothing new to be discovered in physics now, All that remains is more and more precise measurement. Lord Kelvin (finales del siglo XIX) Sólo quedaban por explicar unos ‘pocos’ fenómenos naturales Radiación del cuerpo negro Espectros de los elementos químicos Efecto fotoeléctrico Descubrimiento del electrón Rayos X Radiactividad Efecto Compton Movimiento Browniano Estructura del átomo (experimentos de Rutherford) Interacciones de la materia y la energía Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica aplicada a la Química (Química cuántica) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Las relaciones entre la Física y la Química a lo largo de la historia Los fundamentos de la Química La Química moderna ha sido fundamentada por los físicos Hay muchos temas pendientes: Conceptos fundamentales: orbital, enlace, electronegatividad, conjugación, etc. Estructura Periodicidad de las propiedades químicas. ¿Existe una “filosofía química”? Temas de investigación pendientes (para el siglo XXI) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La relación entre la Química y las Matemáticas Química matemática (Mathematical Chemistry) Matemática química (Chemical Mathematics) Physical Chemistry/Chemical Physics http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La química matemática hoy (análisis bibliográfico, 1 de abril de 2011) La química matemática hoy (análisis bibliográfico) Artículos (originales) más citados Nature 2004, 432, 867 (578 citas) Science 1999, 286, 2476 (263 citas) 237 citas La química matemática hoy (análisis bibliográfico) Temas de investigación (2010-11). Fuente ISI-WoK Modelos matemáticos (ingeniería química, estadística, análisis de datos, representaciones gráficas, etc): 76% Química cuántica y computacional: 10% Aspectos fundamentales (topología, teoría de grupos, grafos) aplicados a la estructura, reactividad, etc: 10% Relaciones estructura-propiedad, cribado virtual, etc: 3% Cristalografía: 1% http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Auguste Comte (1798-1857) “La química es una ciencia no-matemática” (también pronosticó que la astronomía era una ciencia que ya había alcanzado su límite) Jeremias B. Richter (1762-1807) “La química pertenece, en su mayor parte, a las matemáticas aplicadas” (Ley de las proporciones equivalentes) Libro de química general (1792) con introducción matemática: aritmética álgebra elemental progresiones (aritméticas/geométricas) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ ¿Qué enseñan los libros de matemáticas para químicos? http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Partington (1911) Funciones y límites Diferenciación Máximos y mínimos Funciones exponenciales y logarítmicas Diferenciación parcial Interpolación y extraporlación Integrales Ecuaciones diferenciales Aplicaciones: Ecuaciones cuadráticas Sistemas de ecuaciones (determinantes) Fórmulas de aproximación http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Mortimer (2005) Números y medidas Simbolismo y funciones Ecuaciones algebraicas Funciones y cálculo diferencial Cálculo integral Series y transformadas Cálculo de varias variables Ecuaciones diferenciales Operadores, matrices y teoría de grupos Sistemas de ecuaciones algebraicas Tratamiento de datos experimentales http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La Química del futuro La Química ¿Dónde está? (presente) ¿De dónde viene? ¿A dónde va? http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Experimental Química Computacional Teórica http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La Química actual: de entre la Física y la Biología a entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales. La Química del futuro: Los fundamentos de la Química. Desarrollos en investigación básica. Procesos químicos más eficientes, más verdes/sostenibles. Satisfacer las necesidades de la sociedad. Oportunidades de investigación en Química. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Para alcanzar estos objetivos necesitaremos herramientas teóricas que permitan: Predecir resultados Interpretar resultados EL PAPEL DE LAS MATEMÁTICAS SERÁ FUNDAMENTAL http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La Química del futuro Energía Aspectos sociales Medio ambiente Nuevos compuestos químicos para nuevos retos Tecnología Salud Alimentación http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Dependeremos de procesos y materiales (formados por moléculas) adecuados LA QUÍMICA Y LOS MATERIALES DEL “FUTURO” http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Nuevos Materiales (s. XXI) PRODUCCIÓN DE GRAFENO Y RELACIÓN CON LOS NANOTUBOS DE CARBONO Y LOS FULLERENOS http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ GRAFENO: CARÁCTERÍSTICAS Y APLICACIONES. Características: Alta resistencia mecánica (superior al acero) Alta conductividad eléctrica (superior al silicio) Alta conductividad térmica Ligereza Interacción con otras moléculas Aplicaciones: Fuselaje de aviones Procesadores para ordenadores Material electrónico Detectores de gases Se están produciendo láminas de grafeno de tamaño macroscópico. Investigación futura: explorar la reactividad química del grafeno para obtener derivados con otras propiedades y aplicaciones. Fullerenos Fullereno (C60) Molécula formada por átomos de carbono en la que los átomos están dispuestos sobre una esfera formada por pentágonos y hexágonos; por lo tanto, C60 tiene exactamente 12 pentágonos. Propiedades de los fullerenos: ¿Aromaticidad? ¿Grado de aromaticidad?, curvatura/planaridad,orbitales, reactividad. Derivados de fullerenos: síntesis, reactividad. Generalización: ¿Qué fullerenos son posibles si un fullereno es un mapa finito con vértices trivalentes con solo caras pentagonales y hexagonales incrustradas en cualquier superficie? ¿Qué propiedades tendrán? Problemas de topología a resolver por los matemáticos. Aplicables a otras nanoformas del carbono. Geometry of Chemical Graphs: Polycycles and Two-faced Maps Deza y Sikiric;2008 Cristalografía. Difracción de rayos X. Roentgen Premio Nobel Física, 1901 von Laue Premio Nobel Física, 1914 W. H. Bragg Premio Nobel Física, 1915 W. L. Bragg Premio Nobel Física, 1915 Transformada de Fourier Simetría Teoría de grupos http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Cristalografía Herbert A. Hauptman Premio Nobel de Química (1985) Desarrollo de métodos directos para resolver estructuras cristalinas. Matemático. Colaboración con Jerome Karle (químico físico). http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Simetría Cristalografía Química cuántica y computacional Espectroscopía Estructura química Complejos de metales de transición. Teoría del campo cristalino. Orbitales Síntesis orgánica http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ La simetría: un concepto útil en Química orgánica (‘el mundo de lo asimétrico’) y poco explotado. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Josiah Willard Gibbs (1839-1903): Un ejemplo de las aplicaciones de las matemáticas Matemático, inventor del análisis vectorial (simultáneo a Heaviside), fundamentos de la termodinámica química y de la química física. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Aportaciones esperables de las matemáticas a la química Química cuántica. Conceptos fundamentales: Orbitales, enlace, cargas (densidad electrónica), aromaticidad,efectos relativistas, electronegatividad, otras propiedades periódicas. Quimioinformática, química modelo (Model chemistry), estructura, propiedades: Relaciones estructura-propiedad, cribado virtual, diseño de materiales, dinámica de reacciones, similitud (semejanza) molecular. Química computacional Estructura: Simbolismo, representación (fórmulas y reactividad), simetría, relaciones topológicas, teoría de grupos, grafos, cristalografía, espectroscopía, etc. Modelización de comportamiento químico: Cinética, ingeniería, medio ambiente, química analítica, análisis de datos, etc. Herramientas de cálculo elemental: estequiometría, rendimientos, etc. http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ John Pople (1925-2004) Premio Nobel de Química (1998) Matemático. Desarrollos en química cuántica y computacional Algoritmos de cálculo. Gaussian http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Richard Bader AIM Análisis de la topología de la distribución de carga de una molécula. Conceptos químicos: átomo en una molécula, enlace, grupo funcional (Bader). Extensión (matemática) de la teoría VSEPR (valence shell electron pair repulsion) que permite predecir la forma de las moléculas a partir del análisis de la minimización de la repulsión electrónica en una molécula (Gillespie) http://www.chemistry.mcmaster.ca/aim/ Redes neuronales Algoritmos matemáticos que permiten analizar y clasificar gran número de datos, identificando patrones; a través de un proceso de aprendizaje que imita el funcionamiento del cerebro. No es necesario establecer un modelo a priori como ocurre con otros métodos estadísticos o de relación estructura-propiedad. Pueden ser supervisados o no supervisados, según se quieran ajustar los datos a unos resultados o no. Se puede variar la arquitectura y topología de la red. Aplicaciones: ingeniería, meteorología, ciencias sociales, etc. Aún poco uso en Química. La mayoría de los químicos lo usamos como una caja negra. Aromaticidad a través de redes neuronales Alonso y Herradón (IQOG-CSIC) Hacia la matematización de la estructura química: Conectividad Geometría Conformaciones Estereoquímica Teoría de grupos Grafos Topología Fractales Álgebra Lógica difusa http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Química y Matemáticas ¿Necesitamos los químicos las Matemáticas? Química Analítica: No; Química Inorgánica: No; Química Orgánica: No; Química Física: a veces La respuesta global es SI Para explicar mejor los resultados pasados y predecir los futuros ¿Necesitan los matemáticos la química? ¿Puede la Química proporcionar problemas interesantes para las Matemáticas? Se deben reforzar los vínculos entre Química y Matemáticas, desde la época universitaria. http://matgazine.tk/ http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ III CURSO DE DIVULGACIÓN “LOS AVANCES DE LA QUÍMICA Y SU IMPACTO EN LA SOCIEDAD” A partir de septiembre de 2012 http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/ Química, nuestra vida, Nuestro futuro Marie Curie Premio Nobel (1903, 1911) http://www.losavancesdelaquimica.com/ http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/ http://educacionquimica.wordpress.com/
