Estructura atómica de la materia

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Estructura atómica de la materia: El estudio de la estructura atómica de la materia sirve para explicar las propiedades delos materiales.L a materia está compuesta por átomos, que a efectos prácticos se considerarán partículas esféricas de 10 -10 m de tamaño. Átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que noes posible dividir mediante procesos químicos.Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puedesubdividirse en partículas más pequeñas.Así la estructura atómica se puede dividir en: Corteza: compuesta por partículascargadas negativamente que reciben e l nombre de electrones.L a cantidad de electrones que tiene u n átomo y el modo en que se distribuyen ensu corteza condiciona por completo las propiedades físicas y químicas que va a poseer el elemento. Núcleo: compuesto por los protones, quetienen carga positiva, y los neutrones, queson eléctricamente neutros. Ambos tienenla misma masa.Los átomos son eléctricamente neutros, aunque pueden perder o ganar electrones,entonces se denominan iones.Compuestos químicos:L o más frecuente es encontrar los elementos c ombinados entre sí, en forma d e moléculas y no en estado puro, como la plata o el cobre. Estos compuestos no tienen lasmismas propiedades físicas y químicas que los elementos de los que están formados,sino distintas. No es lo mismo compuesto químico que mezcla.Un compuesto químico se da en proporciones definidas y es químicamente estable, noasí la mezcla cuyas propiedades son una combinación de las de sus componentes ESTRUCTURA Y MASA DEL ÁTOMO. La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecundada en el desarrollo posterior de la Química, pues un fue hasta fines del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de Dalton acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

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Estructura atómica de la materia:El estudio de la estructura atómica de la materia sirve para explicar las propiedades delos materiales.L a m a t e r i a e s t á c o m p u e s t a p o r á t o m o s , q u e a e f e c t o s p r á c t i c o s s e c o n s i d e r a r á n partículas esféricas de 10-10m de tamaño.Átomo( d e l l a t í n a t o m u s , y é s t e d e l g r i e g o ά τ ο μ ο ς , i n d i v i s i b l e ) e s l a u n i d a d m á s pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que noes posible dividir mediante procesos químicos.Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puedesubdividirse en partículas más pequeñas.Así laestructura atómicase puede dividir en:Corteza:c o m p u e s t a p o r p a r t í c u l a s c a r g a d a s n e g a t i v a m e n t e q u e r e c i b e n e l nombre de electrones.L a c a n t i d a d d e e l e c t r o n e s q u e t i e n e u n átomo y el modo en que se distribuyen ens u c o r t e z a c o n d i c i o n a p o r c o m p l e t o l a s p r o p i e d a d e s f í s i c a s y q u í m i c a s q u e v a a poseer el elemento.Núcleo:compuesto por los protones, quetienen carga positiva, y los neutrones, queson eléctricamente neutros. Ambos tienenla misma masa.Los átomos son eléctricamente neutros, aunque pueden perder o ganar electrones,entonces se denominan iones.Compuestos químicos:L o m á s f r e c u e n t e e s e n c o n t r a r l o s e l e m e n t o s c o m b i n a d o s e n t r e s í , e n f o r m a d e moléculas y no en estado puro, como la plata o el cobre. Estos compuestos no tienen lasmismas propiedades físicas y químicas que los elementos de los que están formados,sino distintas. No es lo mismo compuesto químico que mezcla.Un compuesto químico se da en proporciones definidas y es químicamente estable, noasí la mezcla cuyas propiedades son una combinación de las de sus componentes ESTRUCTURA Y MASA DEL ÁTOMO.

La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecundada en el desarrollo posterior de la Química, pues un fue hasta fines del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de Dalton acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

Los átomos están constituidos por protones, neutrones y electrones. Los protones están cargados positivamente y se encuentran reunidos con los neutrones (sin carga) en el núcleo. Los electrones, que tienen una carga negativa igual en magnitud a la carga positiva del protón, se mueven en el espacio que rodea al núcleo. Los protones y los neutrones tienen masas semejantes, aproximadamente 1800 veces mayor que la masa de un electrón. Casi toda la masa del átomo reside en el núcleo, pero son los electrones los que toman parte en los enlaces y en las reacciones químicas.

Cada elemento se distingue por el número de protones en su núcleo. Por lo general, el número de neutrones es semejante al número de protones, aunque puede variar. Los átomos que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones se llaman isótopos. Por ejemplo, la especie más común de átomo de carbono tiene en su núcleo seis protones y seis neutrones. Su número de masa (la suma de protones y neutrones) es 12, y representamos su símbolo 12C. Aproximadamente 1% de los átomos de carbono tienen siete neutrones; el número de masa es 13, y el símbolo es 13C.

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ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO.

Las propiedades químicas de un elemento se determinan por el número de protones en su núcleo y el correspondiente número de electrones alrededor del mismo. Los electrones son los que forman enlaces y determinan la estructura de las moléculas resultantes. Como son pequeños y livianos, muestran propiedades tanto de partículas como de ondas; en muchos aspectos, los electrones en los átomos y las moléculas se comportan mas como ondas que como partículas.

Los electrones que están unidos a los núcleos se encuentran en orbítales. El principio de incertidumbre de Heisenberg afirma que nunca se puede determinar con exactitud dónde se encuentra el electrón; pero aun cuando no se conozca su lugar exacto, podemos hablar de la densidad electrónica, que es la probabilidad de encontrar al electrón en una parte determinada del orbital. Por tanto, un orbital es un estado permitido de energía de un electrón, con una función asociada de probabilidad que define la distribución de la densidad electrónica en el espacio.

3. HECHOS QUE DEMUESTRAN LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA.

La idea de que la materia está compuesta en última instancia por partículas discretas, es muy antigua. Cerca del año 400 a.C. se enunció esta idea en los escritos de Deócrito, filosofo griego, quien aparentemente había sido iniciado en ella por su maestro, un hombre llamado Leucipo. La idea fue rechazada por Platón y Aristóteles, no siendo sino hasta el año 1650 de nuestra era cuando se la presentó de nuevo, esta vez por el físico italiano Gassendi. Sir Isaac Newton (1642-1727) apoyó las argumentaciones de Gassendi con estas palabras:

…….parece probable que Dios, en el Inicio, formo la materia en partículas sólidas, masivas, duras, impenetrables y móviles de Tamaños y Formas tales, y con tales otras Propiedades, y en tales Proporciones respecto al Espacio, como fuera mas conducente al Fin para el cual las formó…

Antes de 1800, la idea de que la materia es particulada por naturaleza se basó en gran parte en la intuición de quines se adherían a tal idea. Quizá el más notable de ellos fue el químico ruso Mikhail Lomonosov (1711-1765), quien especuló sobre la naturaleza y movimientos de las diminutas partículas de que se compone la materia. Sus ideas se anticiparon cuando menos en un siglo a la teoría cinética de los gases y al concepto de la energía térmica.

En 1808 un maestro inglés de escuela, John Dalton, empleando su notable percepción científica, formuló una explicación de muchas leyes hasta entonces conocidas en química, las que desde entonces se conocieron como teoría atómica. Supuso que los elementos se componen de partículas diminutas llamadas átomos. Además propuso que todos los átomos de una sustancia elemental dada son semejantes y que las sustancias compuestas se forman cuando uno o más átomos de un elemento se combinan en proporción definida con uno o más átomos de otro elemento. Esta teoría, aunque simple, fue muy conveniente ya que explicaba hechos experimentales y generalizaciones deducidas de ellos.

Si bien algunas de las ideas de Dalton fueron insostenibles al ir sabiendo los químicos más respecto a la estructura de la materia, los puntos esenciales de su teoría han soportado la prueba del tiempo. Tres de los principales postulados de Dalton, que ahora forman la moderna teoria atómica, se da a continuación con ejemplos, para ilustrar el significado de cada uno.

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1. Un elemento está compuesto de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento exhiben todas propiedades químicas idénticas.

Así el oxígeno esta compuesto de átomos de oxígeno, todos los cuales se comportan químicamente de la misma manera.

2. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes propiedades químicas. Ningún átomo de un elemento, en el curso de una reacción química ordinaria, desaparece o se cambia en un átomo de otro elemento.

El comportamiento químico de los átomos de oxígeno es diferente del de los átomos de hidrógeno o de la cualquier otra clase de átomos. Cuando se combinan mutuamente las sustancias elementales oxígeno e hidrógeno, todos los átomos de hidrógeno y todos los átomos de oxígeno que reaccionan se encuentran presentes en el agua formada, y en el proceso no se han formado átomos de cualquier otro elemento.

3. Se forman las sustancias compuestas cuando se combinan átomos de más de un elemento. En un compuesto puro dado, los números relativos de átomos de los elementos presentes son definidos y constantes. En general, estos números relativos pueden expresarse como enteros o como fracciones simples.

En la sustancia compuesta agua, están combinados mutuamente átomos de oxígeno y átomos de hidrógeno. Por cada átomo de de oxígeno presente, hay siempre dos átomos de hidrógeno. El amoniaco, un compuesto gaseoso de nitrógeno e hidrógeno, contiene siempre tres átomos de hidrógeno por cada átomo de nitrógeno.

El segundo postulado ofrece una explicación obvia de la ley de conservación de la masa, la cual en su forma moderna, estipula que no hay cambio perceptible de masa en una reacción química ordinaria. El tercer postulado explica la ley de composición constante: un compuesto, sea cual sea su origen o el método de preparación, siempre contiene los mismos elementos en a misma proporción por peso. Se ve claramente que si es fija la razón o proporción de átomos de los elementos de un compuesto, sus propiedades por peso también deben de ser fijas. La validez de esta ley fue generalmente casi en la misma época en que apareció la ley de Dalton.

Antes de 1808, muchos concordaban con el químico francés, Bertoller, quien creía que la composición de un compuesto podría variar dentro reamplios límites, dependiendo de la forma en que se le preparara. Joseph Proust, un expatriado francés que trabajaba en Madrid, refutó las ideas de Berthollet mostrando que los “compuestos” que Berthollet había citado eran en realidad mezclas.

El tercer postulado llevó a Dalton a formular otra de las leyes cuantitativas básicas de la química, la ley de proporciones múltiples, que enuncia:cuando dos elementos se combinan para formar mas de un compuesto las masas de un elemento que se combinan con una masa fija de otro elemento lo están en proporción o razón de pequeños números enteros, como 2:1.

A pesar del éxito de la teoría atómica de Dalton no fue aceptada inmediatamente por todos los científicos. Muchos químicos sentían que era una pérdida de tiempo especular sobre la naturaleza particulada de la materia, y que las leyes naturales deberían basarse exclusivamente sobre cantidades experimentalmente medidas. Aun en 1900, el bien conocido químico alemán, Ostwald, al escribir un libro de texto de química general, evitó deliberadamente toda mención de las partículas atómicas o de otras partículas elementales.

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Hasta finales del siglo XIX los átomos eran considerados simplemente como minúsculas esferas cuya masa y naturaleza eran distintas de unos elementos a otros, y cuya unión daba lugar a la formación de las moléculas. Muchas propiedades generales de la materia podían interpretarse a partir de la existencia de estos átomos y moléculas, pero al querer explicar cualquier fenómeno físico o químico en la escala atómica era necesario aceptar que los átomos debían ser más complicados de lo que se creía.

La clasificación periódica de los elementos llevaba también a esta complejidad, y los fenómenos de electrolisis observados al pasar la corriente eléctrica a través de soluciones de muchas sustancias, mostraban que los átomos poseían, forzosamente, una estructura de naturaleza eléctrica. Al mismo tiempo, aunque se conocían detenidamente las propiedades de la electricidad, la cual se podía producir y transportar a voluntad, y utilizarse en múltiples aplicaciones, su esencia íntima permanecía en el misterio y únicamente se hablaba de un fluido que pasaba de unos cuerpos a otros al ponerse en íntimo contacto. Pero, ¿qué diferenciaba exactamente una esfera metálica sin carga eléctrica de la misma esfera cargada eléctricamente con electricidad positiva (la electricidad poseída por una varilla de vidrio después de frotada con una tela de seda) o con electricidad negativa (la electricidad adquirida por una barra de lacre o un pedazo de ámbar frotado con una tela de lana)?

El descubrimiento del electrón en 1897 no sólo permitió conocer la naturaleza íntima de la electricidad sino que, como partícula constituyente de todos los átomos, mostraba de modo experimental la complejidad de los mismos.

Por los comienzos del siglo XX, el conocimiento de la estructura atómica había adelantado hasta el punto de que los hombres de ciencia empezaban a especular acerca de la manera como estaban dispuestos en os átomos las cargas positivas y negativas. Parte del problema había sido resuelto cuando Rutherford descubrió la existencia de núcleos atómicos. Solo dos años después, en 1913, Niel Bohr presentó una teoría para la estructura del átomo de hidrógeno, que aporto muchísimo a nuestras ideas en cuanto a lo que se refiere al comportamiento de los electrones en los átomos.

Bohr basó su enfoque en el átomo nuclear de Rutherford y en la sugerencia de Planck de que los átomos y otras partículas pequeñas solo pueden poseer ciertas cantidades de energía definidas. Bohr supuso que un átomo de hidrógeno constaba de un protón central, alrededor del cual giraban un electrón en una orbita circular. Equilibrando la fuerza de atracción del electrón por el protón mediante la fuerza centrifuga debida al movimiento del electrón, pudo expresar la energía del átomo en términos del radio de la orbita del electrón. Bohr, en forma arbitraria y audaz, impuso una condición de cuanto en el momento angular “mvr” del electrón, que se expresa mediante la ecuación:

mvr = nh / 2

donde m es la masa electrónica, v de su velocidad, r el radio de la orbita, n un número cuántico que puede tener cualquier valor entero positivo (esto es, 1, 2, 3,….), y h es la constante de Planck.

Bohr demostró que su condición de cuanto limitaba las energías del átomo de hidrógeno a los valores expresados por la ecuación

E = - B / n2

Donde B es una constante igual a 2,179 x 10-11 ergios.

4. COMPONENETES DEL ÁTOMO.

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Como toda teoría científica útil, la teoría atómica presentaba mas preguntas de las que resolvía. Aun antes de que las ideas de Dalton hubieran sido generalmente aceptadas, filósofos y científicos especulaban si los átomos, diminutos como eran, podrían a su vez ser desintegrados en partículas menores. Casi 100 años hubieron de pasar antes de que se pudiera responder a esto afirmativamente basándose en evidencias experimentales. Tres físicos efectuaron los primeros trabajos en esta área: El inglés J.J. Thomson, Ernest Rutherford, natural de nueva Zelandia y Robert . Millekan.

Las primeras evidencias convincentes de las partículas subatómicas provinieron de experimentos que requerían la conducción de la electricidad a través de gases a bajas presiones. Cuando se vacía parcialmente un tubo de rayos catódicos y se le conecta a una fuente de energía de alto voltaje, como una bobina de chispa, fluye corriente eléctrica a través del tubo.

Acompañando a este flujo eléctrico hay rayos de luz de color, que tienen su origen en el electrodo negativo (cátodo), las propiedades de los rayos catódicos, fueron estudiadas extensamente durante las tres últimas décadas del siglo XIX. En particular, se encontró que estos rayos sufrían una desviación, tanto por los campos eléctricos como los magnéticos. Mediante un estudio cuidadoso de la naturaleza de esta desviación, J. J. Tomson demostró en 1897 que los rayos consistían en una corriente desarticulas negativamente cargadas, que él llamóelectrones. Thomson prosiguió para medir la proporción entre masa y carga del electrón, encontrando que

m / e = 5,69 x 10-9 g / culombio

El hecho de que esta relación sea más pequeña, en varios órdenes de magnitud, que la de cualquier otra especie cargada, implica que estamos ante una diminuta partícula subatómica.

En 1909 Millikan determinó la carga del electrón, empleando el experimento con gotas de aceite. Al medir el ritmo al que cae una gota de aceite entre las placas, es posible determinar la carga ejercida sobre la gota. Midió el efecto de un campo eléctrico sobre la frecuencia con la que unas gotas de aceite cargadas caían bajo la influencia de la gravedad. Pariendo de estos datos, calculó la carga de las gotas, encontrando que era siempre un múltiplo integral de la carga más pequeña. Suponiendo que la carga mas pequeña sea la del electrón, llegó a determinar un valor de 1,60 x 10-19 culombios. Combinando este número con la razón entre masa y carga ya citada, obtenemos para la masa del electrón:

m = (1,60 x 10-19 culombios) x (5,69 x 10-9 g/ culombios) = 9,11 x 10-28 g

Esto es solo aproximadamente 1/1837 de la masa del átomo más ligero, la del elemento hidrógeno. El electrón es también mucho mas pequeño que el átomo de hidrógeno, con un diámetro de solo 1/10000 del de aquel, o sea aproximadamente 10-12 cm.

La existencia de los electrones ha sido confirmada por muchos experimentos. Los electrones se encuentran entre las partículas (partículas ) emitidas por los átomos que sufren desintegración radiactiva.

5. NÚCLEO ATÓMICO.

En 1911 Ernest Rutherford y sus estudiantes efectuaron una serie de experimentos que influyeron profundamente en nuestras ideas respecto a la naturaleza de los átomos. Empleando una fuente radiactiva, bombardearon un trozo de delgado papelillo de oro, con partículas alfa (átomos de helio despojados de sus electrones). Con una pantalla

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fluorescente, observaron la forma en que las partículas eran diseminadas por el papelillo. La mayoría lo atravesaban casi sin sufrir desviación.

Algunas pocas, sin embargo, eran reflejadas hacia atrás del papelillo en ángulos agudos. Los números relativos de partículas reflejadas en ángulos diferentes fueron determinados contando sobre pantalla las escintilaciones (centello) causadas por las partículas individuales. Mediante un bello análisis matemático de las fuerzas electrostáticas que intervenían, Rutherford pudo mostrar que esa dispersión era provocada por un centro de carga positiva dentro del átomo del oro, que tenia una masa casi igual a la del átomo, pero un diámetro (aproximadamente 10-12 cm) de solo 1/10000 del átomo. Se repitió este experimento con resultados similares, empleando laminillas de muchos otros elementos. En esta forma estableció Ruthrford que un átomo contiene un centro masivo, diminuto y de carga positiva, llamado núcleo atómico.

Desde la época de Rutherford hemos aprendido mucho respecto a las propiedades de los núcleos atómicos, aunque todavía no tenemos un cuadro físico claro de las fuerzas que mantienen unido al núcleo. Para nuestros fines, podemos considerar al núcleo:

1. El protón, que tiene una masa casi igual a la del átomo de hidrógeno y lleva una carga positiva unitaria, igual en magnitud, pero designo opuesto a la del electrón.

2. El neutrón, partícula sin carga, con una masa aproximadamente equivalente a la del protón.

Todos los núcleos contienen un número integral de protones, exactamente igual al número de protones del átomo neutro. En el núcleo de cada átomo de hidrógeno hay un protón; el núcleo de de cada átomo de lawrencio contiene 103 protones. El número de protones del núcleo de un átomo es una propiedad fundamental del elemento correspondiente, conocida como su número atómico.

número atómico = número de protones

En esta forma podremos decir que el número atómico del elemento hidrógeno es 1, en tanto que el del elemento lawrencio es 103.

Electrización

En física, se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro

QUÉ ES LA ELECTRIZACIÓN

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Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades

eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se

dice que ha sido electrizado. 

La electrización es uno de los fenómenos que

estudia la electrostática.

Para explicar como se origina la electricidad

estática, hemos de considerar que la materia está

hecha de átomos, y los átomos de partículas

cargadas, un núcleo rodeado de una nube de

electrones. Normalmente, la materia es neutra (no

electrizada), tiene el mismo número des cargas

positivas y negativas. 

Algunos átomos tienen más facilidad para perder

sus electrones que otros. Si un material tiende a

perder algunos de sus electrones cuando entra en

contacto con otro, se dice que es más positivo en la

serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar

electrones cuando entra en contacto con otro

material, dicho material es más negativo en la serie

triboeléctrica.

Un ejemplo de materiales ordenados de más

positivo a más negativa es el siguiente:

Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana,

seda, papel, algodón, madera, ámbar, polyester,

poliuretano, vinilo (PVC), teflón.

El vidrio frotado con seda provoca una separación

de las cargas por que ambos materiales ocupan

posiciones distintas en la serie triboeléctrica, lo

mismo se puede decir del ámbar y del vidrio.

Cuando dos materiales no conductores entran en

contacto uno de los materiales puede capturar

electrones del otro material. La cantidad de carga

depende de la naturaleza de los materiales (de su

separación en la serie triboeléctrica), y del área de

la superficie que entra en contacto. Otro de los

factores que intervienen es el estado de las

superficies, si son lisas o rugosas (entonces, la

superficie de contacto es pequeña). La humedad o

impurezas que contengan las superficies

proporcionan un camino para que se recombinen las

cargas. La presencia de impurezas en el aire tiene el

mismo efecto que la humedad.

En la escuela hemos frotado el

bolígrafo con nuestra ropa y hemos

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visto como atrae a trocitos de papeles.

En las experiencias de aula, se frotan

diversos materiales, vidrio con seda,

cuero, etc.. Se emplean bolitas de

sauco electrizadas para mostrar las

dos clases de cargas y sus

interacciones.

De estos experimentos se concluye

que: 

1. La materia contiene dos tipos de

cargas eléctricas denominadas

positivas y negativas. Los objetos no

cargados poseen cantidades iguales de

cada tipo de carga. 

2. Cuando un cuerpo se frota la carga

se transfiere de un cuerpo al otro, uno

de los cuerpos adquiere un exceso de

carga positiva y el otro un exceso de

carga negativa. En cualquier proceso

que ocurra en un sistema aislado la

carga total o neta no cambia.

3. Los objetos cargados con carga del

mismo signo, se repelen. 

4. Los objetos cargados con cargas de

distinto signo, se atraen.En física, se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Carga por indución [editar] 

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. 

Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. . Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor. El estudio de la electrostática ha determinado que cargas electricas del mismo signo se rechazan, y que cargas de signo contrario se atraen; esta ley se ha empleado en un instrumento llamado electroscopio, el cual sirve para identificar si un cuerpo se encuentra cargado electricamente o si se encuentra en un estado neutro. 

Electrificación por Conducción 

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Consideremos dos recipientes metálicos (de cobre o aluminio, por ejemplo), ambos aislados entre sí. Tomemos un trozo de vidrio electrificado e introduzcámoslo dentro de uno de lo recipientes -sin tocar sus paredes-. Llamemos 'A' a éste recipiente y 'B' al otro recipiente. Tomemos un trozo de alambre metálico (cobre) y unamos los recipientes A y B con él. Se observa lo siguiente: 

* El recipiente B se electrifica, con carga del mismo signo que A, en este caso, positiva. * Si se hubiera usado un hilo de algodón o seda, en vez del alambre conductor, no se habría observado carga eléctrica en B. Esto permite una primera clasificación de los materiales en conductores, como el cobre y aisladores, como el hilo de algodón o seda. 

No seguiremos describiendo la multitud de experimentos que se han realizado, nos bastará con decir que estos experimentos apoyan la idea que en la naturaleza existen sólo dos tipos de electricidad, que llamamos negativa y positiva. Podemos añadir, además, dos propiedades importantes de la carga eléctrica, con el objeto de comenzar a apreciar su significado. Estas son la conservación de la carga electrica, y la cuantización de la carga eléctrica. Estas propiedades son, hasta donde se sabe, independientes. 

Biología

LA EDAD ANTIGUA (HASTA EL SIGLO V)

Hasta los griegos el saber en Biología era de carácter popular, exceptuando quizás los pueblos de Egipto y Babilonia donde (en relación con la medicina y el embalsamamiento de cadáveres) se consiguieron importantes avances en Anatomía y Fisiología animal y humana.

Seiscientos años antes de Cristo, apareció en la isla griega de Cos la primera escuela dedicada a la Medicina.  En ella destaca Hipócrates (460-3 70 a. C.) quien consideraba que las enfermedades eran procesos naturales que había que combatir ayudando a las propias fuerzas curadoras de la Naturaleza.

Aristóteles (384-322 a. C.) puede ser considerado como el primer biólogo. Estudió las semejanzas y diferencias entre las diferentes especies de seres vivos y realizó una primera clasificación, introduciendo términos como el de animales con sangre y animales sin sangre (equivalen a los de animales vertebrados y animales invertebrados).

Aristóteles aplicó y difundió las ideas de Empédocles de Agrigento (492-432 a. C.) para quien el mundo y sus habitantes estaban formados por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego.  Al observar los animales que surgían del lodo, de las ciénagas, etc., Aristóteles supuso que muchos nacían por generación espontánea tras la unión de tierra y agua y la interpenetración de una fuerza vital.   Para otros seres superiores, consideró su nacimiento mediante reproducción sexual.

El prestigio de Aristóteles fue tan grande que durante los siglos siguientes, prácticamente durante dos mil años, no se discutió ninguna de sus afirmaciones en el campo de la Biología.

En la Roma imperial cabe citar los nombres de Dioscórides, uno de los primeros botánicos; de Lucrecio y su obra De rerurn naturae; y de Plinio el Viejo (23-79 d. C.), autor de una importante Historia natural en la que se citan especies tanto reales como mitológicas o inventadas.  Posteriormente destaca Galeno (129-201), famoso par sus aportaciones en el campo de la Medicina.

LA EDAD MEDIA (SIGLOS V-XV)

Entre los Siglos V y X se produjo un serio retroceso de la cultura. Exceptuando China y la India, aunque muchos de sus descubrimientos se perdieron y debieron ser redescubiertos más tarde en Occidente.  Los árabes contactaron con estas culturas y con los textos clásicos grecorromanos.  Así, tradujeron los libros de Hipócrates, Galeno y Dioscórides, durante el siglo X, en Córdoba.  En el siglo XI comenzaron a surgir las Universidades, en las que se estudiaba a Aristóteles, al que se le consideraba el maestro.

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San Alberto Magno (1206-1280), que fue profesor de Santo Tomás de Aquino.  San Alberto realizó una clasificación de las plantas según sus hojas y frutos, escribió una obra sobre animales en 26 tomos, descubrió la función de las antenas de las hormigas para su comunicación, la forma de tejer de las arañas, la necesidad de incubación de los huevos de las águilas, etc.

Roger Bacon (1214-1294), fraile franciscano partidario de que en la investigación científica los razonamientos teóricos nada prueban, que todo depende de la experimentación (los resultados).

LA ÉPOCA DEL RENACIMIENTO

El Renacimiento tuvo su cuna en Italia y allí donde surgieron los primeros trabajos científicos serios, como los de Leonardo da Vinc¡ (1452-1 519), que extendió su curiosidad investigadora a la anatomía humana e intuyó la larga duración de las épocas pasadas, y los trabajos de Andrés Vesalio (1514-1564), que basó sus estudios anatómicos en la disección de cadáveres.  En esta época, el aragonés Miguel Servet (1511-1553) descubrió la circulación sanguínea y William Harvey(1578-1657) completó este descubrimiento y demostró el mecanismo de la circulación sanguínea en los circuitos mayor y menor.

Los siglos XVI y XVII estuvieron muy influidos por el descubrimiento de América.  Las nuevas especies de plantas y animales polarizaron el interés de los naturalistas, entre los que destacaron los sistemáticos John Ray y Tournefort.  Galileo Galilei (1564-1642) fue el autor de la primera Historia natural de América, aunque es más conocido por sus descubrimientos en Astronomía.

En el siglo XVII, Francis Bacon (1561-1626) realizó sus estudios basándose en la experimentación., e introdujo las bases del método cualitativo-inductivo que tanto sirvió para la elaboración de teorías e hipótesis durante el siglo XIX.  René Descartes (1596-1650), autor del Discurso del método (1631), desarrolló en esta obra las cuatro reglas de la investigación científica.

Entre los científicos más importantes de esta época destacan Red¡ (1626-1698), que se declaró contrario a la generación espontánea; los hermanos Janssen, que inventaron el microscopio a finales del siglo XVI; Malpighi (1628-1694), que Descubrió los capilares sanguíneos, los alvéolos pulmonares, la circulación renal(pirámides de Malpighi), etc.; y Robert Hooke (1635-1703), que introdujo el término célula.

EL SIGLO XVIII

En el siglo XVIII, la mayoría de los científicos eran partidarios de un cambio: frente a las ideas anteriores, consideraban la ciencia como la única vía objetiva de conocimiento.  Este espíritu quedó reflejado en la Enciclopedia de las Artes y de las Ciencias de Diderot (1713-1784) y D'Alembert (1717-1783), obra en la que se resumió todo el conocimiento científico, tanto en Biología como en las otras ramas del saber.

Entre los científicos del siglo XVIII mencionaremos a Van Leeuwenhoek (1632-1723), descubridor de los protozoos y primer observador de células como los glóbulos rojos, los espermatozoides y las bacterias; T. Needham (1731-1789), defensor de la generación espontánea, y Spallanzani (1729-1799), detractor de la misma.

El siglo XVIII es el siglo de los grandes viajeros y sistemáticos.  Entre ellos destaca el sueco Karl von Linné (1707-1778), fijista y aristotélico, que  ideó la nomenclatura binomial de género y especie, actualmente en uso, y clasificó los animales y las plantas en las sucesivas ediciones de su obra Sistema naturae.  Esta obra sirve de base a la sistemática actual. 

EL SIGLO XIX

 Tras el siglo XVIII en el que la mayor actividad de los biólogos se desarrolló en el campo de la sistemática, en un intento de clasificar las especies procedentes del Nuevo Mundo, se suscitó en el siglo XIX una interpretación, basada en la razón, tanto de la aparición de las diferentes especies como de su distribución y parentesco.  Así surgió la teoría evolucionista, uno de cuyos primeros defensores fue el francés Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), que explicaba su hipótesis basándose en dos principios: «la necesidad crea el órgano y su función lo desarrolla», y «los caracteres adquiridos se heredan».

 Esta teoría chocaba, por un lado, con la crítica de quienes pedían datos, experiencias, etc., que la confirmaran y, por otro, con la opinión del francés Georges Cuvier(1769-1832), considerado como el padre de la Paleontología y de la Anatomía comparada, Cuvier era fijista, es decir, creía en la inmutabilidad de las especies.  Para explicar la desaparición de especies que sólo existieron en el pasado y de las cuales sólo quedan restos fosilizados suponía que hubo una serie de catástrofes sucesivas que produjeron su extinción.  Posteriormente, después de cada catástrofe se desarrollaba una nueva y distinta creación.

 En 1859, el naturalista inglés Charles Darwin (1809-1882) publicó El origen de las especies.  En este libro recogió las conclusiones a que había llegado durante el viaje científico que muchos años antes había realizado por todo el Nuevo Mundo a bordo del Beagle. La teoría de Darwin se apoyaba en dos puntos: la variabilidad de la descendencia y la selección natural o, dicho de otro modo, la supervivencia del más apto.

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 Schwann (1810-1882) y Schleiden (1804-1,881), destacaron en Histología por enunciar la teoría celular.  En Microbiología, Pasteur (1822-1895) llevó a cabo experimentos definitivos sobre la irrealidad de la generación espontánea, descubrió que algunos microorganismos tenían carácter patógeno, aisló el bacilo del cólera de las gallinas, dedujo el concepto de inmunidad y descubrió la vacuna antirrábica. Posteriormente, Robert Koch (1843-1910) aisló el microbio que producía el carbunco, el bacilo de la tuberculosis y el microbio del cólera.  En 1865, el médico escocés Josepli Lister (1827-1912) descubrió que la infección de las heridas se debe a las bacterias y en 1867 utilizó el fenol para crear un ambiente bactericida en la sala de operaciones.  En 1884, el médico y bacteriólogo español Jaime Ferrán(1852-1929) descubrió la vacuna contra el cólera.  En Fisiología destacó Claude Bernard (1813-1878), que puede ser considerado como el padre de la Fisiología.

  En 1865, el agustino Gregor Mendel (1822-1884) publicó sus trabajos sobre las leyes que sigue la herencia biológica.

 A mediados del siglo XIX apareció el término «ecología» para designar a una nueva rama de las Ciencias Biológicas.  Ernst Haeckel fue tal vez el primero que definió esta ciencia. El zoólogo francés I. Geoffroy Saint-Hilaire propuso la denominación «etología» para el estudio de las relaciones de los organismos dentro de la familia, de la sociedad en su conjunto y de la comunidad.

EL SIGLO XX

En el siglo XX se produjo una revolución científica por la aparición de nuevos instrumentos, como el microscopio electrónico, que ha permitido grandes avances en Citología e Histología, como a la gran cantidad de personas y grupos de investigación que se dedican a la ciencia en todo el mundo.  Son tantos estos avances que a continuación vamos a enumerar los más significativos:

1900, De Vries, Correns y Tschermack, redescubrimiento de las Leyes de Mendel. 1903, Batteson y Punnet, concepto de interacción genética. 1904, Pavlov, fisiología de la digestión. 1905, Koch, bacilo de la Tuberculosis. 1906, Golgi y Ramón y Cajal, trabajos en Citología. 1911, Morgan, recombinación genética y mapas cromosómicos. 1922, Meyerhof, paso del Glucógeno a Ácido láctico. 1923, McLeod y Banting, descubrimiento de la insulina. 1924, Oparin, hipótesis del origen abiótico de la vida. 1927, Muller, efecto mutágeno de los Rayos X. 1929, Fleming, descubrimiento de la Penicilina. 1941, Beadle y Tatum, relaciones entre genes y enzimas. 1953, Watson y Crick, estructura de la doble hélice de ADN. 1959, Ochoa, descubrimiento de la ARN-polimerasa. 1959, Kornberg, descubrimiento de la ADN-polimerasa. 1964, Bloch y Lynen, metabolismo de lípidos. 1965, Jacob y Monod, funcionamiento de los genes. 1978, Mitchell, hipótesis quimiosmótica. 1987, Tonegawa, diversidad de los anticuerpos. 1989, Altman y Cech, propiedades catalíticas del ARN. etc...

PERSPECTIVAS ACTUALES Y DE FUTURO DE LA BIOLOGÍA.

La Biología es una ciencia pura, cuyo objeto es el conocimiento de qué es y de cómo se desarrolla la vida. Se siguen dos líneas de trabajo: la investigación pura y la investigación aplicada. 

BIOLOGÍA Y MEDICINA

Todavía se desconoce un tratamiento eficaz para los principales tipos de cáncer.  El uso indiscriminado de antibióticos ha hecho que la aparición de cepas resistentes sea, por desgracia, muy frecuente.

Se requiere, por tanto, descubrir nuevos antibióticos.  Aún no existe un tratamiento eficaz para las enfermedades producidas por virus (gripe, hepatitis, SIDA, etc.).

Las enfermedades por deficiencia en la herencia genética son muy difíciles de tratar mediante las terapias convencionales (fármacos).  La posibilidad de sustituir los genes defectuosos mediante la Ingeniería genética abre una ventana de esperanza para muchos enfermos.  Los trasplantes de órganos se ven limitados por procesos inmunitarios de rechazo de los nuevos tejidos.  Todavía existen enfermedades tan comunes como la artrosis, el reuma, la úlcera, etc., para las que por el momento no hay una terapéutica satisfactoria.

BIOLOGÍA E INDUSTRIA

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En la actualidad se trabaja en fermentaciones, como la elaboración de vino a partir del zumo de uva, la fermentación de la harina para hacer pan, la fermentación de la leche para obtener yogur y diferentes tipos de quesos, ete.

También se trabaja en la extracción de sustancias alcaloides, vitaminas, etc., de las plantas.  En el futuro es previsible que se incremente la línea de la síntesis artificial de sustancias orgánicas.  Así se obtienen ya muchas hormonas, antibióticos y vitaminas.  El conocimiento profundo de la fotosíntesis tal vez permita laobtención de materia orgánica a expensas simplemente de agua, anhídrido carbónico, sales minerales y luz.  Del petróleo podrían obtenerse glúcidos y lípidos eincluso, por filtración, proteínas.  El estudio sobre las posibilidades de asimilar la celulosa en el tubo digestivo humano puede también contribuir a la obtención de un nuevo alimento.

BIOLOGÍA EN AGRICULTURA Y GANADERÍA.

Tras el uso excesivo de insecticidas, especialmente el diclorodifeniltricloroetano (DDT), han desaparecido en muchos casos los depredadores naturales de los insectos (principalmente pájaros) al acumularse en sus tejidos los insecticidas que contenían sus presas.  Por otro lado, han aparecido insectos mutantes resistentes que ahora precisan altas concentraciones de insecticida para ser atacados.  Actualmente se trabaja en la lucha biológica.  Se trata de encontrar especies parásitas o depredadoras de las plagas cuyo ciclo de reproducción sea más rápido.  También se utiliza el método de soltar hembras o machos esterilizados.

Otro aspecto interesante de la Biología aplicada a este campo es la obtención, por selección de nuevas razas, de ganado de mayor rendimiento (vacas de leche y de carne, cerdos, gallinas, etc.). En esta misma línea está la obtención de híbridos de elevado rendimiento agrícola, por ejemplo, híbridos de maíz con mazorcas dos o tres veces más pesadas que las normales, variedades de patatas de tubérculos más grandes o más resistentes frente a un clima, etc.

BIOLOGÍA  Y MEDIO AMBIENTE

El predominio de la especie humana sobre las demás especies ha producido una variación importante en el equilibrio biológico de prácticamente toda la Tierra.

Ante la pasividad de la sociedad se ha ido liquidando el patrimonio natural de las futuras generaciones: industrias que contaminan las aguas y la atmósfera, uso irracional de los recursos, distribución absurda de la población humana en ciudades de millones de habitantes mientras que más de la mitad de la Tierra está deshabitado, aprovechamiento devastador del campo y del mar...

El impacto ecológico no es fruto de un simple aumento de población, sino más bien el resultado de una grave falta de organización y de previsión.  Desde hace mucho tiempo se conoce la conveniencia de núcleos de población pequeños, que ocupen poca superficie, permitan zonas amplias de bosque y queden armonizados con el paisaje circundante.

Al vivir los hombres en grandes núcleos de población, se hace preciso un alto grado de organización y esto lleva consigo el desequilibrio del entorno.  Esto acarrea un desequilibrio ecológico en aquellas zonas del entorno en donde se vierten los residuos, en donde se realizan los monocultivos necesarios para la alimentación de la ciudad, en donde se obtiene energía para dicha ciudad, etc.  Son pues, preferibles los núcleos urbanos pequeños.  Igualmente, la vida en las grandes ciudades va asociada a un despilfarro de energía tanto mayor cuanto más populosa es la ciudad.

En los países más desarrollados, en donde la esperanza de vida de los niños es altísima y, por tanto, la población debería crecer sin problemas, es donde se están dando casos de decrecimiento.  Esto ocasiona un desequilibrio entre los individuos de edades altas (ancianos), que aumentan respecto a los de edades medias y bajas (productores), que son cada vez menos.

Esta situación es obviamente la antesala del declive de esa población y de la pérdida de su hegemonía respecto a las poblaciones jóvenes colindantes en expansión demográfica.

La Ecología suministra cada vez más datos sobre productividades, sobre distribución territorial, demarcando aquellas zonas que por su interés científico precisan ser conservadas, sobre el impacto contaminador de los productos químicos, de las centrales nucleares y térmicas, de la polución de aguas, por basuras, etc.

En Biología pura se investiga prácticamente en todos los campos, pero hay algunos que, por el interés que pueden tener las aplicaciones de los descubrimientos, reciben un mayor apoyo económico y con ello un avance y una popularidad mayores.  Entre éstos podemos citar: la Genética, la Ecología, la Microbiología, laFisiología animal, vegetal y humana, la Bioquímica, especialmente en lo que respecta al material genético y al intento de sintetizar un ser vivo, la Ingeniería genética, la Biónica, que es el estudio de los mecanismos propios de los seres vivos, como el funcionamiento de los órganos de los sentidos, del cerebro, etcétera, con la finalidad de diseñar máquinas,  sistemas, de autocontrol (feed-back), etc., cuya construcción estudia la Cibernética; la Exobiología, que estudia las posibilidades y circunstancias de la vida fuera de la Tierra, etc.

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La Biología es la ciencia que estudia a los seres vivos; este concepto fue creado a principios

del siglo XIX por Jean-Baptiste Lamarck, en Francia, y Gottfried R. Treviranus, en Alemania, sin embargo, el estudio de los seres vivos data de la antigüedad.

En el principio de la evolución humana, los conocimientos estuvieron basados en experiencias personales, trasmitidos de una generación a otra, cuyo objetivo era resolver problemas cotidianos.

A los conocimientos, basados en la experiencia, se les llama empíricos y ayudaron al hombre, por ejemplo, a utilizar el fuego, a identificar vegetales comestibles e, inclusive, a cruzar y mejorar algunas especies vegetales.

Las manifestaciones de la naturaleza –como trueno, relámpago y terremotos–, causaron miedo e inquietudes en el hombre quien, para explicarlos, ideó seres sobrenaturales a los que rendía culto. Así, mediante la magia y la religión, supuso controlar los fenómenos naturales.

Actualmente, los conocimientos empíricos han sido invalidados por la ciencia, la cual explica en forma lógica y razonada a los fenómenos, pese a ello algunos han servido como base a conocimientos científicos.

Para satisfacer sus necesidades, el hombre creó métodos para cultivar; aprendió a utilizar el fuego; se vistió con las pieles de animales que cazaba y con huesos fabricó utensilios y armas. Estos conocimientos empíricos contribuyeron al desarrollo de la humanidad.

El hombre, por falta de conocimientos, en ocasiones interpretaba de forma equivocada lo que observaba. Por ejemplo, Hipócrates y Galeno, médicos griegos de la antigüedad, aseguraban que las enfermedades eran causadas por vapores venenosos originados por el movimiento astral. En su época, la idea de que hubiera organismos vivos invisibles al ojo humano –bacterias y virus–, que provocaran la muerte de hombres y animales, era contraria al sentido común.

Cuando el hombre perfeccionó los métodos de observación y experimentación y tuvo la información suficiente para controlar sus experimentos, surgió el conocimiento científico y, con él, la ciencia biológica.

La ciencia se fundamenta en conocimientos objetivos, comprobables universalmente tanto por medio de la observación como de la experimentación. Los científicos no se apoyan en creencias, sino realizan numerosos estudios y experimentos antes de afirmar o negar el resultado de sus investigaciones.

Durante muchos años, el hombre ha acumulado una serie de conocimientos ordenados, razonados y exactos que en conjunto forman lo que se considera ciencia.

Estos conocimientos se han clasificado dando origen a ciencias especializadas, como biología, física, química, geografía, entre otras.

La antigua Grecia y la Biología

En Grecia se realizaron los primeros estudios biológicos que constan en registros escritos, entre ellos destacan:

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Aristóteles. Filósofo y naturalista griego, escribió tratados de anatomía y botánica basados en la observación detallada de seres vivos. Elaboró la clasificación de éstos siguiendo una jerarquía en la que los seres más simples ocupaban una posición inferior y planteó la idea de que los complejos procedían de los primeros. Además, dividió a los seres vivos en plantas y animales; consideró tres grupos de plantas: hierbas, arbustos y árboles. A los animales los agrupó en:enaima, con sangre y anaima, sin sangre. Clasificó 540 especies de animales, según su forma y aspecto exteriores. Por esto se le considera el padre de la biología.

Hipócrates. Médico griego famoso por el juramento hipocrático, que rige la ética de los médicos actuales. Escribió una enciclopedia médica, cuya influencia llegó hasta el siglo XVII.

Galeno. Médico griego. Hizo descripciones anatómicas basadas en simios y humanos, por lo que fue el primer sabio en encontrar similitud entre ambos. Pensaba que la sangre atraviesa del lado derecho del corazón al izquierdo, idea equivocada que estuvo vigente hasta el siglo XVI. Galeno dio origen a una rama de la medicina, llamada anatomía comparada.

La civilización romana tuvo una función secundaria en cuanto a los adelantos en biología y con la caída del imperio se interrumpió la investigación científica en Europa, hasta el Renacimiento.

Edad Media

Durante la Edad Media, no hubo grandes avances científicos en Europa, en cambio, los árabes, quienes dominaban el norte de África y el Medio Oriente, lograron adelantos científicos relevantes; por ejemplo: las lentes, usadas para fabricar anteojos. También lograron avances en la medicina, al descubrir algunas causas de las enfermedades de los ojos.

Los habitantes de Mesoamérica, cultivaron muchas plantas, de las cuales en la actualidad nos alimentamos. Además, hicieron cruzas entre las mejores variedades de frijol, maíz, jitomate, aguacate, calabaza, entre otras, con el propósito de obtener mejores cosechas.

Los árabes hicieron importantes aportaciones en cuanto al uso de plantas para la curar enfermedades y practicaron la polifarmacia, que consistía en hacer una infusión de varias plantas que se administraba al enfermo con el propósito de que alguna de ellas lo aliviara.

En Europa se tuvo acceso a estos conocimientos debido a las traducciones que los monjes, hicieron de los numerosos escritos árabes llamados herbarios, en los que se describen diferentes plantas y las indicaciones para su empleo.

En la Edad Media, los medicamentos se preparaban en forma de bebida, agregando a la infusión de las plantas, azúcar, miel, esencias de rosas y cáscaras de naranja para mejorar su sabor. Asimismo, se hacían pomadas y linimentos mezclando grasas de animales con plantas.

A pesar de estos avances, la medicina estaba aún mezclada con ritos mágicos y el conocimiento de anatomía humana estaba limitado pues la Iglesia prohibía las disecciones de cadáveres.

La Biología después del siglo XV

El Renacimiento europeo trajo consigo grandes avances en biología. A mediados del siglo XVII, el empleo de aparatos como la lupa y el microscopio facilitaron el estudio del mundo microscópico, desconocido hasta esa época.

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Anton van Leeuwenhoek, con su trabajo de tallado de lentes, creó un microscopioque aumentaba el tamaño de las imágenes cerca de 270 veces. Con él observó protozoarios, bacterias, glóbulos rojos de la sangre humana, etcétera. La invención del microscopio dio inició a los estudios de la célula y a la bacteriología.

Marcello Malpighi, Hooke y otros investigadores del siglo XVII, observaron con detalle insectos, conocieron las distintas partes de las plantas y estudiaron a numerosos microorganismos.

En el siglo XVIII, los conocimientos de la biología se incrementaron debido a los trabajos de Karl von Linné, naturalista y médico sueco quien perfeccionó, en 1758, la clasificación de animales y plantas, con una nomenclatura llamada binominal, que aún se utiliza.

El siglo XVIII marcó el nacimiento de la biología moderna.

 

EVOLUCIÓN Y HERENCIA

El primer científico evolucionista fue Jean Baptiste Monet llamado el Caballero de

Lamarck, quien publicó La filosofía zoológica (1809), donde dio a conocer su teoría de la evolución.

Charles Darwin, publicó en 1859 El origen de las especies, en el cual propuso un concepto de evolución que cambió el estudio de la biología, pues afirmó que los seres vivos son producto de millones de años de cambios. El mecanismo evolutivo en el que fundamenta su teoría es la selección natural.

En el siglo XIX destacan los trabajos de Gregor Johann Mendel, monje agustino y naturalista austríaco que descubrió, en 1865, el mecanismo de la herencia; es decir, de cómo se trasmiten las características de padres a hijos. Sus estudios sirvieron de base para que en 1900 se descubrieran los cromosomas; así inició la genética moderna.

También destacan en el campo de la microbiología los trabajos de Robert Koch,médico bacteriólogo alemán que aisló los bacilos del ántrax (1876), de la tuberculosis, que lleva su nombre (1882), y el del cólera (1883). Además, perfeccionó las técnicas para el estudio de las bacterias haciendo cultivos bacteriológicos en medios sólidos.

Louis Pasteur, médico y bacteriólogo francés, revolucionó la medicina, la cirugía y la bacteriología al demostrar que los microbios son causantes de la descomposición y fermentación de muchos alimentos, lo mismo que de las enfermedades infecciosas padecidas por el hombre y los animales. Fue fundador de la bacteriología moderna e iniciador de la asepsia. Logró esterilizar alimentos a través de la pasteurización y descubrió la vacuna antirrábica. Terminó con la teoría de la generación espontánea, que había prevalecido para explicar el origen de los organismos.

Teoría sintética de la evolución

Una de las principales ramas de la biología es la genética, encargada del estudio de la herencia. Ésta ha aportado conocimientos que han contribuido y

enriquecido el estudio de la evolución y la hipótesis de Darwin, dando origen a la teoría sintética de la evolución o teoría neodarwiniana, que combina los principios de la genética mendeliana con la teoría de la selección natural de Darwin.

Biólogos del siglo XX

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Desde 1900, la biología ha avanzado muy rápido, principalmente en el campo de la microbiología. Existen pocas enfermedades infecciosas cuyo agente etiológico (origen) se desconoce.

El virus del mosaico del tabaco fue aislado en forma cristalizada en 1935 por los bioquímicos estadounidenses Wendell Meredith Stanley y John H. Northrop, quienes obtuvieron el premio Nobel de Química en 1946.

En 1953 se concedió el premio Nobel al bioquímico alemán Fritz Albert Lipmann y aHans Krebs, bioquímico alemán naturalizado británico, por sus estudios sobre el metabolismo de los glúcidos en células vivas.

En el mismo año, James Dewey Watson, biólogo estadounidense, y Francis Crick, físico inglés, propusieron una teoría sobre la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN), responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios en los seres vivos; recibieron el premio Nobel en 1962.

El premio Nobel de Química, en 1958, se otorgó al biólogo estadounidense Joshua Lederberg, descubridor del mecanismo de recombinación genética en las bacterias y a Edward L. Tatum, quien estudió la bioquímica de los genes. Ambos compartieron el premio con George Beadle, quien hizo aportaciones a la ingeniería genética.

Esta información proporcionó indicios para comprender el proceso de la herencia en formas de vida superiores.

Arthur Kornberg (1918), biólogo estadounidense, y Severo Ochoa, bioquímico español radicado en Estados Unidos de América, aislaron y sintetizaron el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN), en el año 1959.

Entre los biólogos mexicanos de nuestro siglo destaca Alfonso Herrera, creador de la plasmogenia, que estudia la generación artificial mediante procedimientos fisicoquímicos en células vivas. También investigó sobre ecología vegetal y animal del Altiplano mexicano.

Enrique Beltrán, es otro importante biólogo mexicano. Numerosos investigadores le han atribuido el descubrimiento de nuevas especies a quienes puso nombres relacionados con el suyo; por ejemplo: Plasmodium beltrani.

 

PANORAMA ACTUAL DE LA BIOLOGÍA

Hoy en día, la biología ha ampliado sus áreas de estudio debido a la aparición de nuevas

ideas y descubrimientos en genética, evolución y ecología, entre otros.

Las investigaciones en biología ayudan a encontrar elementos dirigidos al mejoramiento de la vida del hombre; principalmente en medicina, nutrición y conservación del medio ambiente.

El uso de microscopios electrónicos, la posibilidad de la síntesis de compuestos orgánicos en el laboratorio (como hormonas), así como los avances en genética, estructura y función celular, entre otros, hacen que el

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desarrollo de la biología sea uno de los pilares para lograr el bienestar los organismos vivos del planeta.

La aplicación de estos conocimientos biológicos hace posible la obtención de más y mejores alimentos, la eliminación y control de enfermedades y el mejoramiento del ambiente en que nos desarrollamos, entre otros.

En la actualidad, la biología se ha dividido en varias ramas, para así estudiar más a fondo y de forma ordenada el amplio campo de esta ciencia.

Las principales ramas de la biología son: la botánica, encargada del estudio de las plantas y la zoología, que estudia lo referente a los animales.

Otras ramas de la biología son:

Citología. Estudia las células.

Fisiología. Estudia las funciones de los seres vivos.

Taxonomía. Se ocupa de agrupar a los seres vivos en diversas categorías o grupos para facilitar su

estudio.

Ecología. Estudia los organismos y su relación con el ambiente.

Embriología. Estudia el desarrollo de los seres vivos en la etapa anterior al nacimiento.

Histología. Estudia los tejidos.

Genética. Estudia cómo se heredan los caracteres de padres a hijos.

Como ningún fenómeno biológico se realiza de manera aislada, la biología se relaciona con otras ciencias para explicar y estudiar algunos fenómenos. Estas ciencias se conocen como ciencias auxiliares.

Por ejemplo, para estudiar las reacciones que se llevan a cabo en los procesos de nutrición de los organismos vivos, se aplican conocimientos de química; ello da lugar a la ciencia auxiliar llamada bioquímica.

Análogamente, se han creado otras ciencias auxiliares de la biología, como la biogeografía, biofísica y biomatemáticas, donde se aplican conocimientos de geografía, física y matemáticas, respectivamente, con la finalidad de estudiar mejor a los seres vivos.

Los primeros conocimientos biológicos datan de la época prehistórica. Dada su

condición de cazador y recolector, el hombre primitivo debió conocer diferentes

tipos de animales y plantas, sobre los que fue necesario estudiar el

comportamiento de los primeros, así como los períodos de fructificación de las

segundas.

Se han encontrado testimonios escritos de que los babilonios de la época de

Hamurabi, aproximadamente 1.800 años antes de la era cristiana, ya conocían

la diferenciación sexual de las palmeras datileras. Se han encontrado también

en papiros bajo relieves descripciones anatómicas y del cuerpo humano, así

Page 18: Estructura atómica de la materia

como estudios sobre los tejidos de las plantas de cultivo. Los antiguos egipcios

disponían, asimismo, de conocimientos sobre plantas y aceites vegetales que

aplicaban a las técnicas de embalsamamiento.

Grecia y Roma. En el siglo VI a.C. se produjo un salto cualitativo en los avances

de todas las ramas del saber con el florecimiento de la cultura clásica. Por

medio de la observación y de la deducción, los filósofos griegos intentaron

acceder al conocimiento del mundo y de las leyes que lo rigen, en una actitud

que constituye el origen de la ciencia occidental. En algunos de los sistemas

globales que fueron ideados se percibía ya una actitud evolucionista, puesto

que sostenían que los seres vivos se habían formado a partir de materia

inanimada. Para Tales de Mileto, por ejemplo, los seres vivos se habían formado

por la condensación del agua. Su discípulo Anaximandro sostenía que los peces

habían sido los primeros seres vivos (formados a partir del barro) y que al

abandonar el agua habían comenzado a desarrollarse los demás animales. En la

isla de Cos, donde se había creado una importante escuela médica, vivió en el

siglo V a.C. Hipócrates, a quien se considera fundador de la medicina

occidental.

Por la influencia que sus ideas ejercieron posteriormente en Europa, tuvo

especial importancia el filósofo Aristóteles, que vivió en el siglo IV a.C. De su

obra destaca la creación del primer sistema de clasificación de los animales y la

teoría sobre la adaptación estructural y funcional de los seres vivos al medio en

el que habitan.

Teofrasto, discípulo de Aristóteles, estudió el mundo de las plantas desde

diversos puntos de vista y fue considerado el fundador de la anatomía vegetal,

dado que analizó con precisión la estructura de los diversos tejidos, estableció

su nomenclatura y analizó los fenómenos de la polinización y del desarrollo de

las semillas, con lo que sentó las bases de la embriología botánica.

A la caída del imperio de Alejandro, el foco cultural se trasladó a Alejandría, en

Egipto, donde destacaron Erasístrato, que efectuó estudios sobre el sistema

circulatorio, y Herófilo, que describió el sistema nervioso.

Page 19: Estructura atómica de la materia

En la época romana vivieron Dioscórides, que escribió un tratado sobre hierbas

medicinales cuya influencia perduraría durante todo el medievo; Plinio el Viejo,

cuya Historia Natural se convirtió en obra de consulta durante los siglos

posteriores, y Galeno, cuya obra constituyó el fundamento teórico de la práctica

médica durante los siglos posteriores.

Edad Media. Con la recesión de la cultura clásica correspondió al mundo árabe

la recuperación de un legado de conocimientos que posteriormente se

reintrodujo en Europa por medio de traducciones del árabe al latín. Entre los

científicos árabes de esta época destacan Yahiz, que vivió en el siglo IX y

elaboró uno de los primeros tratados de zoología, el Libro de los animales, y

Avicena (Ibn Sina), quien en el siglo XI escribió el Canon de medicina,

paradigma de la ciencia biológica medieval.

Durante los siglos XII y XIII se reactivó la cultura europea y se fundaron

escuelas y universidades. Surgieron figuras como la de san Alberto Magno, que

escribió tratados sobre animales y plantas basados en los escritos de

Aristóteles, y Roger Bacon, que realizó estudios sobre casi todas las ramas del

saber de su tiempo. A partir del siglo XIV comenzaron a practicarse disecciones

de cadáveres, lo que supuso un gran avance de la anatomía.

Renacimiento. Durante el siglo XV se produjo un nuevo impulso en el estudio de

la ciencia y su propagación se vio favorecida por la invención de la imprenta. En

el campo de la anatomía, Andreas Vesalius realizó una serie de estudios

basados en disecciones a partir de las cuales se desarrolló un nuevo grado de

conocimiento del cuerpo humano. Sus estudios anatómicos se incluyen en su

obra De humani corporis fabrica libri septem (1543; Siete libros sobre la

estructura del cuerpo humano). En el campo de la fisiología, Miguel Servet

comenzó el estudio de la circulación sanguínea, que sería completado en el

siglo XVII por William Harvey.

En esta época se escribieron diversos tratados de zoología y se describieron la

flora y la fauna de las más lejanas regiones. En el gran desarrollo de la botánica

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influyó en buena medida la confección de herbarios, a los que se incorporaban

las plantas aportadas por viajeros o expediciones científicas. Asimismo, se

crearon jardines botánicos, generalmente ligados a universidades, como los de

Pisa, Bolonia, Oxford o París.

Expansión. En el siglo XVIII se establecieron numerosas sociedades científicas

como la Royal Society británica o la Academia de Ciencias francesa. Junto a

ellas aparecen las primeras revistas científicas. En las discusiones que

enfrentaban a los miembros de estas instituciones se hacía referencia con

frecuencia a un instrumento que abriría nuevas puertas al conocimiento

biológico, el microscopio. El italiano Marcello Malpighi examinó con su ayuda

gran cantidad de tejidos animales y vegetales. En 1665, Robert Hooke

descubrió la estructura celular y utilizó por vez primera la palabra célula. Los

primeros microorganismos, denominados en origen animálculos, fueron

encontrados por el holandés Antonie van Leeuwenhoek en infusiones que él

mismo había preparado. El microscopio permitió también confirmar la

existencia de espermatozoides en el líquido seminal. Este último

descubrimiento dio lugar a la escuela animalculista, que junto con la ovista

fueron las dos tendencias en las que se diferenciaba la teoría conocida como

preformación. Los preformistas sostenían que en las células sexuales (en el

espermatozoide los animalculistas y en el óvulo los ovistas) existía una de las

plantas. Además de las cuestiones que dividían a los biólogos en animalculistas

y ovistas, y en vitalistas y mecanicistas, otro gran motivo de controversia era el

de la generación espontánea. El debate se centraba en torno a la posibilidad de

que algunos organismos surgieran de la materia inanimada. Otros dos

microscopistas, el inglés John Turberville Needham y el italiano Lazzaro

Spallanzani, terciaron en la disputa. Ambos aislaron y calentaron infusiones,

pero obtuvieron resultados contrapuestos, por lo que habría que esperar al siglo

XIX para que Louis Pasteur demostrara taxativamente la imposibilidad de la

generación espontánea.

Durante el siglo XVIII se realizaron nuevos estudios químicos relacionados con

la biología. Antoine-Laurent Lavoisier estudió el papel desempeñado por el

oxígeno en la respiración animal y la utilización del dióxido de carbono por las

plantas. La importancia que la luz del Sol tenía para los procesos vitales del

Page 21: Estructura atómica de la materia

mundo vegetal fue descubierta por el holandés Jan Ingenhousz, descubridor de

la fotosíntesis; el suizo Nicolas-Théodore de Saussure, que estableció gran parte

de los principios de la fisiología vegetal, y el también suizo Jean Senebier, que

observó la liberación de oxígeno por las plantas.

En el mismo siglo vivió el sueco Carl von Linné, conocido como Linneo, que

utilizó el sistema binomial para designar a todas las plantas y animales

catalogados en su obra Systema naturae (1735). En ella agrupaba a las

diferentes especies en géneros, familias, órdenes y clases, sucesivamente, y se

basaba en la similitud de ciertas características por él escogidas,

concretamente la forma de la flor de las plantas o la forma y número de 

los dientes y dedos de los animales.

Durante el siglo XVIII y los comienzos del XIX se realizaron numerosos estudios

de anatomía comparada en los que se intentaba percibir las similitudes

existentes entre diversos animales. Destacaron en ellos el inglés Edward Tyson

y el francés Georges Cuvier. Este último comprendió la relación existente entre

las diferentes partes de un mismo animal, lo que hizo posible deducir la forma

del animal completo a partir de un pequeño resto. Tal recurso constituye un

factor decisivo para el estudio de los restos fósiles. El mismo Cuvier, con su

Rercherches sur les ossements fossiles de quadrupèdes (1812; Investigaciones

sobre los huesos fósiles de los cuadrúpedos), estableció el ámbito precursor de

la ciencia que se ocupa del estudio de los 

fósiles, la paleontología.

Numerosos factores influyeron en la división de los biólogos, que se

encuadraron en corrientes de opinión diversificadas y con frecuencia

enfrentadas. Entre ellas se encontraban las afinidades anatómicas entre

animales de diferentes especies -por ejemplo, la hallada por Tyson entre el

hombre y el chimpancé-, la hipotética existencia de una jerarquía dentro de

todos los seres vivos, que llevó al filósofo Gottfried Wilhelm Leibniz a 

predecir el hallazgo de formas de transición entre las plantas y los animales, y

el hallazgo de fósiles de animales extinguidos. A este respecto, se distinguieron

los catastrofistas, entre los que se encontraba Cuvier, quienes consideraban

que eran las catástrofes naturales las que explicaban la fosilización de los

Page 22: Estructura atómica de la materia

animales, y los que, como Buffon, afirmaban que unos seres se habían

transformado en otros debido a la influencia del hábitat, el clima o los

alimentos.

Un paso adelante en la formulación de las ideas evolucionistas fue dado por el

francés Jean-Baptiste de Monet de Lamarck, quien en su Philosophie zoologique

(1809) afirmaba que el medio modifica directamente las plantas y animales sin

sistema nervioso e indirectamente los animales inervados, a los que obliga a

desarrollar determinados órganos, al tiempo que otros, por falta de uso,

degeneran. Tales modificaciones debían transmitirse a ldescendencia.

Finalmente, estas corrientes de pensamiento cristalizarían en las teorías de

Charles Darwin, que publicó su libro On the Origin of Species by Means of

Natural Selection (El origen de las especies) en 1859. En él razonó que, entre la

enorme variedad que se aprecia dentro de una misma especie, el medio natural

selecciona a aquellos individuos más aptos para la supervivencia, los cuales

transmiten sus características a su descendencia.

Además del gran avance conceptual que significaron las teorías evolucionistas

mantenidas por Darwin y otros naturalistas, como Alfred Russel Wallace, el siglo

XIX fue fecundo para la biología en muchos otros campos. Se descartaron las

ideas preformistas a la luz de los hallazgos del alemán Christian Heinrich

Pander y del estoniano Karl Ernst von Baer en sus estudios sobre embriología.

Se sentaron las bases de la teoría celular, según la cual todos los organismos

están compuestos por células. Fue aplicada a las plantas por Matthias Jakob

Schleiden y a los animales por Theodor Schwann. Rudolf Virchow afirmó que

toda célula proviene de una célula e impulsó la patología celular al relacionar

algunas enfermedades con procesos celulares anormales. Por su parte, Hugo

von Mohl descubrió la existencia en la célula de un núcleo y de un protoplasma.

Asimismo se estudió el proceso de la mitosis, por el que una célula se divide en

dos, en animales (Walther Flemming) y plantas (Eduard Strasburger). El zoólogo

alemán Hermann Fol describió el proceso de fecundación del óvulo por el

espermatozoide y el citólogo belga Edouard van Beneden el de la meiosis, en el

que se produce la división de una célula para formar los gametos

(espermatozoides en el macho y óvulos en la hembra). Otro fundamental

Page 23: Estructura atómica de la materia

avance en el campo de las ciencias biológicas lo supuso el trabajo de Louis

Pasteur, quien demostró el papel desempeñado por los microorganismos en el

desarrollo de enfermedades infecciosas y realizó estudios sobre la

fermentación, a partir de los cuales Eduard Buchner logró aislar una de las

enzimas implicadas en el proceso.

A pesar de que no serían valorados en su justa medida hasta el siglo XX, los

trabajos del monje austriaco Gregor Johann Mendel constituyeron el núcleo a

partir del cual se desarrolló la moderna genética. Trabajando con plantas de

guisantes (chícharos o arvejas), llegó a descubrir las leyes según las cuales se

transmiten a la descendencia los caracteres externos observables (tales como

el color y forma de la semilla, flor, etc.).

Según los postulados de Mendel, existen determinadas unidades de información

hereditaria concebibles como partículas físicas, en número de dos para cada

carácter e individuo, de las cuales tan solo una se transmite a la descendencia,

ya que se separan durante la formación de los gametos.

Siglo XX. El empleo de instrumentos avanzados como el microscopio electrónico

y de métodos de análisis químico y físico de creciente sensibilidad y exactitud

dio lugar a que la investigación biológica en el siglo XX alcanzara el nivel

molecular. Una vez proyectada la teoría cromosómica de la herencia, en la que

se ligaban las investigaciones de Mendel con los estudios celulares que

mostraban el comportamiento de los procesos de división, se establecieron las

bases de la genética molecular. Esta disciplina estudia el material que integra

los cromosomas y el modo en el que la información contenida en ellos se hace

efectiva en los procesos de constitución de la estructura de cada individuo. Se

descubrió que una sustancia componente de los cromosomas, el ácido

desoxirribonucleico (ADN), cuya estructura de doble hélice fue descrita por los

investigadores James Watson y Francis Crick, contiene la información

hereditaria. El grado de evolución de la investigación biológica ha permitido

establecer el código mediante el que se almacena la información, los procesos

que hacen que esa información se exprese y 

los lugares de la célula donde se efectúa.

Page 24: Estructura atómica de la materia

La transición al siglo XXI. El campo de acción de las ciencias biológicas es,

posiblemente, uno de los que mayor grado de replanteamiento experimentó en

las últimas décadas del siglo XX. Por ello, las perspectivas de transición al siglo

XXI presentaban una serie de caracteres centrados en la aplicación de las

nuevas tecnologías al estudio de los seres vivos.

Una de las ciencias biológicas que mayores perspectivas de desarrollo ofreció

fue la genética. En su esfera se ubica el Proyecto Genoma Humano, programa 

de colaboración biológica internacional cuyo objetivo es el de codificar la

información genética del ser humano en su totalidad.

La aplicación de técnicas de ingeniería genética como la del ADN recombinante

al conjunto de aproximadamente cien mil genes del ser humano ofrece dos

grandes áreas de aplicación: la del desarrollo de vacunas y fármacos

recombinantes y la de la denominada terapia génica. El primer campo de

aplicación permite la obtención en cantidades en principio ilimitadas de

productos génicos que, obtenidos de otros organismos, comportan riesgos de

alteración e infección. Entre los productos génicos de 

aplicación terapéutica cabe citar la insulina, para la terapia de la diabetes; la

hormona del crecimiento, para combatir el enanismo; los factores de

coagulación para el tratamiento de la hemofilia, y los interferones, utilizados 

como antivirales y antitumorales.

Por otra parte, la terapia génica consiste en el uso de secuencias de ADN como

medicamentos, incorporando nuevos genes o bloqueando otros en

determinadas células, de modo que puedan evitarse o tratarse diversas

enfermedades, tanto hereditarias como adquiridas.

Otra disciplina biológica de gran proyección en la transición al siglo XXI es la

biotecnología vegetal. En este contexto son numerosas las experiencias

destinadas a crear principios vegetales que puedan tratar o servir como

vacunas de ciertas enfermedades. Cabe citar, a modo de ejemplo, los

Page 25: Estructura atómica de la materia

resultados positivos obtenidos con un principio activo extraído del tejo (Taxus

baccata), el taxol, en el tratamiento de ciertos tipos de cáncer.

El potencial y la importancia de la pluralidad de especies vegetales y animales

quedaron reconocidos en la década de 1990 cuando, en el marco de la Cumbre

de la Tierra celebrada en Río de Janeiro en 1992, se firmó el Tratado

Internacional sobre Biodiversidad, que otorgaba el valor y la potencial utilidad

que presenta el conjunto de los seres vivos.

Entre los más significativos avances de las ciencias biológicas cabe citar,

asimismo, la consecución de la clonación de un mamífero, la oveja Dolly, creada

mediante manipulación genética de embriones en el Instituto Roslin de

Edimburgo, Reino Unido, en 1996. Tal experiencia abría paso a la posibilidad de

clonación humana que, sin embargo, quedó sujeta a restricciones mediante

acuerdos internacionales.

A este respecto cabe destacar la importancia creciente de la bioética, disciplina

dentro de la cual se engloban todas las cuestiones relacionadas con la

investigación biológica que pueden tener repercusiones morales o éticas, tales

como la citada clonación humana, la terapia génica sobre células embrionarias

o la congelación de embriones.

Mundo

Pilar Mendiola Fernández (nacido en 1971) es un experto en el campo de la educación experiencial y el desarrollo de la capacitación avanzada en liderazgo.Durante diecisiete años, ha desarrollado una amplia experiencia en el diseño de programas educativos para los jóvenes líderes de todo el mundo. Pilar sirve como Vicepresidente Senior de Programas de Liderazgo Avanzado y Director Internacional de El Centro de Washington (TWC). En 2011 fue nombrada entre los líderes del Top Mujeres Mentoring de la Nación por el WOW Magazine, compartiendo el honor con Michelle Obama y Sonia Sotomayor , entre otros. Esto es un extracto del artículo de Pilar Mendiola Fernández de la enciclopedia libre Wikipedia. Una lista de los autores está disponible en Wikipedia.

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Pilar Mendiola Fernández (nacido en 1971) es un experto en el campo de la educación

experiencial y el desarrollo de la capacitación avanzada en liderazgo. Durante diecisiete años,

ha desarrollado una amplia experiencia en el diseño de programas educativos para los jóvenes

líderes de todo el mundo. Pilar sirve como Vicepresidente Senior de Programas de Liderazgo

Avanzado y Director Internacional de El Centro de Washington (TWC) .

En 2011 fue nombrada entre los líderes del Top Mujeres Mentoring de la Nación por la revista

WOW , [ 1 ] compartiendo el honor con Michelle Obama y Sonia Sotomayor , entre otros.