Subido por Jilka Fernández Flores

Química 1, Víctor Ramirez

Anuncio
DGB
Víctor Manuel Ramírez Regalado
Serie integral
por competencias
Ramírez
Química 1
C
M
Y
CM
CY
CMY
K
Quienes han usado y conocen las versiones anteriores de esta
Serie, saben que cuenta con numerosas y bien diseñadas
secciones que facilitan la comprensión de los temas, el aprendizaje y la labor docente.
En esta Serie encontrarás:
• Situaciones y secuencias didácticas
• Lecturas
• Actividades de aprendizaje
• Actividades que fomentan el uso de las TIC
• Portafolio de evidencias
• Instrumentos de evaluación (exámenes, autoevaluaciones,
coevaluaciones, heteroevaluaciones, listas de cotejo,
rúbricas y guías de observación)
En esta edición incluimos un mejor diseño, que resulta atractivo
y práctico tanto para los estudiantes como para los maestros, así
como referencias a nuestras nuevas herramientas pedagógicas:
guías académicas y estrategias docentes.
Para esta Serie preparamos el Sistema de Aprendizaje en Línea
(SALI), herramienta de apoyo para docentes y alumnos, la cual
está diseñada para facilitar el aprendizaje. Se trata de un
Learning Management System (LMS) que permite aprender a
través de video, audio, documentos, bancos de exámenes y
reactivos. Contamos con cientos de objetos de aprendizaje y
nuestra meta es ir creciendo día a día.
Química 1
MY
Esta obra forma parte de la Serie Integral por competencias, que
Grupo Editorial Patria ha creado con la colaboración de expertos
pedagogos para cumplir con los objetivos marcados en los
planes de estudios de la Dirección General de Bachillerato
(DGB) de la Secretaría de Educación Pública (SEP). Nuestros
autores, que cuentan con gran experiencia docente y una
trayectoria destacada han creado contenidos actuales y significativos para cada materia. Por nuestra parte, los editores hemos
plasmado todos nuestros conocimientos y experiencia en el
desarrollo de estos libros, así como en los materiales de apoyo y
tecnológicos.
Química
Los invitamos a conocer más de nuestra Serie y de SALI.
Grupo Editorial Patria
Grupo
Editorial
Patria
www.editorialpatria.com.mx
Sistema de
aprendizaje
en línea
www.sali.org.mx
4
978-607-744-330-8
1
QUÍMICA 1
Edición especial para Tabasco
Víctor Manuel Ramírez Regalado
cuarta edición 2017
Grupo Editorial Patria®
Contenido
BLOQUE
1
BLOQUE
2
BLOQUE
3
BLOQUE
4
Reconoces a la Química como
Introducción a la asignatura y a tu libro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
Competencias genéricas de Bachillerato General . . . . . . . . . . . . . VIII
Competencias disciplinares básicas del campo
de Ciencias experimentales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IX
Las secciones de la serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
X
1.1
La Química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.2
El método científico y sus aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.1
Materia: propiedades y cambios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
2.2
Energía y su interrelación con la materia. . . . . . . . . . . . . . . .
49
3.1
Modelos atómicos y partículas subatómicas. . . . . . . . . . . .
66
3.2
Conceptos básicos (número atómico, masa
atómica y número de masa). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.3
Configuraciones electrónicas y los números
cuánticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
3.4
Los isótopos y sus aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
4.1
Elementos químicos (Grupo, periodo, bloque). . . . . . . . 104
4.2
Propiedades periódicas y su variación en la
tabla periódica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3
Utilidad e importancia de los metales y
no metales para la vida socioeconómica del
país y el mundo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
una herramienta para la vida
Comprendes la interrelación
de la materia y la energía
Explicas el modelo atómico actual
y sus aplicaciones
Interpretas la tabla periódica
V
Contenido
BLOQUE
5
BLOQUE
6
BLOQUE
7
BLOQUE
8
Interpretas enlaces químicos
e interacciones intermoleculares
5.1
Enlace químico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2
Regla del octeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.3
Formación y propiedades de los compuestos
con enlace iónico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.4
Formación y propiedades de los compuestos
con enlace covalente (tipos de enlace
covalente) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.5
Enlace metálico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.6
Fuerzas intermoleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.1
Reglas de la uiqpa para escribir fórmulas
y nombres de los compuestos químicos
inorgánicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.1
Símbolos en las ecuaciones químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.2
Tipos de reacciones químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.3
Balanceo de ecuaciones químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.1
Entalpía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
8.2
Reacciones endotérmicas y exotérmicas. . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.3
Velocidad de reacción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.4
Desarrollo sustentable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Manejas la nomenclatura
química inorgánica
Representas y operas
reacciones químicas
Comprendes los procesos
asociados con el calor y la
velocidad de las reacciones
químicas
Glosario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Direcciones electrónicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
VI
Grupo Editorial Patria®
Introducción
a la asignatura y a tu libro
QUÍMICA 1 Víctor Manuel Ramírez Regalado
Química 1 pertenece a la Serie Integral por Competencias del Grupo Editorial Patria y está completamente
apegado a los contenidos correspondientes a la asignatura del bachillerato general. Pertenece al campo de las
Ciencias Experimentales, el cual está orientado a que los alumnos conozcan y apliquen métodos y procedimientos
para la resolución de problemas. En este libro se encuentran las competencias genéricas y disciplinares básicas
relativas a esta asignatura, integradas en bloques para el logro del aprendizaje. Algunas de éstas competencias
disciplinares son las siguientes: valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo
el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a
problemas; diseña prototipos o modelos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios
científicos, hechos o fenómenos relacionados con las ciencias experimentales; resuelves problemas establecidos,
simulados o reales de su entorno, utilizando esta ciencia experimental para la comprensión y mejora del mismo.
Curricularmente Química 1, posibilita el trabajo interdisciplinario con Química 2.
La distribución de los contenidos en los bloques es la siguiente:
En el Bloque 1, Reconoces a la Química como una herramienta para la vida, se presentan los grandes momentos
de la Química y su influencia en el desarrollo de la humanidad, de manera conjunta con el estudio del método
científico como herramienta importante para la resolución de problemas.
En el Bloque 2, Comprendes la interrelación de la materia y la energía el estado líquido y sólido de la materia, se analizan
las propiedades de la materia y sus cambios; así como la energía y sus interrelaciones con la materia.
En el bloque 3, Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones, se estudian los modelos atómicos que dieron
origen al modelo atómico actual y sus aplicaciones en la vida cotidiana.
En el bloque 4, Interpretas la tabla periódica, se analizan los antecedentes que dieron lugar a la tabla periódica
actual, se hace una interpretación de la tabla periódica y finalizan con un estudio de los metales y no metales más
importantes del país desde el punto de vista socioeconómico.
En el bloque 5, Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares, se relacionan las propiedades macroscópicas
de las sustancias con los diferentes modelos de enlace tanto interatómicos como intermoleculares.
En el bloque 6, Manejas la nomenclatura química inorgánica, se identifican los diferentes compuestos a través del
uso del lenguaje de la Química y se promueve el uso de normas de seguridad para el manejo de los productos
químicos.
VII
Introducción a la asignatura y a tu libro
En el bloque 7, Representas y operas reacciones químicas, se describen los diferentes tipos de reacciones químicas y se
aplica la ley de la conservación de la materia al balancear las ecuaciones.
En el bloque 8, Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas, se estudian los factores
que intervienen en la velocidad de una reacción química conjuntamente con los intercambios de calor que experimenta
la reacción, finaliza con un análisis del consumismo y el impacto que genera en el medio ambiente y en la vida cotidiana.
La estructura de la obra incluye al inicio de cada bloque los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar,
desempeños por alcanzar y una breve evaluación diagnóstica titulada: ¿Qué sabes hacer ahora?
Enseguida se encuentra la situación didáctica, que plantea una problemática a resolver por el estudiante, ya sea de
manera individual o en equipo y después se ubica la secuencia didáctica, que propone algunos pasos para resolver
el problema, realizar un experimento, plantear un proyecto, realizar una investigación, etcétera, lo que posibilita
que el estudiante adquiera un conocimiento y que desarrolle competencias, a través de un reto. Para evaluar se
integra una rúbrica.
Además, contiene una amplia variedad de ejercicios para consolidar los conocimientos adquiridos en situaciones
reales o hipotéticas.
Contiene actividades experimentales suficientes para lograr los aprendizajes, mediante experimentos en
laboratorios o talleres.
Este libro también cuenta con glosario, bibliografía, direcciones electrónicas, líneas de tiempo, diagramas, mapas
conceptuales, además atractivas imágenes y otras secciones y herramientas que resultan muy útiles y completan el
aprendizaje, entre ellas podemos destacar: Aplica lo que sabes, actividad de aprendizaje, para tu reflexión.
Asimismo, cuenta con instrumentos de evaluación como listas de cotejo, portafolio de evidencias, rúbricas, guías
de observación, en sus modalidades de autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación.
Al haber elegido este libro, el estudiante tiene acceso al sitio web, donde se encuentra material extra como videos,
animaciones, audios y documentos para ampliar información
Espero que este libro acompañe a los jóvenes estudiantes a lo largo del semestre en los diversos temas que aborda
el fascinante mundo de la Química, deseando que logren obtener el mayor beneficio y éxito académico.
Víctor Manuel Ramírez Regalado
Competencias genéricas del Bachillerato General
Las competencias genéricas son aquellas que todos los bachilleres
deben estar en capacidad de desempeñar, y les permitirán a los
estudiantes comprender su entorno (local, regional, nacional o
internacional) e influir en él, contar con herramientas básicas para
continuar aprendiendo a lo largo de la vida, y practicar una convivencia adecuada en sus ámbitos social, profesional, familiar, etc.,
Estas competencias junto con las disciplinares básicas constituyen
el Perfil del Egresado del Sistema Nacional de Bachillerato.
A continuación se enlistan las competencias genéricas:
1.
2.
3.
4.
Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.
Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.
Elige y practica estilos de vida saludables.
Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.
5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.
6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.
VIII
7.
8.
9.
10.
11.
Grupo Editorial Patria®
Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.
Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.
Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.
Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.
Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.
Competencias disciplinares básicas del campo de
Ciencias experimentales
Competencias disciplinares básicas
Bloques de aprendizaje
1
2
3
4
X
X
5
6
7
8
X
X
X
X
X
1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos
históricos y sociales específicos.
X
2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana,
asumiendo consideraciones éticas.
X
X
X
3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y planea las hipótesis necesarias
para responderlas.
X
X
X
4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico,
consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.
X
X
X
X
X
X
X
5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y
comunica sus conclusiones.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir
de evidencias científicas.
7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas
cotidianos.
X
8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.
9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar
principios científicos.
X
10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a
simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.
X
11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones
humanas de riesgo e impacto ambiental.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales
y el entorno al que pertenece.
13. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos.
14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización
de actividades de su vida cotidiana.
X
X
X
X
IX
Las secciones de la serie
3
Al inicio del bloque
¿Qué sabes hacer ahora?
BLOQUE
1.
2.
10 horas
Objetos de
aprendizaje
3.
Objetos de aprendizaje
4.
5.
En los objetos de aprendizaje encontrarás los contenidos estructurados, integrados y contextualizados con
una secuencia lógica y disciplinar.
6.
7.
8.
9.
Competencias por desarrollar
Desempeños por alcanzar
Se trata de un conjunto de competencias disciplinares
por lograr en cada bloque, mismas que te permiten
demostrar la capacidad que tienes para aplicar tus
conocimientos en situaciones de la vida personal o
social.
Competencias por desarrollar
3
BLOQUE
Situación didáctica
Secuencia didáctica
¿Cómo lo resolverías?
Desempeños por alcanzar
¿Qué sabes hacer ahora?
Éstos son los que se espera que
logres al finalizar cada bloque.
Esta sección es una propuesta de
evaluación diagnóstica.
¿Qué tienes que hacer?
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
Al inicio de cada bloque encontrarás una situación por resolver que posibilitará que adquieras un conocimiento y desarrolles tus competencias a través de un reto.
Rúbrica
Secuencia didáctica ¿Qué tienes que hacer?
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Es una guía útil que plantea una serie de pasos para que organices las actividades que vayas a realizar
de manera individual o en equipo. Esta metodología describe los procesos y etapas para obtener éxitos o
resultados al resolver un problema, realizar un experimento, un proyecto, etcétera.
Rúbrica ¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Te posibilita valorar de manera práctica y concreta los desempeños, actitudes, procedimientos y conocimientos adquiridos y los que necesitas reforzar.
7
Características constantes a lo largo de los bloques de la serie
Notarás que en algunos temas importantes aparecen una serie de iconos acompañando a los títulos; éstos te indican la existencia de materiales auxiliares
para tu aprendizaje, los cuales puedes consultar o descargar de SALI, el sitio que Editorial Patria ha desarrollado para ti.
Portafolio de evidencias
A lo largo del texto encontrarás diferentes sugerencias
y actividades que, una vez realizadas, te permitirán
construir un gran número de evidencias, algunas
escritas, otras a través de la exposición de temas o
presentación de productos.
Recursos en línea
Recursos docentes
Videos para
Documentos
Audios para
reforzar temas adicionales
reforzar temas
difíciles
para impresión y pronunciación
Guías para el
docente
Estrategias
docentes
3
BLOQUE
Aplica lo que sabes
Aplica lo que sabes
Actividad de aprendizaje
Actividades para que apliques tus conocimientos en
situaciones de la vida diaria y analices problemáticas
de tu comunidad y el mundo en general, y a la vez
reflexiones sobre propuestas así como mejoras.
Actividad de aprendizaje
A lo largo del libro encontrarás diferentes
actividades de aprendizaje, que buscan
reforzar los conocimientos y competencias
adquiridas.
Para tu reflexión
Para tu reflexión
Uso de TIC
Constituyen un incentivo para utilizar los
recursos tecnológicos, con la finalidad de
construir aprendizaje significativo.
Interesantes lecturas adicionales, útiles notas informativas y datos importantes que te permiten reflexionar y
visualizar diferentes perspectivas de una misma
situación, así como contextualizar fenómenos y hechos.
Uso de TIC
46
Talleres y actividades experimentales
Ejercicios
Ejemplos
Brindan experiencias de aprendizaje, además de estimular
y fomentar el aprendizaje cooperativo durante el trabajo en
equipo.
Consolidan los conocimientos y propician
seguridad y destreza durante el
aprendizaje.
Los ejemplos tienen la finalidad de propiciar y
facilitar tu aprendizaje.
Líneas de tiempo
Esquemas
Mapas conceptuales
Organizadores gráficos
Tablas
Al final del bloque
3
Grupo Editorial Patria®
BLOQUE
Instrumentos de evaluación
Instrumentos de evaluación
Son un conjunto de acciones y propuestas que te permitirán
hacer una recolección, sistematización y análisis de los
desempeños y logros obtenidos a través del trabajo que
realices durante cada bloque. Éstos, junto con el portafolio de
evidencias, te ayudarán a obtener mejores resultados en las
prácticas de evaluación que realice tu profesor.
Portafolio de evidencias
Portafolio de evidencias
Encontrarás un modelo para que integres un portafolio de
evidencias que te posibilite reunir los productos que indique tu
profesor.
Rúbrica
220
221
Cuestionarios
Listas de cotejo
Rúbricas
Guías de observación
En las páginas finales del libro
Para los estudiantes que desean saber más se agrega una breve bibliografía y direcciones electrónicas recomendadas, que tienen como finalidad
fortalecer el autoaprendizaje. También se incluye un glosario de términos básicos, para utilizar de manera apropiada los conceptos propios de cada
materia.
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como
una herramienta para la vida
10 horas
Objetos de
aprendizaje
1.1 La Química
1.2 El método científico
y sus aplicaciones
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
n
Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad
y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en
su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las
hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
n
n
n
n
n
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y
sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en
los ámbitos local, nacional e internacional.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo
plazo con relación al ambiente.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el paréntesis de la izquierda.
Desempeños por alcanzar
n
n
Comprende el concepto de Química, su desarrollo histórico y su
relación con otras ciencias.
Utiliza el método científico en la resolución de problemas
de su entorno inmediato relacionados con la Química.
( )
La Química se define como:
a) ciencia que estudia la materia y sus transformaciones.
b) ciencia experimental que estudia los átomos.
c) ciencia que estudia la energía y sus manifestaciones.
d) ciencia que estudia la naturaleza y sus fenómenos físicos y químicos.
( )
Es la cantidad de partículas contenidas en una sustancia:
a) peso
b) masa
c) materia
d) energía
( )
¿Por qué es importante el estudio de la Química?
a) conocer la materia.
b) identificar los componentes de las sustancias.
c) para vivir mejor.
d) para ahorrar energía.
( )
Demócrito definió a los átomos como:
a) las partículas de menor tamaño posible.
b) mínima porción de un compuesto.
c) aquellas partículas indivisibles.
d) los elementos presentes en la naturaleza.
( )
Científico destacado en la Edad Media:
a) Roger Bacon
b) Alberto Magno
c) Al Razi
d) Geber
( )
El método científico se define como:
a) lo que define y diferencia el conocimiento de la ciencia del conocimiento
común.
b) los pasos necesarios para lograr una investigación.
c) el sentido común para descubrir algo nuevo.
d) el procedimiento para explicar un fenómeno natural.
( )
Métodos aplicados con mayor frecuencia en la investigación química:
a) deductivo
b) inductivo
c) hipotético
d) experimental
( )
Es el siglo que marca el surgimiento de la Química como ciencia:
a) xv
b) xvi
c) xvii
d) xviii
( )
Científicos que surgieron en los siglos xvi y xvii, respectivamente:
a) Galileo y Newton
b) Torricelli y Boyle
c) Lavoisier y Rutherford
d) Priestley y Cavendish
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿Se vive mejor ahora que antes?
Para contestar esta pregunta, es necesario que entrevistes a una
persona con edad suficiente para recordar ese periodo; por ejemplo, a tus padres o abuelos.
Con tu grupo, deberás decidir cuáles preguntas incluirás en las entrevistas.
A continuación se dan algunos ejemplos; puedes emplearlas o desarrollar tus propias preguntas, pero todos los equipos aplicarán las
mismas para que sea posible comparar los resultados.
1. ¿Cómo describiría la localidad donde vivió cuando era
niño(a) (urbana, suburbana o rural)?
2. ¿Cuál era la fuente principal de calefacción en la casa donde
pasó su infancia?
7. ¿Qué combustible se empleaba para cocinar?
3. ¿Cómo se abastecía esa fuente de calor? ¿Tenía que conseguir
el combustible o era entregado en su casa?
4. ¿Cuál era la fuente principal de iluminación en la casa donde
vivió su infancia? ¿Qué fuente de energía se empleaba para obtenerla?
8. Si compraba sus alimentos en vez de cultivarlos o criarlos,
¿cómo estaban empacados?
9. ¿En qué clase de recipiente se obtenía la leche?
10. ¿Qué clase de jabón se empleaba para lavar la ropa?
11. ¿Cuáles eran las telas principales que se empleaban para la fabricación de ropa?
5. ¿Cuál, si lo había, era el medio principal de transporte público?
6. ¿Cuál era el medio principal de transporte privado?
Antes de realizar la entrevista, cada equipo deberá practicarla con
uno de sus miembros. Esto dará información actual que podrá
compararse y te ayudará a mejorar tus habilidades como entrevistador.
4
Grupo Editorial Patria®
Secuencia didáctica
Evidencias a recopilar
Trabajo individual
n
¿Qué tienes que hacer?
Haz una investigación, utilizando las respuestas de las preguntas anteriores sobre cómo se vivía en el siglo pasado.
n
Investigación individual sobre el tipo de muebles actuales y
los del siglo pasado, los medios de comunicación actuales.
Qué instrumento usaban para realizar cálculos, escribir documentos; cocinar, transportarse, etcétera.
n
Escribe en media cuartilla qué tipo de vida prefieres, la pasada
o la presente, de acuerdo con los avances tecnológicos.
Trabajo por equipos
n
n
Cada miembro del equipo presenta los resultados de su investigación de manera que todos definen un concepto propio
sobre la vida en el siglo pasado respecto al siglo actual.
El equipo hará una presentación de los resultados de esta investigación.
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, pregúntate lo siguiente:
n
n
Con la dirección del profesor organicen un debate sobre las
ventajas modernas en tecnología respecto al pasado, con relación al uso de las tecnologías de la información y comunicación. Pueden utilizar como guía las siguientes preguntas.
¿Cuántos aparatos de tu casa dejarían de funcionar sin electricidad? Enúncialos.
n
¿Qué harías si no tuvieras energía eléctrica en tu casa?
n
¿Qué propones para combinar la modernidad con la ecología?
n
¿Existía la contaminación ambiental? ¿Por qué?
Autoevaluación
Con el propósito de revisar si adquiriste los contenidos del bloque,
pregúntate lo siguiente:
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
n
¿Cuando lo hice comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta que lo comprendí?
n
¿Puedo distinguir entre cómo se vivió en el siglo pasado y
cómo se vive en el actual, según mi propia concepción?
n
¿Puedo identificar algunas ventajas de vivir en el siglo pasado?
Anótalas.
n
¿Puedo identificar algunas desventajas de vivir en el siglo pasado? Anótalas.
n
¿Puedo identificar algunas ventajas de vivir en el siglo presente? Anótalas.
n
¿Puedo identificar algunas desventajas de vivir en el siglo presente? Anótalas.
5
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
1.1 La Química
Actualmente la Química tiene gran relevancia por el avance científico y tecnológico que tienen las civilizaciones presentes, y se ha
convertido en una ciencia muy común entre los individuos. Prácticamente todo lo que nos rodea está constituido de sustancias
químicas: nuestros alimentos, nuestra ropa, los edificios y casas
en donde vivimos, las calles por donde transitamos, los vehículos;
nuestro cuerpo mismo también está constituido de elementos químicos. Por medio de la Química, la Medicina ha logrado avances
notables, como la erradicación de muchas enfermedades mortales;
por ejemplo, la polio, tifoidea y difteria, entre otras.
Aunque la gente no haya realizado estudios específicos sobre esta
materia, es frecuente escuchar el siguiente comentario respecto a
dos personas que se atraen: “hay química entre las dos”; también
Para tu reflexión
¿Cuánto vale el cuerpo humano?
En términos puramente químicos, la vida humana cuesta cerca
de veinte pesos. La razón es muy simple: cerca de tres cuartas
partes de nuestra masa es agua (y ésta casi siempre es barata);
el resto, fundamentalmente carbono, oxígeno e hidrógeno (se
presenta gratis en el aire). En pequeñas cantidades tenemos nitrógeno y fósforo, y todavía en menor proporción hierro, sodio,
potasio, etc. En conclusión: como dice la canción “la vida no
vale nada…”
Figura 1.2
La Química ha permitido un notable avance en el desarrollo de la civilización
actual, pero también debemos cuidar nuestro medio ambiente.
es común: “toma dos litros diarios de H2O y tendrás una buena salud”. Asimismo, se oye hablar con frecuencia, en todos los ámbitos
del calentamiento global con sus graves consecuencias ambientales. También en relación con la Química y ante el incremento del
número de metrópolis, como el Distrito Federal, Guadalajara y
Monterrey, la palabra esmog es muy común. Por otra parte, la amplia variedad de productos derivados de esta ciencia son empleados diariamente en la casa, el trabajo, la escuela y otros lugares.
Efectivamente, la Química se relaciona directamente con éstos y
otros procesos, situaciones y productos, de ahí la importancia de
conocer más de ella.
La Química es la ciencia que trata de la naturaleza y composición
de la materia y de los cambios que ésta experimenta; su estudio es
muy importante para el ser humano, ya que se aplica a todo lo
que le rodea, por ejemplo, en el lápiz que utilizas, en las páginas
de este libro o de tu cuaderno, en el bolígrafo, en el perfume o en
la loción que usas; en la ropa que te pones, en los zapatos, en los
alimentos que ingieres; en fin, en todo.
Figura 1.1
Es importante someternos a análisis clínicos para conocer nuestro estado de
salud.
6
Utilizamos todos nuestros sentidos (vista, oído, gusto, olfato y tacto) para percibir los objetos que tenemos a nuestro alcance, y la
Química interviene en los cambios internos y externos que se realizan en nuestro organismo y a nuestro alrededor para percibirlos.
El hombre se beneficia de las aplicaciones prácticas de la Química,
ya que la vida moderna no sería tan cómoda si no tuviéramos la
tecnología que proporciona esta ciencia. Por ejemplo, junto con
los físicos (en el diseño de circuitos electrónicos), los químicos han
desarrollado nuevos materiales, como los plásticos de alta durabilidad, que permiten un amplio uso de los teléfonos celulares, computadoras personales (laptop), entre otros o los radiotransmisores
que han revolucionado la comunicación, como los televisores portátiles, las cámaras digitales, etcétera.
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Aplica lo que sabes
Para quienes viven en la Ciudad de México, una de las urbes más
grandes del mundo y la más contaminada respecto al aire, es indudable que las soluciones a los problemas de contaminación tienen que
dividirse de acuerdo con la asignación de responsabilidades y, desde
luego, fijando tiempos para cumplir éstas.
La principal fuente de contaminación del aire de la Ciudad de México,
es la combustión no controlada en los motores de los automóviles particulares y los camiones de carga. Los controles de esas emisiones se
realizan actualmente en los llamados verificentros. Sin embargo, estas
medidas no han sido ni serán aceptables en tanto las autoridades las
impongan y los usuarios acepten esa imposición. Modernizar al parque vehicular en la ciudad es
otra opción para disminuir la
combustión no controlada;
sin embargo, está llevándose a cabo de manera pausada por varios factores, entre
los que destaca el bajo poder
adquisitivo de la mayoría de
la población, que imposibilita
prácticamente la adquisición
de un auto nuevo.
Además, los combustibles
que utilizamos no son óptimos para una buena combustión, por ello proponemos
algunas soluciones posibles:
1. Reducir en un lapso de 20 años el uso de motores que funcionen
con gasolina; se sugiere el uso de la electricidad o combustibles
alternos no contaminantes, como el gas natural o el hidrógeno.
2. Control estricto o relocalización de plantas industriales y negocios
que emitan gran cantidad de contaminantes.
Actividad de aprendizaje
Investiga los olores más comunes que se pueden
percibir al visitar los siguientes lugares.
De estos olores predominantes
anota los productos que los
generan y sus posibles elementos químicos, por ejemplo:
a) Alberca
Agua y cloro (H2O y Cl)
b) Tienda de abarrotes
c) Reparadora de calzado
d) Lavandería
e) Tintorería
f ) Hospital
3. Evitar el uso de aerosoles o productos que contengan o desprendan hidrocarburos.
Actividad
n
n
Con base en lo que acabas de leer, investiga junto con tus compañeros, cuáles son las principales fuentes de contaminación del
aire, agua y áreas verdes de tu estado, comunidad, municipio o
colonia; menciona algunos métodos de prevención que estarías
dispuesto a realizar como iniciativa para disminuir este problema
que afecta al medio ambiente.
Elabora junto con tus compañeros un collage de todas las ideas
que surgieron en el grupo, para exponerlo a la comunidad estudiantil de tu escuela y empezar a concientizar y sensibilizar sobre
la importancia que tiene llevar a cabo medidas para prevenir y
disminuir este grave problema: la contaminación ambiental.
g) Consultorio dental
h) Mercado
i) Cine
7
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Figura 1.3
La aplicación de la Química en diversos materiales, ha provocado la aparición de nuevos y mejores productos para el hombre.
Los polímeros (compuestos químicos derivados del petróleo) han
revolucionado la industria automotriz; por ejemplo, la carrocería de
los automóviles es una resina de poliéster (un ejemplo de polímero)
reforzada con fibra de vidrio y que lleva pintura aplicada con bicapa,
que la hace lucir más atractiva. En el interior, algunos automóviles
tienen accesorios que sirven para reproducir discos compactos,
MP3 y MP4, ver una película (DVD) con gran fidelidad en imagen
y sonido; también cuentan con diversos accesorios de seguridad y
que proporcionan comodidad. Por otro lado, en la industria de la
construcción hay una gran variedad de materiales nuevos, más económicos, resistentes y vistosos, que permiten dar mejores acabados
y ahorros económicos, al reducirse el tiempo de construcción.
El uso de las tecnologías actuales, como internet, han favorecido el
desarrollo tecnológico de la humanidad, al acercar a los diversos
investigadores de todo el mundo a compartir sus descubrimientos
con otros colegas, con el consecuente ahorro de dinero, esfuerzo y
tiempo, ya que el uso de la computadora es indispensable en su trabajo cotidiano, en la solución de los problemas y retos que enfrenta
la humanidad.
La ingeniería química llegó a su madurez como ciencia de los
procesos de transformación física y química de la materia por medio de las siguientes etapas:
n
Nacimiento y desarrollo: se propone el
concepto de fenómenos de transporte de
materia, energía y cantidad de movimiento en la década de 1950 (Bird, Stewart
y Lighfoot, 1960). Dichos fenómenos
sirven como base científica común a las
operaciones unitarias (destilación, fluidización, agitación, mezclado, absorción,
flujos, intercambio iónico).
La Química es la ciencia que se encarga de estudiar los cambios experimentados en la composición de la materia; explica esta definición
mediante varios ejemplos de los procesos químicos que se dan en la
vida cotidiana, argumenta tus respuestas con base en la relación que
existe entre lo teórico y lo práctico.
Atributos:
1. Establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Actividad
1. Completa el siguiente cuadro, indicando en qué o para qué utilizas
los siguientes objetos o sustancias. Anota si son materiales naturales o sintéticos y comenta la importancia que tiene dar buen uso
a cada uno de ellos. Especifica qué atributos se desarrollan.
Objeto
o sustancia
Aceite de maíz
Bolsa de hule
8
Surgimiento: Arthur D. Little propuso
el concepto de operación unitaria (19151920) y organizó la disciplina por primera
vez (Walker, Lewis y Mc Adams, 1923).
Aplica lo que sabes
Zapatos de playa
Figura 1.4
El químico maneja diversos instrumentos de medición.
n
Utilidad
Tipo de
material
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Aplica lo que sabes
Tela de nylon
Penicilina
1. Anota seis productos químicos que encuentres en tu casa (de
preferencia en la cocina), investiga su utilidad y busca en la etiqueta las sustancias que contengan. Encuentra la importancia y la
relación que tienen estos productos de tal manera que los puedas
identificar en tu vida cotidiana.
Azúcar
Producto
Utilidad
Sustancia que
contiene
Botella de agua
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Por otra parte, el uso de nuevas tecnologías nos posibilita preservar
nuestro ambiente al reciclar los materiales de manera adecuada. Por
ejemplo, la mayoría de los artículos nuevos vienen empaquetados en
bolsas de plástico o de unicel y los refrescos se distribuyen en botellas
de plástico y aluminio, lo cual crea el problema de muchos desechos
que es necesario reutilizar.
Figura 1.5
Es necesario reciclar una serie de productos comerciales como los envases
de plástico o de aluminio que contienen diversas bebidas.
En la actualidad podemos referirnos a los químicos como especialistas
por el área en que laboran. Por ejemplo: químico nuclear, químico ambiental, químico farmacéutico, bioquímico, fisicoquímico, químico en
alimentos, químico agroquímico, químico orgánico, etcétera.
Figura 1.6
Es muy importante la protección de suelos agrícolas mediante la aplicación
de fertilizantes que actúan sobre el pH (potencial de hidrógeno) del suelo.
9
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Clasificación tradicional de las ciencias naturales y relación de la Química con otras ciencias
MATEMÁTICAS
Requieren
Ciencias
naturales
Inmunología
Toxicología
Farmacología
Bioquímica
Patología
Quinta médica
Ciencias físicas
Estudio de la
materia y energía
Geología
Astronomía
Geoquímica
Cosmoquímica
Analítica
Determinación
de la estructura
y composición
10
Física
Procesos físicos
básicos de la
Química
Física
Ciencias
biológicas
Estudio de los
organismos vivos
Química
Botánica
Zoología
Plantas
Animales
Fisicoquímica
Orgánica
Compuestos
de carbono
Inorgánica
Los demás
compuestos
Biología celular
Genética
Ecología
Funciones y
estructura de
la célula
Herencia
Medio
ambiente
Microbiología
Fisiología
Organismos
microscópicos
Funciones
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Fuego
(Ángel)
Seco
Calor
Tierra
(Bestia)
Aire
(Ave)
Frío
Húmedo
Figura 1.7
La Química utiliza los análisis cualitativo y cuantitativo para estudiar los
fenómenos o reacciones.
n
n
n
Organización: a partir de 1937 surge la rama denominada
“ingeniería de las reacciones químicas”, dedicada al estudio y
al diseño de los equipos en los que se efectúan las reacciones
químicas, es decir, de los reactores químicos.
Fase final: el tratamiento global o macroscópico, mejor dicho,
la “ingeniería de sistemas” y la modelación sistémica asociada
(década de 1960).
Como se puede observar, el campo de estudio de la Química
es tan amplio que es imposible para una persona conocer todo
cuanto se ha descubierto en esta ciencia, por lo que han surgido
divisiones o especializaciones, como: la química general o descriptiva; la fisicoquímica, que estudia los sistemas químicos en
términos de las leyes y los conceptos de la física; la química
inorgánica, que trata de la composición y organización de
la materia mineral; la química orgánica, que estudia los compuestos del carbono, ya sean naturales o de los seres vivos, y los
sintéticos o producidos artificialmente; la química analítica, que
se ocupa del reconocimiento y cuantificación de los materiales
que constituyen cualquier objeto; la bioquímica, que estudia
todas las sustancias que intervienen en los procesos vitales,
constituidas por aminoácidos, proteínas, vitaminas, lípidos, etc.
Asimismo, la ingeniería química estudia los procesos industriales existentes para mejorarlos tecnológicamente y hacerlos más
rentables, entre otras muchas especializaciones.
Grandes momentos
en el desarrollo de la Química
Grecia
Tales de Mileto (639-546 a. C.). Es considerado como el primer
teórico que se preocupó por la transformación de una sustancia en
otra, se planteó las siguientes preguntas: si una piedra azul se convirtiera en cobre rojo, ¿la naturaleza de la sustancia sería de piedra,
de metal o de ambas? Se planteó también la posibilidad de que una
Agua
(Dragón)
Figura 1.8
Los cuatro elementos de los filósofos griegos: aire, agua, tierra y fuego.
sustancia se transformara en otra por medio de un número definido de pasos; pero éstos sólo eran aspectos de una materia básica o
elemento, ya que para él este elemento era el agua.
En el párrafo anterior se enuncia en forma breve uno de los pensamientos más profundos que ha tenido el género humano; tal vez
sea falso y obsoleto, pero fue el primer pensamiento sobre el origen
básico de toda la materia.
Anaxímenes de Mileto (585-524 a. C.). Postuló que el aire podía
ser comprimido y originar una materia sólida; por tanto, el elemento básico podía ser el aire.
Heráclito de Efeso (535-484 a. C.). Propuso que si el cambio era
lo que caracterizaba al Universo, se debería buscar un elemento en
el que el cambio fuera lo más notable y, por tanto, el elemento básico sería el fuego.
Empédocles (495-430 a. C.). Se planteó, ¿por qué sólo un elemento básico? Podían ser varios: agua, aire, fuego y añadió tierra.
Aristóteles (384-322 a. C.). Aceptó la doctrina de los cuatro elementos básicos, pero los concibió como pares de propiedades
opuestas: frío-calor, humedad-sequedad. Las propiedades opuestas no se pueden combinar entre sí.
Debido a lo anterior, se forman cuatro
parejas distintas que darán origen a un
elemento: calor y sequedad dan lugar
al fuego; calor y humedad, al aire; frío
y humedad, al agua, frío y sequedad, a la
tierra. Además, asignó como quinto elemento al cielo, el éter (resplandecer), el
cual era un elemento perfecto, ya que
lo observaba inalterado. Los cuatro elementos anteriores eran imperfectos.
Figura 1.9
Aristóteles.
Leucipo (450-370 a. C.). Planteó que
la materia por muy pequeña que sea,
siempre es capaz de dividirse en trozos
11
1
BLOQUE
Figura 1.10
Leucipo.
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Figura 1.11
Demócrito.
cada vez más pequeños hasta
que ya no se pueda dividir.
Demócrito (460-370 a. C.).
Llamó átomos (sin división) a
las partículas de menor tamaño
posible. Además, supuso que los
átomos de cada elemento eran
diferentes en tamaño y forma,
razón por la cual le asignaba a los
elementos propiedades distintas
y también que una sustancia podía transformarse en otra alte- Figura 1.12
rando la naturaleza de la mezcla. Epicuro.
Las ideas de Demócrito no fueron aceptadas en su tiempo, pero sí
dos mil años después; su teoría perduró en parte en los poemas de
Epicuro (341-271 a. C.) y Lucrecio Caro (99-55 a. C.).
Es interesante mencionar la renovación que estos pensamientos
implican y resaltar que los filósofos griegos se basaban en la observación y no en la experimentación para emitir sus teorías.
Figura 1.13
Ptolomeo I y Ptolomeo II.
En esta época ya se conocían siete metales y los siete cuerpos errantes en el cielo (cuerpos celestes). De esta manera se asocia a cada
metal un cuerpo celeste: oro-Sol; plata-Luna; cobre-Venus; mercurio-Mercurio; hierro-Marte; estaño-Júpiter; plomo-Saturno. Estos
lenguajes confusos y la actitud mágica acerca del estudio de la materia retardaron el avance del conocimiento.
Bolos de Mendes (pseudoDemócrito; 200 a. C.). Planteó
la transmutación de un metal en otro para obtener oro. Con esta
búsqueda se descubrieron aleaciones como la unión de cobre y
zinc, que da por resultado el latón, que es dorado.
Dominación romana (100 a. C.)
Con la dominación romana entra en decadencia el arte de khemeia
y el conocimiento griego.
Zósimo (300). Escribió una enciclopedia de 28 volúmenes donde
describe al arsénico y al acetato de plomo como sustancias venenosas con sabor dulce.
Cultura helénica
Ptolomeo I (367-283 a. C.) y Ptolomeo II (308-246 a. C.). Fundaron en Alejandría el templo dedicado a las musas, que derivó en
lo que hoy se conoce como museo, el cual era propiamente un lugar dedicado a la investigación de las ciencias y donde también se
coleccionaban objetos de arte, así como una biblioteca.
Al unirse las culturas egipcia (experimental) y griega (teórica), los
jonios aceptaron el misticismo en la ciencia, fenómeno que retrasó
el avance del conocimiento. El arte de khemeia apareció estrechamente relacionado con la religión, y la gente común asociaba extraños poderes a aquellos que practicaban estas artes (magos); esto
provocó el surgimiento de un lenguaje escrito en forma de clave
para la práctica de la khemeia.
12
Figura 1.14
Zósimo.
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Diocleciano (245-311). Emperador romano que temeroso ante
la posibilidad de que los enemigos pudieran obtener oro por medios baratos y pusieran en peligro
su imperio, ordenó quemar todo
libro sobre khemeia. En esta época se perdió mucha información
porque la biblioteca de Alejandría resultó seriamente mutilada
a causa de los motines con los
cristianos; fue un nuevo retraso al
avance del conocimiento.
Después de tres siglos del liderazgo científico de los árabes,
aparecieron los turcos y los
mongoles. Sus victorias sobre el
mundo islámico hicieron que
ese liderazgo pasara a Europa. La
herencia y culturas dejadas en la
España árabe, que se tradujo al
latín, despertaron el interés de las
culturas de Occidente.
Figura 1.15
Diocleciano.
Figura 1.18
Alberto Magno.
Dominación árabe
Siglo vii. En esta época surgió el término “alquimia” y se mantuvo
así hasta 1600. Se enriqueció el vocabulario químico con términos
como: álcali, alcohol, nafta, circón, etcétera.
Jabir Ihn- Hayyan (conocido en Europa como Geber, 721-815).
Descubrió el cloruro de amonio, preparó el albayalde (carbonato
de plomo), obtuvo el ácido acético por destilación del vinagre y
preparó ácido nítrico.
Alberto Magno (1200-1280)
fue el primer alquimista europeo
que descubrió el arsénico, aunque en forma impura.
La Química en la Edad Media
Roger Bacon (1214-1294). Mostró interés en la idea de incorporar las matemáticas a la ciencia, idea que fue rechazada, y fue quien
por primera vez inventó la pólvora negra, la cual causó estragos en
los castillos medievales.
Aunque su fama la obtuvo por los estudios en transmutación de
los metales, se debe considerar a Geber como el primer descubridor de los ácidos. Él creía que la mezcla mercurio-azufre produciría
oro, a través de una sustancia seca y activadora, llamada al-iksir (elixir) y que en Europa se denominó piedra filosofal.
En los siglos siguientes se desarrollaron dos aspectos fundamentales de la alquimia: el estudio de los minerales con la finalidad de
obtener oro y el aspecto médico, cuyo objetivo era encontrar la panacea (remedio o solución para cualquier mal).
Al Razi (Rhazes, 865-925). Inventó los emplastos para sellar huesos; en aquella época su seguidor Avicena fue el médico más importante.
Figura 1.19
Roger Bacon.
Seudónimo Geber (1300). Firmó sus trabajos con el nombre del
árabe que descubrió el ácido acético. Este segundo Geber descubrió el ácido sulfúrico y el ácido nítrico fuerte, a los que denominó
ácidos minerales. Su descubrimiento ha sido más importante para
la humanidad que la transmutación de otros metales en oro; pero
el hombre no lo consideró así y siguió en su persecución por el oro.
Figura 1.16
Jabir Ihn-Hayyan, Geber.
Figura 1.17
Al Razi, Rhazes.
Papa Juan XXII (1299-1339). Declaró que la alquimia era un
anatema y el conocimiento químico sufrió un tercer decaimiento.
Desde entonces los alquimistas trabajaron a escondidas y en sus
escritos emplearon símbolos más confusos. En este siglo se descubrió la brújula.
13
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Figura 1.20
Seudónimo Geber.
Figura 1.21
Los alquimistas, grandes precursores de la Química moderna.
Caída del Imperio Bizantino (1453). En esta época los griegos
recuperaron Constantinopla y reconstruyeron sus bibliotecas.
Época moderna
Libarius (1550-1616). Publicó el primer texto de Química en
1597 y descubrió por primera vez el ácido clorhídrico, el tetracloruro de estaño, el sulfato de amonio y preparó el agua regia.
Después tuvieron lugar los descubrimientos aislados, por ejemplo,
el sulfato de sodio. En el siglo xvii la alquimia entró en una etapa de
decadencia y resurgió en el siglo xviii como la ciencia que hoy se
conoce como Química.
En ese momento la realidad económica necesitaba del aprovechamiento de los minerales y de las medicinas, y no de la irracional
búsqueda del oro.
En los siglos xvi y xvii surgieron figuras como Galileo y Newton
que aportaron bases para el enriquecimiento del conocimiento y la
importancia de la medida y la cuantificación.
Figura 1.24
Isaac Newton.
14
Figura 1.25
Torricelli.
Figura 1.22
Libarius.
Figura 1.23
Galileo Galilei.
El estudio de los gases la realizó el italiano Torricelli (1608-1647);
el alemán Gwerike (1602-1686); y el irlandés Boyle (16271691), quien de todos ellos fue el único químico. Los experimentos de Boyle sobre los gases mostraban un panorama halagador
para los atomistas de esa época, pero Boyle aún creía en la transmutación de los metales. En 1680 preparó fósforo a partir de orina,
pero este descubrimiento fue reconocido hasta doce años después
de Brand.
En esta época se originó la teoría del flogisto y, en 1700, Salavery
construyó la máquina de vapor.
En el siglo xviii, la proliferación de las aportaciones en la Química
surgió como una respuesta al reconocimiento como ciencia que de
ella se estableció. Se descubrieron los siguientes gases: hidrógeno
por Cavendish, oxígeno por Lavoisier, nitrógeno por Rutherford y Lavoisier, dióxido de carbono por Priestley; se aislaron
nuevos metales; níquel, manganeso y molibdeno; Lavoisier estableció la ley de la conservación de las masas.
Figura 1.26
Boyle.
Figura 1.27
Máquina de vapor.
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En el aspecto de la química de productos orgánicos se descubrieron
nuevos ácidos; por ejemplo, el tartárico y el cítrico.
Dalton emitió su teoría atómica sobre la combinación de átomos para
formar moléculas.
Siglos xix y xx
Figura 1.28
Cavendish.
Figura 1.29
Lavoisier.
Para tu reflexión
El agua es la sustancia fundamental para sobrevivir a lo largo de la
historia y día a día con el crecimiento de la población se hace indispensable su uso racionado y el no contaminarla, por lo que a continuación
se sugiere tomar algunas medidas preventivas.
n
n
n
n
n
n
n
n
Mantener cerrados y con tapa los depósitos de agua.
Asear por lo menos una o dos veces al año las cisternas, así como
los tinacos cuando estén conectados a la cisterna.
No arrojar desechos de ningún tipo a los depósitos o cubetas de
agua.
Mantener limpios y aseados los bebederos.
Evitar las fugas de agua manteniendo llaves y muebles sanitarios
en buen estado.
Lavar la ropa y los trastos con jabones biodegradables.
Utilizar detergente biodegradable y sólo usar la cantidad necesaria para así evitar grandes cantidades de espuma.
No arrojar al drenaje solventes o residuos de aceites, petróleo,
etcétera; tampoco tirarlo al suelo.
n
Usar el cloro necesario para lavar la ropa.
n
No arrojar basura en el drenaje.
El siglo xix es el siglo de la explosión en la química del carbono,
Whöler sintetizó la urea, Vanthall
Figura 1.30
estableció que el átomo de carbono
Rutherford.
es tetraédrico y el aislamiento y síntesis de colorantes cobró gran importancia. Kekulé estableció la
fórmula del benceno.
A principios del siglo xx, Werner estudió la química de los compuestos metálicos y originó la química de coordinación.
La química de explosivos se desarrolló notablemente a causa de las
primera y segunda guerras mundiales. Se aislaron antibióticos y en
los últimos 40 años el aspecto de investigación en química se tornó
inmenso.
1.2 El método científico
y sus aplicaciones
La Química se desarrolla día tras día e interviene en todos los aspectos de nuestro acontecer, hasta el momento mismo de la muerte. Al observar algún objeto detenidamente podemos preguntarnos: ¿de qué material está hecho? ¿A quién se le ocurrió fabricarlo?
¿Con qué motivo? ¿En qué momento lo hizo?, etc. La solución de
éstas y otras interrogantes ha proporcionado fuentes de sabiduría
y entendimiento para que la Química haya logrado grandes avances, en combinación con otras disciplinas (electrónica, mecánica,
biología, computación, medicina, etc.), las cuales han dado como
resultado que el hombre goce de una vida más cómoda.
En la Antigüedad, la Química sólo utilizaba sus hallazgos empíricos sin entender el principio de estas observaciones. El triunfo del
método experimental en el siglo xix y la racionalización científica
de él en el siglo xx originaron la investigación en química de acuerdo con el método científico.
La expresión método científico se utiliza con diferentes significados
y, a menudo, se abusa de ella para justificar una determinada posición personal o social con relativo desconocimiento de la complejidad del concepto. Como su propio nombre indica, representa la
metodología que define y diferencia el conocimiento de la ciencia de otros
tipos de conocimientos.
15
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
La filosofía de la ciencia crea
el método científico para excluir todo aquello que tiene
naturaleza subjetiva y, por lo
tanto, no es susceptible de formar parte de lo que denomina conocimiento científico. En
última instancia, aquello que es
aceptado por el sentido común
propiamente dicho y, por ello,
adquiere carácter de generalmente aceptado por la comunidad científica y la sociedad.
El método deductivo, el método inductivo y el método
hipotético-deductivo son los
tres métodos científicos a que
se refiere la denominación genérica de método científico.
c) Formulación de la hipótesis
d) Planteamiento de los objetivos
e) Diseño del experimento
f) Obtención de resultados
g) Conclusiones
Identificación de problemas y
formulación de preguntas de
carácter científico
El razonamiento constituye un estricto proceso de deducción,
proceso del que están excluidos la imaginación y el pensamiento
intuitivo.
Figura 1.31
A través de la Química se han logrado
grandes avances que proporcionan
salud y bienestar a la humanidad.
La primera característica del método científico es su naturaleza
convencional; servir de marco de generación del conocimiento
objetivo. Por ello existen múltiples características en función de la
perspectiva con que se clasifiquen, se estudien e incluso se denominen.
Lo primero que llama la atención es el hecho de que los dos primeros tienen un nombre difícil de distinguir, pues en el ámbito
lingüístico, pueden representar un solo concepto con dos manifestaciones: razonamiento en una dirección o en la contraria, de lo
general a lo particular o viceversa.
El problema se deriva de la dificultad conceptual de separar un método científico de otro de una forma clara por tener elementos comunes; evidentemente los términos elegidos no ayudan a retener
en la memoria estos dos conceptos de método científico. Tampoco
ayuda mucho la denominación del tercer método científico.
Una característica de ambos métodos es que pueden ir de lo general
a lo particular o viceversa, en un sentido o en el inverso. Ambos utilizan la lógica y llegan a una conclusión. En última instancia, siempre tienen elementos filosóficos subyacentes.
Ambos suelen ser susceptibles de contrastación empírica. Aunque
el método deductivo es más propio de las ciencias formales y el inductivo de las ciencias empíricas, nada impide la aplicación indistinta de un método científico u otro a una teoría concreta.
La investigación en Química se lleva a cabo utilizando el método
científico, que puede resumirse brevemente en los siguientes pasos
o etapas:
a) Observación del fenómeno
b) Planteamiento del problema
16
La identificación del problema es la pregunta científica por resolver, se expresa mejor con una pregunta abierta.
Las expresiones del pensamiento constituyen preguntas y problemas por resolver, o bien, respuestas y soluciones a las indagaciones
realizadas. En este sentido, el curso del conocimiento científico
consiste en una sucesión ininterrumpida de problemas que surgen
a partir de los resultados obtenidos en las investigaciones anteriores y se resuelven mediante el razonamiento y la experimentación.
Para encontrar la solución de esos problemas, la actividad científica
ha establecido procedimientos adecuados y establece continuamente otros nuevos. Entre ellos se encuentran los experimentos
que nos informan, exacta y completamente como es posible,
acerca de los procesos naturales y sociales, lo mismo que sobre
sus conexiones activas y su mutua causalidad. También se encuentran las teorías, que nos permiten reunir los resultados de los
experimentos en una explicación común, necesaria y su­
ficiente. Por ultimo, tenemos
la aplicación de dichas teorías
para intervenir, de manera directa y concreta, en el comportamiento de los procesos de
la sociedad y de la naturaleza,
haciendo que produzcan la
satisfacción de las necesidades
humanas y resolviendo prácticamente, de esta manera,
los problemas que impulsan
la propia actividad científica.
Figura 1.32
Los científicos trabajan arduamente
en el descubrimiento de nuevas
sustancias para el bienestar del
hombre; por ejemplo, nuevos
medicamentos.
En términos generales, por
problema entendemos cualquier dificultad que no se puede resolver de manera automática, es decir, con la sola acción
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de nuestros reflejos instintivos y condicionados, o mediante el recuerdo de los que hemos aprendido anteriormente.
Por otra parte, además de los problemas que nos imponen en forma directa las condiciones naturales y sociales en que vivimos,
constantemente estamos creando o inventando otros problemas;
por ejemplo, la explicación de los procesos recién descubiertos, la
demostración de teoremas, la verificación de hipótesis, la decisión
entre dos o más teorías en pugna, o bien, la transformación de la
naturaleza y la sociedad.
Formulación de la hipótesis
Es la explicación que nos damos ante el hecho observado. Su utilidad consiste en que nos proporciona una interpretación de los hechos de que disponemos, interpretación que debe ser puesta a prueba por observaciones y experimentos posteriores. Las hipótesis no
deben ser tomadas nunca como verdaderas, debido a que un mismo
hecho observado puede explicarse mediante numerosas causas. La
finalidad de una buena hipótesis consiste solamente en darnos una
explicación para estimularnos a hacer más experimentos.
Obtención y registro de información
Primero, se hace un plan de cómo se probará la hipótesis, cuáles
materiales y equipos serán necesarios, qué personas asesorarán y
en qué lugar y tiempo se hará la investigación.
Figura 1.33
Esquema de la descomposición de la luz. Este experimento conduce a la
reproducción del arco iris.
sugiere el siguiente formato para presentar un informe de investigación:
n
Experimentación
Una vez que tengas clara tu hipótesis, debes diseñar la forma en que
vas a demostrarla. Es decir, tienes que diseñar un experimento en el
que puedas probar tu hipótesis. Lo anterior se conoce como plan de
investigación o procedimiento experimental. Al diseñar un experimento es importante conocer lo que son variables y controles. Para
que un experimento te dé las respuestas en las que puedas confiar
debe tener un control, es el punto de referencia neutral para poder
comparar el efecto de los cambios que haces en tu experimento.
• Título
• Autor
• Institución
n
Resumen
n
Introducción
n
Método
• Sujetos
• Instrumentos
Contrastación de resultados
En esta etapa del método se analizan los datos derivados de la experimentación para dar una explicación del comportamiento de los
fenómenos que se observan, además de confrontarse la hipótesis
con dicho comportamiento y así concluir si la hipótesis es satisfactoria o se requiere formular una nueva.
Comunicación
de las conclusiones
Se concluye finalmente aprobando o desechando o invalidando la
hipótesis formulada y dando un resumen final de lo obtenido. Se
Informe de investigación:
• Procedimiento
n
Resultados
n
Discusión y/o conclusiones
n
Referencias
Si se analiza la secuencia de pasos, se observa que el paso determinante es la formulación de la hipótesis. La historia ha mostrado la
formulación de hipótesis falsas puede llevar a retrasos en el avance
de la ciencia. Por ejemplo, la hipótesis de la transmutación de los
metales es falsa.
17
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Ahora bien, aunque éstas sean las etapas ideales en el método
científico, no siempre se puede llevar a cabo una investigación que
cumpla fielmente con todas ellas.
Ejemplo de las etapas del método científico en un problema sencillo.
a) Observación. Aparición del arco iris después de la lluvia.
b) Problema. ¿A qué se debe la aparición del arco iris?
c) Formulación de la hipótesis. El arco iris es la descomposición de la luz blanca por las gotas de lluvia.
Las leyes científicas a menudo se expresan con simples relaciones
matemáticas. Su razón de ser corresponde al comportamiento de
la naturaleza, por lo que generalmente no aparecen como obvias
de una manera inmediata. Por ejemplo, el enunciado de la Ley de
Boyle: “El volumen de un gas es inversamente proporcional a la
presión ejercida sobre él”, cumple con este criterio (y es derivada
de la teoría cinética de los gases).
A continuación se muestra el esquema de la interrelación de actividades en el método científico:
d) Objetivo. Comprobación de la hipótesis por medio de la reproducción de un fenómeno natural en el laboratorio.
Interrelación de actividades
en el método científico
e) Diseño del experimento. Se simula la luz solar con un foco
de luz blanca y las gotas de lluvia con un prisma. Se alinean
ambos objetos hasta encontrar las condiciones de distancia e
intensidad que reproduzcan el fenómeno natural.
f) Realización del experimento. Se ubica la fuente luminosa a
una distancia dada del prisma y se gira sobre su eje hasta obtener el mejor arco iris artificial; se tienen dos variables:
Teoría
Observaciones
Hipótesis
Observaciones
Experimentos
Experimentos
A. La distancia del foco al prisma.
B. El ángulo de recepción de la luz sobre el prisma.
g) Obtención y manejo de resultados. La posición de la fuente
luminosa se fija y se procede a acercar y alejar el prisma (variable A) y a guiarlo (variable B) hasta encontrar la mejor proyección del arco iris sobre la pantalla colocada para este fin.
h) Conclusiones (emisión de una teoría en un caso dado).
La luz visible está compuesta por la serie espectral de colores
correspondientes a la región visible del espectro electromagnético. Los resultados que se pueden obtener de un experimento como éste pueden ir más allá del objetivo fijado, que
es la comprobación de la hipótesis por la reproducción de un
fenómeno natural; ya que además es posible obtener los colores que forman la luz blanca y su orden entre sí.
Cuando las observaciones llevan implícito un problema más complejo, entonces los incisos b y d contendrán, respectivamente, diversos problemas y objetivos, y los resultados llevarán a la comprobación o negación de las hipótesis correspondientes.
La Química, como la gran mayoría de las ciencias, pertenece a las
ciencias factuales, es decir, que se fundamentan en hechos basados
en la observación, experimentación y comprobación, siguiendo
los pasos del método científico.
Otro producto de la investigación científica es la ley científica.
Una ley científica es un enunciado preciso que resume los resultados de una amplia variedad de observaciones y experimentos. Una
ley científica es diferente a una teoría, ya que esta última no sólo
describe el fenómeno natural; sino que, además, intenta explicarlo.
18
Ley
Este esquema del método científico muestra cómo las observaciones experimentales nos llevan al desarrollo de hipótesis y teorías.
Una ley científica resume los resultados de muchos experimentos,
pero no explica el porqué del comportamiento observado; ésa es la
función de la hipótesis y la teoría.
Es importante mencionar que, aunque los científicos utilizan los
mismos hechos científicos, a menudo están en desacuerdo en la
forma en que el conocimiento científico debería ser usado. Por
ejemplo, un químico puede crear un nuevo producto químico para
su uso como pesticida, mientras que otro apunta los peligros (sobre todo ecológicos o ambientales) de éste.
A continuación se presentan cuatro problemas para que realices
una investigación en química, aplicando el método científico experimental.
Problema 1. Enciende una vela y obsérvala detenidamente, ¿qué
se está quemando?, ¿la cera?, ¿el pabilo?, ¿el aire?
Problema 2. Después de un rato el tamaño de la vela disminuye,
¿se está perdiendo masa?
¿Hacia dónde se va el calor?
Grupo Editorial Patria®
Selecciona uno de los cuatro problemas anteriores y para resolver
el que hayas elegido, realiza cada uno de los pasos que se te indican
a continuación. Recuerda que no hay un método único y no en todas las investigaciones se aplican todos los pasos.
Paso núm. 1. Delimitación del problema.
De los cuatro problemas anteriores, selecciona uno y anótalo en
tu cuaderno.
Paso núm. 2. Formulación de la hipótesis.
Problema 3. Enciende una vela, colócala en un pequeño plato y
cúbrela con un vaso grande. ¿Por qué se apaga si no dejas entrar
aire?
Después de tu observación, establece una hipótesis que dé respuesta a las preguntas que se te hacen en el planteamiento del problema
seleccionado.
Paso núm. 3. Diseño del experimento.
Está indicado el procedimiento a seguir en el problema seleccionado para que experimentes y puedas comprobar tu hipótesis.
Paso núm. 4. Obtención de resultados.
¿Por qué se apaga cuando le soplas con fuerza?
Al realizar el experimento anota los resultados que vayas obteniendo al observar detenidamente lo que ocurre durante el mismo.
Paso núm. 5. Conclusiones.
Problema 4. Repite el experimento anterior, pero ahora coloca la
vela en un plato con agua. ¿Por qué al apagarse la vela sube el nivel
del líquido dentro del vaso?
Analiza los resultados obtenidos y emite las conclusiones correspondientes.
Paso núm. 6. Presentación del informe.
Comunica las conclusiones obtenidas mediante un informe por
escrito.
19
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Situación didáctica
¿El conocimiento surgido por serendipia es
válido científicamente?
Realiza la siguiente lectura sobre los temas: “Origen de la palabra
serendipia” y “Cómo se han dado los descubrimientos en la historia
de la Química”.
Origen de la palabra Serendipia
Si buscas la palabra “Serendipia” en el Diccionario de la Real Academia Española será infructuoso, no aparece. El término se le atribuye a
Horace Walpole (1717-1791), noble inglés, escritor y crítico de arte
que vivió en las afueras de Londres. En 1740, de viaje en Florencia,
Walpole entabla amistad con Horacio Mann y aunque no vuelven
a verse, mantienen una correspondencia de cerca de 1 800 cartas.
Es precisamente en una de esas misivas (fechada el 18 de enero de
1754) que Walpole hace uso de la palabra “Serendipia” por primera
vez… “serendipia, una palabra muy expresiva, que como no tengo
nada mejor que decirte voy a intentar explicártela; la entenderás mejor por derivación que por definición. Una vez leí un cuento tonto
llamado Los tres Príncipes de Serendipia (se supone que Serendipo era
el nombre antiguo de Ceylán, actualmente Sri Lanka), mientras sus
altezas viajaban iban siempre haciendo descubrimientos, por accidentes y sagacidad, de cosas que no estaban buscando… ¿entiendes ahora lo que es “Serendipia”? Como lo hizo en su carta Walpole
Mann, por derivación, usando para ello
ejemplos que han trascendido hasta
nuestros días.
Cómo se han dado los
descubrimientos
en la historia de la Química
Figura 1.34
Los esposos Curie pioneros
en la radiactividad artificial.
El nacimiento de la Química puede situarse cuando el hombre primitivo se
percata de su capacidad para mejorar lo
que la naturaleza le ofrece. Al observar
los fenómenos naturales descubre que
las propiedades de lo que le rodea (ma-
Secuencia didáctica
Trabajo individual
n
n
20
Investiga tres descubrimientos que hayan sido por accidente.
Haz una investigación utilizando los contenidos de las lecturas anteriores sobre el concepto de investigación, método
científico y Serendipia.
¿Cómo lo resolverías?
teria) pueden cambiar. Con el descubrimiento del fuego se encuentra en posición de resolver sus problemas diarios de una forma más
efectiva. Usa el barro cocido para hacer ladrillos y desarrollar la alfarería. Por medio del método de prueba y error descubre la cerámica, el
vidrio y el vidriado. Con ese mismo método avanza desde la Edad de
Piedra, pasando por las de Bronce y Hierro, hasta las antiguas culturas, egipcia y griega. Los avances de lo que se podía considerar “Química” en ese tiempo contribuyeron al desarrollo de los fundamentos
de la civilización. Son los filósofos griegos los primeros en proponer
explicaciones acerca de la composición y estructura de la materia.
La Química moderna nace de lo que puede considerarse una seudociencia: la alquimia. Los alquimistas se dedican a buscar técnicas para convertir la materia en oro y el elixir mágico de la vida (la
fuente de la eterna juventud). Aunque nunca consiguen alcanzar
sus objetivos, generan en esa incesante búsqueda un amplio caudal
de conocimientos químicos. Este periodo se extiende hasta el siglo
xviii de nuestra era.
A partir del siglo xviii puede considerarse que inicia la Química
moderna y con ella otro método de trabajo para producir descubrimientos: las investigaciones planeadas.
El descubrimiento por una investigación planeada surge de la realización de experimentos específicos para probar una hipótesis bien
definida. La naturaleza carcinogénica (que produce cáncer) de algunos compuestos, así como el diseño de drogas (basado en el conocimiento de las interacciones moleculares) que permiten su acción en sitios específicos del cuerpo, representan ejemplos de ello.
n Priestley rompió un termómetro y la porción de mercurio que
había adentro lo condujo al descubrimiento del oxígeno.
n Takamine derramó un poco de amoniaco en una preparación
de glándulas suprarrenales y obtuvo cristales de adrenalina.
n Schoenbein derramó una mezcla de ácidos, sulfúrico y nítrico,
en la cocina de su casa y al limpiarlos con el delantal de algodón de su esposa produjo el algodón pólvora (nitrocelulosa).
En resumen, cada investigador estaba efectuando algún experimento cuando “accidentalmente” encontró algún fenómeno que
no había considerado inicialmente.
¿Qué tienes que hacer?
Trabajo por equipos
n
Cada miembro del equipo presenta los resultados de su investigación de manera que todos definan un concepto propio
sobre Serendipia y método científico.
n
n
Grupo Editorial Patria®
Discutirán en equipo si los descubrimientos hechos por Serendipia, tienen la misma validez que los descubrimientos por
el método científico.
El equipo hará una presentación de los resultados de esta investigación.
Rúbrica
Investigación individual que debe incluir: la definición de los conceptos solicitados, los datos básicos y estar escrita en letra legible.
Con la dirección del profesor organicen un debate sobre el contenido de la lectura. La mitad del grupo debe defender lo que expone dicha lectura y la otra tiene que desacreditarlo. Utilizando su
cuaderno, anoten ejemplos de la situación que describe la lectura
y establezcan sus conclusiones. Pueden utilizar como guía las siguientes preguntas:
n
n
n
¿Qué entienden por la palabra Serendipia?
¿Consideran que por medio de la Serendipia puede pronosticarse si hoy va a llover?
¿Alguna vez ustedes han obtenido conocimiento por Serendipia?
Si la respuesta es afirmativa, ¿en qué casos?
n
Evidencias a recopilar
n
n
Investigación individual sobre dos descubrimientos por accidente.
Cinco descubrimientos que se lograron aplicando el método
científico.
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
n
¿Qué importancia tuvieron para la Química moderna, los
descubrimientos de los alquimistas?
Autoevaluación
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, pregúntate lo siguiente:
n
n
n
n
¿Por qué la Serendipia ha sido importante para el estudio de la
Química?
¿Leí todo el contenido del bloque?
Cuando lo hice, ¿comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta que lo comprendí?
¿Puedo definir con mis propias palabras Serendipia?
¿Identifico la importancia de seguir el método científico en
una investigación?
Actividad de aprendizaje
Investiga qué producto se obtiene al fermentarse cada una de las siguientes sustancias.
Sustancia
Producto obtenido
en la fermentación
Sustancia
a) Uva
b) Manzana
c) Piña
d) Leche
Producto obtenido
en la fermentación
21
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Producto obtenido
en la fermentación
Sustancia
e) Aguamiel
Explica brevemente lo siguiente.
a) Proceso químico de la fermentación
b) Importancia industrial de la fermentación
Reúnete con dos o tres de tus compañeros o compañeras y realicen las siguientes actividades experimentales en casa. Sigan las
instrucciones, contesten las preguntas correspondientes y redac-
ten un informe escrito donde analicen los resultados y presenten
las conclusiones. Comparen sus respuestas con otros compañeros de grupo.
Actividad experimental
Elaboración de una pelota de hule
¿Por qué?
Propósito
Obtener un producto de origen sintético.
Material
n
50 g de bórax
n
50 mL de agua caliente
n
Resistol 850
n
2 vasos de precipitados
n
Un agitador
n
Una cuchara
Procedimiento
1. En un vaso de precipitados viertan una cucharada de bórax y cinco de agua caliente. Mezclen perfectamente con el agitador.
2. Agreguen dos cucharadas de Resistol 850 y con las dos manos
denle forma esférica.
¿Qué observan?
¿De qué tipo de material es la pelota?
22
¿Qué pasa si cambian las cantidades utilizadas de bórax y Resistol para elaborar otra pelota?
Háganlo y registren la diferencia con la anterior:
Anoten sus conclusiones y describan el impacto que tiene en el medio
ambiente el mal uso de los productos de origen sintético:
Grupo Editorial Patria®
Actividad de aprendizaje con TIC
Aplicación de las TIC. Auxiliándote con tu móvil, iPad o iPhone,
completa el siguiente crucigrama. Revista Conversus. Pág. 62, 2009.
HORIZONTALES
1. Este físico germano-holandés fue fabricante de instrumentos meteorológicos. En 1774 hizo su gran descubrimiento al
sustituir el alcohol por el mercurio en los termómetros, pues
inventó un método para purificar el mercurio para que no se
pegara al estrecho tubo del termómetro.
6. Estudió física, sin embargo, se decidió por la ingeniería civil y
fue profesor en la Universidad de Glasgow. Él publicó el Manual de la máquina de vapor en 1859, que introdujo a los ingenieros en el dominio de la termodinámica. Usó una escala de
temperaturas que empezaba con el cero absoluto y que estaba
asociada con los grados Fahrenheit.
7. Este bioquímico nació en Praga en 1896. Se educó en Trieste, pero sus estudios de medicina los llevó a cabo en la universidad de Praga. Se casó con Gerty Theresa Radnitz, una
compañera de clase, la cual colaboraría con sus trabajos de
investigación. Durante los años 30 este matrimonio investigó cómo el glicógeno, el hidrato de carbono almacenado
en el hígado y en el músculo se degradaba en el cuerpo y se
volvía a sintetizar. Por sus trabajos sobre el proceso de degradación del glicógeno, la pareja compartió con Bernardo
Alberto Houssay el Premio Nobel de Medicina en 1947.
8. Este físico y químico nació en Irlanda en 1627. Al mejorar la
bomba de vacío, dejó caer dos objetos de distinto peso por un
tubo que se le extrajo el aire y comprobó que llegaban al fondo
con la misma velocidad todos los objetos en este vacío. En 1662
descubrió que el aire no solo es comprimible, sino que la compresibilidad del aire era inversamente proporcional a la presión
que se ejerciera. El científico transformó la alquimia en química
en 1661 con la publicación de su libro El químico escéptico.
VERTICALES
1. Este matemático francés nació en 1601. Él se dedicó a las matemáticas para su entretenimiento personal y junto con Pascal
fundó la teoría de las probabilidades. No publicó sus descubrimientos ya que tenía la costumbre de registrar y hacer sus
deducciones y cálculos en los márgenes de los libros o en cartas
enviadas a sus amigos. El resultado de esto fue el perderse el honor de acreditarse el descubrimiento de la geometría analítica.
2. Este físico estadounidense nació en New York en 1791. A
los trece años fue aprendiz de relojero. Después de Benjamín
Franklin fue el segundo estadounidense en realizar experimentos con la electricidad. Uno de sus descubrimientos señala que una corriente eléctrica que circula por una espiral no
puede inducir otra corriente, no sólo en otra espiral sino en
ella misma.
3. Este filósofo griego después de enseñar en distintos lugares,
decidió fijar su residencia en Atenas en el año 306 a.C. Su escuela fue la primera en admitir a estudiantes mujeres. Su filosofía era mecanicista y consideraba el placer como el don
más importante. Él consideraba que el mayor placer consistía
en vivir moderadamente, en comportarse amablemente y en
disipar el miedo a los dioses y a la muerte.
4. Este naturalista alemán fue profesor de anatomía comparada en el Instituto Zoológico de Jena. Fue el primer biólogo
alemán que estuvo más adelante que Darwin. Sin embargo,
él creyó que la vida provenía de un modo evolucionista de lo
inanimado y que la psicología no era más que una rama de la
fisiología de manera que para él la mente encajaba, también,
en el esquema de la evolución.
5. Este microbiólogo sudafricano- estadounidense inició sus estudios en la Universidad de Capetown, pero al trasladarse a Londres los interrumpió pasando cuatro años en un hospital donde adquirió mucha experiencia en trabajos prácticos. En 1922
aceptó un puesto en la Harvard University Medical School. Durante esta década empezó a investigar sobre la fiebre amarilla
obteniendo una vacuna para ésta. En 1937 preparó una vacuna
más segura, la cual fue empleada en América del Sur. Por este
trabajo de investigación, todavía sin títulos académicos recibió
el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1951.
1
2
3
4
5
6
7
8
Actividad de aprendizaje
Consulta la Revista Conversus del Instituto Politécnico Nacional No. 73,
del mes de Septiembre del año 2008, de las páginas 11 a la 16, sobre
el tema Anuario de Mentes Brillantes y redacta un reporte máximo de 2
cuartillas, y envíaselas a tu profesor por correo electrónico.
conversuscripcion@yahoo.com.mx.
23
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Actividad de aprendizaje con TIC
Instrucciones: Forma equipo con tres compañeros y cada quien anote
en la tabla 20 objetos usados en un día. Comparen las tablas y realicen
una por equipo, luego preséntenla al grupo y envíenla por internet a su
profesor. Contesten las preguntas.
Objeto o
sustancia
Usado
para…
De origen
natural
De origen
sintético
a) ¿Qué tipo de materiales prefieren usar, los de origen natural o los
sintéticos?
¿Por qué?
b) Al desechar los productos utilizados, ¿cuáles son más factibles de
reutilizar?
¿Por qué?
c) ¿Cuáles son más utilizados por las personas, los sintéticos o los
naturales?
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Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas.
En esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
1. La expectativa de vida de un ciudadano mexicano en la actualidad es de 70 años. Hace 18 años era de 56 años. En tu opinión
a qué se debe este espectacular incremento en la esperanza de
vida de los mexicanos. Explica tu respuesta.
6. Consulta en el empaque o envase de los productos que se
listan, la información nutrimental que presenta cada uno en
relación con el contenido energético, proteínas, carbohidratos, grasas y vitaminas. Completa la información que se pide,
contesta las preguntas y elabora un informe escrito donde
muestres los resultados y presentes conclusiones.
a) Hojuela de trigo integral
2. En una revista científica, aparece un artículo del Dr. X, en el
cual se menciona que él encontró un remedio para curar la
diabetes. El remedio es un extracto de zanahoria. ¿Cómo clasificarías este artículo?
a) Hecho
b) Teoría
c) Hipótesis
d) Mentira
Argumenta tu respuesta seleccionada.
3. Investiga qué tipo de profesionistas del área de la Química son
requeridos por las industrias que están localizadas cerca de tu
comunidad. Anota el nombre de la industria y el profesionista
requerido.
b) Jugo de fruta
c) Leche evaporada
d) Yogur
e) Queso
f ) Jamón
¿Qué importancia tiene para ti la información nutrimental de
un producto?
¿Cómo puedes mejorar tu rendimiento físico?
¿Qué tipo de información nutrimental te agradó más?
4. ¿Cuál es el rol de la ciencia al tomar decisiones relacionadas
con el ambiente?
5. ¿Cuál es el objetivo principal de los químicos en su trabajo?
Conclusiones.
25
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
7. Según tu opinión, ¿por qué es importante estudiar Química?
b)
8. Cita el lugar de la casa donde se presenta el mayor número de
transformaciones químicas diariamente.
c)
9. ¿De qué sustancias químicas están constituidos principalmente los seres vivos? Menciona la importancia que tiene esta
información en nuestra vida cotidiana.
d)
10. Escribe cinco materiales que se puedan reciclar, ejemplifica
con casos reales los productos que surgen como parte del reciclaje.
a)
26
e)
Grupo Editorial Patria®
Portafolio de evidencias
El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:
•
Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparativos,
cuadros sinópticos, el reporte de prácticas de laboratorio, talleres, líneas del tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de
aprendizaje en este curso.
•
No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van integrar aquellos que tu profesor(a), considere son los
más significativos en el proceso de aprendizaje.
•
Te permiten reflexionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.
Etapas para realizar tu portafolio de evidencias
Instrucciones para seleccionar las evidencias
1.Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su relación con los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar, desempeños esperados, entre otros elementos; acuerden el
periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre,
semestre).
1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste
de manera escrita, audiovisual, artística entre otras.
2.Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccionar tus evidencias de aprendizaje.
3.Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósito del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.
2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, competencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexionar sobre ello.
3. Comenta con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.
Propósito del portafolio de evidencias
Semestre
Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pensamiento sobre ti mismo y lo que te rodea, a partir del conocimiento de los distintos temas de estudio, en un ambiente
que te permita el uso óptimo de la información recopilada.
Asignatura
Número de bloques
del libro
Nombre del estudiante:
Criterios de reflexión sobre las evidencias
Comentarios del estudiante:
¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?
¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas en este
portafolio?
¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas?
¿Las evidencias seleccionadas cumplieron con las metas establecidas en
el curso?
¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas?
Monitoreo de evidencias
#
Título
Fecha de elaboración
Comentarios del profesor(a)
1
2
3
4
5
27
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Guía de observación
Instrumento de evaluación para la sección Aplica lo que sabes, de la página 9. Objeto de aprendizaje 1.1. La Química.
Nombre del estudiante:
Criterio
1. Hice todas las anotaciones solicitadas.
2.Toda la información que anoté se refiere a productos
químicos utilizados en el hogar (propiamente se usan en la
cocina).
3. Señalé correctamente todos los productos que se
solicitan.
4. Realicé la investigación sobre la utilidad de los productos.
5. Busqué en fuentes bibliográficas confiables y actualizadas.
6. Anoté la referencia de las fuentes de información
consultada.
7.Analicé las diversas sustancias que contiene cada
producto.
8.Aporté elementos importantes y que retroalimentan los
conocimientos adquiridos.
9.Me sirvió la información para comprender el origen de las
fuentes de contaminación en el medio ambiente.
10. Aprendí nuevas formas de utilizar y reutilizar productos
químicos en mi vida diaria.
11. Relacioné los contenidos con ejemplos cotidianos.
12.Aporté datos más allá de lo que se solicita.
13. Realicé la actividad en casa.
14. Mis respuestas son claras y congruentes.
15.Respondí a todas las indicaciones.
16.Me gustó la actividad.
17.Socialicé mis respuestas.
18. Proporcioné mi punto de vista y lo argumenté con base en
el desarrollo de los contenidos.
19. ¿En qué debo mejorar?
28
Fecha:
Cumple
Sí
No
Observaciones
Grupo Editorial Patria®
Guía de observación
Instrumento de evaluación para la Actividad experimental, página 22. Objeto de aprendizaje 1.2. El método científico
y sus aplicaciones.
Equipo:
Integrantes 1.
2.
3.
Nombre de la(del) profesora(or):
Actividad:
Elaborar una pelota de hule
Propósito:
Obtener un producto de origen sintético.
Criterio
Fecha:
¿Lo realizó?
Sí
No
¿Por qué?
1. Asistieron todos los integrantes a la actividad.
2. Participaron de forma equitativa.
3. Utilizaron correctamente el material de laboratorio.
4. Comprendieron el propósito de la actividad.
5. Se ajustaron al procedimiento para la elaboración del producto.
6. Lograron el objetivo de la actividad.
7. Realizaron todas las anotaciones, de acuerdo con lo solicitado.
8. Las respuestas son claras y congruentes.
9.Relacionaron la información con los conocimientos teóricometodológicos, analizados en clase.
10. Emitieron su postura sobre el daño que causan los productos de
origen sintético al medio ambiente.
11. Realizaron aportaciones relevantes a la actividad.
12.Aprendieron nuevas formas de utilizar y reutilizar productos de uso
cotidiano.
13. La actividad ayudó a comprender el origen de diversas fuentes
que dañan al medio ambiente.
14. Comentaron, de forma individual, su opinión sobre la actividad.
15.Emitieron conclusiones, con base en la actividad.
16.Elaboraron el informe y anotaron los resultados de la actividad.
17. ¿En qué debo mejorar?
Comentarios generales:
29
1
BLOQUE
Reconoces a la Química como una herramienta para la vida
Lista de cotejo
Con base en el documento Lineamientos de evaluación del aprendizaje (DGB, 2011), el objetivo de las listas de cotejo es determinar la presencia
de un desempeño, por tanto es necesario identificar las categorías a evaluar y los desempeños que conforman cada una de ellas.
Instrucciones: Marcar con una 7 , en cada espacio donde se presente el atributo.
Estructura
1. Cuenta con una carátula con los datos de identificación del elaborador.
2. Cuenta con un apartado de introducción.
3.Cuenta con un apartado de conclusión.
4.Cuenta con un apartado en que se señalan las fuentes de referencia utilizadas.
Estructura interna
5. Parte de un ejemplo con reto y se desarrolla hasta generalizarlo.
6. Parte de una situación general y la desarrolla hasta concretarla en una situación específica.
7. Los argumentos a lo largo del documento se presentan de forma lógica y son coherentes.
Contenido
8. La información presentada se desarrolla alrededor de la temática, sin incluir información irrelevante.
9. La información se fundamenta con varias fuentes de consulta citadas en el documento.
10. Las fuentes de consulta se contrastan para apoyar los argumentos expresados en el documento.
11. El alumnado jerarquiza la información obtenida, destacando aquella que considera más importante.
12. Hace uso de imágenes/gráficos de apoyo, sin abusar del tamaño de los mismos.
Aportaciones propias
13. El alumnado señala en las conclusiones lo aprendido a través de su investigación y su aplicación a su vida cotidiana.
14. Las conclusiones desarrolladas son de producción propia.
15. El alumno elabora organizadores gráficos para representar de manera sintética grandes cantidades de información.
Interculturalidad
16. Las opiniones emitidas en el documento promueven el respeto a la diversidad.
Total
30
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Escala de clasificación
La escala de clasificación sirve para identificar la presencia de determinado atributo y la frecuencia que ésta presenta (Lineamientos de evaluación del aprendizaje. DGB, 2011).
Este instrumento puede evaluar actividades de aprendizaje, ejercicios, talleres, prácticas de laboratorio; cualquier tipo de exposición podrá ser
adaptado a las necesidades específicas de cada tema.
Instrucciones: indique con qué frecuencia se presentan los siguientes atributos durante la práctica de las técnicas de representación. Encierre
en un círculo el número que corresponda si: 0 no se presenta el atributo; 1 se presenta poco; 2 generalmente se presenta; 3 siempre
presenta el atributo.
Contenido
1. Desarrolla los puntos más importantes del tema.
0
1
2
3
2. Utiliza los conceptos y argumentos más importantes con precisión.
0
1
2
3
3. La información es concisa.
0
1
2
3
4. Relaciona los conceptos o argumentos.
0
1
2
3
5. Presenta transiciones claras entre ideas.
0
1
2
3
6. Presenta una introducción y conclusión.
0
1
2
3
7. Utiliza ejemplos que enriquecen y clarifican el tema de exposición.
0
1
2
3
8. Incluye material de elaboración propia (cuadros, gráficas, ejemplos) y se apoya en ellos.
0
1
2
3
0
1
2
3
10. La información se presenta sin saturación, con fondo y tamaño de letra ideales para ser consultados por la audiiencia.
0
1
2
3
11. Se basa en la diapositiva leyendo los apoyos y los desarrolla.
0
1
2
3
12. Articulación clara y el volumen permite ser escuchado por la audiencia.
0
1
2
3
13. Muestra constante contacto visual.
0
1
2
3
14. +/– dos minutos de tiempo asignado.
0
1
2
3
Coherencia y organización
Aportaciones propias
Material didáctico
9. El material didáctico incluye apoyos para exponer la información más importante del tema.
Habilidades expositivas
Total
Puntaje total
31
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación
de la materia y la energía
5 horas
Objetos de
aprendizaje
2.1 Materia:
propiedades
y cambios
2.2 Energía y su
interrelación
con la materia
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
n
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en
su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las
hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
n
n
n
n
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y
valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en
los ámbitos local, nacional e internacional.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo
plazo con relación al ambiente.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la izquierda.
Es la energía producida por la fuerza del viento:
b) solar
c) eólica
d) marítima
( ) a) geoésica
Es la energía almacenada que poseen los cuerpos con base en su posición:
b) cinética
c) potencial
d) calorífica
( ) a) eléctrica
Cuando una sustancia cambia del estado sólido al gaseoso, se lleva a cabo una:
b) deposición
c) sublimación
d) solidificación
( ) a) fusión
Desempeños por alcanzar
n
n
n
n
n
n
Comprende el concepto, las propiedades y los cambios de la
materia.
Caracteriza los estados de agregación de la materia.
Expresa algunas aplicaciones de los cambios de la materia en los
fenómenos que observa en su entorno.
Promueve el uso responsable de la materia para el cuidado del
medio ambiente.
Distingue entre las fuentes de energías limpias y contaminantes.
Argumenta la importancia que tienen las energías limpias en el
cuidado del medio ambiente.
( )
Se realiza un cambio químico durante:
a) la fusión del fierro
b) el calentamiento del agua
c) la corrosión de un metal
d) el viento de un huracán
( )
Propiedad que identifica al cloruro de sodio (NaCl) o sal de mesa:
a) color
b) forma
c) punto de ebullición
d) olor
( )
Principal fuente de energía con que cuenta el hombre:
a) petróleo
b) carbón
c) sol
d) gasolina
( )
Es un ejemplo de energía potencial:
a) una resortera lista para disparar
b) la luz del sol
c) el viento de un huracán
d) un atleta corriendo
( )
Una propiedad particular de la materia es la ductilidad, la cual se manifiesta
cuando un metal:
a) conduce la corriente eléctrica
b) se hila
c) se lamina
d) se oxida
( )
Son ejemplos de compuestos:
a) agua de mar, agua azucarada
b) hierro, bronce
c) cloruro de sodio, cal
d) vidrio, mayonesa
( )
Propiedad general de la materia:
a) punto de fusión
b) masa
c) energía
d) espacio
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Situación didáctica
¿Cómo sería la vida sin petróleo como
combustible en el año 2029?
En el siglo pasado (1977), la famosa revista Time pidió al escritor
de ciencia ficción Isaac Asimov que describiera un mundo sin gasolina. Asimov decidió situar su predicción 20 años en el futuro
(1997), comentando lo siguiente: “Cualquier persona mayor de
10 años es capaz de recordar los automóviles. Desaparecieron
poco a poco. Al principio se elevó el precio de la gasolina: se fue
hasta las nubes. Al final solamente los ricos manejaban lo que era
una clara indicación de que estaban nadando en dinero, de modo
que cualquier automóvil que se atrevía a aparecer en las calles era
volcado y quemado. Se introdujo el racionamiento para ‘igualar
el sacrificio’, pero cada tres meses se reducía la ración. Los autos
simplemente desaparecieron y se volvieron parte de los recursos
de metal.”
¿Cómo lo resolverías?
“En cuanto al invierno, bueno, es molesto tener frío, con eso de que
el poco combustible que hay se guarda para la madrugada; pero
los suéteres se han hecho populares en interiores y las duchas no
son un lujo que se pueda dar todos los días. Es suficiente con baños
de esponja con agua tibia, y si el aire no siempre es fragante en las
cercanías de los humanos, al menos ha desaparecido el humo de
los automóviles.”
Ésta es la predicción de un escritor en 1977 respecto a la vida a fines
de los años noventa. Imagina que en 2016 tú recibes una invitación
para escribir tus propias predicciones respecto a “la vida sin petróleo” en el año 2036, es decir, 20 años adelante en tu propio futuro.
“Esto tiene muchas ventajas, si queremos encontrarlas. Nuestros
diarios en 1997 lo señalan de continuo. El aire está más limpio y
parece haber menos resfriados. Contra todas las predicciones,
la criminalidad ha disminuido. Al hacerse los autos de la policía
demasiados costosos (y blancos demasiado fáciles), los policías
andan de nuevo a pie. Algo más importante es que las calles están
llenas. Las piernas son las reinas de las ciudades en 1997, y la gente
camina por todos lados a altas horas de la noche. Hasta los parques
están repletos, y en las multitudes la protección es mutua.”
Secuencia didáctica
A continuación se lista una serie de acciones que debes seguir para
contestar la problemática de la pregunta central. Es importante que
reflexiones, seas claro y objetivo para que esta experiencia sea útil
al reconocer tus debilidades para superarlas y tus fortalezas para
beneficiarte de ellas.
1. Escribe un cuento en el que intervengan tus propias predicciones de “la vida sin petróleo”, situado en el año 2036.
Utiliza estas preguntas para orientar tu escrito:
a)¿De qué manera cambiaría tu vida diaria en un mundo
así?
b)¿Qué cambio implicaría la adaptación más difícil para ti?
¿Por qué?
c)¿Cuál sería la adaptación más fácil? ¿Por qué?
2. Las perspectivas actuales nos indican que la “vida real” en
2036 no será tan radicalmente diferente como sugiere el cuento presentado antes.
34
¿Qué tienes que hacer?
Grupo Editorial Patria®
a) Propón algunas acciones que podríamos emprender
ahora como individuos para evitar que esta situación se
vuelva realidad en 2036.
b) Propón algunas acciones gubernamentales que podrían
ayudar a prevenir que se presente un panorama así en los
próximos 20 años.
4. Debate cuáles de esas formas son válidas y cuáles no.
5. Establece las conclusiones correspondientes.
6. Elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus reflexiones sobre esta actividad.
3. Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus
respuestas en plenaria y analicen las formas de resolver el problema.
Rúbrica de autoevaluación
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos de este
bloque realiza lo siguiente:
n
n
n
n
Con la dirección del maestro organicen un debate sobre la importancia de conocer la materia y sus transformaciones.
Qué tipo de energías son más factibles de utilizar en México y
cuáles tienen mayor repercusión en el desarrollo económico
y ambiental.
Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus
respuestas en plenaria y analicen la problemática central de
esta situación didáctica. Contesta las siguientes preguntas:
¿Cuáles manifestaciones de la materia son más comunes en
nuestro entorno? Escríbelas.
n
¿Cuáles tipos de energía son utilizados con mayor frecuencia
en la industria y en la casa? ¿Hay semejanzas? Justifica tu respuesta.
n
Leí todo el contenido del bloque.
n
¿Puedo establecer un futuro promisorio si cuidamos nuestro
petróleo?, ¿cómo hacerlo? Anótalo.
n
¿Puedo mencionar tres formas de sustituir el petróleo como
combustible? Anótalas.
n
Establezcan las conclusiones correspondientes y elaboren
un reporte donde expresen de manera clara y objetiva sus reflexiones sobre esta actividad.
35
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
2.1 Materia: propiedades
y cambios
Materia
De acuerdo con la definición dada anteriormente, la Química es la
ciencia que trata de la naturaleza y composición de la materia y de
los cambios que ésta experimenta. En esta definición encontramos
dos palabras clave: materia y cambios.
Definida de una manera amplia, la materia es cualquier sustancia
que tenga masa y ocupe un espacio.
De acuerdo con la Física relativista, la materia tiene cuatro manifestaciones en el universo: masa y energía (que pertenecen a la materia), espacio y tiempo (que son asociados al cambio).
La ley de la gravitación universal de Newton afirma que todos los
objetos del universo atraen a los demás objetos con una fuerza (impulso) —llamada gravedad— que depende de la masa de cada objeto. La masa se define como la cantidad de materia en cada objeto
y su resistencia a ser movido. Cuanto mayor es el objeto (o cuenta
con mayor cantidad de masa), mayor será la fuerza (o impulso) que
ejerce sobre otros objetos.
Aunque sus propias leyes sugirieron otra cosa, Newton creyó hasta
su muerte que era posible encontrar por medición el sitio exacto
de la superficie terrestre donde algo sucedía, y establecer con precisión el intervalo entre dos sucesos separados. Consideró que para
lograrlo sólo necesitaría reglas bastante extensas y relojes totalmente exactos, Newton llamaba a esas medidas espacio absoluto
y tiempo absoluto.
Einstein sugirió otro modelo nuevo y más exacto para describir
lo que sucede en el mundo real. Por ejemplo, consideremos un
tren que se desplaza velozmente y lleva en uno de los vagones a
un pasajero que se encuentra comiendo un emparedado. El tren
pasa con rapidez por una estación, tiempo durante el cual el pasajero da dos mordiscos al emparedado. Desde el punto de vista del
pasajero, podría decir que tomó cada bocado mientras permanecía
exactamente en un mismo lugar. Al final, estuvo sentado plácidamente en un asiento durante todo el viaje, sin desplazarse. ¿Qué
pasaría si otra persona estuviera en la plataforma de la estación
cuando pasa el tren? Veríamos al pasajero dando su primer mordisco al emparedado justo cuando el tren llega a la estación y sólo
un instante más tarde, lo veríamos tomando otro mordisco cuando el tren avanzara varios metros. Desde este punto de vista,
podríamos decir que los dos mordiscos del pasajero se produjeron
en dos sitios distintos y alejados varios metros uno de otro.
¿Cómo podríamos medir dónde mordió el pasajero el emparedado por segunda vez? ¿Masticó los dos bocados mientras estaba
sentado en el mismo sitio o mordió el emparedado en dos puntos
distintos separados por varios metros? ¿Quién podrá decir cuál era
la “verdadera” posición del emparedado en el espacio, la del pasajero que estaba en el tren, o la persona que se encontraba en la plataforma de la estación?
Einstein indicó que el problema estaba en el proceso de observación. Si viéramos en forma instantánea no sería difícil describir
dónde sucedió el segundo mordisco. Pero sólo podemos ver con la
ayuda de los rayos de luz, que viajan a una velocidad finita, es extremadamente rápida. Cualquier teoría que describa dónde suceden
las cosas debe incluir a un observador. No existe lo que se llama el
espacio “absoluto”.
Muchas propiedades de la materia son cuantitativas, es decir, están
asociadas a las cifras. Cuando una de éstas representa una cantidad
de medida, las unidades de tal cantidad deben especificarse. Las
unidades que se utilizan para las mediciones son del Sistema Métrico. A fin de estandarizar las mediciones científicas, se realizaron
una serie de acuerdos internacionales que dan como resultado la
creación del Sistema Internacional de Unidades, cuyo fin primordial es la estandarización de las unidades en su uso en todo el orbe.
En el trabajo científico se reconoce la utilización de dicho sistema
de unidades, así como el inconveniente de no utilizar adecuadamente los instrumentos de medida.
Propiedades fundamentales
de la materia
Figura 2.1
Isaac Newton.
36
Figura 2.2
Albert Einstein.
Las propiedades de una sustancia se pueden dividir en dos clases.
Una de ellas depende de la materia en sí y la otra depende, principalmente, del comportamiento de esa materia en presencia de otra. A la primera clase de propiedades se les llama propiedades físicas; por
ejemplo, el color, la temperatura. Las propiedades físicas se pueden dividir en dos grupos: las propiedades extensivas y las intensivas.
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Actividad de aprendizaje
Una propiedad particular de la materia es la maleabilidad, la cual se
manifiesta cuando un metal:
a) conduce la corriente eléctrica
b) se hila
c) se lamina
d) se oxida
Figura 2.3
Algunas propiedades específicas de la materia, tales como maleabilidad,
ductilidad, color, resistencia, etcétera.
Argumenta tu respuesta con un ejemplo de uso común en la vida cotidiana.
Propiedades generales
de la materia
Estas propiedades, también llamadas extensivas, son aditivas y
se encuentran presentes en todas las sustancias, pues dependen de
la cantidad de masa que poseen. Ejemplos: la masa, el peso, la inercia, la longitud, el volumen, la divisibilidad, etc., las cuales no nos
sirven de mucho para identificar a una sustancia.
La propiedad más importante de la materia es la masa, ya que forma parte de su definición.
Con base en lo anterior tenemos que puesto que la fuerza puede
cambiar, el peso de un objeto no es constante. Sin embargo, su masa
es constante y se puede determinar comparando su peso con el de
un objeto de masa conocida. En Química frecuentemente los dos
conceptos (masa y peso) se usan de manera errónea como sinónimos, pues en el laboratorio la gravedad se mantiene prácticamente
constante. No obstante, es fundamental usar en forma adecuada
ambos conceptos.
Una de las definiciones más completas de masa es la que da M. J.
Sienko: “La masa es una medida cuantitativa de las propiedades inerciales intrínsecas de un objeto, es decir, la tendencia de un objeto a permanecer en reposo si se encuentra quieto, o a continuar moviéndose si se
encuentra en movimiento”.
Propiedades intensivas
de la materia
Respecto al peso, éste se define como la fuerza con la cual un objeto es atraído hacia la Tierra y, naturalmente, varía un poco en
los diferentes puntos de la superficie terrestre debido a las variaciones de altitud y latitud.
Las propiedades específicas o intensivas son aquellas que sirven
para diferenciar a una sustancia de otra. Su valor es específico y no
depende de la cantidad de masa que se estudia.
Según Newton, el peso (p) y la masa (m), se relacionan de la siguiente manera:
p=mg
donde g representa la aceleración de la gravedad = 9.8 m/s2
Figura 2.4
Elasticidad. Al estirar una liga ésta se deforma.
Por ejemplo, cada muestra de una sustancia, sin importar su tamaño, tiene la misma densidad en todas sus partes. Otras propiedades
intensivas son maleabilidad, ductilidad, conductividad, calor específico, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, viscosidad, color, textura, solubilidad, dureza, brillo, etcétera.
Figura 2.6
Figura 2.5
Tenacidad. Algunos sólidos se rompen
Dureza. No es igual de fácil rayar un metal que una hoja de vidrio o papel. con más facilidad que otros.
37
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Por ejemplo, el cobre puede martillarse fácilmente para convertirlo
en láminas delgadas, es más maleable que el hierro, que se resiste a
este martilleo. El cobre también se puede convertir en un alambre
muy fino; pues es bastante dúctil. El cobre y la plata tienen una alta
conductividad térmica y eléctrica; es decir, ofrecen poca resistencia al flujo de calor o de la electricidad.
Cambios de la materia
¿Qué es para ti un fenómeno químico? ¿Cómo se define un fenómeno físico? ¿Cuáles fenómenos observas más a tu alrededor?
¿Cuál es la diferencia entre una combustión y una oxidación?
Para tu reflexión
¿Por qué el frío conserva los alimentos?
Los alimentos congelados se conservan por que hay un cambio físico en su estructura. Como es bien sabido, la temperatura influye directamente en la preservación de los alimentos, es
decir a menor temperatura menor degradación. Los alimentos
congelados aparecieron en el mercado en 1878, al embarcarse
por primera vez carne congelada de Buenos Aires a Le Havre,
Francia. Los indígenas americanos de la helada provincia de
Labrador ya sabían que el frío conserva los alimentos: congelaban de inmediato los peces que capturaban durante el invierno, y cuando meses más tarde los descongelaban, podían
consumirlos sin ningún problema. El biólogo estadounidense
Clarence Birdseye observó esto entre 1912 y 1915, y en 1923
fundó una compañía que producía alimentos congelados. En
1930, los nuevos propietarios de esa compañía pusieron a la
venta productos congelados,
incluyendo verduras, frutas,
pescado y carnes. La congelación mantiene bajo control a los microorganismos y
enzimas que deterioran los
alimentos. Casi todo proceso químico de los seres vivos
disminuye a temperaturas inferiores al punto de congelación del agua. A –10 °C, pocos
organismos pueden vivir: los
hongos, bacterias y microbios
que deterioran la comida no Figura 2.7
pueden crecer ni reproducirse. Algunos alimentos congelados.
38
¿Qué gas se consume en una combustión? ¿Cuál es el combustible utilizado por los cohetes y transbordadores espaciales? ¿Qué efecto tiene
en tu estómago un antiácido disuelto
en agua? ¿De qué tipo de sustancia
son las burbujas formadas en la efervescencia? ¿Cómo sabes qué clase
de extintor se utiliza para apagar el
fuego? ¿ Por qué la mayoría de los
alimentos se descomponen si los dejamos afuera del refrigerador de un
Figura 2.8
día para otro? ¿Cómo puedes evitar
Al cortar la hoja de papel, su
constitución de papel no cambia. la descomposición de los alimentos?
Cambios físicos de la materia
A las modificaciones o cambios que experimentan las sustancias
bajo la acción de las diferentes formas de energía se les llama fenómenos. De esta manera, todo cambio que se produce en las sustancias de manera natural o provocada es un fenómeno. Las modificaciones o cambios que no alteran la composición íntima de las
sustancias o que sólo lo hacen de un modo aparente y transitorio
reciben el nombre de cambios o fenómenos físicos.
Dichos fenómenos desaparecen al cesar la causa que los origina. En
su mayoría son fenómenos reversibles. Ejemplos: reflexión y refracción de la luz; formación del arco iris; fusión de la cera; disolución
del azúcar; electrización del vidrio; dilatación de un metal; movimiento de los cuerpos; transmisión del calor; cambios de estado.
Cambios
químicos
de la materia
Cuando el cambio experimentado modifica permanentemente la naturaleza íntima de las
sustancias y no es reversible, el
fenómeno es de tipo químico.
Antes y después del cambio se
tienen sustancias diferentes con
propiedades diferentes. Ejemplos: digestión de los alimentos;
corrosión de los metales; explosión de una bomba; acción de los
medicamentos; un acumulador;
fenómeno de la visión; revelado
de una fotografía; encender un
cerillo; el fenómeno de la fotosíntesis; la fermentación.
Figura 2.9
Al quemarse la hoja de papel
ocurre un fenómeno químico, ya
que se descompone en dióxido
de carbono (CO2) y agua (H2O).
Lo que impide recuperar su
estado original.
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Actividad de aprendizaje
Las siguientes actividades corresponden a fenómenos físicos o químicos. Anota a qué tipo de fenómeno pertenecen, explica por qué y
menciona la importancia que dicho fenómeno tiene en nuestra vida
diaria. Compara tus resultados con los de tus compañeros y en caso
de diferencias o dudas consulta con tu profesor: a) cortar leña, b) cocinar alimentos, c) hervir leche, d) reflejar el sol con un espejo, e) disolver tinta en agua, f ) hornear un pastel, g) encender el motor del coche,
h) pintar la casa, i) vaciar un colado para una loza, j) doblar una lámina
de aluminio, k) fermentar una piña.
Tipo de fenómeno
¿Por qué?
Cambios nucleares de la materia
El átomo está conformado por un núcleo, en el cual se tienen partículas positivas (protones) y partículas neutras (neutrones). Si se
le dispara un neutrón al núcleo de un átomo de uranio, éste puede
romperse en dos o más partes. De esta manera se forman nuevos
elementos, pero no todos los neutrones del átomo de uranio se
unen a otro de los nuevos átomos formados, algunos se escapan.
La división del átomo en partes se llama fisión, es decir, que ésta
ocurre cuando un núcleo pesado se parte en dos ligeros.
El descubrimiento del neutrón proporcionó a los científicos una
valiosa partícula de bombardeo. A partir de entonces una multitud
de núcleos se ha sometido a “bombardeos” con diferentes partículas, y con ellos se han conseguido asombrosos resultados, como el
aprovechamiento de la energía nuclear para fines benéficos o para
la fabricación de misiles militares.
La utilización de los cambios nucleares en aplicaciones no energéticas ha venido a apoyar el estudio del metabolismo humano y la
eliminación de padecimientos; además, el hallazgo de nuevas partículas nucleares ha desembocado en el planteamiento de nuevas
teorías acerca de la constitución de la materia.
Al proceso en el que cambia el núcleo de un átomo se le llama
reacción nuclear, ésta difiere de una reacción química en que los
átomos se pueden juntar y algunos electrones (partículas negativas
ubicadas en el exterior de un átomo) pueden compartir la misma
órbita.
Además, en una reacción nuclear son los núcleos los que cambian;
de este proceso resulta una gran cantidad de calor como en algunas reacciones químicas, como la combustión, pero el calor que
se consigue con una reacción nuclear es un millón de veces mayor
que el de una reacción química.
Actividad de aprendizaje
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis
de la izquierda:
(
) Se efectúa un cambio físico, durante la:
a) oxidación del hierro
b) fusión del hierro
c)combustión del hierro
d) sulfonación del hierro
Da tu opinión sobre este cambio físico y menciona la importancia que
tiene en la vida cotidiana.
Figura 2.10
Al bombardear un núcleo atómico de uranio, con un neutrón, se genera un
cambio nuclear (fisión), con un alto desprendimiento de energía.
39
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
La pregunta obligada es: ¿qué ocurre a los dos o tres neutrones que
escapan cuando un átomo se rompe? Continúan su viaje hasta que
consiguen escapar del todo o bien chocan con el núcleo de uno de
los átomos que los rodean; éstos se pueden romper de la misma
forma que el primero, y entonces se disparan más neutrones. Si dos
neutrones chocan con otros dos núcleos haciendo que se dividan,
tendremos entonces seis neutrones lanzados en varias direcciones
a una velocidad enorme. Si cuatro de éstos chocan con otros núcleos tendremos doce neutrones, y así sucesivamente, cada vez se
disparan más neutrones, se dividen más átomos y en la fracción de
un segundo todo el trozo de uranio hace explosión. ¡Y todo empezó con un neutrón solamente!
A esto se le llama explosión por reacción en cadena y es el secreto
de la bomba atómica, los incontables millones de átomos que se
dividen por esa reacción dan lugar a la producción de calor y una
onda de aire enorme. Una explosión de esta clase produce también
radiación, que es peligrosa para todos los seres vivos.
La reacción en cadena puede controlarse y ser aprovechada; el dispositivo que permite mantener una reacción sostenida, no explosiva, se conoce como reactor nuclear.
jabones, textiles) se tradujo en la fabricación a gran escala de carbonato de sodio. En 1796, Parker descubre el cemento, y se desarrolla
también la siderurgia.
Las relaciones entre la masa y la energía se expresan en forma
matemática de varias maneras. Estas relaciones son las leyes de la
conservación, pilares sobre los que se sostienen los conceptos químicos.
Ley de la
conservación de la
masa
Antoine Laurent Lavoisier
(1743-1794) sobresale en la
historia como el primer investigador que enfoca la química con el rigor del método
científico. Fue quien introdujo
el principio de conservación de
la masa para interpretar las reacciones químicas, y el primero en
escribir, aunque de forma rudi- Figura 2.12
mentaria, la primera ecuación Antoine Laurent Lavoisier.
química. Alrededor de 1771 Lavoisier empezó a interesarse por el problema que presenta el aire
atmosférico en las reacciones de combustión, y propuso que “el
aumento de peso al calentar un metal se debía a la combinación de
éste con el oxígeno del aire y no al flogisto”. Fue así como se aventuró a dar una explicación de la formación de un metal a partir de
sus minerales; diciendo que éstos eran una combinación de metal
y gas; cuando se calentaban con carbón, éste tomaba el gas del mineral, formando dióxido de carbono y el metal libre.
Esta ley fue enunciada por Lavoisier y establece que “la masa no se
crea ni se destruye, sólo se transforma”.
Figura 2.11
Reactor nuclear.
Leyes de la conservación
Como ya se mencionó en el bloque 1, la Química moderna como
ciencia empieza su desarrollo en el siglo xviii, gracias a los pioneros en el campo de la medición química, como Lavoisier, Priestley,
Gay-Lussac, Avogadro, Davy, Berzelius y muchos otros, quienes
proporcionaron los fundamentos experimentales de las teorías
atómicas actuales.
En esa época aparecen los primeros vínculos entre el laboratorio y
la industria química. Se construye la primera fábrica de ácido sulfúrico en Inglaterra. El desarrollo de la industria química (vidrio,
40
Ley de la conservación de la energía
Los cambios físicos y los químicos van siempre acompañados por
cambios de energía. Se puede transferir energía entre un sistema y
sus alrededores de dos maneras distintas; los alrededores pueden
hacer trabajo sobre el sistema o el sistema puede hacer trabajo sobre los alrededores. Por ejemplo, si el sistema a considerar es un
trozo de cobre, al martillarlo, realizamos un trabajo sobre él.
Asimismo, los gases producidos por la combustión en el cilindro
del motor de un automóvil, considerando éste como el sistema,
realiza trabajo sobre el motor al expandirse y empujar el pistón del
cilindro hacia abajo. Esto se lleva a cabo por medio del poder calorífico de la combustión de la gasolina, produciendo energía en
forma de calor.
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La Ley de la conservación de la energía fue propuesta por Mayer
y establece que: “La energía del universo se mantiene constante de tal
manera que no puede ser creada ni destruida, y sólo cambia de una forma
o clase a otra”.
Ley de la conservación de la materia
Esta ley se basa en la teoría de la relatividad de Einstein, y dice que
“la cantidad de masa-energía que se manifiesta en un determinado
espacio-tiempo es constante”.
Su expresión matemática es: E = mc2
Donde: E = energía (en ergs, joules)
m = masa (en gramos, kg)
c = velocidad de la luz (331010 cm/s)
Figura 2.14
En la naturaleza podemos apreciar los diferentes estados de agregación
de la materia, en las nubes y en el mar.
tamos tan ocupados que no nos damos tiempo de disfrutar de la
naturaleza y percatarnos del estado físico o de agregación y del
color o sabor de las sustancias que nos rodean. Así, por ejemplo,
al tomar alimentos como la leche, el agua o los jugos, al comer
fruta, carne o verduras, o al beber refrescos que contienen un gas
disuelto en ellos, nos podemos percatar de los diferentes estados
físicos de la materia.
Figura 2.13
La conservación de la energía es fundamental para preservar la vida
en el planeta.
Estados de agregación de la materia
Al salir a dar una vuelta y caminar por tu comunidad, observarás
diferentes objetos o sustancias del entorno, los cuales pueden ser
sólidos, como casas, árboles, animales, líquidos, como lluvia,
ríos, mar, o gaseosos, como las nubes, el humo o el viento. Es-
Figura 2.15
Estado sólido.
Figura 2.16
Estado gaseoso.
La materia se presenta ante nuestros sentidos en forma de partículas, que al agregarse, constituyen las sustancias. Las partículas conservan determinada cantidad de energía cinética, pero existe cierto
grado de cohesión entre ellas.
Los estados físicos o de agregación de la materia son seis: sólido, líquido,
gas, y plasma, condensado de Bose-Einstein (bec) y condensado
fermiónico. El condensado de Bose-Einstein (bec) fue propuesto
en el año 2001 y el condensado fermiónico en el 2004 por investigadores financiados por la nasa.
En el estado sólido las sustancias ocupan un volumen definido y normalmente tienen forma propia, la movilidad de las partículas que las
constituyen es casi nula, y presentan gran cohesión.
Figura 2.17
Estado plasma.
Figura 2.18
Estado líquido.
41
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Un líquido también ocupa un volumen fijo, pero es necesario colocarlo en un recipiente. El líquido tomará la forma del recipiente que
lo contenga; la movilidad y las fuerzas de cohesión de sus partículas son
intermedias.
Un gas no tiene forma ni volumen definidos; por lo que debe almacenarse en un recipiente cerrado. El gas tiende a ocupar todo el
volumen del recipiente en que está confinado y sus partículas poseen gran energía cinética, por lo que éstas presentan movimientos
desordenados.
Para tu reflexión
¿Qué conoces del cuarto, quinto y sexto
estado de la materia?
Cuarto estado físico de la materia
Los fenómenos físicos que acompañan a las descargas eléctricas han sido investigados por más de 300 años. Notables
fueron los atrevidos experimentos realizados por Benjamin
Franklin, en 1751, quien introducía alambres dentro de las nubes de tormenta para inducir la formación de chispas a partir
de la electricidad atmosférica.
El conocimiento de algunas propiedades poco comunes de los
gases, particularmente de sus propiedades eléctricas llevaron a
Crookes, en 1879, a sugerir que se podría considerar un cuarto
estado de la materia.
El estudio de las descargas eléctricas en los gases y la observación de los astros motivaron posteriores investigaciones con
gases altamente ionizados. I. Langmuir introdujo el término
“plasma” en 1930, el cual proviene de la palabra griega plasma
que significa “moldeable”, para designar a los gases ionizados
existentes en el universo.
Se requiere una enorme cantidad de energía para producir un
plasma totalmente ionizado. Un reactor de fusión nuclear requiere plasmas para lograr la unión de núcleos ligeros para formar núcleos pesados. Allí se mezclan los isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio y se calientan a temperaturas muy elevadas
para lograr su fusión. A estas temperaturas los átomos de deuterio y tritio están completamente ionizados, y sus electrones
se separan del núcleo atómico, de modo que el gas caliente que
se forma, llamado plasma, está casi totalmente ionizado.
El movimiento del plasma se puede influenciar por campos
magnéticos. En principio, es posible “atrapar” al plasma con
42
Figura 2.19
El Sol, motor de la vida en el planeta, es considerado como un plasma.
campos magnéticos alejándolo de las paredes sólidas, pues de
otra manera éstas se evaporarían por el intenso calor del plasma. Los campos magnéticos en forma de anillo son los más
adecuados para confinar a los plasmas.
Con base en estos conceptos se han desarrollado diversos
sistemas de los cuales el más prometedor es el dispositivo
tokamak, nombre que proviene de las palabras rusas con las
que se designa a una cámara magnética de forma toroidal (de
torus, palabra latina que significa protuberancia redonda expansiva en forma de rosquilla o anillo de anclaje).
Actualmente los físicos teóricos desarrollan investigaciones en
este campo, efectuando simulaciones en la computadora, con
el propósito de tener otra alternativa para generar energía.
La mayor parte del universo está constituido por plasma. Muchas estrellas están compuestas por plasma. El espacio sideral
no está realmente vacío; está compuesto de plasma, extremadamente disperso. El cinturón de radiación Van Allen
que rodea a la Tierra está compuesto de plasma. La materia que está en un tubo de neón o en un ciclotrón está en
el estado de plasma. Los científicos estudian la naturaleza del
plasma, ya que la reacción nuclear, llamada fusión, solamente
ocurre en los plasmas.
Como el plasma consta de partículas cargadas que viajan a
alta velocidad, los campos eléctricos y magnéticos las afectan
grandemente. El estudio del plasma se conoce como “magnetohidrodinámica” (mhd) y se relaciona con el confinamiento
del plasma, y los científicos esperan que se pueda usar como
fuente de energía obtenida a través de reacciones nucleares
de fusión. También tiene que ver con el diseño de una unidad
avanzada de propulsión para los vehículos espaciales.
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Quinto estado físico de la materia
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística
mediante la cual se estudiaba cuando dos fotones debían ser
considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a
Albert Einstein, con el fin de que lo apoyara a publicar su novedoso estudio. Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los
átomos y predijeron en conjunto el quinto estado de la materia
en 1924. Los estadounidenses Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, y el alemán Wolfgang Ketterle fueron galardonados con
el premio Nobel de Física 2001, según informó la Real Academia Sueca de Ciencias. El galardón se les concedió por haber
descubierto el quinto estado físico de la materia, la condensación Bose-Einstein, un estado extremo de la materia en el cual
los átomos dejan de comportarse de manera “normal”. Este
fenómeno, pronosticado por Albert Einstein hace 70 años,
fue realizado y observado por vez primera en 1995 por los
tres científicos laureados. Los tres galardonados forman parte
de una misma generación de jóvenes científicos en el campo
de la Física. Cornell nació en 1961 y desarrolla su trabajo en el
Instituto Nacional de Medidas y Tecnología de Boulder (Colorado); Weiman nació en 1951 e investiga en la Universidad
de Colorado, mientras que Ketterle nació en 1957 y trabaja en
el Instituto Tecnológico de Massachusetts (mit), en Cambridge. Cornell y Wieman trabajan también en el jila, un instituto
de investigación en Boulder, antes conocido como el Instituto Conjunto de Astrofísica en Laboratorio. Ketterle trabajaba de manera independiente en Alemania, antes de incorporarse al mit en 1990. La investigación ayudará también a que
EFermi
Bosones
Fermiones
Figura 2.20
En el quinto estado de la materia condensado de Bose-Einstein, los átomos
pierden su identidad propia y forman un conglomerado (“onda cuántica”) de
partículas.
los científicos midan propiedades fundamentales de la materia.
“Las aplicaciones revolucionarias (...) parecen estar justo a la
vuelta de la esquina”, añadió la academia. El término Bose-Einstein se refiere al físico indio Satyendra Nath Bose (descubridor
del bosón) y al alemán Albert Einstein. En 1924, Bose realizó
investigaciones sobre las partículas de luz llamadas “fotones” y
envió su trabajo al célebre científico alemán, quien amplió la
teoría para abarcar la masa. Einstein predijo que cuando las
partículas se desaceleran y se aproximan entre sí, producen un
nuevo estado de agregación de la materia, distinto del sólido, el
líquido, el gaseoso y el plasma. En el nuevo estado de la materia,
los átomos pierden su identidad propia y forman una sola onda
cuántica de partículas. Tal como los fotones en un láser óptico,
todos los átomos del condensado se hallan en la misma longitud de onda y laten en la misma frecuencia. A este quinto estado de la materia se le profetiza una serie de aplicaciones: el condensado Bose-Einstein hará aún más exactos instrumentos de
medición y relojes atómicos, y podrá almacenar información
en las futuras computadoras cuánticas. Y es tan fácil de lograr
con aparatos de 50 a 100 mil dólares, que hay ya más de 20
equipos investigadores que lo han fabricado en todo el mundo.
Su aplicación mayor, sin embargo, será en un “láser atómico”
que, en lugar de fotones, emita un rayo de átomos vibrando en
el mismo estado mecánico cuántico. Tal láser atómico podría,
por ejemplo, permitir construir pequeñísimas estructuras con
precisión hasta hoy inédita, técnica de la cual podrían aprovecharse la nanotecnología y la industria de computadoras.
Sexto estado físico de la materia
Un artículo publicado por la nasa el 12 de febrero de 2004:
Hay por lo menos seis estados físicos de la materia: sólido,
líquido, gas, plasma, condensado Bose-Einstein (bec), y una
nueva forma de materia llamada “condensado fermiónico”, recién descubierta por investigadores financiados por la nasa.
La quinta forma, el condensado Bose-Einstein (bec), descubierto en 1995, aparece cuando los científicos enfrían unas
partículas llamadas bosones hasta alcanzar temperaturas muy
bajas. Los bosones fríos se unen para formar una única superpartícula que es más parecida a una onda que a un ordinario
pedazo de materia. Los bec son frágiles, y la luz viaja muy lentamente a través de ellos.
43
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Ahora tenemos condensados fermiónicos tan recientes que
la mayoría de sus propiedades básicas son desconocidas. Deborah S. Jin, Markus Greiner y Cindy Regal han dado un paso
más y también, gracias a la ultra congelación de partículas, han
encontrado un nuevo estado de la materia, el sexto, el gas fermiónico. Ciertamente, son fríos. Jin creó la sustancia enfriando una
nube de 500 000 átomos de potasio-40 (K40) hasta menos de
una millonésima de grado sobre el cero absoluto. Y ellos probablemente fluyan sin viscosidad. ¿Más allá de eso? Los investigadores aún están aprendiendo.
“Cuando se encuentra una nueva forma de la materia”, hace notar Jin, “toma un tiempo entenderla”.
Los condensados fermiónicos están relacionados con los bec.
Ambos están compuestos de átomos que se unen a bajas temperaturas para formar un objeto único. En un bec, los átomos
son bosones. En un condensado fermiónico los átomos son
fermiones.
Los bosones son sociables; les gusta estar juntos. Como regla
general, cualquier átomo con un número par de electrones 1
protones 1 neutrones es un bosón. Así, por ejemplo, los átomos del sodio ordinario son bosones, y pueden unirse para
formar condensados Bose-Einstein.
Los fermiones, por otro lado, son antisociales. No pueden juntarse en el mismo estado cuántico (por el “Principio de Exclusión de Pauli” de la mecánica cuántica). Cualquier átomo con
un número impar de electrones 1 protones 1 neutrones,
como el potasio-40 (K40), es un fermión.
El grupo de Jin encontró una forma de esquivar el comportamiento antisocial de los fermiones. Utilizaron un campo
magnético cuidadosamente aplicado para que actuara como
un “Cupido” de sintonía fina. El campo hace que los átomos
solitarios se unan en pares, y la fortaleza de esa unión puede
ser controlada ajustando el campo magnético. Los átomos de
potasio unidos débilmente retienen algo de su carácter fermiónico, pero también se comportan un poco como los bosones.
Un par de fermiones puede unirse a otro par, y a otro y a otro, y
eventualmente formar un condensado fermiónico.
Jin sospechó que el sutil emparejamiento de un condensado
fermiónico es el mismo fenómeno de emparejamiento que se
observa en el helio-3 líquido, un superfluido. Los superfluidos
fluyen sin viscosidad, así que los condensados fermiónicos deberían hacer lo mismo.
44
Un fenómeno relacionado estrechamente es la superconductividad. En un superconductor, los pares de electrones (los electrones son fermiones) pueden fluir con resistencia cero. Existe
un enorme interés comercial en los superconductores porque
podrían ser utilizados para producir electricidad en forma más
barata y más limpia para sistemas de alta tecnología como trenes levitantes y computadoras ultrarrápidas. Desdichadamente,
los superconductores son difíciles de manejar y de estudiar.
El mayor problema hoy en día con los superconductores es
que la temperatura más cálida en la que pueden operar es de
apenas –135 °C. El nitrógeno líquido o cualquier otro criogénico necesario para enfriar los alambres hace que los aparatos
que utilizan superconductores sean caros y abultados. Los ingenieros preferirían trabajar con superconductores a temperatura ambiente.
“La fuerza de unión en nuestro condensado fermiónico, ajustada para masa y densidad, podría corresponder a un superconductor de temperatura ambiente”, hace notar Jin. “Esto
hace que sea optimista acerca de que la física fundamental que
aprendamos a través de los condensados fermiónicos ayude a
otros a diseñar materiales superconductores más prácticos”.
Actividad de aprendizaje
Anota en el paréntesis una S si la propiedad corresponde a los sólidos,
una L si es de los líquidos o una G si es de los gases.
(
) Están constituidos por pequeñas partículas llamadas átomos y
tienen formas definidas.
(
) Este estado se caracteriza por poseer densidad más baja que
los otros estados.
(
) Estado que se distingue por su forma indefinida y alta densidad
en la mayoría de las sustancias que lo presentan.
(
) Los cambios de presión alteran su volumen más que en los
otros estados.
(
) En este estado las partículas constituyentes tienen menor libertad de movimiento, en comparación con los otros estados.
(
) Todas las sustancias que constituyen este estado no poseen
volumen propio y se desplazan a altas velocidades.
Compara tus respuestas con las de tus compañeros y establezcan
la diferencia entre unos y otros mediante ejemplos relacionados con la
vida cotidiana y sus beneficios o implicaciones.
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Actividad experimental
Pasas saltarinas
Realiza esta actividad en tu casa y contesta las preguntas formuladas.
Elabora un informe escrito donde analices los resultados y las conclusiones, compáralo con el de tus compañeros y compañeras.
Propósito
Observar el efecto de las burbujas del gas de un refresco carbonatado
sobre un sólido, como las pasas.
Material
n
Cristalizador o refractario hondo
n
Cereal con pasas
n
Agua mineral
Figura 2.21
Preparación de cereal con pasas y agua mineral.
Procedimiento
1. Vierte el cereal con pasas en el cristalizador o refractario hondo.
2. Agrega agua mineral hasta tres cuartas partes del recipiente.
Cambios de estado
de la materia
¿Qué le ocurre al agua líquida cuando la calientas? ¿Por qué en algunos lugares del mundo cae nieve? Si dejas agua en el congelador,
¿qué le ocurre? ¿Has dejado destapado un envase que contenga alcohol?, ¿qué le ocurre? ¿Sabes cómo se forma la lluvia? Si llueve y
el patio de tu casa se moja, ¿qué pasa con el agua bajo la acción del
viento y el sol?
Un aspecto de la materia que nos es familiar y es de gran interés son
sus cambios de estado. Estos cambios de estado de la materia son de
tipo físico y no implican la creación de nuevas sustancias, debido
a la alteración de su composición; por ejemplo: cuando el agua se
congela, se obtiene hielo (agua congelada), pero no se forma una
sustancia nueva; es decir, la sustancia es agua antes y después del
cambio de estado. En la misma forma, el vapor que se produce
cuando hierve el agua
sigue siendo agua. Estos
cambios generalmente
requieren de un aumento o disminución de la
temperatura, y pueden
ir acompañados de variación en la presión.
Los cambios de estado
Figura 2.22
de la materia se explican
La mantequilla se funde al calentarla.
a continuación.
3. Observa lo que ocurre.
Contesta las siguientes preguntas:
¿Qué les ocurre a las pasas?
¿Qué le ocurre al cereal?
¿Hasta qué momento deja de presentarse el fenómeno anterior?
¿Por qué unas sustancias suben y otras no?
¿Qué pasa si el recipiente es más hondo?
Anota tus conclusiones:
Fusión
Es el cambio que sufren las sustancias al pasar del estado sólido al líquido
al incrementar la temperatura.
El punto de fusión normal de una sustancia es la temperatura a la
que funde el sólido a una atmósfera de presión. Este valor es característico de cada sustancia y se utiliza como un criterio de su pureza, ya
que la presencia de impurezas lo modifican.
Ejemplos: Fusión del acero para hacer láminas, tubos, etc.; fusión
de los metales empleados en una aleación para acuñar una moneda; fusión de un plástico para moldearlo, etcétera.
Evaporación
Este cambio de estado se presenta cuando se calienta un líquido para
convertirlo en gas y da lugar a su evaporación o ebullición.
En muchas ocasiones las palabras gas y vapor se utilizan indistintamente, el término vapor se emplea para describir a las moléculas en
estado gaseoso de una sustancia a la presión y temperatura ambientes.
Por ejemplo, cuando el agua líquida se calienta, las moléculas que
escapan de ella se denominan vapor de agua.
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2
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Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Para tu reflexión
¿Por qué el hielo flota en el agua?
Si te preguntan qué “pesa” más, una cubeta
con agua o una cubeta con hielo, seguramente contestarás que la cubeta con hielo,
porque es probable que pienses que los sólidos son más pesados que los líquidos. Pero
de manera sorprendente, el hielo es más “liviano” que el agua. Esto es de suma importancia para la vida acuática, ya que los peces
y las plantas que viven en lugares muy fríos
quedan “protegidos”, cuando en la temporada de invierno se congelan
los lagos y ríos, puesto que el
hielo flota formando una capa
resistente, la cual queda por
encima debido a que tiene
una menor densidad que el
agua en estado líquido. Esto
permite que los seres que
habitan allí continúen normalmente su vida. Si el hielo
tuviera una mayor densidad
que el agua, la masa de agua
se congelaría desde el fondo Figura 2.23
El hielo es menos denso que el agua.
hasta la superficie.
La evaporación es el proceso por el cual las moléculas que se encuentran cerca de la superficie del líquido adquieren la energía
necesaria para escapar de las fuerzas de
atracción que las mantienen unidas a sus
vecinas y pasan a la fase gaseosa.
líquido
evaporación
n
n
46
Se disminuye la atracción de las
fuerzas intermoleculares.
El punto de ebullición depende de la presión y es característico de
cada sustancia, por lo que esta propiedad física se utiliza para identificación. El agua hierve a 100 °C al nivel del mar (760 mmHg),
pero en la Ciudad de México su punto de ebullición disminuye
hasta 93 °C (585 mmHg). Dependiendo de la altura del lugar
respecto al nivel del mar cambia el valor del punto de ebullición,
puesto que varía la presión atmosférica. A presiones altas el punto
de ebullición es mayor; a presiones bajas, disminuye.
Gases
de petróleo
Gasolina
Queroseno
Gasóleo
Lubricantes
Aceites
combustibles
Petróleo
crudo-caliente
Asfaltos
Columna de destilación
Figura 2.25
Productos derivados del petróleo obtenidos por diferencias del punto de
ebullición.
Sustancia
Se incrementa la temperatura.
Es mayor el área de superficie del
líquido.
El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la que éste
hierve cuando se expone a la presión de una atmósfera.
Punto de ebullición de algunos líquidos
a 1 atm de presión
gas
Un líquido aumenta su tendencia a evaporarse cuando:
n
Ebullición
Figura 2.24
La evaporación provoca
un descenso en la
temperatura del líquido
que se evapora.
Punto de ebullición (°C)
Éter etílico
34.6
Acetona
56.5
Cloroformo
61.2
Benceno
80.1
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Temperaturas de fusión
de algunas sustancias
que subliman
Fracciones de destilación del petróleo
Nombre
Gasolina
Intervalo del punto
de ebullición (°C)
60-280
Combustible de aviones a propulsión
190-450
Queroseno
350-550
Combustible diesel
430-700
Aceite combustible
550-800
Aceite lubricante
600-1 000
Para tu reflexión
Naftaleno
Figura 2.27
Sublimación del yodo.
Temperatura
(°C)
80.2
Yodo
113.5
Ácido benzoico
121.7
Este método es muy eficaz para la purificación de las sustancias.
Algunos sólidos impuros se someten a sublimación y posterior deposición del gas sobre una superficie fría. El yodo suele purificarse
mediante este procedimiento.
El proceso comercial basado en la sublimación, que se llama “secado
en frío” se utiliza para deshidratar alimentos y materiales biológicos
que pueden descomponerse si son calentados para secarlos. Este
proceso casi siempre va acompañado de una reducción de la presión y también se le conoce como liofilización.
Evaporación
El enfriamiento por evaporación es importante en muchos casos; por ejemplo, a
este fenómeno se debe que
las personas experimenten
frío al salir de la regadera o
de una alberca, ya que el agua
que tienen sobre la piel se
evapora. Lo mismo ocurre
cuando se frota con alcohol a
una persona que tiene fiebre
o temperatura alta. El alcohol
se evapora más rápidamente
que el agua y baja la temperatura del cuerpo.
Sustancia
Este método se utiliza, por ejemplo, para fabricar “café instantáneo”.
Al someter el café al vacío, se logra una presión menor en la que el
hielo se sublima. Al eliminar el agua en esta forma se preservan las
moléculas sensibles al calor que confieren al café su sabor, de manera que no se altera la calidad del producto.
Para tu reflexión
Figura 2.26
Al bañarnos el agua se evapora
cuando toca la piel.
Sublimación
La conversión directa de un sólido al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido, se llama sublimación. A presión atmosférica, el hielo
seco (dióxido de carbono sólido) se evapora sin fundirse.
La sublimación ocurre a una temperatura menor que la temperatura de fusión.
El proceso en sentido inverso, o sea, cuando una sustancia en estado gaseoso se solidifica, sin pasar por el estado líquido, se llama deposición. Por
ejemplo, la nieve se forma por la solidificación directa del vapor de
agua.
¡Cuidado con la olla de presión!
En las ollas de presión caseras y en autoclaves industriales se
aprovecha el hecho de que el punto de ebullición varía con la
presión para reducir el tiempo de cocción. La tapa de la olla
cierra de manera hermética el recipiente y está provista de una
válvula de seguridad que evita que la olla explote. Al calentar
la olla y su contenido y al evaporarse el agua que contiene, la
presión dentro del recipiente aumenta por encima de una atmósfera, el agua hierve a mayor temperatura y los alimentos se
cuecen en menor tiempo. En los hospitales se usa este mismo
principio para esterilizar la ropa y los instrumentos en autoclaves, en los cuales se alcanzan temperaturas suficientemente altas para destruir las bacterias.
Por otra parte, al trabajar con líquidos que tienen puntos de
ebullición muy altos o procesos en los que pueden ocurrir reacciones químicas indeseables a temperaturas elevadas, se trata
47
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Condensación
de que lleguen a la ebullición reduciendo la presión interna del
sistema, llamado comúnmente “al vacío” lo que permite trabajar a bajas temperaturas. Estos procesos se usan en la preparación de alimentos como los concentrados de jugos de frutas.
Parte del agua se elimina a presión reducida, así se concentra
el producto sin tener que calentarlo a alta temperatura, ya que
esto causaría variaciones en el sabor del jugo y disminuiría su
valor nutritivo.
La condensación se presenta cuando un gas cambia a estado líquido al disminuir su temperatura. Por ejemplo, cuando el vidrio de
una ventana se empaña debido a las pequeñas gotas de agua de la
humedad atmosférica.
Licuefacción
Es el paso del estado gaseoso al líquido, y se lleva a cabo cuando
se aumenta suficientemente la presión y se reduce la temperatura
para conseguir el cambio, resultando además una disminución del
volumen. Por ejemplo, para obtener aire líquido o alguno de sus
componentes (como nitrógeno y oxígeno, que son gases en condiciones naturales), se puede licuar el aire atmosférico.
Los aerosoles están comprimidos, es decir, se presentan en forma
líquida, al apretar la válvula se gasifican al entrar en contacto con la
atmósfera por una diferencia de presiones. La presión es mayor en
el recipiente.
Figura 2.28
Al cocinar nuestros alimentos
aplicamos la Química.
Sólido
Es el cambio de un líquido a sólido por enfriamiento, es decir, al
disminuir la temperatura del cuerpo líquido. Por ejemplo, la formación de cubos de hielo en el refrigerador.
48
Líquido
Deposición
Solidificación
Figura 2.29
El agua se congela
en el refrigerador.
Solidificación
Congelación
Fusión
Figura 2.30
En las mañanas frías, los vidrios se
empañan debido a la condensación
del agua.
Figura 2.31
Tanque de gas de oxígeno
comercial.
Evaporación
Ebullición
Sublimación
Condensación
Licuefacción
Gas
Figura 2.32
Los recipientes de los aerosoles están herméticamente sellados para soportar la presión a la que están
sometidos los gases.
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2.2 Energía y
su interrelación con la materia
La energía
Esta manifestación de la materia es
muy importante en las transformaciones químicas, ya que siempre
se producen cambios en el tipo y
cantidad de energía. La energía se
define como la capacidad de realizar
un trabajo, donde la palabra trabajo
significa el desplazamiento de una masa
en contra de una fuerza. Actualmente la
energía es considerada como el principio
de actividad interna de la masa.
Lo anterior explica, por ejemplo, la
luz y el calor desprendido en la combustión de la madera o del papel.
Figura 2.35
El agua almacenada en una presa posee energía potencial.
Figura 2.33
Las combustiones implican
una gran liberación de energía.
Características y manifestaciones
de la energía
Desde la óptica de la Física clásica, la energía se puede estudiar en
sus dos principales manifestaciones: la cinética (Ec) y la potencial
(Ep)
El agua de una presa, un resorte comprimido, una batería o pila y los
alimentos, son ejemplos de sistemas que poseen energía potencial.
En un campo de fuerza gravitacional la energía potencial se expresa
matemáticamente por la relación:
Ep = mgh
Ep = energía potencial = joules o ergs
m = masa = kg o g
g = aceleración de la gravedad = m/s2 o cm/s2
h = altura = m
La energía potencial es la que tiene una partícula debido a su posición dentro de un campo de fuerzas eléctrica, magnética o gravitacional.
Por ejemplo, el agua almacenada en una presa tiene energía potencial, y en el momento en que se abra la compuerta, la energía potencial se transformará en energía cinética conforme
el agua va cayendo. Esta energía es tan poderosa que es capaz
de mover una turbina y transformarse en energía mecánica; la turbina genera electricidad y la electricidad suministra luz al encender
un foco, o calor si utilizamos un calentador. Estos tipos de energía
también son susceptibles de transformarse. Cuando un clavadista
se arroja de un trampolín, su energía potencial se transforma en
cinética; lo mismo ocurre con el resorte de un reloj, el cual tiene
energía potencial acumulada que gradualmente se convertirá en el
movimiento de las agujas.
Figura 2.34
Energía cinética: Ec = ½ mv 2.
A mayor velocidad y masa, la energía cinética es mayor.
Figura 2.36
La energía cinética es una característica de los cuerpos en movimiento.
La energía cinética es aquella que poseen los cuerpos en movimiento,
o bien, es la energía de una partícula en virtud de su velocidad. Su expresión matemática es:
Ec = ½ mv2
Donde: Ec = energía cinética = joules o ergs
m = masa = kg o g
v = velocidad = m/s o cm/s
49
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Para tu reflexión
Pirotecnia
La pólvora es una mezcla de carbono, azufre, una sal formada por
perclorato de potasio y otros componentes. Esta sustancia es un
poderoso oxidante que al reaccionar con los demás componentes de la mezcla produce diversos óxidos todos ellos gaseosos.
Si la reacción iniciada por la mecha se lleva a cabo en un espacio cerrado, se produce una explosión debido a la rápida formación de los gases. Sin embargo, si existe un pequeño orificio,
los productos gaseosos escapan por él e impulsan al conjunto,
formando un cohete pirotécnico.
El trasbordador espacial estadounidense utiliza el mismo principio para ponerse en órbita, aunque en este caso cada despegue requiere 750 kg de oxidante. Si a la pólvora se le añaden
determinados metales o compuestos de dichos metales, se
producen explosiones de varios colores.
Color de las luces emitidas por los fuegos
artificiales
Efecto
Sustancias que lo producen
Luz roja
Nitrato, cloruro o carbonato de estroncio
Luz verde
Nitrato, clorato o cloruro de bario
Luz azul
Carbonato, sulfato y óxido de cobre(II), cloruro de cobre (II)
Luz amarilla
Sodio, oxalato de sodio o criolita
Luz blanca
Magnesio
Humo blanco
Mezcla de nitrato de potasio y azufre
La energía potencial que se acumula al estirar la cuerda del arco y
luego se transforma en el movimiento de la flecha puede medirse en
kilográmetros (cuando se inventaron las primeras máquinas se consideraba que el trabajo de un caballo equivalía a 75 kilográmetros, o
sea la capacidad de levantar 75 kg de peso cada segundo, de ahí que
la unidad llamada HP o caballo de fuerza valga 75 kgm/s), pero las
otras formas de energía tienen unidades diferentes.
Algunas manifestaciones energéticas son:
Energía térmica
Energía por biomasa
Energía mecánica
Energía solar
Energía química
Energía eléctrica
Energía hidráulica
Energía térmica o calorífica
Energía luminosa
Energía atómica o nuclear
Energía eólica
Energía geodésica
En seguida se tratan algunas de estas manifestaciones energéticas.
Energía térmica
El calor se define como la transferencia de energía térmica que se
da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo
que se encuentran a distintas temperaturas.
Humo de colores Mezcla de clorato de potasio, azufre y colorantes
Chispas blancas
Aluminio, magnesio
Silbato
Benzoato de potasio o salicilato de sodio
Figura 2.38
La energía calorífica es fundamental en el cultivo de los vegetales.
Energía luminosa
Figura 2.37
El espectáculo de las luces producido por los fuegos artificiales se debe a
la presencia de diversos compuestos químicos. Requiere de un manejo muy
cuidadoso, tanto en su elaboración, como al encenderlos.
50
También es importante mencionar la energía luminosa, ya que
sin la luz no sería posible el fenómeno de la visión. El estudio del
comportamiento dual de la luz sirvió como base para comprender
y desarrollar la teoría atómica actual.
Figura 2.39
Poste con panel de celdas
solares.
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Figura 2.40
La energía por biomasa se obtiene mediante un
generador doméstico de gas de metano.
La luz es un tipo de radiación electromagnética que presenta fenómenos de onda tales como la reflexión, la refracción, la difracción
y la interferencia. Como partícula, la luz ejerce presión y este comportamiento se demuestra con el efecto fotoeléctrico.
En México, las principales fuentes energéticas son: el petróleo, que
proporciona hidrocarburos; la energía eléctrica, que proviene de
enormes complejos termoeléctricos e hidroeléctricos. México
cuenta desde hace bastante tiempo con una planta nuclear (Laguna verde, en el estado de Veracruz).
Nuestro país cuenta con días soleados la mayor parte del año, por
lo que se han desarrollado varios prototipos de equipos que utilizan energía solar, la cual en un futuro cercano podrá ser más y mejor aprovechada. También contamos con yacimientos importantes
de uranio, cuya energía atómica o nuclear podría emplearse para
suministrar calor y electricidad. Actualmente se están haciendo
planes y estudiando proyectos para desarrollar esta aplicación.
Energía por biomasa
La biomasa es toda materia orgánica que existe en la naturaleza
(árboles, arbustos, algas marinas, desechos agrícolas, animales,
estiércol, etc.), y es susceptible de transformarse en energía por
medio de una fermentación anaerobia (en ausencia de aire) y en
un recipiente cerrado llamado biodigestor. A partir de la biomasa
se generan combustibles sólidos, gaseosos y líquidos para producir
vapor, electricidad y gases. Actualmente se desarrollan en México
varios prototipos que aplican estos principios.
Figura 2.41
Proceso de la fotosíntesis.
Figura 2.42
La energía eólica se utiliza
frecuentemente en el campo
para mover los molinos.
haría retroceder a tiempos en que no existían productos elaborados, combustibles, etcétera.
El rendimiento de la fotosíntesis (proceso mediante el cual los vegetales transforman la energía solar en energía química) es bajo —
no sobrepasa 1% en promedio— aunque la energía recuperable de
una selva no es despreciable: equivale, aproximadamente, a cuatro
toneladas de petróleo por hectárea y por año.
Energía eólica
La energía eólica es la energía del viento, y se ha utilizado desde
tiempos remotos para aplicaciones muy diversas: molino de viento, para moler los granos y convertirlos en harina y en el bombeo de
agua en los sembradíos. El inconveniente de esta fuente de energía
proviene de la irregularidad del viento en cuanto a fuerza y dirección. Además plantea el difícil problema del almacenamiento. En
Suecia, se realiza la producción masiva de electricidad en forma
de una cadena costera de grandes aerogeneradores acoplados al
bombeo de agua de los lagos, con el fin de resolver el problema
del almacenamiento. Aun en los casos más favorables, el precio del
kWh eólico sigue siendo mayor que el kWh nuclear, por un factor
comprendido entre 3 y 4.
Energía nuclear
El uso de la energía debe ser debidamente canalizado y aprovechado, ya que muchos materiales que ahora nos proporcionan energía
no son renovables; es decir, no se pueden producir de manera artificial.
El origen de dicha energía es el hecho de que los nucleones (protones o neutrones) están mejor ligados en el núcleo de estaño (8.5
MeV por nucleón) que en el de uranio (7.5 MeV por nucleón). La
energía nuclear se obtiene cuando el núcleo de uranio se divide en
dos, en el transcurso de un proceso de fisión. La energía producida
es de 200 millones de electronvoltios (200 MeV).
Con el paso del tiempo y por el consumo excesivo, estos materiales se agotarán, y si no se buscan y aplican otras fuentes alternas de
energía, el avance de la humanidad podría detenerse, lo cual nos
El calor creado en el reactor de fisión de uranio (U) se utiliza para
vaporizar el agua que circula alrededor. El vapor de agua bajo presión es conducido hacia una turbina donde pone en marcha una
51
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Figura 2.43
Planta de energía nuclear.
hélice; esta energía mecánica se transforma después en energía
eléctrica por medio de un alternador. El principio de las plantas termoeléctricas es igual que el de las turbinas; solamente el combustible es diferente. En ambos casos se produce vapor a temperaturas
de 400 a 500 °C y a una presión de 150 atmósferas.
Energía hidráulica
Se denomina así a la energía que se obtiene a partir del agua y es
una fuente de energía renovable, ya que el agua circula por la hidrosfera, movida por la energía que recibimos del Sol.
El agua retenida en la presa posee energía potencial y cuando cae,
la energía potencial del agua se convierte en energía cinética, la cual
aprovecha para mover una turbina que, a su vez, mueve un alternador, lo que permite obtener electricidad.
Figura 2.45
Las plantas hidroeléctricas utilizan la energía del agua que cae para generar
electricidad.
Interrelación masa-energía
La energía es matemáticamente idéntica al trabajo y es una cualidad intangible que causa cambio o reagrupamiento. Durante la
transformación de una masa, se lleva a cabo un intercambio de una
cantidad adecuada de energía. Ahora bien, como se acaba de mencionar en párrafos anteriores, la energía se manifiesta de muchas
formas o maneras. Todas estas formas son conocidas, aunque los
procesos terrestres sólo dependen de una de ellas: la energía radiante generada por el Sol. Por consiguiente, la energía radiante del
Sol es el tipo de energía más importante para nuestro planeta.
El estudio de la energía con sus múltiples características pertenece
al dominio de la física.
Cuando una fuerza mueve un objeto a cualquier distancia, se ha
efectuado un trabajo y se ha gastado energía. La fuerza y la energía
están relacionadas matemáticamente por la expresión:
T=F3d
Trabajo = fuerza 3 distancia
F=m3a
Fuerza = masa 3 aceleración (segunda ley de Newton)
y, por tanto: Trabajo = masa 3 aceleración 3 distancia
T=m3a3d
También sabemos que la materia es todo lo que tiene masa y que
ésta da origen a la inercia, que es la resistencia que ofrece la materia al
cambio de estado, ya sea de reposo o de movimiento. La materia es,
por tanto, todo lo que requiere energía para ponerse en movimiento.
Figura 2.44
La energía hidráulica se utiliza para mover una turbina y generar electricidad.
52
En el laboratorio frecuentemente estamos comparando pesos
mediante las balanzas analíticas o granatarias, con el propósito de
comprobar la ley de Lavoisier y esto da origen a que en gran escala
en la industria se lleve a cabo el mismo proceso para determinar la
cantidad de materiales por utilizar, así como de los productos finales que se obtendrán.
Grupo Editorial Patria®
Aplica lo que sabes
Cálculo del consumo de energía
¿Sabes cuánta energía gastas al realizar diversas actividades
cotidianas?
Valores
energéticos
en calorías
Gastados
después de
65
2 min de podar el pasto
1 huevo
80
8 min de trotar
1 rebanada de pan de centeno
100
12 min de nadar
1 plátano (170 g)
105
25 min de jugar
bádminton
1 copa de vino blanco
105
25 min de bailar
1 pieza de pan (40 g)
110
13 min de jugar tenis
1 rebanada de pan integral
120
24 min de jugar boliche
1 porción de yogur con fruta
(150 g)
150
25 min de caminar
1 ración de crema batida
(150 g)
150
40 min de quehaceres
domésticos
200 g de carne de ave
210
30 min de andar en
bicicleta
50 g de queso tipo Gruyére
210
60 min de caminata
vigorosa (a 3 km/h)
¿Es igual el número de calorías que consumiste y que gastaste?
½ litro de cerveza
235
40 min de caminar
¿Por qué?
1 rebanada de pastel de
cerezas
290
50 min de caminar
150 g de helado
300
60 min de juego de
pelota
½ litro de leche entera
330
70 min de caminar
2 salchichas (150 g)
375
47 min de jugar tenis
1 chuleta de puerco mediana
con grasa (125 g)
470
90 min de caminar
1 barra de chocolate (110 g)
565
85 min de andar en
bicicleta
Alimentos
1 manzana
Con base en la información anterior, anota a continuación los alimentos
que consumes durante un día y calcula el número de calorías adquiridas. Por otro lado anota las actividades que realizaste y el consumo
de calorías que tuviste.
Alimentos consumidos durante un día.
Figura 2.46
El ejercicio físico y una buena alimentación nos permite tener un cuerpo sano.
Alimentos consumidos durante un día.
Calorías adquiridas
¿Qué sugieres realizar para que el número de calorías que consumiste
y que gastaste sea igual?
¿Qué beneficios tendrías?
Calorías adquiridas
Conclusiones:
53
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Para tu reflexión
¿Cuál es el “peso ideal” de una persona?
Para calcular de manera aproximada el peso ideal de una persona,
se debe restar 100 a su estatura en centímetros por ejemplo, si mide
1.75 m o 175 cm, su peso ideal sería:
Peso ideal = 175 – 100 = 75 kg
Con base en lo anterior, ¿cuál sería tu peso ideal? Da tu opinión sobre
la importancia de saber tu peso ideal para tu salud y vida en general.
2. Con ayuda del embudo, introduzcan el bicarbonato de sodio en el
globo.
3. Con mucho cuidado coloquen el globo en la boca del matraz, cuidando que las sustancias no se mezclen.
4. Lleven el matraz con el vinagre, que tiene acoplado el globo con
el bicarbonato, a la balanza para determinar la masa inicial (m1).
Figura 2.47
Debes evitar el subir de peso desde
edades tempranas de tu vida para
lograr una excelente salud.
masa inicial = m1 =
g
5. Sin quitar el matraz con todas las sustancias de la balanza, volteen con la mano el globo para que el bicarbonato caiga en el
vinagre y se realice la reacción química.
¿Qué se observa?
Actividad experimental
Ley de la Conservación de la masa
Bajo la guía de tu profesor reúnete en equipos de cuatro o cinco alumnos y realicen esta actividad. Contesten las preguntas y compárenlas
con las de otros equipos. Anoten sus conclusiones.
Propósito
Comprobar experimentalmente la Ley de Lavoisier.
6. Cuando deje de reaccionar todo el bicarbonato con el vinagre,
anoten la masa final obtenida.
masa final = m2 =
g
Comparen los resultados de la masa inicial (m1) y de la masa final
(m2).
m1 =
g m2 =
g
De acuerdo con los resultados anteriores, ¿se cumplió la Ley de
Conservación de la masa? Justifiquen su respuesta
Material
¿Qué sustancia quedó dentro del globo?
n
10 g de bicarbonato de sodio (NaCOH3)
n
Un matraz Erlenmeyer de 250 mL
n
Un embudo
n
Un globo del número 6.
Con la ayuda de su profesor, escriban la reacción química que se
llevó a cabo.
n
Una balanza granataria
n
10 mL de vinagre (CH3COOH)
Procedimiento
1. Viertan el vinagre dentro del matraz.
54
Anota tus conclusiones:
Grupo Editorial Patria®
Actividades complementarias
I.
Instrucciones: Completa el siguiente mapa conceptual.
MATERIA
Estados físicos
1. Sólido
2.
3.
4.
5.
6.
Características
Características
No tiene forma
ni volumen
Características
Características
Características
Ejemplo
o
aplicación
Ejemplo
o
aplicación
Ejemplo
o
aplicación
Ejemplo
o
aplicación
Ejemplo
o
aplicación
Ejemplo
o
aplicación
55
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
II.Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
( )
1. Se realiza un cambio físico durante:
a) La oxidación de un clavo
b) La fusión del hierro
c) La reducción de hierro de Fe+3 a Fe+2
d) La reacción del cobre con ácido nítrico
( )
2.En una lámpara de baterías los cambios de energía que se
presentan son:
a) Eléctrica, calorífica, cinética, lumínica
b) Química, eléctrica, calorífica, lumínica
c) Potencial, calorífica, lumínica
d) Química, cinética, lumínica, calorífica
( )
3. Es un ejemplo de energía potencial:
a) Un atleta corriendo
b) El viento de un huracán
c) La luz del Sol
d)Una resortera lista para disparar
( )
4.Partícula más pequeña que no puede descomponerse en
otras más sencillas:
a) Molécula
b) Átomo
c) Mezcla
d) Elemento
( )
5.Todo lo que requiere energía para un cambio de estado,
de reposo o de movimiento, se conoce como:
a) Masa
b) Densidad
c) Fuerza de gravedad
d) Materia
( )
6.Las sustancias puras que pueden descomponerse en
otras más simples se llaman:
( )
7.Son sustancias que resultan de la unión de dos o más
elementos diferentes en proporciones definidas y pueden
separarse sólo por métodos químicos.
a) Átomo
b) Compuesto
c) Molécula
d) Elemento
( )
8.“La masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma”,
corresponde al enunciado de la ley de:
a) Dalton
b) Proust
c) Lavoisier
d) Richter
( )
9.La energía que tiene un cuerpo debido a su posición o
estado de reposo se le conoce como:
a) Cinética
b) Radiante
c) Luminosa
d) Potencial
( ) 10.Se define como la capacidad que tienen los cuerpos para
realizar un trabajo:
a) Materia
b) Masa
c) Energía
d) Volumen
( ) 11.Expresión matemática de la ley de la conservación de la
materia:
a) E = mv2
b) E = mhg
c) E = mc2
d) E = wf
( ) 12. Son ejemplos de propiedades específicas de la materia:
a) Elementos
a) Masa, peso, volumen, inercia
b) Átomos
b) Volumen, densidad, punto de fusión, divisibilidad
c) Electrones
c) Temperatura, densidad, color, punto de fusión
d) Compuestos
d) Solubilidad, masa, longitud, inercia
56
( ) 13. Es un ejemplo de fenómeno químico:
a) La caída de un rayo
b) La evaporación del agua
c) La oxidación de un metal
d) La fusión de la cera
Grupo Editorial Patria®
( ) 20.En el universo, la cantidad de masa-energía que se manifiesta en determinado espacio-tiempo permanece constante. Esta ley la postuló:
a) Dalton
b) Lavoisier
c) Einstein
( ) 14.Ciencia que estudia los fenómenos químicos que se presentan en los seres vivos.
d) Mayer
a) Fisicoquímica
( ) 21. Es la energía producida por la fuerza del agua.
b) Bioquímica
a) Mecánica
c) Biología
b) Eléctrica
d) Ecología
c) Hidráulica
( ) 15. Cantidad de partículas contenidas en una sustancia.
a) Átomos
b) Masa
c) Moléculas
d) Peso
( ) 16.Lugar de una casa donde se presenta el mayor número de
transformaciones químicas diariamente.
a) Cocina
b) Sala
c) Baño
d) Jardín
( ) 17. Principal fuente de energía con que cuenta el hombre.
a) El plástico
d) Geodésica
( ) 22.Cuando una sustancia cambia del estado sólido al gaseoso
se verificó una:
a) Sublimación
b) Solidificación
c) Deposición
d) Fusión
III. Instrucciones: Anota el nombre del estado físico o de agregación
en el que se encuentran los objetos y las sustancias.
a) Loción para después de afeitar.
b) Spray para el cabello.
c) El hielo contenido en un refresco.
d) La salsa de tomate para las papas a la francesa.
b) El papel
e) El suavizante para las telas.
c) La madera
f) El anticongelante para los automóviles.
d) El Sol
g) La flama de los calentadores de las estufas.
( ) 18. Uno de los productos que se obtienen en la respiración.
h) El Sol.
a) Monóxido de carbono, CO
i) La espuma de afeitar.
b) Dióxido de carbono, CO2
j) La pólvora.
c) Oxígeno, O2
d) Nitrógeno, N2
( ) 19. Es una propiedad fundamental de la materia.
a) Punto de ebullición
b) Elasticidad
c) Volumen
d) Color
57
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
Actividad experimental
Cambios de estado
¿Cuál fue el cambio de estado que se efectuó?
Bajo la dirección de tu maestro, forma un equipo con tres compañeros
de grupo y resuelvan esta actividad experimental. Contesten las preguntas y elaboren un informe escrito con resultados y conclusiones.
Expónganlo al resto del grupo.
Propósito
Verificar cambios de estado físico de algunas sustancias cotidianas
Materiales
3. Trituren en el mortero la bolita de naftalina y colóquenla en un
vaso de precipitados. Tápenla con una cápsula que contenga unos
cubos de hielo y un poco de agua, y calienten el vaso.
Observen durante cinco minutos y anoten sus conclusiones:
n
bolita de naftalina
n
2 g de parafina
n
50 mL de agua
n
seis cubos de hielo
n
dos vasos de precipitados de 250 mL
¿Qué cambio de estado ocurrió?
n
tres cápsulas de porcelana
n
soporte universal con anillo de hierro
n
mechero
n
mortero
Coloquen la parafina en una cápsula de porcelana y caliéntenla:
Procedimiento
1. Agreguen 20 mL de agua a un vaso de precipitados y caliéntenla.
¿Qué ocurre?
¿Qué observan cuando han transcurrido cinco minutos?
¿Cómo se llama este cambio de estado?
¿Cómo se llama este cambio de estado?
¿Por qué?
2. En una cápsula de porcelana coloquen unos cubos de hielo y
agua. Tapen con ella el vaso de precipitados en el que están calentando el agua.
¿Qué función tiene el hielo?
58
Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas.
En esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y
entrégala a tu profesor cuando lo solicite.
I. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el
paréntesis de la derecha, posteriormente coméntalo con tus
compañeros de clase y menciona la importancia que tiene conocer las propiedades de la energía y su uso correcto en la vida
cotidiana.
. Menciona, según sea el caso, los beneficios y riesgos de los cambios químicos que se dan en el hogar o en el medio ambiente.
1. El enunciado: “La materia en el Universo se transforma pero
siempre se mantiene constante”, corresponde a la ley de la
( )
conservación de:
a)
b)
c)
d)
materia
masa
materia- energía
energía
volumen
peso
espacio
materia
volumen, masa, acidez
peso, impenetrabilidad, inercia
pH, densidad, divisibilidad
ebullición, porosidad, oxidación
4. Son propiedades específicas químicas.
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
destilación
fusión
solidificación
líquido
7. ¿Cuál ejemplo corresponde a un fenómeno químico? (
a)
b)
c)
d)
)
ennegrecimiento de un aguacate
estirar una liga
romper un vidrio
magnetizar el hierro
a)
b)
c)
d)
evaporación
fusión
sublimación
condensación
a)
b)
c)
d)
evapora
sublima
condensa
fusiona
10. ¿Cómo se llama la energía que tiene un objeto a una velocidad
( )
de 2 m/s? (
)
volumen, oxidación
combustibilidad, acidez
inercia, porosidad
peso, densidad
5. Es un estado de la masa: materia
modelo
fenómeno
estado de agregación
9. ¿Qué le sucede al hielo seco, dióxido de carbono, si está a pre( )
sión y temperatura ambiente? Se:
3. Son tres propiedades generales de la materia en forma de
( )
masa.
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
)
8. ¿Cómo se llama el cambio de estado si un gas pasa al estado
( )
líquido?
2. Un tornillo oxidado, el arsénico, el calor, el magnetismo
y el helio tienen en común que son:
( )
a)
b)
c)
d)
6. Cualquier modificación que le sucede a la masa se llama: (
(
)
a)
b)
c)
d)
cinética
mecánica
cibernética
potencial
11. Son las fuentes de energía más importantes en nuestro
país:
( )
a)
b)
c)
d)
marítima, luminosa, magnética
térmica, hidráulica, eólica
hidroeléctrica, termoeléctrica, petróleo
radiante, acústica, solar
59
2
BLOQUE
Comprendes la interrelación de la materia y la energía
II. Instrucciones: Anota sobre la línea la palabra sólidos, líquidos o gases, según el estado físico a que se refiera la propiedad.
a) Sus espacios intermoleculares son grandes y su densidad es
baja:
b) En este estado los espacios intermoleculares son muy pequeños y las partículas tienen escasa libertad:
c) No tienen forma definida pues adoptan la forma del recipiente que los contiene:
d) Tienen volumen definido y se oponen a ser comprimidos:
e) Tienen a ocupar todo el espacio disponible y se pueden comprimir:
f) Tienen volumen propio y difunden o fluyen con facilidad:
(
)
(
)
(
)
(
)
Los sólidos pueden convertirse en
hilos
Es la resistencia que ofrece un líquido
a fluir
Es la fuerza que tienen los líquidos en
su superficie
Es la propiedad que tienen los
líquidos de ascender o fluir a través
de tubos o recipientes de diámetro
pequeño
e) Maleabilidad
f) capilaridad
g) Tenacidad
h) Viscosidad
V. Anota en la línea correspondiente el nombre del estado de
agregación en que se encuentran los objetos y sustancias mencionados en las frases siguientes:
a) La pasta dental:
b) Un licuado de fresa:
c) Una manzana:
III. Instrucciones: Escribe la palabra homogénea o heterogénea,
según corresponda a cada una de las siguientes mezclas:
d) El aceite lubricante:
e) El hielo que se agrega a los refrescos:
a) Agua con aceite
f) La sal para darle sabor a los alimentos:
b) Vinagre con agua
c) Arena de mar y agua
g) Los productos de la combustión que salen por el tubo de escape:
d) Leche con agua
h) El gas doméstico:
e) Limadura de hierro y azufre
i) Loción para después de afeitar:
f) Alcohol y agua destilada
j) Mayonesa:
g) Refresco con hielo
IV. Instrucciones: Relaciona las siguientes columnas y escribe la
letra que corresponda a la respuesta correcta dentro del paréntesis.
(
)
( )
(
)
(
)
60
Propiedad de los sólidos, en mayor o
menor grado, de recuperar su forma
inicial
Propiedad de estos cuerpos de
oponerse a ser rayados
Resistencia que presenta un sólido a
la ruptura
Los sólidos pueden ser laminados al
golpearse con un martillo
a) Tensión
superficial
b) Elasticidad
c) Ductibilidad
d) Dureza
Grupo Editorial Patria®
Autoevaluación
Instrumento de evaluación para la Actividad de aprendizaje, página 39.
Nombre del estudiante:
Nombre de la(del) profesora(or):
Actividad:
Fecha:
Mencionar la importancia que algunos fenómenos físicos o químicos tienen en la vida cotidiana.
Propósito: Valorar la responsabilidad y cumplimiento de la actividad, así como identificar áreas de oportunidad para
mejorar en el desempeño y aprendizaje.
¿Lo realizó?
Sí
No
Desempeños
¿Por qué?
1. Realicé la actividad en el libro.
2. Anoté las respuestas en los incisos correspondientes.
3. Me basé en los conocimientos previos.
4. Todas mis anotaciones son correctas y acorde a lo solicitado.
5. Comprendí la importancia de los fenómenos físicos y químicos en
situaciones de mi vida cotidiana.
6. Expliqué mis respuestas y las argumente con elementos teóricometodológicos analizados durante la clase.
7. Socialicé mis respuestas con otra/o compañera/o.
8. Mis respuestas son claras y congruentes, de tal forma que mis
compañeras/os no requieren de explicación alguna.
9.Elaboré cuestionamientos que no fueron claros durante la actividad.
10. Aporté ideas relevantes durante la comparación de resultados.
11. Hice preguntas sobre dudas o diferencias que surgieron durante la
actividad.
12. Asumí con respeto la diversidad de opiniones que se generaron durante la
dinámica.
13. La actividad me ayudó a comprender el origen de los fenómenos físicos y
químicos que se observan a mí alrededor.
14. Elaboré conclusiones y las compartí con el resto del grupo.
15.Me gustó la actividad.
16. En general, tuve un aprendizaje significativo y relevante sobre los físicos y
químicos.
¿Cómo me sentí durante la dinámica?
¿Cuáles son mis fortalezas?
¿Qué debo mejorar?
Firma del estudiante:
Firma del profesor(a):
61
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual
y sus aplicaciones
10 horas
Objetos de
aprendizaje
3.1 Modelos atómicos
y partículas
subatómicas
3.2 Conceptos básicos
(número atómico,
masa atómica
y número de masa)
3.3 Configuraciones
electrónicas y los
números cuánticos
3.4 Los isótopos
y sus aplicaciones
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad
y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología
en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico
y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
n
n
n
n
n
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento
con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos
para la solución de problemas cotidianos.
Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer
necesidades o demostrar principios científicos.
Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza
y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos
o modelos científicos.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el paréntesis de la izquierda.
Partícula más pequeña que no puede descomponerse en otras más sencillas:
b) mezcla
c) átomo
d) molécula
( ) a) elemento
( )
Son átomos del mismo elemento que tienen igual número de protones
y electrones, pero con diferente número de neutrones:
a) compuestos
b) átomos
c) moléculas
d) isótopos
Es la suma de protones y neutrones en un átomo:
b) número atómico
c) peso atómico
d) número de masa
( ) a) masa atómica
( )
Es la suma porcentual promedio de las masas de los isótopos más estables
de un mismo elemento:
a) peso atómico
b) masa molar
c) masa atómica
d) número masa
Es el número de protones que tiene el núcleo de un átomo:
( ) a) número atómico b) masa molecular
c) peso atómico
d) masa isotópica
Es el número de orbitales que se tienen en el subnivel s:
b) 3
c) 5
d) 10
( ) a) 1
( )
La configuración electrónica [Ar] 4s 2 3d10 4p 2, corresponde al elemento:
a) V
b) As
c) Ge
d) Ca
( )
Identifica los números cuánticos del electrón diferencial en la siguiente
configuración electrónica: 1s 2, 2s 2, 2p6, 3s1:
a) n = 3, l = 0, m = 0, s = ½
b) n = 1, l = 0, m = 1, s = ½
c) n = 1, l = 1, m = 1, s = ½
d) n = 3, l = 0, m = 1, s = ½
( )
La configuración electrónica de un elemento cuyo electrón diferencial
está en 4p1x es:
a) [Ar] 3s 2 3p1
b) [Kr] 4p1
10 2
c) [Ar] 3d 4s
d) [Ar] 4s 24 p 2
Desempeños por alcanzar
n
n
n
n
n
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales
en los ámbitos local, nacional e internacional.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas
y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto
y largo plazo con relación al ambiente.
n
n
n
n
n
n
Distingue las aportaciones científicas que contribuyeron
al establecimiento del modelo atómico actual.
Construye modelos para representar las distintas teorías atómicas.
Identifica las características de las partículas subatómicas.
Resuelve ejercicios sencillos donde explica cómo se interrelacionan
el número atómico, la masa atómica y el número de masa.
Elabora configuraciones electrónicas para la determinación
de las características de un elemento.
Argumenta sobre las ventajas y desventajas del empleo de isótopos
radiactivos en la vida diaria.
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿Has visto o tocado físicamente
un átomo, un electrón o alguna
partícula subatómica?
Una manzana nos puede servir para conocer de qué se compone
la materia.
Si la cortáramos en trozos más allá de lo que el ojo humano puede ver, la primera porción con la que nos
La materia es tan interesante en su constitución, que
encontraríamos serían las moléculas, constituidas por
en el mundo a diario los científicos están empeñados en
átomos que, a su vez, se componen de electrones y núdescubrir nuevos materiales que puedan solucionar dicleo.
Los núcleos están formados por los protones y los
versas problemáticas sociales, tales como la contaminaneutrones. Dentro de ellos habitan los quarks, las menoción del medio ambiente, el reciclar diversos plásticos, mires
porciones de materia que el hombre ha podido conocer
nerales, etc., para lo cual tratan de sumergirse en un viaje hacia
hasta este momento. En realidad, todas las cosas y seres se forman
las partículas que constituyen al átomo. Para lo anterior vamos a
sobre cuatro de estos constituyentes: los dos quarks —llamamanifestar una analogía con la siguiente pregunta: ¿qué hay dentro
de una manzana?
dos arriba y abajo siempre atados a las partículas del núcleo— y,
el electrón y el neutrino. Las otras dos familias de quarks y
Fuerza
Partícula
Dónde se
Forma
leptones se extinguieron tras el Big Bang. El quark arriba tieInteracción
relativa
portadora manifiesta
espacial
ne carga positiva, mientras su contrario, el quark abajo está
cargado negativamente, igual que el electrón, que interviene
FUERZA FUERTE
1
Gluón
Núcleo
en la electricidad y en las reacciones químicas. El neutrino no
Mantiene unido el núcleo
tiene carga eléctrica.
del átomo
FUERZA
ELECTROMAGNÉTICA
Mantiene unido el átomo
1/1 000
Fotón
FUERZA DÉBIL
Provoca la desintegración
radiactiva
1/100 000
Bosones
GRAVITACIÓN
Mantiene unido el
Sistema Solar
10–38
Gravitón
Átomo
Desintegración
radiactiva
Sistemas
planetarios
Secuencia didáctica
Cuatro fuerzas son las responsables de que se mantengan
unidos tanto los átomos como las galaxias. Los físicos creen
que están integradas en una única superfuerza.
Los físicos opinan que estas cuatro interacciones no son más
que formas de una fuerza única que actuó al principio de los
tiempos. Las condiciones de la naturaleza no permiten que
hoy se produzca la unificación; pero continúan las investigaciones para saber cómo fue aquella superfuerza original.
¿Qué tienes que hacer?
3. ¿Cuáles son los constituyentes principales de un átomo?
A continuación se lista una serie de acciones que se debe seguir
para contestar la problemática de la pregunta central. Es importante reflexionar; ser claros, concisos y objetivos para que esta experiencia sea útil.
1. Describe las partes de una manzana natural, relacionándola
con el texto anterior.
2. ¿En dónde se concentra la superfuerza de un átomo?
64
4. ¿Qué representan los quarks?
5. ¿Por qué es importante conocer la constitución interna de la
materia?
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6. ¿Por qué se muestra la analogía con una manzana y no con
otra fruta; por ejemplo, una naranja?
7. ¿Cuántas partículas actualmente se conocen y que constituyen al átomo?
8. Elabora un reporte en el que expreses de manera objetiva tus
reflexiones sobre esta actividad.
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Con el propósito de verificar tus conocimientos sobre la constitución de la materia, contesta lo siguiente:
n
¿Cuántas partículas fundamentales constituyen un átomo?
n
¿Cuántas partículas subatómicas se conocen en la actualidad?
Autoevaluación
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, pregúntate lo siguiente:
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
n
Cuando lo hice, ¿comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta que lo comprendí?
n
¿Los aparatos modernos tienen que ver con los descubrimientos de partículas subatómicas? Justifica tu respuesta.
n
¿Puedo comprender la influencia de conocer la estructura del
átomo en beneficio propio y de mis semejantes? ¿Por qué?
n
¿Ya se conocen todas las partículas del átomo o faltan por descubrirse más? Justifica tu respuesta.
n
¿El uso del átomo en forma adecuada, beneficia el desarrollo
de la sociedad actual? ¿Cómo?
65
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
3.1 Modelos atómicos
y partículas subatómicas
Introducción
Los seres humanos somos únicos,
originales e irrepetibles. Pertenecemos a una gran familia porque, a pesar de ser diferentes, nos parecemos.
El conocimiento actual que tenemos
del átomo es el resultado de un gran
esfuerzo de los científicos a través del
tiempo, lo cual, sin embargo, es algo
que no está completo, ni es absoluto.
Los grandes avances tecnológicos
con que contamos en el mundo moderno, surgieron de las investigaciones sobre cómo está compuesta la
materia; las partículas que la constituyen y en ir descubriendo sus diferentes propiedades al reaccionar con
otras sustancias; sin perder de vista
tener un sano equilibrio, cuidado y
desarrollo con el ambiente que nos
rodea.
n
Todas las cosas están compuestas de átomos sólidos.
n
Espacio o vacío, es decir, vacuidad, existe entre los átomos.
n
Los átomos son eternos.
n
Los átomos, por ser demasiado pequeños, no son visibles.
n
Los átomos son indivisibles, homogéneos e incomprensibles.
n
n
Los átomos difieren uno de otro por su forma, tamaño y distribución geométrica.
Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento
de los átomos.
Modelo atómico de Dalton
Figura 3.1
El átomo se ha convertido en
el símbolo de nuestra época.
Aquí se muestra el Atimium,
erigido en Bruselas con motivo
de su exposición universal.
Alrededor de 1803 ganó gran aceptación la teoría de un científico inglés llamado John Dalton, la cual decía que la naturaleza de la
materia y la forma en que los elementos se combinaban, sugería
la existencia de un límite hasta el cual un elemento se podía subdividir. Actualmente sabemos que al dividir una muestra de cobre en
trozos cada vez más pequeños, finalmente se encuentra una unidad
básica que no puede seguir siendo dividida sin que la naturaleza
del elemento cambie. Esta unidad básica se llama átomo y con
su conocimiento se facilita el estudio de las reacciones químicas.
Conforme ha ido avanzando la ciencia, el concepto de átomo ha
ido cambiando también.
Gran parte de las actividades en nuestro planeta dependen de la
electricidad, la mayor parte de ésta se desplaza de un sitio a otro
por medio de alambres de cobre. Ahora supongamos que tomamos una muestra del elemento y la dividimos en pedazos cada vez
más pequeños.
Alrededor del año 400 a. C. los filósofos griegos Demócrito y
Leucipo fueron los primeros en introducir la palabra átomo, que
se refería a una porción indivisible de la materia. Cuando se divide un
pedazo de madera —argumenta Demócrito—, es lógico admitir que la hoja del cuchillo penetra en intersticios existentes en la
materia. Las partículas últimas
indivisibles de la materia son
los átomos. Cada uno de estos
átomos eternos, indestructibles, y eternamente invariables,
representa una unidad parmenidiana (de Parménides). Los
átomos no poseen sabor, olor,
ni color; todas estas propiedades no residen en la materia.
Todas las cosas se componían
de átomos. Resumiendo la fi- Figura 3.2
Símbolos de los cuatro elementos
losofía atómica antigua:
que consideraban los griegos.
66
Figura 3.3
John Dalton, padre de la teoría
atómica moderna.
A principios del siglo xix y retomando la explicación propuesta
por Demócrito, John Dalton, en su
teoría atómica, estudió a los átomos
y utilizó símbolos para representar
su combinación; usaba círculos
negros para los átomos de carbono; los círculos blancos indicaban
los átomos de oxígeno, un círculo
negro junto a otro blanco simbolizaban al monóxido de carbono.
Además, al mismo tiempo que formulaba su teoría, publicó una tabla
de masas atómicas en la que asignó
la masa de 1 al hidrógeno, el átomo
más ligero de todos.
Los postulados de Dalton, incluso
con sus errores, que se han ido corrigiendo con el paso del tiempo, y los nuevos descubrimientos
proporcionaron una base de trabajo, por ello se le considera el padre de la teoría atómica moderna.
A continuación se enuncian dichos postulados:
1. Los elementos están formados por partículas muy pequeñas,
separadas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos.
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Si en un tubo de descarga existe una concentración de carga eléctrica positiva y en otro una concentración de carga eléctrica negativa, entonces entre los dos se establece un potencial eléctrico. Bajo
la fuerza impulsora de este potencial eléctrico fluye una corriente
eléctrica desde un punto a otro. La corriente fluye más fácil a través
de unos materiales que de otros.
A los científicos del siglo xx les parecía razonable avanzar un paso
más e intentar conducir una corriente eléctrica a través del vacío;
sin embargo, para obtener resultados significativos se precisaba un
vacío lo bastante perfecto como para permitir que la corriente cruzase (si es que lo hacía) sin interferencias significativas por parte de
la materia.
Figura 3.4
Símbolos atómicos propuestos por Dalton.
2. Los átomos de un mismo elemento son idénticos y poseen las
mismas propiedades físicas y químicas, pero son diferentes de
los átomos de otro elemento. Por ejemplo: los átomos de plata
(Ag) son idénticos entre sí; por tanto, tienen las mismas propiedades, pero si se comparan con los átomos de sodio (Na),
éstos tienen diferentes propiedades.
3. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos
o más elementos diferentes: Por ejemplo: el agua (H2O) se
obtiene de la unión de dos átomos de hidrógeno (H) con uno
de oxígeno (O). El vinagre o ácido acético (CH3COOH) resulta de la unión de dos átomos de carbono (C), dos átomos
de oxígeno (O) y cuatro átomos de hidrógeno (H).
4. Al combinarse los átomos de dos mismos elementos para formar una serie de compuestos, lo hacen en una relación sencilla de números enteros. Por ejemplo, en el agua (H2O) y en
el agua oxigenada (H2O2) la relación es de 2 a 1 y de 2 a 2,
respectivamente.
Nota. Actualmente sabemos que los átomos se pueden dividir
liberando una gran cantidad de energía en forma de calor, el cual
puede ser transformado en energía eléctrica.
La palabra átomo se conserva por cuestiones meramente históricas.
De acuerdo con los postulados anteriores, Dalton crea su modelo
atómico, en el cual el átomo se considera como
una esfera sólida, maciza, pequeña, indivisible y
de peso fijo.
Dalton mencionó en su hipótesis que los átomos eran indivisibles e indestructibles, pero
actualmente las plantas de energía nuclear aprovechan la desintegración del núcleo, que libera
una enorme cantidad de calor, el cual es transformado en energía eléctrica en los reactores
nucleares, para beneficio del hombre.
Figura 3.5
Modelo
atómico
de Dalton.
Los intentos de Faraday para dirigir electricidad a través del vacío
fracasaron, por no ser éste suficientemente perfecto. Pero en 1855 un
soplador de vidrio, el alemán Heinrich Geissler (1814-1879), ideó un
método para producir vacíos más
altos que los que se habían obtenido
hasta entonces. Preparó recipientes
de vidrio haciendo vacío en ellos.
Un amigo suyo, el físico alemán
Julius Plücker (1801-1868), utilizó
estos tubos de Geissler en sus experimentos eléctricos, introdujo dos
electrodos en los tubos, estableció
un potencial eléctrico entre ellos y
consiguió hacer pasar una corriente
a través de los mismos.
Figura 3.6
Michael Faraday fue
de los primeros científicos
que experimentaron
con la electricidad.
La corriente producía efectos luminiscentes dentro del tubo y variaban, precisamente, de acuerdo con el grado de vacío. Si el vacío
era muy alto, la luminiscencia desaparecía pero el vidrio del tubo
despedía una luz verde alrededor del ánodo.
El físico inglés William Crookes (1832-1919) ideó en 1875 un
tubo con un vacío más perfecto (tubo de Crookes), que permitía
estudiar con mayor facilidad el paso de la corriente a través del vacío. Parecía bastante claro que la corriente eléctrica se originaba en
el cátodo y viajaba hasta el ánodo, donde chocaba con el vidrio que
estaba junto a él y producía luminiscencia.
Crookes comprobó esto al colocar un trozo de metal en el tubo
y mostrar que proyectaba una sombra sobre el vidrio en el lado
opuesto al cátodo. Los experimentadores en electricidad de los
siglos xviii y xix, empezando con Benjamin Franklin, supusieron
que la corriente fluía desde la concentración llamada arbitrariamente positiva hacia la llamada negativa. Crookes demostró que
en realidad la suposición estaba equivocada y el flujo iba de la negativa a la positiva.
67
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Cátodo
Cátodo
Alta
tensión
Rayos cató
dicos
A
Ánodo
(electropositivo)
pantalla fluorescente
Figura 3.7
Tubos de descarga.
Vista superior
desviación de haz de electrones por un
campo magnético
Pantalla
fluorescente
A
Alto voltaje
10 000 voltios
Vista superior a la bomba de vacío
Ánodo
B
Cátodo
(electronegativo)
Ánodo
A la bomba de
vacío
Vista superior a la bomba de vacío
Ánodo
Cátodo
Figura 3.8
Experimentos con tubos de descarga.
Figura 3.9
Mediante un tubo de rayos catódicos modificado, Goldstein descubrió
rayos que viajaban en dirección opuesta a la de los rayos catódicos.
Sin embargo, en aquella época los físicos no sabían qué era la corriente eléctrica, ni lo que se estaba moviendo desde el cátodo al
ánodo. Fuese lo que fuese, viajaba en línea recta; en 1876, el físico
alemán Eugen Goldstein (1850-1930) llamó a este flujo rayos catódicos.
Una manera de decidir entre las dos alternativas era investigar si
los rayos catódicos eran desviados por la acción de un imán. Las
partículas podían llevar una carga eléctrica y, en cualquier caso, serían mucho más fácilmente desviadas por un campo que si fuesen
ondas.
Parecía natural suponer que los rayos catódicos podían ser una forma de luz y estar formados por ondas. Las ondas viajaban en línea
recta, como la luz, y lo mismo que ésta, no parecían afectadas por
la gravedad. Por otra parte, podía igualmente inferirse que los rayos
catódicos consistían en partículas veloces, que al ser tan ligeras o
moverse tan rápido, no eran en absoluto afectadas por la gravedad
o lo eran en cantidades inapreciables.
El mismo Plücker había mostrado que este efecto existía y Crookes
había hecho lo propio independientemente. Sin embargo, aún
quedaba una cuestión: si los rayos catódicos estaban formados por
partículas cargadas, un campo eléctrico podría desviarlas, aunque
al principio no se detectó este efecto.
El asunto fue motivo de considerable controversia durante algunas décadas, ya que mientras los físicos alemanes se inclinaban
hacia la concepción ondulatoria, los físicos ingleses lo hacían a la
corpuscular.
Actividad de aprendizaje
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis
de la derecha. Explica tu respuesta considerando la relación que tiene
lo teórico con el uso en una actividad experimental.
1. Sustancia compuesta por una sola clase de átomos.
a) Mezcla
b) Molécula
c) Isómero
d) Elemento
(
)
2. Son átomos de un mismo elemento con igual número atómico
pero diferente número de masa, debido a diferente número de
neutrones.
(
)
a) Isómero
b) Isóbaros
c) Alótropos
d) Isótopos
68
El protón y los rayos canales
En 1886, el físico alemán Eugene Goldstein descubrió en un tubo
de rayos catódicos una luminosidad situada detrás del cátodo. Para
identificar esos rayos, el investigador hizo una perforación en el
cátodo y, al aplicar un potencial eléctrico, observó que un angosto
haz de luz pasaba a través de la abertura. Con esto probó la existencia de rayos positivos, o rayos canales, los cuales viajan en sentido
opuesto al de los rayos catódicos.
El electrón y el modelo atómico
de Thomson
En 1897, partiendo del descubrimiento de los rayos canales Thomson, científico inlglés, introdujo considerables modificaciones en
el tubo de rayos catódicos, e inventó el primer espectrómetro de
masas. En este instrumento, dispuso la polaridad de los electrodos
de manera que los rayos catódicos pasaran a través de un pequeño
orificio en el ánodo, después de lo cual los rayos eran dirigidos a
través de otro pequeño orificio para que finalmente incidieran sobre una pantalla de sulfuro de cinc (ZnS) colocada en el fondo del
tubo. Al comunicar energía al circuito en condiciones de alto vacío,
apareció en la pantalla de ZnS una mancha fluorescente, caracterís-
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1.12
Figura 3.12
Experimento de Rutherford.
Figura 3.10
Aparato de Thomson para la investigación de las partículas catódicas.
M = Campo magnético.
espontánea de estos átomos inestables. Al desintegrarse se transmutan, es decir, forman elementos más estables. Este fenómeno
aportó el concepto de divisibilidad del átomo.
tica de la relación entre la carga del electrón y su masa. Para dirigir el haz de rayos
catódicos se aplicaron un campo eléctrico
y un campo magnético.
Cuando se lleva a cabo una desintegración nuclear se presentan
emanaciones de partículas a grandes velocidades, lo que se denomina radiación. Entre los distintos tipos de radiación tenemos los
siguientes:
Basándose en el experimento anterior,
Thomson propuso un modelo atómico
semejante a una gelatina con pasas. Dijo
que el átomo era una esfera de electrificación positiva en la que se encontraban Figura 3.11
atómico
incrustados los electrones (también se Modelo
de Thomson.
conoce como el “modelo del budín de
pasas”).
Partículas alfa (α): Son núcleos idénticos a los del helio (2 protones + 2 neutrones), relativamente pesados, y de carga positiva.
Al emitirlos, el elemento cambia: el uranio se vuelve torio, el torio
se vuelve radio, hasta concluir en el plomo y el talio. La pérdida
de partículas del núcleo tiene un efecto profundo sobre el átomo
radiactivo.
Se consideró que los electrones eran las primeras partículas constituyentes del átomo y que tenían “carga eléctrica negativa”.
La radiación y el modelo atómico
de Rutherford
En 1896, el interés del físico francés Henri Becquerel en la fluorescencia que aparecía en las paredes de vidrio del tubo de rayos
catódicos, lo llevó a descubrir accidentalmente la radiactividad.
Olvidó sobre unas placas fotográficas vírgenes que estaban sobre
su escritorio un trozo de mineral de uranio, y al examinarlas posteriormente vio que estaban “veladas”, a pesar de que la luz no podía
haber penetrado a través de sus envolturas intactas. Becquerel sospechó que el uranio debía emitir rayos capaces de atravesar el papel
y aun el metal.
En el año de 1900, los esposos Pierre y Marie Curie apoyados en
las bases de Becquerel, descubrieron el radio, elemento que nos
ha permitido llegar al conocimiento actual de la radiactividad. Se
sabe que los átomos son similares a sistemas planetarios, y es natural suponer que los más complicados son los más inestables, como
los derivados del uranio (92 electrones), el torio (90 electrones)
y el actinio (89 electrones). La radiactividad es la desintegración
El uranio, por ejemplo, cesa de ser uranio para convertirse en otro
elemento: el torio. La diferencia entre los materiales básicos del
universo reside justamente en la cantidad de protones que contienen, y cuando modifican alguno, se transforman en otro elemento:
se transmutan. Esto se conoce como desintegración radiactiva. No
todos los átomos de uranio se desintegran simultáneamente.
Partículas beta (β): Son semejantes a los electrones, análogos a
los del cortejo periférico del núcleo. Cuando el núcleo las emite, se
producen cambios en la carga y en el número atómico.
Rayos gamma (γ): No tienen carga ni masa. No son partículas,
sino radiaciones electromagnéticas, cuya velocidad es la de la luz,
pero cuya energía es enorme, debido a que sus ondas son ultracortas. Es un fenómeno secundario que en general acompaña al decaimiento alfa y beta, pero no provoca que el elemento se transmute.
Con todo lo anterior se demostró que la radiactividad está formada
de tres tipos de decaimiento bastante diferentes, en presencia de un
campo magnético. Las partículas alfa se desvían hacia un electrodo
(tienen carga positiva), las partículas beta hacia el lado contrario
(tienen carga negativa) y las gamma no sufren desviación alguna
(son neutras).
Unos 10 años después del descubrimiento de las partículas alfa,
beta y gamma (1911), el inglés Rutherford propuso otro modelo
atómico como resultado de sus experimentos al bombardear lámi69
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Aplica lo que sabes
Completa el siguiente mapa conceptual y dibuja tu modelo atómico,
ubica las partículas fundamentales, con sus características principales.
Partículas fundamentales
del átomo
Figura 3.13
Modelo atómico de Rutherford.
Neutrón
Su masa es:
Su masa es:
Su masa es:
nas de oro y platino con partículas alfa. Observó que la mayoría de
las partículas alfa penetraban las laminillas sin desviarse, excepto
unas pocas. Algunas de las que se desviaron lo hicieron formando
ángulos, aunque una pequeña parte retrocedió hacia el haz incidente. Esto condujo a Rutherford a formular una nueva teoría sobre la estructura atómica, en la cual colocó el núcleo en el centro
del átomo y propuso que:
n
n
Se localiza
n
Girando
fuera del
núcleo
) Ennegrecer las placas fotográficas, ionizar a los gases y hacer
los conductores de la electricidad, son algunas propiedades
de:
a) las partículas alfab) las partículas beta
c) los rayos gammad) los rayos X
(
70
El diámetro del núcleo es, aproximadamente, 10–4 veces el del
átomo.
Los átomos están formados en su mayor parte por espacio
vacío.
La masa y la carga positiva del átomo estaban concentradas en un
núcleo y los electrones giraban a manera de satélites, describiendo diferentes trayectorias. Las dimensiones de este átomo eran
10–12 cm para el diámetro del núcleo y 10–8 cm (1 angstrom) para
la extensión del átomo.
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis
de la izquierda. Explica tu respuesta considerando la relación que tiene
lo teórico con el uso en una actividad experimental.
(
La masa del átomo está concentrada en un núcleo pequeño
situado en el centro.
) Son partículas poco penetrantes, pierden sus propiedades
después de ser emitidas, su carga eléctrica es positiva, están
constituidas por núcleos de helio:
a) gamma
b) X
c) beta
d) alfa
Si consideramos a Thomson como el descubridor del electrón por
haber medido la relación entre su carga y su masa, debemos reconocer que el descubridor del protón fue el físico alemán Wilhelm
Wein, puesto que en 1898 midió la relación entre la carga y la masa
del protón.
El experimento de Rutherford había establecido definitivamente
que el protón era un componente del núcleo. Bombardeando nitrógeno con partículas alfa, Rutherford observó que se producían
protones y oxígeno:
14
7N
1 2He4
17
1
8O 1 1H
Con este experimento, Rutherford logró por primera vez que se
desprendieran protones del núcleo y demostró que son unidades
fundamentales de la estructura del núcleo atómico. Además, confirmó la proposición de William Prout, enunciada en 1815, de que
el hidrógeno es el elemento del cual se originan todos los demás.
También llevó a cabo la primera reacción nuclear artificial.
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Actividad de aprendizaje
(
) Propuso un modelo atómico basado en experimentos con radiactividad y bombardeó láminas de oro.
a) Daltonb) Thomson
c) Rutherford
d) Bohr
Menciona la importancia que tiene este modelo en la actualidad, proporciona un ejemplo.
(
) La región más probable del espacio donde se encuentra un
electrón se conoce como:
a) Núcleo
b) Orbital
c) Nivel de energía
d) Nube de carga
Modelo atómico actual
En 1900, el famoso físico alemán Max Planck desarrolló una ecuación matemática empírica para trazar una gráfica que relacionase la
intensidad de la radiación
con la longitud de onda.
Planck pensó que la luz
era producida de manera
discontinua dentro de la
cavidad de una esfera mediante un gran número de
osciladores microscópicos, cada uno de los cuales
vibraba con una frecuencia característica (µ).
Encontró también que la
energía de cada oscilador
podría expresarse por:
Figura 3.14
Modelo atómico de Bohr.
E=hµ
donde:
h = 6.62 3 10–27 erg s
El neutrón y los experimentos
de Chadwick
En 1932, durante los experimentos sugeridos por Rutherford, el
físico inglés James Chadwick descubrió una partícula que tenía
exactamente la misma masa que el protón, pero no poseía ninguna
carga eléctrica. Debido a que era eléctricamente neutra, se denominó neutrón, Chadwick reconoció que éste formaba parte de todos
los núcleos, con excepción del hidrógeno.
La existencia de los neutrones había sido ya predicha desde 1920.
En 1930, W. Bothe y H. Becker lograron obtener una radiación
de alta penetración al bombardear berilio con partículas alfa. Esta
radiación, posteriormente identificada por Chadwick como formada por neutrones, desplaza protones de materiales que, como
la parafina, contienen en sus estructuras combinaciones químicas
del hidrógeno.
Dos años después, James Chadwick propuso y demostró que el
desprendimiento de un protón se efectúa a lo largo de un eficiente
proceso de transferencia de energía entre protones y el bombardeo
de partículas que tienen una masa aproximadamente igual a la del
protón. El cálculo original de Chadwick indicó que el neutrón tenía
17% más de masa que el protón. Trabajos recientes y más precisos
indican que sólo hay una diferencia de aproximadamente 0.1%. Las
masas del protón y del neutrón son las siguientes:
mp = 1.67252 3 10–24 g
mn = 1.67482 3 10–24 g
A este número se le llama constante de Planck.
El trabajo de Planck marca el comienzo de una disciplina conocida
como “mecánica cuántica”, que sirve de base al concepto moderno de
la estructura atómica y molecular.
Basándose en los conceptos de Planck y en la validez de la ecuación
de Rydberg, en 1908, Einstein llegó a la conclusión de que los átomos absorben y emiten energía en pequeñas cantidades, o cuantos, a menudo descrita como “paquetes de energía”. La diferencia
entre la energía absorbida o emitida se debe al desplazamiento que
sufre un electrón de un nivel de energía a otro. Un átomo se excita
por la absorción de una cantidad característica de energía que causa el desplazamiento de un electrón de un nivel hacia otro más alejado del núcleo. El átomo puede autoestabilizarse por emisión de
la misma cantidad de energía en la forma de luz. Puesto que la luz
se origina de esas transiciones electrónicas y puede ser absorbida
por el proceso inverso, se considera como discontinua y compuesta de pequeños cuantos llamados fotones. Un fotón es el resultado
de una transición electrónica y tiene una energía E = hµ .
En 1913, Niels Bohr, físico danés, modificó el modelo de Rutherford y propuso un modelo planetario del átomo de hidrógeno. Los
postulados de Bohr afirman que:
n
n
n
Los electrones en los átomos ocupan niveles discretos.
Esos electrones no irradian energía en forma continua, como
enunciaba la teoría electromagnética de la materia.
Los electrones pueden alcanzar niveles de energía más altos al
absorber cantidades fijas de energía.
71
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
n
n53
n
n52
E3 2 E3 5 hv
n51
Figura 3.15
Modelo atómico de Bohr. Al saltar un electrón a una órbita de menor energía
emite luz.
Actividad de aprendizaje
(
) Se le llama catión, al ion que tiene:
a) carga negativa
b) carga positiva
c) carga neutra
d) no tiene carga
(
) A los neutrones y protones que se encuentran en el núcleo y
son responsables de toda la masa del átomo se les llama:
a) núclidos
b) nucleones
c) positrones
d) neutrinos
Los electrones que caen a niveles más bajos de energía emiten
cantidades fijas de energía.
El momento angular de un electrón en órbita es un múltiplo
entero de h/2π (h = constante de Planck).
Modelo de Sommerfeld
En 1916, propone un modelo atómico con la existencia de órbitas elípticas y circulares en el segundo y en los más altos niveles de
energía. Para describir cada uno de los niveles mayores de energía,
Sommerfeld definió dos números cuánticos. Uno de ellos, n, designa los niveles principales de energía y es idéntico a los números
usados por Bohr (n = 1, 2, 3, 4,..., etc.). El otro número cuántico, k,
indica el grado en que la órbita elíptica se desvía de una circunferencia. Cuando k = n, la órbita es circular, y cuando k = 0, la elipse
ha degenerado en una recta. Aceptando sólo valores enteros para k,
puede verse que k tiene como límites k = 1 y k = n.
Los modelos anteriores se han presentado con el objeto de familiarizarnos con la naturaleza del átomo.
De acuerdo con la secuencia presentada, el átomo puede definirse
como un conjunto de cargas que posee un núcleo denso (cargado positivamente) rodeado por una cantidad equivalente
de electrones (cargados negativamente) que describen una
esfera cuyo diámetro es mil veces el del núcleo.
El modelo actual del átomo fue desarrollado principalmente por
Erwin Schrödinger, y en él se describe el comportamiento del
electrón en función de sus características ondulatorias.
La teoría moderna supone que el núcleo del átomo está rodeado
por una tenue nube de electrones, lo cual conserva el concepto de
niveles estacionarios de energía, pero a diferencia del modelo
de Bohr, no le atribuye al electrón trayectorias definidas, sino que
describe su localización en términos de probabilidad.
Este modelo ha soportado la prueba del tiempo y actualmente aún
proporciona los conceptos mediante los cuales los científicos explican el comportamiento de los sistemas atómicos y moleculares.
Esta teoría se deriva de tres conceptos fundamentales:
1. Concepto de estados estacionarios de energía del electrón propuesto por Bohr
Normalmente los electrones se encuentran en el nivel de
mínima energía (estado basal o fundamental), pero pueden
absorber energía pasando a un nivel superior, más alejado del
núcleo (estado excitado); este estado es inestable y al regresar
el electrón a su nivel original emite la energía absorbida en forma de radiación electromagnética.
Figura 3.16
Las variaciones de energía potencial de un libro en un estante se realizan por
“saltos”. Así ocurre con los electrones en los átomos.
72
Mientras los electrones describen una órbita, no hay absorción ni emisión de energía.
Figura 3.17
En el modelo de Bohr y según la física clásica, la fuerza de atracción
electrostática que el núcleo ejerce sobre el electrón en movimiento
le obliga a cerrar su trayectoria y a describir una circunferencia.
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Figura 3.18
Los espacios entre átomos en una red cristalina, por su pequeña distancia
forman rendijas apropiadas para poner de manifiesto el fenómeno
de la difracción de las ondas de materia investigadas por De Broglie.
2. Naturaleza dual de la masa sugerida por Louis de Broglie
δ 2Ψ
En 1924, Louis de Broglie, científico francés, propuso que la
materia podría tener propiedades ondulatorias además de propiedades de partícula; es decir, ambas características de par­
tícula y de onda.
δx 2
En 1926, el austriaco Schrödinger (físico-matemático, 18871961) después de sopesar el concepto de niveles estacionarios
de energía de Bohr, el comportamiento ondulatorio del electrón de
De Broglie y la inexactitud de la posición del electrón de Heisenberg, se dio cuenta que sólo podía considerarlas tomando en
cuenta la probabilidad de que el electrón se encontrara en una
región, por lo que buscó y finalmente encontró un modelo que
consideraba las tres características.
Dedujo una ecuación matemática en la que el electrón era tratado
en función de su comportamiento ondulatorio para determinados
valores de energía y en forma probabilística; esta ecuación es:
δ y2
+
δ 2Ψ
δz 2
+
8 π 2m
h2
( E−V )Ψ= 0
Ψ = función de onda que denota la amplitud de la vibración
de un electrón en un punto determinado; es una función
que muestra la probabilidad de encontrar al electrón en
un cierto punto de un átomo.
m = masa del electrón.
h = constante de Planck.
3. Principio de incertidumbre de Heisenberg
Heisenberg imaginó un microscopio superpotente por medio del
cual se pudiese observar la colisión entre un fotón y un electrón, y
postuló que: “Es imposible conocer con exactitud perfecta los
dos factores importantes que gobiernan el movimiento de un
electrón, su posición y su velocidad”.
δ 2Ψ
en donde:
Fue apoyada por hechos experimentales al demostrarse que
un haz de electrones podía ser difractado haciéndolo pasar a
través de un sólido cristalino, de la misma manera que un rayo
de luz es difractado por una rejilla. Schrödinger tomó esto en
cuenta para formular la ecuación ondulatoria.
Werner Heisenberg, físico alemán (1901-1976), aportó a
los conocimientos del átomo el principio de incertidumbre y
lo presentó como una consecuencia de la dualidad de la naturaleza del electrón.
+
E = energía total del electrón.
V = energía potencial del electrón.
x, y, z = ejes coordenados.
Según la ecuación de onda de Schrödinger, la posición probable
de un electrón está determinada por cuatro parámetros llamados
cuánticos, los cuales tienen valores mutuamente dependientes.
Actividad de aprendizaje
(
) La teoría que dice: “La energía radiante generada por un sistema vibratorio no es de naturaleza continua, sino que se emite
en unidades discretas o cuantos”, fue formulada por:
a) Bohr
(
b) Max Planck
c) De Broglie
d) Dirac
) El enunciado: “Es imposible conocer con exactitud perfecta los
dos factores importantes que rigen el movimiento de un electrón, su posición y su velocidad”, corresponde a:
a) el principio de exclusión
de Pauli
b) la ley de Hund
c) la ley de Moseley
d) el principio de Heisenberg
73
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Partículas subatómicas y sus
características más relevantes
Como se vio anteriormente con la teoría atómica de Dalton, el
átomo puede definirse como la unidad básica de un elemento que
puede entrar en combinación química. Dalton imaginó un átomo
como una partícula extremadamente pequeña e indivisible. Sin embargo, una serie de investigaciones que empezaron en la década de
1850 y se extendieron hasta el siglo xx, han demostrado claramente que los átomos en realidad poseen estructura interna; es decir,
están formados por partículas aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas. La investigación condujo al descubrimiento de
tres de esas partículas: electrones, protones y neutrones. Otras
partículas subatómicas como el mesón y el neutrino también son
importantes, pero su presencia no afecta los cambios químicos.
Número atómico
El número atómico (Z) es el número de protones en el núcleo
de cada átomo de un elemento. En un átomo neutro, el número de
protones es igual al número de electrones, de tal manera que el número atómico también indica el número de electrones presentes
en un átomo. Por ejemplo, el número atómico del oxígeno es 8;
esto significa que cada átomo neutro de oxígeno tiene ocho protones y ocho electrones. O, visto de otra manera, cada átomo en
el universo que contenga ocho protones puede llamarse correctamente “oxígeno”.
Símbolo
La cantidad de protones dentro del núcleo de un átomo o el número de electrones en órbita del mismo, se
conoce con el nombre de número atómico.
giran alrededor
del núcleo
(e – )
Z = número atómico = número de electrones =
número de protones
1.00727
en el núcleo
(p1)
1.00866
en el núcleo
(n 0 )
Cada elemento tiene un número atómico propio, el
cual se encuentra incluido en la tabla periódica.
Masa
Carga
eléctrica
(Coulombs)
g
uma
Electrón (–1)
–1.6 3 10–19
9.1 3 10–28
0.00055
Protón (+1)
+1.6 3 10–19
1.67 3 10–24
Neutrón (0)
0
1.68 3 10–24
Partícula
3.2 Conceptos básicos
(número atómico, masa atómica
y número de masa)
Localización
en el átomo
Número de masa
Para tu reflexión
A 119 años del descubrimiento del electrón
El electrón, al cual se debe la electricidad y la luz artificial que se
usa cotidianamente, cumplió en 2016, 119 años de haber sido
descubierto por Joseph John Thomson. En 1897 se anunció
su descubrimiento: los átomos de Dalton no eran indivisibles,
pues la luz ultravioleta, el calor, las fuerzas eléctricas, magné­
ticas y el impacto de átomos de rápido movimiento, podían
desprender de ellos pequeñas partículas electrizadas negati­
vamente; además, señaló
que todas esas partículas
tienen la misma masa, car­
ga eléctrica, se encuentran
en todos los átomos de
los elementos químicos, y
que la masa de esas par­
tículas es inferior a la milé­
sima parte de la masa de un
átomo de hidrógeno.
74
El número de masa (A) es el número total de protones y neutrones
presentes en el núcleo del átomo de un elemento. A excepción del hidrógeno en su forma más común, que tiene un protón y ningún neutrón, todos los núcleos atómicos contienen protones y neutrones.
A 5 número de masa 5 número de protones 1 número de
neutrones
A 5 número de masa 5 número atómico 1 número de
neutrones
El número de neutrones en un átomo es igual a la diferencia entre
el número de masa y el número atómico:
número de neutrones = A – Z
n0 = A – Z
El número de masa siempre es un número entero y no está reportado en la tabla periódica, pero es posible determinar este número
utilizando la masa o peso atómico (número fraccionario que sí se
incluye en la tabla periódica), aproximando el valor de éste al número entero inmediato superior o inferior, según sea el caso:
Masa atómica del Na = 22.9
Número de masa del Na = 23
Masa atómica del Ru = 101.07
Número de masa del Ru = 101
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Aplica lo que sabes
Revisa la siguiente tabla que contiene algunos isótopos comunes, después de leer los renglones contesta las preguntas que se te plantean y
escribe tus conclusiones brevemente sobre los isótopos.
Símbolo
1
1H
2
3 Li
19
9F
20
82 Pb
208
82 Pb
Elemento
Flúor –19
9
10
19
9
Plomo –208
82
126
208
82
Un elemento es una sustancia que no se puede descomponer en
otras más sencillas por métodos químicos. Uno de los aspectos más
interesantes de la ciencia, es que toda la materia conocida se compone de aproximadamente 118 elementos; algunos de ellos eran
conocidos desde la antigüedad como el cobre, hierro, plata, azufre,
oro, etc. Los elementos que van del hidrógeno (H) al uranio (U), se
conocen tradicionalmente como naturales y los restantes como sintéticos. Se estima que en el universo 90% es hidrógeno, 9% es helio
y 1% corresponde a los demás elementos. En el Sol se han identificado
unos 60 elementos conocidos. En nuestro planeta los elementos más
abundantes son: oxígeno (O), silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), calcio
(Ca), sodio (Na), magnesio (Mg), hidrógeno (H) y titanio (Ti).
Ion Plomo
–208 (II)
82
126
208
80
Actividad
Total de
protones
(número
atómico)
Total de
neutrones
Número de
masa
Total
de
electrones
Hidrógeno
–1
1
0
1
1
Litio –7
3
4
7
3
Nombre
(
Suponiendo que un producto de cierta reacción nuclear es un isótopo que contiene 85 protones y 120 neutrones. Tiene, por lo tanto, un
número de masa de 205 (85 protones + 120 neutrones). ¿Cuál es el
nombre de este elemento?
) Sustancia compuesta por una sola clase de átomos.
a) Mezcla
b) Molécula
c) Isómero
d) Elemento
Calcula el número de electrones, protones y neutrones de los siguientes elementos: Li, Mg, Fe, Al, P, C, F, K, N, Ba.
205
85
Elemento
Consultando la tabla periódica se ve que el elemento de número atómico 85 es el astato (At).
205
85 At
Electrones
Protones
Neutrones
Li
Mg
1. Prepara un diagrama sinóptico similar a la tabla de esta actividad
para los seis isótopos que siguen. Consulta en la tabla periódica
la información que te haga falta.
a) 12? C
d)
24 2+
12 ?
b) 147 ?
e)
108
? Hg
c) 16? O
f)
238
92
Fe
Al
?
P
2. ¿Qué relación observas entre el total de protones y el de neutrones?
a)¿En los átomos de los elementos más ligeros?
b)¿En los átomos de los elementos más pesados?
Conclusiones:
C
F
K
N
Ba
75
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
De esta manera, conociendo el número de masa del átomo y su número atómico (número de p1 o número de e2), es posible calcular
el número de neutrones que tiene en su núcleo:
Número de neutrones 5 número de masa 2 número atómico
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente cuadro:
Ejemplos:
35.45
17Cl
22.9
11Na
39.1
19K
Número de neutrones del Na (sodio) 5 23 2 11 5 12
Número atómico
Número de neutrones del Ru (rutenio) 5 101 2 44 5 57
Número de neutrones del Cl (cloro) 5 35 2 17 5 18
Número de masa
Masa atómica
Masa atómica
Una de las propiedades del átomo es su masa, la cual se relaciona
con el número de electrones, protones y neutrones que contiene.
Una de las diferencias importantes entre los átomos de diferentes
elementos, es que tienen masas distintas. Sabemos que la masa
de un átomo depende principalmente de la cantidad de neutrones y protones que contiene, y que la suma de protones
y neutrones siempre es un número entero (no puede haber
fracciones de protones ni de neutrones); sin embargo, la tabla
periódica reporta valores fraccionarios para las masas de la mayoría
de los elementos.
Protones
Electrones
Neutrones
(
) El átomo de bromo con número atómico 35 y número de masa
80, contiene:
Por acuerdo internacional, se considera que un átomo del isótopo
de carbono que tiene seis protones y seis neutrones (llamado “carbono 12”) presenta una masa exactamente de 12 unidades de masa
atómica (uma). Este átomo de carbono 12 sirve como patrón, de
modo que una unidad de masa atómica (uma), se define como
una masa exactamente igual a 1/12 de la masa del átomo de carbono 12.
a) 35 protones, 35 neutrones y 45 electrones
masa del átomo de carbono 12 5 12 uma
3.3 Configuraciones
electrónicas y los números
cuánticos
1 uma 5
masa del átomo de carbono 12
12 uma
Se ha demostrado experimentalmente que, en promedio, un átomo de hidrógeno tiene sólo 8.400% de la masa del átomo patrón
de carbono 12. Si se acepta que la masa del átomo de carbono 12 es
exactamente 12 uma, entonces la masa atómica del hidrógeno es:
0.08400 3 12 5 1.008 uma.
Cálculos similares demuestran que la masa atómica del oxígeno
(O) es de 16.00 uma, y la del hierro (Fe) es de 55.85 uma.
Hemos hablado de que en un mismo elemento pueden existir átomos diferentes debido a los isótopos; de hecho, la mayoría de los
elementos son mezclas de isótopos con distintas masas atómicas,
es decir, en una muestra de un elemento existen diferentes porcentajes de isótopos. Entonces, la masa o peso atómico es la suma
porcentual promedio de las masas isotópicas de una muestra de
átomos de un mismo elemento.
76
b) 35 protones, 45 neutrones y 35 electrones
c) 45 protones, 35 neutrones y 45 electrones
d) 45 protones, 45 neutrones y 45 electrones
Los números cuánticos son el resultado de la ecuación de Schrödinger, y la tabulación nos indica la zona atómica donde es probable encontrar al electrón.
Las letras que representan a los números cuánticos son: n, l, m y s,
y fueron aportados teórica y experimentalmente por Bohr, Sommerfeld, Zeeman y Stern-Gerlach, respectivamente.
Número cuántico principal (n)
El número cuántico principal designa el nivel energético principal
en el cual se localiza un electrón dado; este número también expresa la energía de los niveles dentro del átomo. El número cuántico
n puede asumir teóricamente cualquier valor entero desde 1 hasta
infinito, aunque con 7 valores (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7) es posible satisfacer a todos los átomos conocidos actualmente.
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n→
n6
n5
n4
n3
Infrarroja
niveles
subniveles
4f
4d
4p
3d
4s
3p
n4
n2
Visible
E(eV)
n3
3s
2p
n2
2s
Ultravioleta
n1
13.6
Figura 3.19
Diagrama de niveles de energía (líneas horizontales) del átomo de hidrógeno.
Las energías se expresan en electrón-volts (1eV = 1.6 3 10–19 joules).
n1
n 1 l 0 1s
Figura 3.20
Diagrama de niveles y subniveles de energía de un átomo
con más de un electrón.
Para tu reflexión
Número cuántico secundario (l )
El número cuántico secundario l determina la energía asociada
con el movimiento del electrón alrededor del núcleo; por tanto, el
valor de l indica el tipo de subnivel en el cual se localiza el electrón
y se relaciona con la forma de la nube electrónica.
Cada nivel electrónico se divide en subniveles que contienen electrones de la misma energía.
Los valores l están determinados por el valor de n; para cierto nivel,
l, puede asumir cualquier valor entero desde 0 hasta n–1.
Así, en el 1er. nivel energético sólo hay un subnivel, al cual l da el
valor de cero (0) y lo representa por la letra s (del inglés, sharp).
En el 2o. nivel energético hay dos subniveles, a los que l da el valor de 0 y 1; y los representa por las literales s y p, respectivamente
(p del inglés principal).
En el 3er nivel energético hay tres subniveles, a los que l da el valor
de 0, 1 y 2; y los representa por las literales: s, p y d, respectivamente
(d de diffuse).
En el 4o nivel energético hay cuatro subniveles, a los que l, da el
valor de: 0, 1, 2 y 3; y los representa por las letras; s, p, d y f respectivamente (f de fundamental).
Para el 5o, 6o y 7o nivel energético, teóricamente habría 5, 6 y 7
subniveles respectivamente, sólo que, para los átomos conocidos,
son suficientes 4 subniveles en el 5o nivel (s, p, d y f ); 3 subniveles
para el 6o nivel (s, p, d y f ), y 2 subniveles en el 7o nivel energético
(s y p).
Así podemos decir que para l:
s50
p51
d52
El increíble mundo menguante
Todo el cosmos está formado sólo por cuatro partículas ele­
mentales: el quark arriba, el quark abajo, el electrón y el neu­
trino.
La naturaleza se rige por fuerzas. Gracias a ellas se mantienen
atrapados los planetas dentro del Sistema Solar; los átomos se
desintegran. Los físicos han reconocido varios tipos funda­
mentales de fuerzas en las que se basan todos los fenómenos
naturales. La primera es la interacción fuerte, que actúa en el
seno del núcleo atómico. Su oponente es la interacción débil,
responsable de las desintegraciones radiactivas y que, junto al
electromagnetismo, forma la llamada fuerza electrodébil. Por
último está la más famosa de todas, la gravitación.
El conocimiento de esas fuerzas ha servido a la ciencia para
simplificar poco a poco el árbol genealógico de la materia,
extremadamente complicado tras la aparición de cientos de
componentes durante la década de 1960.
Murray Gell-Mann, del Instituto de Tecnología de California,
y George Zweig, en ese entonces investigador del Centro Eu­
ropeo de Física de Partículas (cern), en Ginebra, propusieron
en 1964 reunir los cientos de partículas pertenecientes a la
familia de los hadrones —es decir, las que son sensibles a las
interacciones fuertes— en un grupo único. Entre ellas estaban
el protón y el neutrón, además de una lista de partículas que
f53
77
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
pasa del centenar. Todas ellas tenían una característica común:
estaban compuestas por unos corpúsculos hasta entonces des­
conocidos a los que llamaron quarks.
El nombre fue robado por Gell-Mann de un pasaje del libro
Finnegan’s Wake, del irlandés James Joyce (“Three quarks
for muster mark”). En realidad, se trata de una palabra in­
ventada que, según el traductor del libro al castellano, Víctor
Pozanco, nos remite a los vocablos quark (graznido) o quart
(jarra). Sea como fuere, lo cierto es que esa palabreja invadió
para siempre el mundo de la física. Al principio se aislaron
sólo tres quarks: el up (arriba), el down (abajo) y el strange
(extraño), con los que se podían construir todos los hadro­
nes conocidos. Sin embargo, el descubrimiento de nuevas
partículas, así como el conocimiento cada vez más profun­
do de sus comportamientos, harían necesaria la existencia
de un cuarto quark, el charm (encanto), detectado en 1974
en la Universidad de Stanford, en San Francisco. A partir
de entonces la teoría fue plenamente aceptada. La existen­
cia de un quinto quark, el bottom (fondo), fue comprobada
en el laboratorio Fermi, en las proximidades de Chicago, en
1977.
Paralelamente, comenzaba a establecerse una analogía entre
los quarks y los leptones, la otra gran familia de partículas que
sólo son sensibles a la interacción electrodébil. Por el momen­
to, se conocen seis leptones: el electrón, el neutrino, el muón,
el neutrino del muón,
el tau y el neutrino del
tau. En corresponden­
cia, debía haber un sexto
quark, al que se llamó top
(cima), cuya detección se
ha confirmado reciente­
mente en el colisionador
de partículas Tevatron
del laboratorio Fermi, en
Chicago.
Número cuántico
magnético (m)
El número cuántico magnético representa la orientación espacial de los orbitales contenidos en los subniveles energéticos
cuando éstos se encuentran sometidos a un campo magnético. Los subniveles energéticos están formados por orbitales. Un
78
orbital o reempe (región espacio energética de manifestación
probabilística electrónica). El número de electrones por subnivel
depende del valor de éste y está dado por la relación (2l 1 1) que
puede ser desde 2l hasta 1l, pasando por cero.
En un subnivel s (l 5 0) hay un solo orbital al que m dará el valor
de 0.
l
5
0
m
5
5
s
0
En un subnivel p (l 5 1), hay tres orbitales, a los que m da los valores de: 21, 0 y 11, respectivamente.
p
5
1
5
l
m
p
21
5
5
p
0
p
11
En un subnivel d (l 5 2), hay cinco orbitales, a los que m da los
valores de: 22, 21, 0, 11 y 12, respectivamente.
d
m
5 22
d
21
d
0
d
11
d
12
En un subnivel f (l 5 3) hay siete orbitales, a los que m da los valores de: 23, 22, 21, 0, 11, 12, 13, respectivamente.
f
m
5
f
23 22
f
f
f
f
21
0
11
f
12 13
m1
n=l=1
m1
m1
Figura 3.21
Al aplicar un campo magnético, los subniveles se desdoblan en varios más.
Los tipos de orbitales para los primeros cuatro niveles de energía
son:
Nivel de energía
Tipo de orbital
n=1
s
n=2
syp
n=3
s, p y d
n=4
s, p, d y f
Número cuántico de espín (s) (algunos autores lo identifican
por la letra ms ).
Este número cuántico describe la orientación del giro del electrón. Indica el momento angular intrínseco del electrón, el cual
sólo puede tener dos valores correspondientes al giro en el sentido
de las manecillas del reloj y en sentido opuesto; los valores numéricos permitidos para el número cuántico espín s son:
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+ 12
y
– 12
En cada orbital puede haber como máximo dos electrones, uno
con giro positivo y el otro con giro negativo. Las dos orientaciones
, las cuales representan el
generalmente se designan por flechas
sentido de giro del electrón.
Subnivel
Número de
orbitales posibles
Número de electrones
del subnivel
s
1 orbital s
2
p
3 orbitales p
6
d
5 orbitales d
10
f
7 orbitales f
14
Nombre
Valores
permitidos
m1 = 0 (py)
Los tres orbitales p tienen la
misma forma ovalada y están
orientados en tres direcciones
m1 = +1 (pz)
diferentes, correspondientes
a los ejes x, y y z del sistema
de coordenadas cartesianas.
La orientación espacial de los
Figura 3.23
orbitales atómicos determina
Las tres orientaciones posibles
de los orbitales “p” (p x , p y , p z ).
la forma de una molécula y
juega un papel muy importante en la determinación de las propiedades físicas y químicas de la
molécula.
l = 1(orb.p.)
La orientación espacial de los orbitales d y f es importante en los
aspectos químicos de gran número de elementos metálicos.
Características principales de los números cuánticos.
Símbolo
Estas nubes electrónicas ocupan una región elipsoidal a
cada lado del núcleo, como
se observa en la figura de la
izquierda.
m1 = –1 (px)
Ejemplo
fxz2
n
Número cuántico
principal
Cualquier entero
positivo
1, 2, 3, 4
l
Número cuántico
secundario
Desde 0 hasta n –1
0, 1, 2, 3
m
Número cuántico
magnético
Desde –l hasta +l
pasando por 0
–1, 0, +1
s
Número cuántico
espín
x
fz
3
fyz2
x
y
y
+½, –½
z
y
y
z
z
z
fy(y2 – 3x2)
x
fz(x2 – 3y2)
fxyz
x
x
y
y
y
z
z
fx(x2 – 3y2)
x
x
z
Los orbitales atómicos
Los orbitales también reciben el nombre de nubes de carga, pues
suelen representarse como una zona de las probables ubicaciones
del electrón.
Figura 3.24
Forma y designación más común de los orbitales “f ”.
z
z
La forma atribuida a los orbitales s es esférica; por tanto, son simétricos alrededor del núcleo; los otros orbitales tienen orientación
espacial preferida.
Puesto que sólo dos electrones pueden ocupar un orbital dado, los
seis electrones en los subniveles p están divididos en tres orbitales:
z
y
y
x
y
x
dyz
x
dz2
z
dxy
z
y
y
x
dxz
Figura 3.22
Nube de probabilidad electrónica y orbital (se trata del orbital 1s).
x
dx2 – y2
Figura 3.25
Forma y designación más común de los orbitales “d ”.
79
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Relación entre nivel, subnivel, orbital,
espín y número de electrones
Distribuciones electrónicas
de los números cuánticos
Los distintos números cuánticos se relacionan e indican las siguientes características de los orbitales:
Un orbital puede contener como máximo dos electrones. Los orbitales que tienen la misma energía forman los subniveles atómicos.
Número
n
Se refiere o relaciona con
Indica
Un subnivel p, con tres orbitales, puede contener máximo 6 electrones.
n
El volumen o energía del orbital
Nivel
l
La forma de un orbital
Subnivel
m
La orientación de un orbital
Número de orbitales
s
La posibilidad de que un orbital
acepte o no un electrón
Un subnivel f, con siete orbitales, puede contener máximo 14 electrones.
Giro del electrón
En el primer nivel energético (n 5 1) habrá máximo 2 electrones,
ya que éste solamente tiene un orbital s.
l
m
Un subnivel d, con cinco orbitales, puede contener máximo 10
electrones.
Tipo de
orbital
Número de
orbitales
Número de
electrones
1
0
0
1s
1
2
2
0
0
2s
1
2
2
1
–1,
0,
11
2p
3
6
0
0
3s
1
–1,
0,
11
3
3
1
2s
3s
4s
2
2p
3p
3
3p
6
n=3
n=2
4p
2
4
0
0
4s
1
2
4
1
–1,
0,
11
4p
3
6
2
–2,
–1,
0,
11,
12
4d
5
10
3
–3,
–2,
–1,
0,
11,
12,
13
4f
7
14
80
En el tercer nivel energético (n 5 3) puede haber hasta 18 electrones; dos del orbital s, seis de los tres orbitales del subnivel p y 10 de
los cinco orbitales del subnivel d.
n=4
3
4
En el segundo nivel energético (n 5 2) puede haber hasta 8 electrones, dos del orbital s y seis de los tres orbitales del subnivel p.
1s
–2,
–1,
0,
11,
12
4
Un subnivel s, con un solo orbital, puede contener máximo 2 electrones.
n=1
3d
5
10
Figura 3.26
Comparación de los volúmenes
de los orbitales s y p, correspondiente
a distintos niveles.
n=1
l=0
Figura 3.27
Correspondencia entre orbitales
y subniveles de energía.
Figura 3.28
Desdoblamientos sucesivos del nivel energético n = 2 asociados
con los diferentes números cuánticos.
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En el cuarto nivel energético
(n 5 4) puede haber hasta 32
electrones; dos del orbital s,
seis de los tres orbitales p, 10
de los cinco orbitales del subnivel d y 14 de los siete orbitales del subnivel f .
s
p
d
f
6d
5f
7s
6p
5d
4f
6s
5p
De esta misma manera es po4d
sible calcular la cantidad máxi5s
ma de electrones que pueden
4p
3s
contener los niveles energéti4s
cos 5o, 6o y 7o. Con estos da3p
tos es posible identificar com3s
pletamente un electrón de
2p
2s
un átomo, sólo bastará con
indicar el valor de sus cuatro
1s
números cuánticos.
Figura 3.29
Energías relativas de los distintos
orbitales.
Actividad de aprendizaje
(
)
La expresión 2n 2 nos permite calcular:
a)
b)
c)
d)
el número de niveles.
el número de órbitas.
el número total de electrones en una órbita.
el número máximo de electrones que pueden acomodarse en un nivel.
Reglas para elaborar las
configuraciones electrónicas
Con los temas anteriores se va obteniendo una configuración electrónica para cada elemento; sin embargo, es necesario tomar en
cuenta ciertos principios fundamentales.
Principio de edificación progresiva
Los electrones deben acomodarse primero en los orbitales de menor energía, o sea, aquéllos donde la suma de n 1 l sea menor; es
decir: “cada nuevo electrón añadido a un átomo entrará en el orbital disponible de menor energía”. Para iguales valores de la suma
de n 1 l, primero se acomodan electrones en el orbital donde n sea
menor.
s
p
d
f
0
1
2
3
Tomando en cuenta que:
se obtiene el acomodo correcto de los electrones.
La separación de energía en los subniveles de los átomos polielectrónicos origina una superposición o empalme del valor de energía
de orbitales con diferentes valores de n.
Considerando las energías relativas de los orbitales de un átomo
polielectrónico, el orden de ocupación será el siguiente:
1s, 2s, 2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p,
7s 5f 6d 7p
Energía
Esta secuencia puede deducirse aplicando el siguiente diagrama,
conocido como la regla de las diagonales:
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
Principio de exclusión de Pauli
Este principio determina el número posible de electrones en cualquier nivel principal y se debe a Wolfgang Pauli (1900-1958),
quien encontró que cada electrón debía tener su propio conjunto
de números cuánticos y estableció que: “dos electrones en un mismo átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales”.
Principio de máxima multiplicidad
o regla de Hund
Por tanto, el número máximo de electrones se representa por la
expresión: 2n2.
En otras palabras, los electrones entran de uno en uno a los orbitales de la misma energía. Cuando estos orbitales ya contienen un
electrón, entonces cada uno de ellos se satura con dos electrones
en el mismo orden y sentido contrario.
Para: n 5 1
2(1)2 5 2(1) 5 2 electrones
n52
2(2)2 5 2(4) 5 8 electrones
n53
2(3)2 5 2(9) 5 18 electrones
n54
2(4)2 5 2(16) 5 32 electrones
“Dentro de un subnivel, los primeros electrones ocupan orbitales
separados y tienen espines paralelos.”
Aplicando estos principios o sencillas reglas, es posible escribir las
configuraciones electrónicas de cada elemento.
81
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Configuración electrónica
De esta manera, la configuración de los siguientes átomos será:
Para desarrollar la configuración electrónica de un átomo, se anota
el nivel (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), el tipo de subnivel (s, p, d, f ) y como exponente el número de electrones que cada subnivel contiene.
Ejemplo:
Número de electrones
1
1H= 1s
Subnivel
Nivel
En la configuración del átomo de hidrógeno, su único electrón
ocupa el subnivel s del 1er nivel energético.
2
2He = 1s
2 1
3Li = 1s 2s
2 2
4Be = 1s 2s
2 2
1
5B = 1s 2s 2p
2 2
2
6C = 1s 2s 2p
2 2
3
7N = 1s 2s 2p
2 2
4
8O = 1s 2s 2p
2 2
5
9F = 1s 2s 2p
2 2
6
10Ne = 1s 2s 2p
2 2
6 2
6 2
5
25Mn = 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
2 2
6 2
6 2
10
92U = 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
6 2
4
6p 7s 5f
Tabla de edificación progresiva
Actividad de aprendizaje
n1l
n
l
Orbital
1
1
0
1s
Utilizando la tabla periódica, determina la configuración electrónica y el
diagrama energético de los siguientes elementos:
2
2
0
2s
S
3
2
1
2p
3
0
3s
3
1
3p
4
0
4s
3
2
3d
4
1
4p
5
0
5s
4
2
4d
5
1
5p
6
0
6s
4
3
4f
5
2
5d
6
1
6p
7
0
7s
4
5
6
7
82
Aumento de
energía
4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f 14 5d 10
Zn
Y
Tl
Pr
Diagrama de niveles energéticos
Este diagrama nos permite ver más claramente la distribución electrónica en cada uno de los átomos. Los electrones se representan
con flechas y se anotan sobre una línea que representa cada uno
de los orbitales correspondientes a cada subnivel; así: el s con 1;
el p con 3; el d con 5 y el f con 7. Por debajo de esta línea se anota
el número del nivel energético y el subnivel que corresponde a
cada orbital. La flecha hacia arriba representa un electrón con giro
positivo y la flecha hacia abajo es un electrón con giro negativo.
Aprovechando los elementos anteriores, ahora vamos a escribir su
diagrama energético:
Grupo Editorial Patria®
Diagrama de niveles energéticos
1H =
1s
2He =
3Li =
1s
1s
2s
1s
2s
4Be =
5B =
6C =
7N =
8O =
9F =
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
10Ne =
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
25Mn =
92U =
3s 3px 3py 3pz 4s
3d
3d
3d
3d
3d
1s
2s
2px 2py 2pz 3s
3px 3py 3pz
4s
3d
3d
3d
3d
3d
4px 4py 4pz
5s
4d
4d
4d
4d
5px 5py 5pz
6s
4f
4f
4f
4f
4f
4f
5d
5d
5d
5d
6px 6py 6pz
5f
5f
5f
5f
5f
5f
4d
7s
Como se puede observar, establecer las configuraciones electrónicas por medio de un diagrama energético para átomos multielectrónicos es muy laborioso, por lo que se utiliza el concepto de
kernel (en Biología, indica el corazón o semilla de un fruto; es decir, algo interno); aquí se utiliza la propiedad de los gases nobles
de tener su última órbita completa. Para facilitar la escritura de las
configuraciones electrónicas, dentro de un paréntesis rectangular
se coloca el gas noble correspondiente:
[2He] [10Ne] [18Ar] [36Kr] [54Xe] [86Rn]
5f
4f
5d
Para nuestros ejemplos anteriores, tenemos:
Configuración
electrónica
Diagrama
energético
1
1H = 1s
1H =
2He = [He]
2He =
1
3Li = [He]2s
1s
1s
3Li = [He]
2s
83
3
BLOQUE
4Be = [He] 2s
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
2
4Be = [He]
2
1
5B = [He] 2s 2p
11Na = [Ne] 3s
1
25Mn = [Ar] 4s
92U = [Rn] 7s
2
5B = [He]
2
1s 2px 2py 2pz
11Na = [Ne]
3d 5
2s
25Mn = [Ar]
5f 4
92U = [Rn]
Electrón diferencial
2s
4s 3d 3d 3d 3d 3d
7s 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f
Por tanto, es conveniente aprenderse la regla de las diagonales utilizando el kernel:
He
2s2
Ne
3s
Ar
3d10
4s2
Kr
4d10
4f 14
Xe
10
14
5s
2
Rn
2
6
6s
7s
7p
5d
Al conocer el electrón diferencial podemos indicar la posición del
átomo en la tabla periódica. Para determinar los valores de los cuatro números cuánticos del electrón diferencial, se consideran, de
acuerdo con la regla de Hund, todos los valores posibles del número cuántico magnético m, antes de asignar un número cuántico de
espín s; el número cuántico n es el número anotado abajo del guión
correspondiente, y el valor de l está determinado por el valor del
subnivel en el que se encuentre el último electrón.
Por ejemplo, para el sodio, cuyo número atómico es 11, se tiene:
2
2
Se llama así al último electrón que entra en un átomo, de acuerdo con las reglas de ocupación de los orbitales; es decir, aquello
que distingue a un átomo de un elemento del que lo precede en
la clasificación periódica. Este electrón diferencial es muy importante, ya que de él depende la ubicación de un elemento en la tabla
periódica y, por tanto, sus propiedades químicas.
5f
10
6d
Electrón diferencial
1
11Na = [Ne] 3s
11Na = [Ne] 3s
n5 3
l 5 0 (tipo de orbital s)
Actividad de aprendizaje
Indica a qué elemento corresponden las siguientes configuraciones
electrónicas:
a) 1s 2 2s 2 2p 5:
b) [Ar] 4s 2 3d 10 4p 1:
m 5 0 (varía desde –l hasta 1l, pasando por cero)
s 5 1 12 (el espín es positivo, y la flecha va hacia arriba )
electrón diferencial
2
6
26Fe = [Ar] 4s 3d
c) [Xe] 6s 2:
d) [Xe] 6s 2 5d 1 4f 7:
n5 3
e) [Ar]4s 2 3d 9:
l 5 2 (tipo de orbital d)
f) [Kr] 5s 2 4d 7:
Escribe la respuesta correcta en el paréntesis.
(
) ¿Cuál es la configuración electrónica del cobre: 29Cu63:
a) [Xe] 6s 2 5d 7
b) [Xe] 6s 2 5p 6 6d 1
c) [Ar] 4s 2 4p 6 3d 3
d) [Ar] 4s 2 3d 9
e) [Ar] 4s 1 3d 10
84
26Fe = [Ar]
4s 3d 3d 3d 3d 3d
m 5 –2
s 5 – 12 (el espín es negativo y la flecha va hacia abajo )
Aplica lo que sabes
Realiza la lectura de la siguiente información y emite tu opinión por
escrito en máximo de una cuartilla de manera objetiva, reflexiva y crítica, acerca de las consecuencias que provocaría la detonación de una
bomba nuclear en una ciudad altamente poblada, compara las conclusiones obtenidas con las de tus compañeros y emitan un informe
grupal.
Una bomba de un megatón sobre la Ciudad de
México
La detonación de una bomba de un megatón sobre el centro
de la Ciudad de México, constituye un ejemplo aplicable a
cualquier metrópoli que abarque un círculo con radio de 10
kilómetros o más.
En un día claro, a 2 000 metros de altura sobre la Plaza de la
Constitución (el Zócalo), se detona una bomba nuclear de un
megatón. Este lugar es el punto cero de la explosión. Dos se­
gundos después de la detonación se forma a 2 000 metros de
altura una bola de fuego luminosa y una onda expansiva que
toca la superficie del centro de la ciudad. La destrucción de
gran parte de la capital se debe principalmente a los efectos del
calor irradiado y a la onda de alta presión que continúa expan­
diéndose por decenas de kilómetros.
En un radio de cuatro kilómetros partiendo del Zócalo y du­
rante los 10 primeros segundos después de la explosión, la
presión sobrepasa las 10 psi (lb/pulg2), por lo que todas las
construcciones quedan completamente destruidas y sin so­
brevivientes. Esta zona tiene como límites el Monumento a
la Raza, el extremo occidental del aeropuerto, el Palacio de los
Deportes, el exparque del Seguro Social (donde anteriormente
se practicaba el beisbol) y las rejas de Chapultepec, aledañas al
Monumento de los Niños Héroes.
A distancias entre cuatro y seis kilómetros del punto cero, 15
segundos después de la explosión las presiones alcanzan valo­
res entre 5 y 10 psi, y quedan en pie solamente los cimientos y
los subterráneos de los edificios. Las calles quedarán cubiertas
por varios metros de escombros y más o menos la mitad de la
población que habita en este anillo morirá, principalmente por
el derrumbe de las construcciones. Quienes logren sobrevivir
estarán heridos y necesitarán de ayuda médica. Los vientos
originados por la onda explosiva tendrán velocidades de unos
300 kilómetros por hora. Esta zona de destrucción llegará has­
ta la Basílica de Guadalupe, por el norte, el Peñón de los Baños
por el este, la colonia Portales y el World Trade Center (antes
Hotel de México) por el sur y el Auditorio Nacional en Cha­
pultepec por el oeste.
El anillo comprendido de 6 a 11 kilómetros al Zócalo sentirá
medio minuto después de la detonación, presiones entre 2 y 5
psi, por lo que las construcciones quedarán gravemente daña­
das y habrá muchísimos heridos. Es probable que los edificios
que sigan en pie se incendien debido al calor producido por
Grupo Editorial Patria®
la explosión, mismo que causará quemaduras en la piel de las
personas. Estas distancias desde el punto cero llegarán hasta el
límite norte con el Estado de México, al límite este con Ciudad
Nezahualcóyotl y al límite sur con Ciudad Universitaria. Des­
de el Zócalo hasta estos límites, todas las ventanas de construc­
ciones y edificios se quebrarán debido a la onda de presión.
Finalmente, dentro del anillo formado por radios de 11 a 16 ki­
lómetros desde el centro de la ciudad, el daño de la onda explo­
siva será menor en las construcciones, pero es posible que 25%
de la población resulte herida. Este último anillo llegará hasta
Tlalnepantla, Tlalpan y la delegación Magdalena Contreras.
Medio minuto después de la explosión, la bola de fuego dejará
de ser visible y al ascender a gran velocidad producirá corrientes de aire que arrastrarán polvo y restos de las construcciones
destruidas y darán forma al hongo nuclear. Una nube radiactiva
que contiene elementos activados durante la explosión y pro­
ductos de la fisión del uranio ascenderá hasta unos 20 kilóme­
tros de altura y luego será dispersada por el viento, para volver a
caer lentamente sobre regiones alejadas al lugar de la explosión.
La radiación inmediata será letal para aquellas personas que se
encuentren en el radio de tres kilómetros del punto cero, pero
esta zona ya habrá sido totalmente devastada por los efectos de
la onda de presión y del calor, por lo que de todos modos no
habrá sobrevivientes. En un área de unos 1 000 km2 alrededor
del Zócalo, durante uno o dos días después, caerá lluvia radiac­
tiva en forma de polvo o granitos de tierra que emitirán radia­
ción espontáneamente. Los niveles de radiación sobre un área
de 2 600 km2 (hasta distancias de 29 km a partir del centro,
es decir, Texcoco, Ecatepec, el Ajusco) serán letales para toda
persona expuesta (es decir, sin la protección adecuada), ya que
llegarán a los 900 rads. Dentro de una superficie de 10 500 km2
(57 km de distancia al Zócalo), la dosis de radiación recibida
por individuos no protegidos durante los primeros días que si­
gan a la explosión llegará a unos 100 rads. Tal vez esto no cause
la muerte inmediata, pero sí aumentaría gravemente la inci­
dencia de cáncer y anormalidades genéticas en la población.
En este ejemplo, dichos efectos se harán sentir en las zonas
que llegan hasta los volcanes, el valle de Cuernavaca, Chalma
y Toluca, o incluso más lejos, dependiendo de la intensidad y
dirección de los vientos.
El número total de muertes después de una explosión como la
descrita dependería de muchos factores diferentes: la densidad
85
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
de la población en las cercanías al punto cero, la hora del día
en que ocurriera la explosión, las condiciones atmosféricas, y
otras más difíciles de precisar.
Para una ciudad muy poblada se estima que 500 000 personas
morirán inmediatamente, quedando un número similar de he­
ridos. Hay que recordar que, debido a la destrucción reinante,
no sería posible ningún tipo de ayuda de los bomberos para
sofocar incendios, ni de personal médico para rescatar heridos.
El tránsito en las calles será imposible (no sería fácil reconocer
lo que antes era una calle) y seguramente los hospitales habrán
sufrido el mismo daño que el resto de la ciudad. Tomando es­
tos factores en cuenta, el número de víctimas podría llegar a
1 000 000 de personas.
El análisis presentado supone que la metrópoli es atacada con
un solo artefacto nuclear. La estrategia militar actual recomien­
da que toda ciudad con más de 3 000 000 de habitantes sea el
blanco de tres bombas de un megatón, 10 bombas de 500 kilo­
tones, y otras tantas de menor poder explosivo. De este modo,
es seguro que no habrá sobrevivientes.
3.4 Los isótopos
y sus aplicaciones
Como vimos anteriormente, un átomo de un elemento dado siempre contiene el mismo número de protones y electrones (éste es su
número atómico); pero después de llevar a cabo un estudio profundo de los átomos de los elementos, se llegó a la conclusión de
que la mayoría de ellos tiene dos o más formas diferentes.
La diferencia entre estas clases de átomos del mismo elemento es
que contienen distintas cantidades de neutrones. A estos átomos se
les denomina isótopos.
Los isótopos son átomos de un mismo elemento con igual número
atómico (Z) y diferente número de masa (A) debido a diferente
número de neutrones.
Ejemplo: Los isótopos de hidrógeno son tres:
1
2
3
H
H
H
1
1
1
protio
deuterio
tritio
un protón
un neutrón
un electrón
un protón
dos neutrones
un electrón
un protón
un electrón
Aunque un elemento cuente con isótopos, todos sus átomos se
comportan de la misma manera, debido al número de electrones.
De las tres partículas subatómicas, el electrón es el que manifiesta
más efectos, ya sea de conducción eléctrica o en una reacción química. En medicina, los isótopos radiactivos tienen un amplio campo de aplicación, tanto en el tratamiento de tumores, como para
esterilizar material y equipo quirúrgico; en la industria del petróleo
y la petroquímica, se usan para separar fracciones; también es posible utilizarlos en el análisis, trazado y seguimiento de ríos, minerales, detergentes, en la elaboración de detergentes, de polímeros, en
la producción de energía, etcétera.
Figura 3.30
Zócalo de la Ciudad de México.
86
Lamentablemente, las radiaciones que estos isótopos radiactivos
generan, pueden dañar las células de los seres vivos (animales, vegetales, organismo humano) y a partir de ciertas dosis, ocasionan
tumores malignos y mutaciones genéticas. Tal vez el primer uso de
los isótopos radiactivos fue en la fabricación de bombas (atómica,
de neutrones, etc.), con fines bélicos. No obstante, ello motivó investigaciones posteriores, llegándose a encontrar un mayor campo
de aplicación con fines altruistas.
Grupo Editorial Patria®
Evaluación
Actividad experimental
I. Instrucciones:
Elaboración de modelos atómicos
Selecciona la respuesta correcta.
Con la supervisión de tu profesor reúnete en equipos de 4 o 5 alumnos
y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y compárenlas con
las de otros equipos. Analicen y discutan las respuestas en las que
tengan dudas. Anoten sus conclusiones.
(
) Son átomos de un mismo elemento con igual número atómico
pero diferente número de masa, debido a diferente número de
neutrones.
a) Isómeros
b) Isóbaros
Propósito
c) Alótropos
d) Isótopos
Elaborar modelos de diferentes moléculas de alcanos.
(
) El tritio, uno de los tres isótopos del hidrógeno (1H3), tiene en el
núcleo:
a) Un protón y un neutrón
b) Dos protones y un neutrón
c) Dos protones y ningún neutrón
d) Un protón y dos neutrones
(
) Cobalto-60 (Co-60)
(
) Yodo-131 (1-131)
Propiedades
) Carbono-11 (C-11)
Agua
4. Armen sus diferentes estructuras de compuestos orgánicos,
uniendo las bolitas negras y las bolitas rojas según el compuesto
a formar.
c) Se usa en el tratamiento de
desórdenes cerebrales.
) Carbono-14 (C-14)
d ) Se usa en leches que
contienen un conservador
de formaldehído.
(
) Isótopos de hidrógeno
e) Se usa como un rastreador en
las velocidades de reacción.
(
)
f ) Se usa para tratar el cáncer
en la glándula tiroidea.
60Co → 60Ni 1 0e 1 0n
27 28 210
14N 1
0e
7 21
)
1. Mezclen un poco de agua con pan (o migajón) y formen bolitas de
dos tamaños diferentes (aproximadamente de 1 y 2 cm de diámetro). Agreguen un poco de pegamento para suavizar las esferas.
Elaboren cinco de 2 cm y 15 de 1 cm.
b) Se emplea en la datación de
especímenes orgánicos.
(
(
1 pan de caja o migajón
n
2. Pinten de negro las bolitas más grandes (representan al átomo de
carbono) y las más pequeñas de rojo (representan al hidrógeno).
) Plomo-212 (Pb-212)
(
roja y negra
n
a) Se usa actualmente en el
tratamiento del cáncer con
base en los rayos gamma.
(
6
Pegamento blanco
Procedimiento
Isótopo
(
1 caja de palillos
n
Pintura
Relaciona las siguientes columnas de isótopos y sus propiedades, anotando en el paréntesis de la izquierda la letra que corresponde a la
respuesta correcta.
) 14C →
n
n
II. Instrucciones
(
Materiales
g) Deuterio, protio, tritio.
h) Partículas radiactivas.
i ) Reacción de desintegración
radiactiva del cobalto.
238U → 206Pb 1 8 4He + 6 0e
92 82 2 21
j ) Reacción de desintegración
radiactiva del carbono.
) a, b, h
k) Reacción de desintegración
radiactiva del uranio.
3. Déjenlas secar perfectamente.
Dibujen en el espacio que se presenta a continuación los modelos atómicos de los alcanos normales que formaron. Observen la
figura del libro.
¿Cuál es el nombre de cada hidrocarburo formado?
¿Qué característica tienen en común?
¿De qué color son los átomos de carbono e hidrógeno, respectivamente?
Comparen los compuestos orgánicos saturados (alcanos) que formaron con los de otros compañeros de clase.
Conclusiones:
87
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Aplicaciones de los isótopos
radiactivos
Medicina
versible para establecer las condiciones de equilibrio. Por ejemplo,
para conocer el equilibrio en una solución saturada de cloruro de
plomo II (PbCl2). La ecuación química que representa el equilibrio de esta solución es:
Cobalto – 60 (Co-60)
En medicina la radiación de alta energía emitida por el radio fue
utilizada durante mucho tiempo en el tratamiento del cáncer. Actualmente se usa el cobalto-60 (Co-60) para el tratamiento del
cáncer porque emite una radiación con más energía que la que
emite el radio y es más barato que éste. En medicina se usa el tratamiento con cobalto-60 para detener ciertos tipos de cáncer con
base en la capacidad que tienen los rayos gamma para destruir
tejidos cancerosos. El cobalto-60 se desintegra emitiendo partículas beta y rayos gamma, y tiene una vida media de 5.27 años. Su
proceso de desintegración se representa mediante la ecuación química nuclear:
60
2 7Co
0
60
28Ni 1 21e
1 00n . t 1/2 = 5.27 años
Yodo – 131 (I-131)
Ciertos tipos de cáncer se pueden tratar internamente con isótopos radiactivos, como el cáncer de tiroides, como el yodo se va a
la glándula tiroides, se trata con yoduro de sodio (NaI) que contenga iones de yoduros radiactivos provenientes del yodo-131 o
del yodo-123. Allí la radiación destruye a las células cancerosas sin
afectar al resto del cuerpo.
Para detectar desórdenes circulatorios de la sangre se utiliza una
disolución de cloruro de sodio (NaCl) que contenga una pequeña cantidad de sodio radiactivo y midiendo la radiación el médico
puede saber si la circulación de la sangre es anormal.
Carbono – 11 (C-11)
PbCl2(S)
Pb21(ac) 1 2Cl1–(ac)
Se usa el isótopo radiactivo de plomo-212 para comprobar que los
procesos de disolución y de precipitación se producen a la misma
velocidad. Se agrega a una solución saturada de cloruro de plomo II (PbCl2) una pequeña cantidad de nitrato de plomo II
(Pb(NO3)2) que contenga el isótopo plomo-212. Un tiempo después se precipita plomo, lo que indica que se está produciendo un
intercambio entre el cloruro de plomo sólido (Pb y el ion plomo
+2 de la solución).
En estudios de química orgánica se usan los isótopos radiactivos
como trazadores o rastreadores (por ejemplo, carbono-14) para
conocer los mecanismos de reacciones complejas como las de la fotosíntesis, en la que en varias etapas se van formando moléculas más
complejas. Para el estudio de la trayectoria de las reacciones químicas
en la fotosíntesis se nutre a la planta con dióxido de carbono (CO2)
que contiene carbono-14. Por esto, el químico norteamericano
Melvin Calvin (1911-1997) obtuvo el premio Nobel de Química
en 1961, pues aclaró una parte del proceso químico de la fotosíntesis
y de los productos intermedios que se producen (ciclo de Calvin).
Datación
Las mediciones de la radiactividad se usan para determinar la edad
de los minerales y de restos fósiles (datación). Por ejemplo, la existencia de núclidos radiactivos naturales sobre la superficie de la
Tierra sugiere que sus vidas medias son comparables con las edades de los minerales en los cuales se encuentran, y éstos proporcionan una estimación de la edad de la Tierra.
Para el estudio de los desórdenes cerebrales se utiliza una tomografía de emisión de positrones conocida como pet. Se le administra al
paciente una dosis de glucosa (C6H12O6) que contenga una pequeña cantidad de carbono-11 (C-11), que es radiactivo y emite positrones, luego se hace un barrido del cerebro para detectar los
positrones emitidos por la glucosa radiactiva “marcada”. Se establecen las diferencias entre la glucosa inyectada y metabolizada por los
cerebros normales y los anormales. Por ejemplo, con la técnica pet
se ha encontrado que el cerebro de un esquizofrénico metaboliza alrededor de 20% de la glucosa que metaboliza un individuo normal.
Como los isótopos radiactivos se usan para determinar el tiempo
que hace que se solidificaron las rocas (edad de las rocas) se les conoce como “los relojes naturales”. Por ejemplo, si una roca contenía uranio-238 al solidificarse los productos de la desintegración
radiactiva del uranio no pueden escapar por difusión, por lo que
quedan retenidos en la roca, y se transforman en plomo-206. Para
conocer la vida media (t1/2 ) de la roca se necesita conocer la reacción química global del proceso y la relación actual entre el plomo206 y el uranio-238 en la roca, y es:
Química
238
92U
Plomo – 212 (Pb-212)
Una de las primeras aplicaciones de los isótopos radiactivos en
Química fue en el estudio de las velocidades de una reacción re88
 20862Pb 1 8 42He 1 6 201e t1/2 5 4.5 3 109 años.
La reacción de desintegración es de primer orden, por lo que la
ecuación que relaciona la concentración y el tiempo de reacción
es: ln Ci/Cf = kt o log Ci/Cf = kt/2.3; donde Ci es la concentra-
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ción inicial de reactivo, Cf es la concentración final de reactivo,
t es el tiempo que tarda en descender la concentración del reactivo inicial y k es la relación de la velocidad de reacción entre la
concentración inicial del reactivo y se conoce como la constante
de velocidad. La edad de las rocas determinada por este método
varía entre 3 3 109 años y 4 3 109 años. El valor más alto se toma
como la edad aproximada de la Tierra (cuatro mil quinientos
millones de años).
A mediados del siglo pasado, el químico norteamericano Willard
Frank Libby (1908-1980) y sus colaboradores desarrollaron un
método basado en la desintegración del carbono-14, radiactivo,
que sirve para calcular edades entre unos cientos de años hasta
50 000 años. Se ha usado para calcular la edad de reliquias que quedan del hombre prehistórico y para determinar la autenticidad de
lienzos de la pintura renacentista.
El carbono-14 se forma en la atmósfera por la interacción de los
átomos de nitrógeno con los neutrones de los rayos cósmicos y la
ecuación nuclear que representa dicho proceso es:
14
7N
1 10n
14
6C
1 11H
El carbono-14 formado en esta reacción nuclear se incorpora a
la atmósfera como dióxido de carbono (CO2). El dióxido de
carbono atmosférico alcanza una concentración estacionaria,
que asciende aproximadamente a un átomo de carbono-14 por
cada 1012 átomos de carbono-12 (C-12). Tanto los animales que
se alimentan de plantas como una planta viva que absorbe dióxido de carbono de la atmósfera mantienen esta proporción de
14
C/12C.
Cuando muere una planta o un animal se termina la ingestión de
carbono radiactivo y en consecuencia, comienza a producirse la
desintegración radiactiva del carbono-14 y la relación 14C/12C disminuye.
14
6C
0
14
7N 1 21e
Determinando la relación 14C/12C y comparándola con la edad de
las plantas vivas, se puede saber el tiempo que hace que murió la
planta o el animal mediante la ecuación cinética: ln Ci/Cf 5 kt o
log Ci/Cf 5 kt/2.3.
Carbono – 14 (C-14)
El carbono-14 (14C, masa atómica = 14.003241) es un radioisótopo del carbono y fue descubierto el 27 de febrero de 1940
por Martin Kamen y Sam Ruben. Su núcleo contiene 6 protones
y 8 neutrones. Willard Libby determinó un valor para el periodo
de semidesintegración o semivida de este isótopo: 5 568 años.
Determinaciones posteriores en Cambridge produjeron un valor
de 5 730 años. Debido a su presencia en todos los materiales orgánicos, el carbono-14 se emplea en la datación de especímenes
orgánicos.
Carbono 14
General
Nombre, símbolo
Carbono -14, 14C
Neutrones
8
Protones
6
Datos del nucleido
Abundancia natural
1 parte por billón (1012)
Periodo de semidesintegración
5 730 ± 40a
Producto de desintegración
14
Masa del isótopo
14.003241 u
Modo de desintegración
β–
Energía de desintegración
0.156 MeV
N
Este isótopo creado es inestable, por lo que, espontáneamente, se transmuta en nitrógeno-14 (14N). Estos procesos de
generación-degradación de 14C se encuentran prácticamente equilibrados, de manera que el isótopo se encuentra homogéneamente mezclado con los átomos no radiactivos en
el dióxido de carbono de la atmósfera. El proceso de fotosíntesis incorpora el átomo radiactivo en las plantas, de manera
que la proporción 14C/12C en éstas es similar a la atmosférica.
Los animales incorporan, por ingestión, el carbono de las plantas.
Ahora bien, tras la muerte de un organismo vivo no se incorporan
nuevos átomos de 14C a los tejidos, y la concentración del isótopo
va decreciendo conforme va transformándose en 14N por decaimiento radiactivo.
La masa en isótopo 14C de cualquier espécimen disminuye a un
ritmo exponencial, que es conocido: a los 5 730 años de la muerte
de un ser vivo la cantidad de 14C en sus restos se ha reducido a la
mitad. Así pues, al medir la cantidad de radiactividad en una muestra de origen orgánico, se calcula la cantidad de 14C que aún queda
en el material. Así puede ser datado el momento de la muerte del
organismo correspondiente. Es lo que se conoce como “edad radiocarbónica” o de 14C, y se expresa en años BP (Before Present).
Esta escala equivale a los años transcurridos desde la muerte del
ejemplar hasta el año 1950 de nuestro calendario. Se elige esta
fecha por convenio y porque en la segunda mitad del siglo xx los
89
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Carbono 11
General
Nombre, símbolo
Carbono -11, 11C
Neutrones
5
Protones
6
Datos del nucleido
Figura 3.31
Fósil de Nautilius.
ensayos nucleares provocaron severas anomalías en las curvas de
concentración relativa de los isótopos radiactivos en la atmósfera.
Vida media
20.38 minutos
Producto de desintegración
11
Espín
–1/2
Modo de desintegración
Por emisión de positrones
Energía de desintegración
0.45 MeV
B
14
Al comparar las concentraciones teóricas de C con las de
muestras de maderas de edades conocidas mediante dendrocronología, se descubrió que existían diferencias con los resultados
esperados. Esas diferencias se deben a que la concentración de
carbono radiactivo en la atmósfera también ha variado respecto
al tiempo. Hoy se conoce con suficiente precisión (un margen
de error de entre 1 y 10 años) la evolución de la concentración de
14
C en los últimos 15 000 años, por lo que puede corregirse esa
estimación de edad comparándolo con curvas obtenidas mediante interpolación de datos conocidos. La edad así hallada se
denomina “edad calibrada” y se expresa en años Cal BP.
Carbono – 11 (C-11)
Esquema de desintegración de 11C
Carbono-11 o el 11C es un isótopo radiactivo de carbono. Se desintegra 100% por emisión de positrones con boro-11. Tiene una vida
media de 20.38 min.
11
6
C
11
6
B 1 e1 1 Ve 1 0.45 MeV
El carbono-11 es muy utilizado como radioisótopo radiactivo para
el etiquetado de las moléculas en tomografía por emisión de positrones. Entre las muchas moléculas utilizadas en este contexto es la
radioligando [11 C] DASB.
Yodo – 131 (I-131)
El I-131 es un emisor beta-gamma, por lo que se puede determinar mediante la detección de ambos tipos de radiación y, por tanto, podemos medirlo bien con el detector proporcional de flujo
de gas bien con los detectores de semiconductor. El uso de una u
90
otra técnica de medida vendrá fundamentalmente decidida por los
requisitos de sensibilidad exigidos a la medida. Como criterio general y dada la mayor eficiencia de detección del primero, siempre
que exista una separación radioquímica se efectuará la medida con
el contador proporcional, que habrá sido necesariamente calibrado con un patrón de I-131.
Por esta razón, se incluye en cada procedimiento una nota en la que
se especifica el paso en el cual se procedería a la determinación del
I-131 por espectrometría gamma.
Determinación de yodo – 131 en aire
(filtros de carbón activo)
El yodo que se fija en el carbón activo está en forma no iónica. Tras
su extracción por la adición de hidróxido de sodio (NaOH), se reduce con bisulfito a yoduro y se precipita como AgI. Se determina
el rendimiento gravimétricamente y se mide en un detector proporcional de bajo fondo.
El cartucho de carbón activo se puede medir directamente en el
detector de Ge sin realizar ninguna operación previa o también se
puede vaciar el cartucho y colocar el carbón activo en una petri de
90 cc para su posterior medida en el detector de Ge.
En leches
El yodo de la muestra de leche que contiene un conservador
HCHO (formaldehído) y el portador del yodo (NaI) se extrae utilizando una resina de intercambio aniónico. El yodo (I2) se eluye
de la resina tras la oxidación a IO23 (Hipoyodito) con una solución de hipoclorito (ClO32). Tras la reducción, el yodo (I) se extrae en CCl4 (tetracloruo de carbono), se reduce con bisulfito y
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es reextraído en agua. El yodo se precipita entonces como AgI (yoduro de plata). Se determina
el rendimiento gravimétricamente y se mide en
un detector proporcional de bajo fondo.
Podemos determinar el yodo-131 por espectrometría gamma. Para ello, se toma la resina, se
introduce en una petri y se mide en el detector
de Ge.
determina el rendimiento gravimétricamente y se mide en un contador proporcional de bajo fondo.
Podemos determinar el yodo-131 por espectrometría gamma.
Para ello, se toma muestra triturada, se introduce en una petri o una
marinelli y se mide en el detector de Ge.
En muestras biológicas
El yodo de la muestra biológica se extrae añadiendo NaOH (hidróxido de sodio) a la muestra seca, reduciéndose a yoduro con el bisulfito.
Se precipita como yoduro de plata (AgI). Se
Para tu reflexión
Aplicación de yodo radiactivo para probar
el funcionamiento tiroideo
Un método común para determinar el funcionamiento de la
tiroides es el análisis del consumo de yodo radiactivo (RAIU).
Tras su administración oral, el radioisótopo yodo-131 se mez­
cla con el yodo presente en la tiroides. A las 24 horas se deter­
mina la cantidad de consumo de yodo en la tiroides. Se man­
tiene un tubo de detección cerca del área en que se encuentra
la glándula tiroides para detectar la radiación que procede del
yodo-131 que ésta ha consumido. El consumo de yodo es di­
rectamente proporcional a la actividad de la tiroides. Si el pa­
ciente tiene “tiroides hiperactiva”, se detecta un nivel mayor de
lo normal de yodo radiactivo, mientras que si tiene “tiroides
hipoactiva”, el valor que se obtendrá será bajo.
En caso de que el paciente tenga hipertiroidismo se inicia el tra­
tamiento para hacer más lenta la actividad de esta glándula. Un
tratamiento consiste en dar al paciente una dosis terapéutica de
yodo radiactivo que tiene una cuantificación de radiación más
alta que la dosis diagnosticada.
El yodo radiactivo pasa a la glándula tiroides y la radiación des­
truye parte de las células de la misma. Así, la glándula produce
menos hormonas tiroideas y se logra controlar la afección de
hipertiroidismo.
Figura 3.32
El yodo también se utiliza como desinfectante.
91
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Actividades complementarias
I.
Instrucciones: Completa el siguiente mapa conceptual.
MOdelo cuántico del átomo
Fue propuesto por
Se deriva de tres conceptos fundamentales
Estados estacionarios
de energía de Bohr
los cuales conducen a los
números cuánticos
n
que representa
92
m
que representa
que representa
El giro
del electrón
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Actividad de aprendizaje
Elaboración del modelo de los fullerenos
Procedimiento
Con la supervisión de tu maestro reúnete en equipos de 4 o 5 alumnos
y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y compárenlas con
las de otros equipos. Analicen y discutan las respuestas en las que
tengan dudas. Anoten sus conclusiones.
1. Mezclen un poco de agua con pan (o migajón) y formen bolitas de
dos tamaños diferentes (aproximadamente de 1 y 2 cm de diámetro). Agreguen un poco de pegamento para suavizar las esferas.
Elaboren cinco de 2 cm y 15 de 1 cm.
Introducción
2. Pinten de negro las bolitas más grandes (representan al átomo de
carbono) y las más pequeñas de rojo (representan al hidrógeno).
Los fullerenos son una familia de moléculas descubierta de manera
accidental en 1985 por los investigadores Harold W. Kroto, de la Universidad de Sussex en Inglaterra, y Richard E. Smalley y Robert F. Curl,
de la Universidad de Rice en Houston, EUA, mientras realizaban trabajos en astrofísica en busca de moléculas de carbono desconocidas. Por
ello, dichos investigadores recibieron el premio Nobel de Química en
1996.
3. Déjenlas secar perfectamente.
4. Armen sus diferentes estructuras de compuestos orgánicos,
uniendo las bolitas negras y las bolitas rojas según el compuesto
a formar.
Armen el modelo que presenta a continuación:
De apariencia espectacular, los fullerenos son moléculas de carbono
de estructura tridimensional cerrada, con diferentes números de átomos que van desde 28 hasta centenas e incluso millares.
El más excepcional de ellos es el carbono 60 (C60), pues tiene una
extraordinaria estabilidad y una estructura perfectamente ordenada
debido a sus 60 átomos de carbono, que le dan una forma esférica,
muy parecida a la de un balón de fútbol microscópico (por eso, también
algunos los llaman futbolenos), con 12 pentágonos y 20 hexáfonos
unidos, en cuyos vértices se sitúa cada átomo. Además, hay otros tipos
de fullerenos, el carbono 70 (C70) que tiene la forma parecida a la de
un balón de rugby, los carbonos C28, C32, C44, C45, C50, C56, C240, C540,
C960 y los tubulenos o nanotubos, entre otros.
Esta nueva familia de moléculas recibe su nombre del arquitecto estadounidense R. Buckminster Fuller, quien construyó domos geodésicos
de estructura similar a los fulerenos o futbolenos. Estas moléculas
pueden ser el origen de una nueva gama de materiales y compuestos
orgánicos, cuyas aplicaciones tendrían un impacto similar al que obtuvo en el siglo pasado el benceno (C6H6), base de materiales indispensables en la vida de la sociedad actual.
(Perspectiva volumétrica)
¿De qué color son los átomos de carbono e hidrógeno, respectivamente?
Propósito
Elaborar modelo atómico de los fullerenos.
Materiales
n
1 caja de palillos
n
Pegamento blanco
n
Pintura roja y negra
n
1 pan de caja o migajón
n
Agua
Comparen los compuestos orgánicos saturados (alcanos) que formaron con los de otros compañeros de clase.
Conclusiones:
93
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I. Relaciona ambas columnas escribiendo en el cuadro de la derecha la letra que conteste correctamente el enunciado..
a) Son compuestos formados por el mismo tipo de moléculas.
b) Son átomos del mismo elemento que tienen igual número de protones y electrones,
pero diferente número de neutrones.
c) Es la parte mínima de un elemento que no tiene carga eléctrica y participa en una reacción química.
d) Es la suma porcentual promedio de las masas de los isótopos más estables de un mismo elemento.
e) La suma de electrones y neutrones tienen solamente una fase.
f) Es el valor que señala el número de protones en un átomo.
g) Es la suma de protones y neutrones que tiene el núcleo de un átomo.
h) Postuló que el átomo tiene una carga positiva con los electrones incrustados, en forma de un
“budín de pasas”.
i) La forma del átomo es de una esfera compacta sin carga.
j) Explica que el átomo no es una partícula compacta, sino más bien es un espacio vacío en su
mayor parte.
k) Es el número de electrones que tiene un átomo.
l) Es la suma de protones y neutrones en el núcleo.
m) Estableció que la masa no es creada ni destruida sólo transformada.
Átomo
Número atómico
Peso o masa atómica
Número de masa
Isótopos
Modelo de Rutherford
Lavoisier
Thomson
Dalton
II.
Completa el siguiente cuadro utilizando para ello la tabla periódica de los elementos, en cada caso menciona un ejemplo que se relacione
en la práctica de la vida común.
Z = número atómico A = masa atómica p1 = protones n0 = neutrones e2 = electrones
Elemento
Símbolo
Z
A
p1
e2
46
82
Bromo
18
Tc
94
n0
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III. Instrucciones: De acuerdo con las siguientes configuraciones electrónicas, contesta lo que se pide a continuación. En el recuadro se te
piden los valores de los números cuánticos del electrón diferencial o de valencia y el símbolo del elemento, menciona la importancia que
tienen al ser utilizados de forma correcta y responsable en estudios y prácticas de carácter científico.
Configuración
electrónica
Electrón
diferencial
Periodo
Grupo
n
l
m
s
Elemento
[Ne10] 3s 2 3p 4
[Ar18] 4s 2 3d 5
[Xe54] 6s 2 4f 14 5d 2
[Rn86] 7s 2 5f 4
IV.
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la derecha.
1. Las cargas del electrón, protón y neutrón son, respectivamente:
a) 1, 2, 0
b) 1, 0, 2
c) 2, 0, 1
b) 2n 1 1
c) n 1 1
b) peso molecular
c) número de masa
b) peso molecular
c) número atómico
b) moles
c) iones
b) Bohr
c) Dalton
b) Hund
c) Pauling
(
)
(
)
(
)
(
)
d) Thomson
7. “Dos electrones en un mismo átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales,” corresponde al principio de:
a) Máxima multiplicidad
)
d) isótopos
6. El átomo está formado por un núcleo positivo, donde está concentrada toda la masa y los electrones se encuentran
girando en niveles de energía cuantificada. Es una descripción que hace referencia al modelo atómico de:
a) Rutherford
(
d) peso atómico
5. Los átomos que poseen el mismo número atómico pero diferente número de masa se conocen como:
a) moléculas
)
d) mol
4. La suma de protones y neutrones que existen en el núcleo de los átomos se conoce como:
a) número de masa
(
d) 2n 2 1
3. La suma de protones y neutrones se conoce como:
a) número atómico
)
d) 2, 1, 0
2. La expresión que nos permite calcular los posibles valores del número cuántico l es:
a) n 2 1
(
d) Heisenberg
95
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
8. Cuando el número cuántico l es igual a 2, significa que el electrón diferencial se encuentra en el subnivel:
a) p
b) f
c) s
b) calcio
c) aluminio
b) 32
c) 8
d) 14
V. Mediante la aplicación de la regla de edificación progresiva (regla de las diagonales), determina lo que se te pide a continuación:
56
26Fe
Nombre:
Número atómico:
Masa atómica:
Protones:
Neutrones:
Electrones:
Distribución electrónica:
Configuración electrónica utilizando el concepto de kernel:
Electrones de valencia:
Electrón diferencial:
Valores de los números cuánticos del electrón diferencial:
n=
l=
m=
s=
Grupo:
Periodo:
96
(
)
(
)
d) azufre
10. Número máximo de electrones que pueden encontrarse en el nivel n 5 2:
a) 18
)
d) d
9. 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p3 corresponde a la configuración electrónica del elemento:
a) fósforo
(
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VI.
Relaciona ambas columnas escribiendo en el cuadro de la izquierda la letra que conteste correctamente el enunciado:
Se considera la partícula más pequeña de un elemento que interviene en un fenómeno químico.
Nombre que se le da a un átomo o grupo atómico con carga eléctrica resultante de la pérdida o ganancia de electrones.
Establece que los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos.
Átomos de un mismo elemento con igual número atómico y diferente número de masa.
Partícula más pequeña de una sustancia pura que presenta sus propiedades y puede existir en libertad.
Indica el tipo de subnivel en el cual se localiza un electrón y se relaciona con la forma de la nube electrónica.
Propuso un modelo atómico en el cual una esfera cargada de electricidad positiva contenía las cargas negativas,
uniformemente distribuidas como están las pasas en un budín.
Se relaciona con las orientaciones espaciales de los orbitales que resultan cuando un átomo es sometido a un
campo magnético.
Postuló que los electrones existen en ciertos niveles permitidos de energía, o estados estacionarios, que corresponden
a órbitas circulares definidas.
Se le puede definir como la región espacial ocupada por electrones de energía aproximadamente igual.
a) Dalton
b) Bohr
c) Thomson
d) Rutherford
e) Ion
f) n
g) Isótopos
h) Molécula
i) m
j) Átomo
k) I
l) s
VII. Escribe sobre la línea el símbolo n, l, m o s, según corresponda a cada enunciado:
1. Parámetro cuántico que representa la orientación magnética de los orbitales:
2. Determina el nivel de energía donde se encuentran los elementos diferenciales:
3. Adquiere valores de 1 12 y 2 12 :
4. Parámetro que determina el tipo de orbital ocupado por el electrón diferencial:
5. Parámetro cuántico con valores de 23, 22, 21, 0, 11, 12, 13:
6. Adquiere valores desde 1 hasta 7:
7. Parámetro cuántico con valores de 0, 1, 2, 3:
8. Representa el giro del electrón:
97
3
BLOQUE
Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar la Actividad de aprendizaje, página 82. Objeto de aprendizaje 3.3. Configuraciones electrónicas y los números cuánticos.
Nombre del estudiante:
Desempeños
1. Utiliza correctamente la tabla periódica como instrumento para realizar la actividad.
2. Determina la configuración electrónica y el diagrama energético de los cinco elementos propuestos.
3. Realiza correctamente el proceso solicitado.
4. Explica con claridad cómo realizó la distribución electrónica de los elementos.
5. Le fue fácil entender la actividad de acuerdo con los recursos que utilizó.
6. Los ejemplos que se presentan le ayudaron a realizar la actividad.
7. Logró alcanzar los aprendizajes esperados.
8. Mostró interés durante la actividad.
9.La actividad le permitió desarrollar alguna competencia.
10. Pudo contextualizar su aprendizaje en situaciones de su vida cotidiana.
Comentarios generales:
98
Fecha:
¿Logrado?
Sí
No
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Rúbrica
Rúbrica para evaluar la opinión escrita del estudiante sobre las lecturas de las páginas 84 y 91.
Nombre del estudiante:
Nombre del docente:
Grupo:
Fecha:
Valor
Criterio
3 puntos
2 puntos
Pone sus datos generales (nombre,
matrícula, nombre del profesor(a),
nombre de la asignatura, grupo,
turno y fecha).
Tiene datos como: nombre,
matrícula, nombre del profesor(a) y
nombre de la asignatura.
Indica su nombre, grupo y
asignatura.
No tiene ningún error de ortografía,
de acentuación, ni de puntuación,
está escrito correctamente.
Se observan pocos errores, son
de ortografía, acentuación o de
puntuación, el escrito es aceptable.
Se notan varios errores
ortográficos, de acentuación y
puntuación, el escrito no es muy
bueno.
Su letra es clara y entendible.
Varía el estilo de letra, no es del
todo clara.
Su letra es difícil de entender.
Ocupa una cuartilla, tal y como se
establece en la actividad.
Ocupa una cuartilla y media.
Es muy extensa, su opinión ocupa
dos cuartillas.
Organiza adecuadamente
la información y señala su
importancia en un contexto real.
Trata de ordenar la información
y menciona su importancia, en
general lo contextualiza en la vida
cotidiana.
No está organizada, ni
contextualizada a situaciones
reales.
Aspecto a evaluar
Presentación
Desempeño
Muestra un claro análisis y reflexión Analiza la información, pero se le
sobre el contenido de la lectura.
dificulta reflexionar al respecto.
1 punto
Muestra dificultad en analizar y
reflexionar sobre el contenido de la
lectura.
Muestra buena comprensión del
contenido de la lectura, profundiza
y se basa en detalles.
Su comprensión es básica,
Comprende gran parte de la
no profundiza ni especifica la
lectura, describe lo más que puede.
información.
Identifica todas las ideas
principales y relevantes al tema.
Reconoce en gran medida las ideas
principales, aunque algunas son un
tanto irrelevantes.
Relaciona la información con
ejemplos de diversos contextos
culturales.
Señala ejemplos de diversos
contextos, pero no todos están
relacionados con la información
que plasma.
Explica la información, pero no
proporciona ejemplos de ningún
tipo.
Integra conclusiones claras,
congruentes y acordes al contenido
y a lo solicitado.
Menciona conclusiones de manera
general, son un poco confusas.
Emite conclusiones de forma
básica, no las relacionan del todo
con el tema.
Contenido
Total
Registra ideas básicas, la
información no es sobresaliente.
Puntos obtenidos
99
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
8 horas
Objetos de
aprendizaje
4.1 Elementos
químicos
(Grupo,
periodo,
bloque)
4.2 Propiedades
periódicas
y su variación
en la tabla
periódica
4.3 Utilidad
e importancia
de los metales
y no metales
para la vida
socioeconómica
del país
y el mundo
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad
y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología
en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea
las hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
n
n
n
n
n
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento
con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza
y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos
o modelos científicos.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el paréntesis de la izquierda.
( )
Las propiedades de los elementos en función periódica de sus pesos atómicos
fueron dados a conocer por:
a) Newlands y Döbereiner
b) Mendeléiev y Meyer
c) Lavoisier
d) Moseley
( ) Los elementos más electronegativos son:
a) K, Sr, Bi
b) Ca, Mg, Be
( ) La Ley de las octavas fue formulada por:
a) Meyer
b) Mendeléiev
c) Fr, Cs, Ba
d) F, O, Cl
c) Döbereiner
d) Newlands
( )
Es la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo
de un átomo:
a) electronegatividad
b) radio atómico
c) afinidad electrónica
d) radio iónico
( )
Se define como la energía liberada cuando un átomo gaseoso recibe
un electrón para formar un ion negativo gaseoso:
a) electronegatividad
b) afinidad electrónica
c) cinética
d) potencial
( )
La configuración electrónica 1s2 2s 2 2px1 2p y1 2p z1 corresponde a un elemento
que se encuentra en la:
a) familia IA, periodo 2
b) familia VA, periodo 2
c) familia IIIA, periodo 2
d) familia VA, periodo 3
( ) Conjunto de elementos dispuestos en líneas horizontales en la tabla periódica:
a) grupo
b) periodo
c) familia
d) clase
Familia de elementos de la tabla periódica que se caracteriza por ser
( ) formadores de sales:
a) IA
( )
b) VIIA
c) VIIIA
d) IIA
Es la representación ordenada de los elementos que permite visualizar
y predecir cómo varían sus propiedades físicas y químicas:
a) grupo
b) periodo
c) bloque
d) tabla periódica
Desempeños por alcanzar
n
n
n
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales
en los ámbitos local, nacional e internacional.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas
y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto
y largo plazo con relación al ambiente.
n
n
n
n
n
n
Describe el proceso histórico de la construcción de la tabla periódica.
Utiliza la tabla periódica para obtener información de los elementos
químicos.
Comprueba, de manera experimental, las propiedades físicas
y químicas de algunos elementos químicos.
Ubica a los elementos químicos en la tabla periódica a través
de la interpretación de su configuración electrónica.
Identifica aplicaciones de metales, no metales y minerales
en el quehacer humano y en el suyo propio.
Reconoce la importancia socioeconómica de la producción de metales
y no metales en nuestro país y el mundo.
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Situación didáctica
¿Cuál será el impacto de los nuevos
materiales en la sociedad?
La sociedad actualmente es muy exigente en cuanto a la calidad
de vida que desea tener: más comodidad, mejores alimentos, ropa,
artículos electrodomésticos, aparatos electrónicos, computadora, auto, perfumes, casa, jardines, etc. Esto se consigue a través de
un esfuerzo sostenido con respecto a una superación personal o
familiar. Asimismo, las personas buscan calidad en la educación y
practican algún deporte o pasatiempo. Los científicos, pendientes
de descubrir nuevos materiales, usan de manera combinada a las
disciplinas científicas: electrónica, computación, robótica, química, física, telecomunicaciones, construcción, etc. Como resultado,
se ven inmersas en un universo fabricado a partir de materiales
de naturaleza metálica, polimérica, cerámica y todas sus posibles
combinaciones. Estos materiales sustentan nuestro presente bienestar y hacen factible nuestro progreso futuro.
¿Cómo lo resolverías?
nueva tecnología (desde el tren de alta velocidad a las pequeñas
baterías de nuestros teléfonos móviles, pasando por los implantes
quirúrgicos) necesita el desarrollo de un conjunto amplio de materiales con propiedades muy específicas, los cuales modelarán el
bienestar y progreso de los ciudadanos en las próximas décadas, al
igual que ocurrió con los plásticos y semiconductores de los años
50. Sin el concurso de dichos materiales estas tecnologías no podrían ser operativas.
Los científicos han desarrollado nuevos materiales (cerámicos, poliméricos, magnéticos), así como sus aplicaciones más relevantes,
como en nanotecnología, medicina, energía, medio ambiente y láseres de estado sólido. Entre las técnicas de caracterización de estos
materiales se encuentra la radiación de sincrotrón.
Han sido tan importantes los materiales en la vida del hombre que
los historiadores han clasificado las primeras edades de la humanidad, según los materiales utilizados; así han surgido las edades de
Piedra, del Bronce y del Hierro.
Podemos afirmar que en los albores del siglo xxi nos encontramos
al comienzo de una nueva etapa marcada por el devenir de los nuevos materiales.
No es difícil imaginar el impacto que la investigación en nuevos materiales va a tener en el próximo futuro en la sociedad actual. Toda
Secuencia didáctica
¿Qué tienes que hacer?
A continuación se lista una serie de preguntas que te ayudarán a
contestar la problemática de la pregunta central. Es importante que
reflexiones, seas claro y objetivo para que esta experiencia sea útil
al reconocer tus debilidades para superarlas así como tus fortalezas
para beneficiarte de ellas.
1. Escribe un informe de una cuartilla que incluya cinco ventajas
y cinco desventajas de vivir en un mundo tecnológicamente
más avanzado y globalizado por las tecnologías de información y comunicación en relación con la calidad de vida que se
tiene por los nuevos materiales descubiertos.
2. Utiliza estas preguntas para orientar tu escrito.
a) ¿Qué sería mejor para ti, dormir en una cama de piedra o
en una de madera o metal y su colchón de poliuretano?
b) ¿Qué prefieres, ver la TV a colores o en blanco y negro?
102
c) ¿Te gustaría usar ropa que no se lave o planche?
d) ¿Qué prefieres, escuchar a tu artista favorito en un iPod o
en un reproductor MP3?
Grupo Editorial Patria®
i) ¿Te aburren programas de TV que no presentan calidad
en su transmisión o fallas de recepción y transmisión?
e) ¿Qué tipo de alimentos prefieres, los preparados en casa o
los de comida rápida?
f ) ¿De qué manera cambiaría tu vida diaria si no tuvieras internet, TV, radio, cine, teléfono celular, iPod?
j) ¿Qué otros descubrimientos faltan por hacer en la sociedad actual? ¿Como cuáles? Enúncialos.
g) ¿Te gusta estar bien informado? ¿Por qué? ¿A través de qué
medio? ¿Cuál prefieres?
k) ¿Te gustaría viajar de una manera diferente a las establecidas actualmente? ¿Cuál?
h) ¿Al transportarte de un lugar a otro, qué medio prefieres?
¿Por qué?
Rúbrica
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos de este
bloque realiza lo siguiente.
n
n
n
n
Menciona cinco nuevos materiales usados en la actualidad y
su aplicación.
Con la dirección del profesor organicen un debate sobre el
impacto de los nuevos materiales en la sociedad.
Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus
respuestas en plenaria y analicen las formas de contestar la
pregunta central.
¿Cómo se llamaría la sociedad actual de acuerdo con el material más utilizado? Justifica tu respuesta.
n
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
¿Los nuevos materiales favorecen o perjudican el desarrollo
sustentable del país? ¿Cómo?
Autoevaluación
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
n
¿Puedo distinguir claramente entre un material moderno y
uno antiguo? ¿Cómo?
n
n
Establezcan las conclusiones correspondientes.
Elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus reflexiones sobre esta actividad.
103
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
4.1 Elementos químicos
(Grupo, periodo, bloque)
La clasificación es una forma útil e importante de sistematizar el
conocimiento. La tabla periódica es uno de los medios que permite la organización del conocimiento químico. Se dice que la tabla
periódica es tan importante para los químicos como un buen mapa
para el viajero. La tabla es una representación de la ordenación de
los elementos que permite visualizar y predecir la forma en que varían sus propiedades físicas y químicas. De acuerdo con lo anterior,
es posible estudiar de manera sistemática cómo varían las propiedades, dependiendo de la posición que ocupan los elementos en la
tabla y, al mismo tiempo, facilita entender, recordar y vaticinar las
similitudes y diferencias entre los elementos.
A lo largo de la historia había un desorden con respecto a los elementos descubiertos. Hay un curioso paralelismo en el siglo xix
entre las historias de la química orgánica y de la inorgánica: hubo
una proliferación en el número de compuestos orgánicos y el número de elementos. Kekulé, con sus fórmulas estructurales ayudó
a poner orden. También se ordenó el mundo de los elementos, y al
menos parte del mérito de ambos cambios se debió a una reunión
internacional de químicos. A comienzos de ese siglo (xix) se descubrieron nuevos elementos, además de los nueve conocidos por
los antiguos y los cuatro estudiados por los alquimistas medievales
(agua, aire, tierra y fuego, ya comentados en un bloque anterior). Los
elementos gaseosos, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y cloro, habían
sido descubiertos. Y lo mismo los metales: cobalto, platino, níquel,
manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y cromo.
En la primera década del siglo xix (6 de octubre de 1807), Davy
hizo pasar una corriente a través de potasa fundida (carbonato de
potasio) y liberó pequeños glóbulos de un metal que inmediatamente llamó potasio. Una semana después, él mismo aisló el sodio
del carbonato de sodio y en 1808 también aisló el magnesio, estroncio, bario y calcio. Mostró que el gas verdoso que Scheele había descubierto era el cloro, vocablo que en griego significa verde. También
en esta época se descubrieron los metales cobalto, platino, níquel,
manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y cromo.
En la primera década del siglo xix se añadieron a la lista no menos
de 14 elementos. Gay-Lussac y Thénard aislaron el boro; Wollaston, el paladio y el rodio, mientras que Berzelius el cerio.
El químico inglés Smithson Tennant (1761-1815) descubrió el
osmio y el iridio. Otro químico inglés, Charles Hatchett (17651847) aisló el niobio; por su parte, el químico sueco Anders Gustaf
Ekeberg (1767-1813) descubrió el tántalo.
El impulso en las décadas sucesivas no fue tan fuerte, pero el número de elementos continuó en aumento. Berzelius, por ejemplo,
descubrió cuatro elementos más: selenio, silicio, circonio y torio.
Asimismo, Louis Nicolas Vauquelin, en 1797, descubrió el berilio.
104
Hacia 1830 se conocían 55 elementos diferentes, un buen paso
desde los cuatro elementos de la antigua teoría. De hecho, el número era demasiado grande para no inquietar a los químicos. Los
elementos variaban extensamente en sus propiedades, y parecía
existir poco orden entre ellos. ¿Por qué había tantos? Y ¿cuántos
más quedaban todavía por descubrir? ¿Diez? ¿Cien? ¿Mil? ¿Un número infinito?
Era tentador buscar un orden en el conjunto de los elementos ya
conocidos. El primero en captar un orden fue el químico alemán
Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849). En 1829 observó
que el elemento bromo, descubierto tres años antes por el químico francés Antoine Jeróme Balard (1802-1876), parecía tener
propiedades que estaban justo a la mitad del camino entre las del
cloro y las del yodo. Es decir que varios grupos de tres elementos, a los cuales llamó tríadas, poseían propiedades parecidas en
las cuales el peso atómico del elemento intermedio o central tenía
un peso atómico que era casi el promedio aritmético de los pesos
atómicos de los otros dos. Por ejemplo:
Li
Na
K
Ca
Sr
Ba
Cl
Br
I
7
23
39
40
88
137
35
80
126
En 1850 Pattenköfer demostró que el peso atómico de los elementos semejantes difiere por múltiplos enteros de ocho:
Li Na
K
Mg Ca
Sr
O
S
Se
23
39
24
88
16
32
80 128
7
16
16
40
16
48
16
48
Te
48
En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands
(1837-1898) clasificó los elementos conocidos según sus pesos
atómicos crecientes, y observó que esta ordenación también colocaba las propiedades de los elementos en un orden, al disponer los
elementos en columnas verticales de siete, los que eran semejantes
tendían a quedar en la misma fila horizontal. Así, el potasio quedó
cerca del sodio, pues es muy semejante a él; el selenio quedó en la
misma línea que el azufre, pues es muy parecido; el calcio se ubicó
próximo al magnesio, y así sucesivamente. Y en efecto, las tres tríadas de Döbereiner se hallaban en dichas filas.
Newlands llamó a esto ley de las octavas (en música, siete notas forman una octava, en donde la octava nota tiene una frecuencia del
doble de la primera).
Dos años antes el geólogo francés Alexandre Emile Beguyer de
Chancourtois (1820-1886) también había ordenado los elementos según su peso atómico creciente, y los había distribuido en una
especie de gráfico cilíndrico, llamado hélice o tornillo de Chan-
Grupo Editorial Patria®
Figura 4.2
Los alquimistas, grandes
precursores de la química moderna.
Figura 4.1
Hélice de Chancourtois.
courtois y dividió cada circunferencia en 16 subdivisiones. Encontró que los elementos que difieren de otros por 16 unidades o sus
múltiplos en peso atómico, poseen un comportamiento semejante
y concluyó que las propiedades de los elementos son las propiedades de los números. También aquí los elementos semejantes tendían a coincidir en columnas verticales.
La ley periódica surgió en forma empírica antes de que se conocieran sus verdaderos fundamentos. Sus descubridores y antecesores
nada sabían de electrones, protones, neutrones, número atómico y
menos aún, de estructura atómica. No obstante, tanto la ley como
el sistema por ella conformados, fueron de gran valor para el desarrollo de la Química a fines del siglo xix.
La tabla periódica de Mendeléiev
(conocida como Tabla corta)
La preponderancia que adquirió Mendeléiev en los estudios sobre la ley periódica se debe a que al hacer sus audaces predicciones,
el gran sabio ruso no aplicó únicamente el método inductivo como
lo hicieron sus antecesores y el propio Meyer, sino que empleó
también el método deductivo.
El químico ruso Dimitri Ivánovich Mendeléiev (1834-1907) es
reconocido como el investigador que puso orden en la selva de los
elementos. En 1869, él y el químico alemán Julius Lothar Meyer
(1830-1895), descubrieron y propusieron en forma independien-
Figura 4.3
Dimitri I. Mendeléiev.
te tablas de los elementos que, esencialmente, se regían por las ideas
de Chancourtois y Newlands. Observaron que las propiedades de
los elementos se acomodan en orden de aumento de sus pesos
atómicos. La tabla de Meyer se basa en las propiedades físicas de
los elementos, en tanto que la de Mendeléiev en sus propiedades
químicas.
Estos dos eminentes científicos postularon la clasificación no
como un simple sistema para organización, sino como una “ley de
la naturaleza”, extraordinaria generalización que resume no sólo el
comportamiento conocido, sino que también se puede extrapolar
para predecir el comportamiento de elementos que aún eran desconocidos.
Meyer y Mendeléiev sostuvieron una larga batalla sobre la prioridad en el descubrimiento del sistema periódico. La primera tabla publicada por Mendeléiev se dio a conocer en abril de 1869.
Meyer publicó la suya en diciembre del mismo año; la que hizo en
1868 no la dio a conocer por considerarla imperfecta.
El éxito de Mendeléiev se debió al acierto de dejar espacios vacíos
en su tabla, para elementos desconocidos en su tiempo y la facilidad con la cual los gases nobles encajaron en ella cuando fueron
descubiertos posteriormente.
En 1906 Mendeléiev escribió: Ni de Chancourtois, al que los franceses atribuyen la prioridad en el descubrimiento de la ley periódica;
ni Newlands, para quien este derecho recaban los ingleses; ni Meyer,
al que otros han citado como el fundador de la ley periódica, se han
arriesgado a anticipar las propiedades de elementos no descubiertos, a
cambiar los “pesos atómicos aceptados” ni a considerar en absoluto la
ley de periodicidad como una ley nueva, rigurosamente establecida, de
la naturaleza, capaz de abarcar todos los hechos hasta ahora no generalizados, como yo lo he hecho desde el comienzo mismo (1869).
105
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Tabla periódica “corta” de Mendeléiev
Grupo
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Óxidos e
hidruros
Serie
R2O
------
RO
------
R2O3
------
RO2
H4R
R2O5
H3R
RO3
H2R
R2O7
HR
RO4
------
1
2
H(1)
Li(7)
Be(9.4)
3
4
Na(23)
K(39)
Rb(85)
Ag(108)
9
10
---
11
12
-----
Au(199)
---
Zr(90)
?Di(138)
---
Hg(200)
---
Tl(204)
---
Mendeléiev es reconocido por la ciencia porque tuvo el valor y la
confianza de llevar sus ideas más allá que otros. En la primera tabla
periódica de Mendeléiev aparecen interrogaciones frente a los símbolos de los elementos cuyos pesos atómicos consideró inexactos,
los que rectificó posteriormente.
Los elementos similares se colocan en columnas verticales, llamadas grupos. Los miembros de cada grupo tienen en común la
composición de sus óxidos. Los del grupo I forman óxidos de fórmula R2O, los del II, RO, los del III, R2O3, etc., donde R representa
el elemento de ese grupo y O el oxígeno.
Las filas horizontales de los elementos, que él llamó series, se denominan actualmente periodos. Dicho ordenamiento tiene varias
ventajas, entre las que se pueden señalar las siguientes:
n
106
---
Ta(182)
El número del grupo (excepto para el grupo VIII) proporciona el estado de valencia más alto que es posible para los elementos.
---
W(184)
n
n
Ni(59), Cu(63)
I (127)
Ru(104), Rh(104),
Pd(106), Ag(108)
--Os(195), lr(197),
Pt(198), Au(199)
-----
U(240)
Br(80)
-----
Bi(208)
Fe(56), Co(59)
–100
Te(125)
---
Pb(207)
Th(231)
Sc(78)
Sb(122)
---
Cl(35.5)
Mn(55)
Mo(96)
---
?La(180)
S(32)
As(75)
Sn(118)
F(19)
Cr(52)
Nb(94)
?Ce(140)
?Er(178)
Pb(31)
-(72)
In(113)
O(16)
V(51)
-(68)
Cd(112)
---
Si(28)
Ti(48)
?Yt(88)
Ba(137)
N(14)
Al(27.3)
Zn(659
Sr(87)
Cs(133)
C(12)
-(44)
Cu(63)
7
8
Mg(24)
Ca(40)
5
6
B(11)
-----
Un cambio brusco de los halógenos (grupo VII A), que se
caracterizan por ser electronegativos en relación con los metales alcalinos (grupo IA), indujo a Mendeléiev a la predicción
de la existencia de los elementos inertes con valencia, ya sea de
ocho o de cero.
A partir de las posiciones de los huecos en la tabla, Mendeléiev predijo las propiedades de los elementos faltantes. Así
por ejemplo, al elemento que según Mendeléiev faltaba en
el grupo IV de su tabla lo llamó eka-silicio (eka, en sánscrito significa primero), primer elemento debajo del silicio en el
mismo grupo.
En la siguiente tabla se muestran las propiedades del eka-silicio
predichas por Mendeléiev con las del elemento germanio, que fue
aislado 15 años después, por el químico alemán C. Winkler.
El descubrimiento del galio (del latín gallium, Francia) en 1875
realizado por Lecoq de Boisbaudran; del escandio (por Escandi-
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Propiedades predichas
por Mendeléiev para el
eka-silicio (Es)
1. El peso atómico tiene que ser la
media aritmética de los cuatro
elementos análogos: Si, Sn, Se,
Zn; es decir, ¼ (28.5 + 119 +
65.37 + 79.2 ) = 73
Propiedades del germanio,
Ge, descubierto por
Winkler
n
n
1. Peso atómico: 72.60
2. El peso específico deducido en
forma similar al peso atómico será: 2. Peso específico: 5.469 a 20 °C
5.5
3. El volumen atómico debe estar
comprendido entre el del Si (13)
y el del Sn (16), pero no debe
exceder mucho de 13
3. Volumen atómico: 13.1
4. Alto punto de fusión
4. Punto de fusión: 958 °C
5. Se obtendrá de K2 EsF6
5. Se obtiene de K2 GeF6
6. Poco soluble en HCI
6. No se disuelve en HCI
7. Formará EsO2
7. Forma un óxido (GeO2)
Aunque los elementos adyacentes se colocan en grupos contiguos, el grupo viii incluye tres elementos consecutivos, hierro,
cobalto y níquel, en el cuarto periodo; rutenio, rodio y paladio
en el sexto; y osmio, iridio y platino, en el décimo periodo.
No obstante que el número de grupo indica el estado de valencia máximo de los elementos (salvo para el rutenio y el osmio) ninguno de los otros elementos del grupo viii muestra
una valencia de ocho. Es más, una valencia de ocho no puede
explicarse con base en la ganancia, pérdida y compartición de
electrones durante la formación de enlaces.
El cuadro nos muestra que las predicciones de Mendeléiev estaban
bastante correctas.
A continuación se muestra el arreglo de los elementos hecho por
Mendeléiev como se publicó en 1869.
Tabla de Mendeléiev (1869)
8. Densidad de EsO2= 4.7 g/cm3
navia) por J. L. Nilson en 1879 y del germanio (de Germania) en
1886 que poseen propiedades semejantes a las que predijo Mendeléiev, y el de los gases inertes, que tienen pesos atómicos entre
los de los halógenos y los metales alcalinos, confirmó la validez de
la tabla de Mendeléiev.
A pesar de sus ventajas, esta tabla tiene algunas limitaciones, por
ejemplo:
n
n
El orden de los elementos, de acuerdo con sus pesos atómicos,
se invirtió en algunos casos con el fin de permitir la colocación de los elementos en los grupos apropiados. Así el yodo
(I = 127) se colocó después del telurio (Te = 128); el potasio
(K = 39), después del argón (Ar = 40) y el níquel (Ni = 58),
después del cobalto (Co = 59).
No se ofrece ningún lugar para los isótopos (átomos del mismo elemento con masa diferente) en los diferentes grupos.
Actividad de aprendizaje
(
H=1
) Dio a conocer que las propiedades de los elementos eran función periódica de sus pesos atómicos.
a) Newlands y Döbereiner
b) Mendeléiev y Meyer
c) Lavoisier
d) Moseley
Li = 7
Ti = 50
Zr = 90
? = 180
V = 51
Nb = 94
Ta = 182
Cr = 52
Mo = 96
W = 186
Mn = 55
Rh = 104.4
Pt = 197.4
Fe = 56
Ru = 104.4
Ir = 198
Ni = Co = 59
Pt = 106.6
Os = 199
Cu = 63.4
Ag = 108
Hg = 200
Be = 9.4
Mg = 24
Zn = 65.2
Cd = 112
B = 11
Al = 27.4
? = 68
Ur = 116
C = 12
Si = 28
? = 70
Sn = 118
N = 14
P = 31
As = 75
Sb = 122
O = 16
S = 32
Sc = 79.4
Te = 128?
F = 19
Cl = 35.5
Br = 80
I = 127
Na = 23
K = 39
Rb = 85.4
Cs = 133
Tl = 204
Ca = 40
Sr = 87.4
Ba = 137
Pb = 207
?= 45
Ce = 92
?Er = 56
La = 94
? = 60
Di = 95
?In = 75.6
Th = 118?
Au = 197?
Bi = 210
107
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
La ley periódica de Mendeléiev establecía que las propiedades de
los elementos son una función periódica de sus masas o pesos atómicos
crecientes.
Los números atómicos de los elementos en controversia son: Ar =
18, K = 19, Co = 27, Ni = 28, Te = 52 y I = 53.
Por primera vez fue posible predecir el número de elementos que
faltaban por descubrir. En 1913, los números atómicos del 1 al 92
estaban ocupados por elementos conocidos, excepto los números: 43, 61, 72, 75, 85, 87 y 91. En 1917 se descubrió el de número
atómico 91 (protactinio), en 1923 el de número 72 (hafnio) y en
1925, el 75 (renio). Hacia la década de 1930 se reportaron los cuatro
restantes: 43 (tecnecio), 61 (prometio), 85 (astato) y 87 (francio).
Tabla periódica moderna
Como se mencionó en párrafos anteriores se tenían algunos problemas con la tabla de Mendeléiev. Tuvieron que pasar 50 años
para que se diera un paso fundamental en la clasificación de los
elementos, la asignación de un número esencial a cada elemento
denominado número atómico.
El número atómico siempre se expresa en números enteros, mientras que los valores del peso atómico no.
En 1911, el físico inglés C. G. Barkia (premio Nobel de Física), descubrió que cuando los rayos X se dispersaban al atravesar un metal,
dichos rayos, refractados, tenían un sensible poder de penetración
que dependía de la naturaleza del metal. En otras palabras, que cada
elemento daba lugar a una serie de rayos X característicos.
Una nueva expresión de la ley periódica surgió cuando el físico
danés Niels Bohr (premio Nobel de Física en 1922) propuso un
sistema de clasificación basado en la distribución de los electrones
(configuración electrónica) en los elementos, de acuerdo con su
modelo atómico. La relación entre el comportamiento químico y
la estructura atómica se integran de manera sorprendente en esta
clasificación.
Con base en estos estudios, el físico inglés Henry G. Moseley
(1887-1915), usando un espectrómetro de rayos X, obtuvo los
espectros de 38 elementos diferentes. En ellos identificó líneas pertenecientes a las series K.
Ubicación y clasificación
de los elementos
Con el descubrimiento de los rayos X, Moseley demostró que en
el núcleo se encuentran las cargas positivas (protones), que constan de números enteros que coinciden con su número atómico.
Por tanto, se puede enunciar la ley periódica de la siguiente manera: Las propiedades de los elementos y de sus compuestos son
una función periódica del núcleo atómico.
El número atómico de un elemento químico nos indica el número de protones contenidos en el núcleo, que es igual al número de
electrones que giran alrededor del mismo. Por tanto, la tabla periódica moderna permite agruparlos de acuerdo con su configuración
electrónica.
Si se sigue la secuencia en el incremento del número atómico, la
inversión en el orden de los elementos yodo-telurio, potasio-argón,
níquel-cobalto en la tabla de Mendeléiev es totalmente innecesaria.
Para los elementos de Z = 1 a Z = 10, se tienen las configuraciones
electrónicas siguientes:
Elemento
108
Configuración electrónica
Símbolo
Núm. atómico (Z)
Forma A
H
1
1s
He
2
2s
Li
2p
Forma B
Forma C
1s 2
1s 2
[He]
3
1s 22s 1
[He]2s 1
Be
4
1s 22s 2
[He]2s 2
B
5
1s 22s 22p 1
[He]2s 22p1
C
6
1s 22s 22p 2
[He]2s 22p 2
N
7
1s 22s 22p 3
[He]2s 22p 3
O
8
1s 22s 22p4
[He]2s 22p 4
F
9
1s 22s 22p 5
[He]2s 22p 5
Ne
10
1s 22s 22p 6
[Ne]
Grupo Editorial Patria®
Actividad de aprendizaje
(
) Los elementos en la clasificación periódica se agrupan en
orden creciente de su:
a) masa atómica
b) masa molecular
c) número atómico
d) peso atómico
La configuración del hidrógeno (Z = 1), es 1s1. La del helio (Z = 2),
es 1s2; el tercer elemento, litio (Z = 3), es 1s2 2s1 (tiene dos electrones
en el subnivel 1s y un electrón en el subnivel 2s). El litio es similar
al hidrógeno en que sólo tiene un electrón en su subnivel externo.
Por tanto, lo colocaremos en la misma columna que el hidrógeno.
El próximo elemento, el berilio (Z = 4), tiene dos electrones en el
subnivel 1s y dos electrones en el subnivel 2s. Por ello, podría pertenecer a la misma columna del helio. Sin embargo, los dos electrones que están en la capa exterior del helio llenan ese nivel.
Los dos electrones en el subnivel 2s del berilio, no llenan el segundo nivel, ya que también hay subnivel p. El boro (Z = 5) tiene una
configuración: 1s2 2s2 2p1, y encabeza una nueva columna. Le siguen el carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor.
Se hace lo mismo con los elementos de transición, los lantánidos
y los actínidos. A través de un periodo se van llenando, en forma
consecutiva, las subcapas s y p de los periodos 2 y 3; s, d y p en
los periodos 3 y 4, y las subcapas s, d, f y p en los periodos 6 y 7.
Sin embargo, es necesario resaltar que el primer periodo contiene
sólo dos elementos, el hidrógeno y el helio (como ya se mencionó), cuyas posiciones presentan problemas. El primero pertenece
electrónicamente al grupo IA, pero químicamente no tiene congéneres; el segundo pertenece electrónicamente al grupo IIA,
pero químicamente corresponde al grupo de los gases nobles.
Los elementos de transición tienen la característica de poseer electrones en la subcapa d. Por ejemplo, el escandio (Z = 21) tiene un
electrón en 3d, el titanio (Z = 22), posee dos electrones en 3d, el
vanadio (Z = 23) tres electrones, hasta llegar al cinc (Z = 30) que
tiene 10 electrones. Este último completa la subcapa 3d.
Los elementos de transición interna: los lantánidos y los actínidos,
se caracterizan por tener electrones en la subcapa f.
Se comprueba que el gas noble con su configuración completa cierra el periodo. Después del gas noble se inicia un nuevo periodo,
empieza el llenado de otra capa. El gas neón [He] 2s2 2p6 completa
la capa 2 y termina el periodo 2; el elemento sodio [He] 3s1 inicia
el periodo 3 y el argón [Ne] 3s2 3p6 finaliza el llenado de la capa
3, y así sucesivamente. Al examinar las familias representativas, se
ve que la suma del número de electrones que se acomodan en las
últimas subcapas s y p concuerda con el número romano que encabeza la familia, como se muestra con las familias de los metales
alcalinotérreos y los halógenos.
Metales alcalinotérreos
Familia IIA
Configuración
4Be
[He] 2s 2
12Mg
[Ne] 3s 2
20Ca
[Ar] 4s 2
38Sr
[Kr] 5s 2
56Ba
[Xe] 6s 2
88Ra
[Ra] 7s 2
Halógenos
Familia VIIA
Configuración
gF
[He] 2s 2 2p 5
17Cl
[Ne] 3s 2 3p 5
35Br
[Ar] 3d 10 4s 2 4p 5
53l
[Kr] 4d 10 5s 2 5p 5
85At
[Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
109
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
1s 1
1s 22s 22p 63s 1
1s 22s 22p 63s 23p 64s 23d 1
1s 2
1s 22s 22p 63s 23p 64s 1
1s 22s 1
1s 22s 22p 63s 23p 64s 23d 1
1s 22s 2
1s 22s 22p 2
1s 22s 22p 1
1s 22s 22p 3
1s 22s 22p 4
1s 22s 22p 5
1s 22s 22p 6
Figura 4.4
Construcción de la tabla periódica moderna.
110
Figura 4.5
Tabla periódica moderna de los elementos químicos.
Grupo Editorial Patria®
111
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
p
s
1s
2s 2p
d
3s3p
4s3d 4p
5s4d5p
6s4f 5d 6p
7s5f 6d 7p
f
4f
5f
Figura 4.6
Tabla periódica de los elementos representativos y de transición.
área s
área p
s1
s2
p1
p2
p3
p4
p5
p6
área d
d1
d2
d3
f1
Figura 4.7
Áreas o bloques de la tabla periódica moderna.
112
d4
f2
d5
f3
d6
f4
s2
d7
f5
d8
f6
d9
f7
d 10
f8
área f
f9
f 10 f 11 f 12 f 13 f 14
Grupo Editorial Patria®
Figura 4.8
Tabla periódica moderna. Los números atómicos de los elementos por descubrir están encerrados entre paréntesis.
La configuración de las familias se representa, en forma general:
Familia
Configuración externa
De acuerdo con el modelo de Bohr, los elementos son de tres tipos
principales:
n
(1)
ns 1
n
IIA
(2)
ns
2
n
IIIA
(13)
ns 2 np 1
IA
2
2
IVA
(14)
ns np
VA
(15)
ns 2 np 3
VIA
(16)
ns 2 np 4
VIIA
(17)
ns 2 np 5
VIII o 0
(18)
ns 2 np 6
Elementos representativos, en los que se llenan las subcapas
s y p.
Elementos de transición con electrones en las subcapas d.
Lantánidos y actínidos que poseen electrones en las subcapas f.
Este criterio da lugar al diagrama de bloques en el que se muestran
los orbitales que se llenan en una forma simplificada.
Lo más importante de cualquier instrumento científico es la utilidad que proporcione; así, en el caso de la tabla periódica, lo más
importante es saberla utilizar. Por ejemplo, en el sodio Z = 11,
Na = Ne 3s1, nos indica que está colocado en el periodo 3, grupo IA.
El potasio tendrá su configuración externa en 4s1, porque está colocado abajo del sodio. Este mismo procedimiento puede utilizarse
para los grupos IIIA hasta el VIIIA, que varían desde p1 hasta p6.
113
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Para los grupos desde el iiiB (3) hasta el iiB (12), las terminaciones van desde d1 hasta el d10, precedidas por un coeficiente que es
uno menos que el número del periodo. Hay que recordar que para
los elementos de transición, el subnivel d siempre está precedido
por un subnivel s, cuyo número cuántico principal es mayor por
uno. Para los lantánidos, las terminaciones van desde f 1 hasta f 14,
precedidas por un coeficiente que es dos menos que el número del
periodo.
Actividad de aprendizaje
(
) Los elementos de una familia tienen propiedades químicas
semejantes, y generalmente el número del grupo nos da a conocer el número de electrones que el elemento posee en su
último nivel; éstos se conocen con el nombre de:
a) isótopos
c) periodo químico
(
) Los elementos del grupo IA se caracterizan por tener en su
último nivel:
a) 7 electrones
c) 2 electrones
(
b) 1 electrón
d) 8 electrones
) La siguiente configuración electrónica: 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p4,
corresponde a un elemento que pertenece al grupo y periodo:
a) IVA, 6
(
b) niveles de energía
d) electrones de valencia
b) IIA, 3
c) IIB, 8
d) VIA, 6
) La tabla periódica en su forma actual ha sido dividida en:
a) 4 regiones o bloques s, p, d, f
b) 7 regiones o bloques J, K, L, M, N, O, P
c) 3 regiones o bloques s, p, d
d) 2 regiones o bloques s, p
Grupo, periodo y bloque
Hasta el año de 1990 se conocían 109 elementos; de éstos, cerca
de 90 se encontraron en la naturaleza; el resto, incluidos aquéllos
con número atómico mayor a 92, se han obtenido por medio de
reacciones nucleares.
grupos A y ocho B. El subgrupo viii B está formado por tríadas de
elementos que se caracterizan por poseer propiedades muy parecidas y pesos atómicos muy próximos.
Sin embargo, existen otras presentaciones actuales en las que las
clasificaciones A y B desaparecen, y a los grupos se les asigna un
número secuencial del 1 al 18.
Las familias que pertenecen a la letra A, junto con el 0, se les conoce
como elementos representativos, o sea el 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18 en
esta última consideración.
Los elementos colocados bajo la letra B, en el centro de la tabla,
se llaman de transición y corresponden al 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
y 12. Las dos filas que se encuentran en la parte inferior de la
tabla se denominan elementos de transición interna, y cada serie horizontal recibe el nombre del elemento al que sigue en el cuerpo
principal de la tabla.
Los catorce elementos del sexto periodo (Ce, Z = 58 al Lu, Z = 71)
se les llama lantánidos, por el nombre del primer elemento de la serie, el lantano (La, Z = 57). Los elementos del séptimo periodo (del
90 al 103) se denominan actínidos porque siguen al actinio (Ac,
Z = 89).
Al grupo IA, del litio en adelante, se le llama de los metales alcalinos.
Al IIA se le denomina de los metales alcalinotérreos. A la derecha de
la tabla se encuentra el grupo viiA; los elementos pertenecientes a
éste se les denomina halógenos (formadores de sales). El llamado
grupo 0, ahora 18, es el que comprende a los gases nobles, que en
un tiempo se les consideró gases inertes, característica que dejó
de atribuírseles cuando, en 1962, el químico anglocanadiense N.
Bartlett, asombró al mundo de la Química al lograr que reaccionara el xenón (Xe) y formara el flúor platinato de xenón, primer
compuesto de un gas inerte.
A la familia viA se le llama de los calcógenos. Los grupos iiiA, ivA
y vA no tienen nombres especiales, por lo que a veces se les asigna
por los elementos que inician la serie, así tenemos:
n Grupo iiiA = familia del boro-aluminio
Grupo ivA = familia del carbono
n
Grupo vA = familia del nitrógeno
En el sistema periódico los elementos están distribuidos en series
horizontales llamadas periodos, y en columnas llamadas grupos. A
medida que se avanza a lo largo de un periodo, las propiedades de
los elementos varían de una manera regular. La palabra periodo, en
griego, significa camino circular, después de recorrerlo se regresa
al punto de partida. Un fenómeno es periódico cuando reaparece
a intervalos definidos de tiempo o de espacio. La tabla consta de
siete periodos.
Se ha presentado una controversia a raíz de que las tablas periódicas difieren en la designación de las familias por las letras A y B.
A través de la historia, estas letras se han utilizado en forma opuesta
para designar a las columnas. En América se usa la A para designar
a los elementos representativos y la letra B para los elementos de
transición. En Europa se utiliza la letra B para señalar a los elementos representativos, y los de transición se agrupan con la letra A.
A los grupos se les ha conocido tradicionalmente como familias debido a la similitud en las propiedades químicas que presentan los
integrantes de cada una de ellas. Una de las formas más conocida
es aquella en la que los grupos se dividen en A y B; existen ocho
Para eliminar esta confusión, en noviembre de 1983 y posteriormente en 1987, el Comité de Nomenclatura de la American Chemical Society (ACS) aprobó el formato final que aparece a continuación:
114
n
1
Grupo Editorial Patria®
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
H
18
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
Lu
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
TL
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Lr
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Uut
Fl
Uup
Lv
Uus
Uuo
La
Ce
Pn
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Figura 4.9
Formato de la tabla periódica recomendado por la American Chemical Society (acs).
Figura 4.10
Sistema periódico por bloques.
115
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Figura 4.11
Tabla periódica larga con las dos denominaciones para los grupos: con las letras A y B; con la numeración del 1 al 18.
Actividad de aprendizaje
Escribe en el paréntesis de la izquierda la letra correspondiente a la
respuesta correcta.
(
) Los elementos que pertenecen a la misma familia de la tabla
periódica presentan el mismo número de:
a) electrones
b) niveles ocupados por los electrones
c) electrones en el último nivel
d) protones
(
b) electrones en el último nivel
d) niveles
) El número de elementos que forman el periodo seis de la clasificación periódica es:
a) 8
116
Elemento Símbolo
) Los elementos que forman una familia tienen propiedades semejantes porque presentan el mismo número de:
a) electrones
c) atómico
(
Completa el siguiente cuadro con los datos que se te piden, utilizando
la tabla periódica de los elementos.
b) 18
c) 10
d) 32
Nitrógeno
Titanio
Potasio
Plata
Plomo
Selenio
Masa
atómica
(aproximada)
Masa
de un
mol o
masa
molar
Número
de moles
Grupo Editorial Patria®
Analiza la tabla de Mendeléiev y contesta lo que se te pide.
Grupos
1a
1b
2a
2b
3a
3b
4a
4b
5a
5b
6a
6b
7a
7b
8a
Periodo 1
H
Periodo 2
Li
Be
B
C
N
O
F
XXX
Periodo 3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
XXX
Periodo 4
K
Periodo 4
Periodo 5
Periodo 6
Periodo 6
Periodo 7
XXX
Al
Ca
Cu
Rb
Periodo 5
8b
XXX
Zn
XXX
Sr
Ag
Cs
XXX
Ba
V
As
Zr
Sn
XXX
Hg
XXX
XXX
XXX
Cd
Au
Ti
Cr
Se
Nb
Sb
Hf
Mn
Br
Mo
Te
Ta
Pb
Bi
XXX
XXX
Th
XXX
XXX
XXX
XXX
I
W
Tl
Fe
XXX
Re
XXX
XXX
¿En qué grupo se localizan los elementos de la familia del nitrógeno?
¿En qué periodo se localiza el hierro?
Escribe los nombres de los elementos del periodo 2:
Los casilleros sombreados (XXX) Mendeléiev los dejó vacíos porque no
se conocían en su época. Investiga cuáles elementos son y anota su
nombre y símbolo:
¿Cuál es la importancia de la tabla de Mendeléiev?
117
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
4.2 Propiedades periódicas y
su variación en la tabla periódica
Una vez determinado el número atómico de la mayoría de los
elementos, el siguiente paso fue buscar las correlaciones entre las
tendencias de las propiedades observadas y las estructuras electrónicas. El estudio de estas relaciones es un aspecto muy interesante
de la Química.
Como ya se ha mencionado en párrafos anteriores las propiedades
físicas y químicas de los elementos son una manifestación de la ley
periódica. Propiedades físicas como: aspecto metálico, conductividad térmica, conductividad eléctrica, volumen atómico, densidad,
punto de fusión, punto de ebullición y dureza, entre otras, y químicas como las relaciones estequiométricas en los óxidos (compuestos con oxígeno), hidruros (compuestos con hidrógeno) y de
los cloruros (compuestos con cloro) muestran variaciones periódicas.
A continuación se describen brevemente algunas de las propiedades periódicas de los elementos.
Figura 4.12
Tabla periódica de electronegatividades.
118
Electronegatividad
La electronegatividad de un elemento es la tendencia de un átomo para
atraer electrones hacia él, cuando está combinado químicamente con otro
elemento. En otras palabras: es una medida relativa del poder para
atraer electrones de un átomo que forma parte de un enlace químico. Las electronegatividades han sido calculadas para cada elemento y se expresan en unidades arbitrarias, tomando como base
la escala de electronegatividades de Pauling (en honor de Linus C.
Pauling, quien la estableció). Esta escala se basa en un cierto número de factores, incluyendo la afinidad electrónica y el potencial de
ionización de los átomos. Las electronegatividades dispuestas en la
forma de la tabla periódica se muestran en la figura 4.12.
En un grupo la electronegatividad aumenta de abajo hacia arriba, y
en un periodo, aumenta de izquierda a derecha. Así, el elemento más
electronegativo es el flúor (4.0), le sigue el oxígeno (3.5), luego el
cloro (3.0), etc. El elemento más electropositivo es el francio, con
0.7 pauling. Con la propiedad de electronegatividad, se puede saber si un átomo cede o gana electrones a otro átomo. El átomo del
elemento más electronegativo gana electrones.
Así, todos los elementos de la tabla periódica ceden electrones
al oxígeno, excepto el flúor, ya que el oxígeno cede electrones al
flúor. Entre el cloro y la plata, el primero gana electrones y queda
con carga negativa. Pero entre el cloro y el oxígeno, el cloro pierde
electrones y queda con carga positiva. Como se verá en el bloque
siguiente, los valores de electronegatividad nos permiten predecir
el tipo de enlace químico que puede existir entre los átomos de un
compuesto.
Potencial o energía de ionización (P I)
Es la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo aislado
en estado gaseoso. El P I aumenta de abajo hacia arriba en un grupo
y de izquierda a derecha en un periodo. Los metales alcalinos son
los de menor P I, y los gases nobles los de mayor P I. Este P I se
mide en electrón-volts o en kcal por mol.
Algunos átomos tienden a perder electrones y convertirse en iones
positivos, mientras que otros al ganar electrones se convierten en
iones negativos.
Ejemplos:
Grupo Editorial Patria®
Na0
Na11
11e2
P I = 5.16 eV
0
12
e2
P I = 22.7 eV
e2
P I = 21.5 eV
e2
P I = 53.2 eV
Mg
Ne
Al
0
0
Mg
11
Ne
13
Al
12
11
13
Al observar las primeras energías de ionización de los primeros 95
elementos se encuentra que, como otras propiedades de los elementos, son periódicas. La energía de ionización tiende a aumentar
según se incrementa el número atómico horizontalmente, en cada
fila o periodo. En cada columna o grupo, hay una disminución gradual en la energía de ionización según aumenta el número atómico; por ejemplo, la disminución gradual en la energía de ionización
en los metales alcalinos, desde el litio hasta el cesio. Se observa la
misma tendencia en los gases nobles, desde el helio hasta el radón.
Si observamos la tabla anterior, la energía de ionización disminuye, según se baja a través de una columna en la tabla periódica. Por
ejemplo, el litio, sodio, potasio. El aumento en la distancia de los
electrones exteriores al núcleo y el efecto de pantalla de los electrones internos, tienden a disminuir la energía de ionización. Aunque
aparentemente con el aumento de la carga nuclear de un elemento
Figura 4.13
Tabla periódica de las primeras energías de ionización.
119
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
(a)
Afinidad electrónica (A E)
La afinidad electrónica se define como el cambio de energía que
acompaña a la adición de un electrón a un átomo gaseoso. Los halógenos (grupo 17) tienen las más altas afinidades electrónicas, dado
que al agregarle un electrón a un átomo neutro da lugar a la formación de un nivel externo lleno en los subniveles s y p.
En otras palabras, la afinidad electrónica (A E) se define como la
energía liberada cuando un átomo gaseoso recibe un electrón, para
formar un ion negativo gaseoso.
X0(g) 1 2e–
(b)
X(g)–2
En general es mayor para los no metales. La facilidad con que los
elementos captan electrones es una consecuencia de la configuración electrónica, que es mucho mayor para los elementos situados
cerca de los gases nobles.
Los metales tienen una baja afinidad electrónica; los no metales
poseen una alta afinidad electrónica. Los mismos factores que afectan la energía de ionización, también afectarán la afinidad electrónica. En general, a mayor afinidad electrónica, se puede esperar un
aumento en la energía de ionización. Los metales poseen una baja
afinidad electrónica. Los no metales tienen afinidades electrónicas
altas.
Figura 4.14
Gráfica (a) que muestra la primera energía de ionización como una función
del número atómico. En la gráfica (b) se observa la relativa facilidad
con que los elementos alcalinos (grupo 1) se ionizan y la dificultad
de los gases nobles (grupo 18) para ionizarse.
con un número atómico mayor tendería a incrementarse la energía
de ionización, la tendencia a disminuir es mayor.
Entre los principales factores que afectan la energía de ionización
se tienen:
n
n
n
n
La carga nuclear: A mayor carga nuclear, mayor energía de ionización.
Los lantánidos y actínidos también llamados tierras raras, no tienen más que una sola posición o un solo lugar, por lo que deben
colocarse fuera de la tabla; las propiedades físicas y químicas de
todos ellos son prácticamente iguales.
El efecto de pantalla: Mientras mayor es el efecto de pantalla,
menor es la energía de ionización.
El radio: Mientras mayor es la distancia entre el núcleo y los
electrones externos del átomo, menor es la energía de ionización.
El subnivel: Un electrón en un subnivel que está lleno o a medio llenar, requiere energía adicional para ser removido.
La segunda y tercera energías de ionización de los elementos aumentan sustancialmente y habiéndose removido el primer o más
lejano electrón, la carga nuclear llega a ser más efectiva, ya que la
pantalla de electrones disminuye y, como resultado, los electrones
restantes son atraídos con más fuerza hacia el núcleo.
120
A pesar de no ser tan regulares como las energías de ionización,
las afinidades electrónicas demuestran tendencias periódicas. Por
ejemplo, al observar la columna que está encabezada por el hidrógeno, la tendencia general es una disminución en la ganancia de
electrones. Observando el periodo que comienza con el litio. La
tendencia general es que, mientras avanzamos de izquierda a derecha, hay una mayor atracción hacia los electrones. El aumento en la
carga nuclear en cada elemento sucesivo explica esta tendencia.
Figura 4.15
Afinidad electrónica como una función del número atómico.
Grupo Editorial Patria®
Radio atómico
El radio atómico se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo de un átomo. Generalmente aumenta con
el número atómico del grupo, ya que al aumentar un nivel de energía la
distancia entre el centro del núcleo el nivel también se incrementa.
En un periodo el radio atómico disminuye de izquierda a derecha, debido a la contracción de la nube electrónica al ser atraída por el núcleo. El radio atómico se expresa en angstroms (Å).
Cuando un elemento metálico pierde electrones, su radio se ve
disminuido, y cuando un elemento no metálico gana electrones su
radio se ve incrementado.
Ejemplos:
r Na 5 1.54 Å
pero r Na15 1.0 Å
r Cl 5 0.9 Å
pero r Cl25 1.9 Å
Figura 4.16
Gráfica que muestra el radio de los elementos como función
del número atómico.
1 Å 5 1 3 10210 m
VIII
0.31
0.32
Tabla periódica de los radios atómicos
H
1
He
2
I
II
1.23
0.89
Li
Be
3
4
1.54
1.36
Na
Mg
Al
Si
P
11
12
13
14
15
2.03
1.74
1.44
Tabla periódica con los radios atómicos de los elementos,
en unidades angstrom.
1.32
1.22
1.19
1.17
1.17
1.16
III
IV
V
VI
VII
0.82
0.77
0.75
0.73
0.72
0.71
B
C
N
O
F
Ne
4
6
7
8
9
10
1.18
1.11
1.06
1.02
0.99
0.38
S
Cl
Ar
16
17
18
1.15
1.17
1.25
1.26
1.22
1.20
1.17
1.14
1.12
Kr
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
2.16
1.91
1.62
1.45
1.34
1.30
1.27
1.25
1.25
1.28
1.34
1.48
1.44
1.40
1.40
1.36
1.33
1.31
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
2.35
1.98
1.56
1.44
1.34
1.30
1.28
1.26
1.27
1.30
1.34
1.49
1.48
1.48
1.47
1.46
1.40
Cs
Ba
Lu
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
55
56
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
104
105
106
107
108
109
1.69
1.65
1.64
1.64
1.63
1.62
1.85
1.62
1.61
1.60
1.58
1.58
1.58
1.70
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
2.0
1.65
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
2.20
Fr
Ra
Lr
87
88
103
1.42
Figura 4.17
Tabla periódica de los radios atómicos.
121
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Radio iónico
En general, cuando los átomos se unen para formar moléculas o
compuestos, sus estructuras resultan más estables. El potasio al ceder un electrón queda cargado +1, por lo cual disminuye su radio
atómico de 0.227 a 0.113 nanómetros. En cambio el azufre al ganar
dos electrones aumenta su radio de 0.104 a 0.184 nanómetros.
El átomo de cloro ha ganado un electrón. Los 17 protones que
se encuentran en su núcleo están atrayendo ahora 18 electrones.
El ion cloro, por tanto, tiene una carga de −1. Además, el ion cloro es más grande que el átomo de cloro. El ion es estable porque
tiene una configuración en los niveles exteriores como la del gas
noble argón. En resumen: el ion de sodio es más pequeño que el
átomo de sodio. El ion cloro es más grande que el átomo de cloro.
Al generalizar esta propiedad: los átomos metálicos pierden electrones para formar iones más pequeños; los átomos no metálicos
ganan electrones para formar átomos más grandes.
Volumen atómico
La variación periódica del tamaño de los átomos la observó Lothar
Meyer, quien determinó el volumen atómico o volumen molar
como el cociente que resulta entre la masa de un mol de elemento
y su densidad.
Volumen atómico 5
Peso atómico
Densidad
Observa que el valor del volumen molar está relacionado con el
volumen del átomo pero no se corresponde exactamente con éste
ya que, entre otros factores, la densidad del elemento está determinada por su estructura cristalina (incluidos los huecos entre átomos).
Los diferentes elementos, al tener sus electrones en diferentes niveles, presentan volúmenes atómicos variables, pero también influye
la carga nuclear: al aumentar el número de protones del núcleo, la
atracción sobre los electrones se hace mayor y el volumen tiende a
disminuir.
En un mismo periodo se observa una disminución desde los elementos
situados a la izquierda del periodo, hacia los centrales, para volver a aumentar el volumen progresivamente a medida que nos acercamos a los
elementos situados a la derecha del periodo.
En un mismo grupo, el volumen atómico se incrementa al aumentar el
número atómico, ya que al descender en el grupo los elementos tienen más
capas.
En general, cuando los elementos tienen volúmenes atómicos
pequeños, los electrones del nivel más externo están fuertemente
atraídos por el núcleo y, por tanto, son cedidos con gran dificultad.
Por el contrario, los elementos de volúmenes atómicos elevados
ceden sus electrones de valencia fácilmente, ya que la atracción nuclear es menor debido tanto a la mayor distancia como al efecto de
apantallamiento de los electrones internos.
Figura 4.18
Tabla periódica larga con dos denominaciones para los grupos: con las letras A y B; con la numeración del 1 al 18.
122
Grupo Editorial Patria®
Para tu reflexión
Los fulerenos o futbolenos
Figura 4.19
Periodicidad de los volúmenes atómicos por Lothar Meyer
(volumen atómico vs. peso atómico).
El concepto de periodicidad se debe, en gran parte y como ya se
mencionó, a L. Meyer quien propuso una clasificación periódica
basada en propiedades físicas medibles de los elementos. En 1864
demostró que cuando diferentes propiedades, como: volumen
atómico, punto de fusión y punto de ebullición se representaban en
gráficas en función del peso atómico se obtenían curvas que hacían
patente la periodicidad.
Este investigador (ganador en 1882 de la medalla Davy, junto con
Mendeléiev) demostró que el comportamiento del volumen atómico es periódico, se desarrolla mediante ciclos (periodos), descendiendo de una cresta a un valle y así sucesivamente. En la gráfica siguiente se hace manifiesto este comportamiento en forma de
crestas y valles, además de apreciarse que en los puntos máximos
de las curvas se encuentran los metales alcalinos.
Actualmente la relación se establece entre el volumen molar (volumen ocupado por un mol de átomos de una muestra en estado
sólido o líquido) y el número atómico del elemento; de tal relación
se obtiene una curva muy semejante a la que considera el peso atómico, como se puede apreciar en la siguiente figura.
Los fulerenos son una familia de moléculas descubierta en
1985, de manera accidental, por los investigadores Harold
W. Kroto, de la Universidad de Sussex, Inglaterra, y Richard E.
Smalley y Robert F. Curl, de la Universidad de Rice, en Houston, EU, mientras realizaban trabajos de astrofísica, buscando
moléculas de carbono desconocidas. El carbono 60 (C60)
tiene una estructura ordenada debido a sus 60 átomos de carbono, muy parecida a la de un balón de futbol (por eso algunos también los llaman “futbolenos”), con 12 pentágonos y 20
hexágonos unidos, en cuyos vértices se encuentra cada átomo.
Esta nueva familia de moléculas recibe su nombre en honor
del arquitecto estadounidense R. Buckminster Fuller, quien
construyó domos geodésicos de estructura similar a los fulerenos o futbolenos. Estas moléculas podrían ser el origen de
una nueva gama de materiales y compuestos orgánicos, cuyas
aplicaciones tendrían un impacto similar al que tuvo en el siglo
pasado el benceno (C6H6), que ha sido base de materiales indispensables en la vida de la sociedad actual.
Figura 4.21
El carbono-60, tiene forma de balón de futbol.
4.3 Utilidad e importancia
de los metales y no metales
para la vida socioeconómica
del país y el mundo
Metales, no metales y semimetales
Figura 4.20
Periodicidad de los volúmenes atómicos (volumen atómico vs. número atómico).
Se distinguen dos regiones de elementos, los metálicos a la izquierda de la tabla, y cuyo comportamiento es el de perder electrones
convirtiéndose en cationes; la otra región está a la derecha y corresponde a los no metales, cuyo comportamiento es el de ganar
electrones convirtiéndose en aniones.
123
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
El carácter metálico en la tabla aumenta de arriba hacia abajo en un
grupo y de derecha a izquierda en un periodo. El carácter no metálico
aumenta de abajo hacia arriba en un grupo y de izquierda a derecha en
un periodo.
Así, el elemento más metálico es el francio (Fr) y el elemento más
no metálico es el flúor (F). Aproximadamente 78% de los elementos son metales, 10% son no metales, 5.5% son gases nobles y el
resto son metaloides.
Metaloides o semimetales
Son los elementos que se encuentran en la región fronteriza entre
metales y no metales. Su comportamiento en unos casos corresponde al de un metal además de su aspecto, y en otros casos se parece al de un no metal: Al, Si, Ge, As, Sb, Te, At. Algunos autores
opinan que el término metaloide está mal empleado para estos elementos, y que el más apropiado sería “semimetales”.
Propiedades generales de los metales
Poseen bajo potencial de ionización y alto peso específico. Por
regla general, en su último nivel de energía tienen de uno a tres
electrones. Son sólidos a excepción del mercurio (Hg), galio (Ga),
cesio (Cs) y francio (Fr) que son líquidos. Presentan aspecto y brillo metálicos. Son buenos conductores del calor y la electricidad.
Son dúctiles y maleables, algunos son tenaces, otros blandos. Se
oxidan con pérdida de electrones. Su molécula está formada por
un solo átomo, su estructura cristalina al unirse con el oxígeno forma óxidos y éstos al reaccionar con agua forman hidróxidos. Los
elementos alcalinos son los más activos.
Propiedades generales
de los no metales
Tienen tendencia a ganar electrones. Poseen alto potencial de ionización y bajo peso específico. Por regla general, en su último nivel
de energía tienen de cuatro a siete electrones. Se presentan en los
tres estados físicos de agregación. No poseen aspecto ni brillo metálico. Son malos conductores del calor y la electricidad. No son
dúctiles, maleables o tenaces. Se reducen por ganancia de electrones. Su molécula está formada por dos o más átomos. Al unirse
con el oxígeno forman anhídridos y éstos al reaccionar con el agua
forman oxiácidos. Los halógenos y el oxígeno son los más activos.
Varios no metales presentan alotropía.
Alotropía
La existencia de un elemento en dos o más formas en el mismo estado
físico de agregación, se conoce como alotropía.
Las formas diferentes de estos elementos se llaman alótropos. La
alotropía se debe a alguna de las dos razones siguientes:
a) El elemento tiene dos o más clases de moléculas, cada una de
las cuales contiene distinto número de átomos que existen en
la misma fase o estado físico de agregación.
b) El elemento forma dos o más arreglos de átomos o moléculas
en un cristal.
Este fenómeno se presenta sólo en los no metales. Por ejemplo:
ElementoAlótropos
Carbono
C
Diamante (cristal duro) y grafito (sólido
amorfo)
Azufre
S
Monoclínico, rómbico, triclínico, plástico
(todos sólidos)
Fósforo
P
Blanco (venenoso y brillante), rojo (no venenoso y opaco), ambos son sólidos
Oxígeno
O
Diatómico (O2) y ozono (O3) ambos son
gases
Selenio
Se
Metálico gris y monoclínico rojo (sólidos)
Silicio
Si
Sílice, cuarzo, pedernal, ópalo (sólidos)
Actividad de aprendizaje
(
Figura 4.22
Resumen de la variación de la periodicidad de las propiedades de los elementos
en la tabla periódica. Estas propiedades incluyen la electronegatividad, energía
de ionización, afinidad electrónica, radio y volumen atómico.
124
) Son elementos no metálicos:
a) Sn, Pb y Br
b) S, As y Br
c) Li, Cs y Cu
d) Ca, Na y F
Grupo Editorial Patria®
Elementos representativos
y de transición
Grupo III (13), familia del boro
Se llaman elementos representativos de la valencia y carácter. Los
elementos de los subgrupos A tienen orbitales s o p para su electrón
diferencial o electrones de valencia. Los elementos con electrones
de valencia en orbitales d se llaman elementos de transición y corresponden a los subgrupos B. Dentro de estos elementos están los
lantánidos y actínidos que se llaman elementos de transición interna,
pues sus electrones ocupan orbitales f.
El boro es menos metálico que los demás. El aluminio es anfótero. El galio, el indio y el talio son raros y existen en cantidades
mínimas. El boro tiene una gran importancia que requiere de un
estudio especial.
Grupo IV (14), familia del carbono
(n 5 1)
2 elementos
s2
El estudio de los compuestos del carbono corresponde a la Química orgánica. El carbono elemental existe como diamante y grafito.
El silicio comienza a ser estudiado ampliamente por su parecido
con el carbono. Los elementos restantes tienen más propiedades
metálicas.
En el segundo periodo (n 5 2)
8 elementos
s2p6
Grupo V (15), familia del nitrógeno
En el cuarto periodo
(n 5 4)
18 elementos
s2p6d10
En el sexto periodo
(n 5 6)
32 elementos
s2p6d 10f 14
Se considera a este grupo como el más heterogéneo de la tabla periódica. El nitrógeno está presente en compuestos como proteínas,
fertilizantes y explosivos y es constituyente del aire. Como se puede ver, se trata de un elemento tanto benéfico como perjudicial. El
fósforo tiene ya una química especial de estudio, sus compuestos
son generalmente tóxicos. El arsénico es un metaloide venenoso.
El antimonio tiene gran parecido con el aluminio, sus aplicaciones
son más similares a las de un metal.
Número de elementos por periodo
En el primer periodo
El séptimo periodo está incompleto y tiene 21 elementos.
Nombres de las familias o grupos representativos
1
Grupo I
Metales alcalinos (de álcali, cenizas)
2
Grupo II
Metales alcalinotérreos (de cenizas en la tierra)
13 Grupo III
Familia del boro
14 Grupo IV
Familia del carbono
15 Grupo V
Familia del nitrógeno
16 Grupo VI
Familia del oxígeno o calcógenos
17 Grupo VII
Halógenos (formadores de sal)
18 Grupo 0
Gases nobles, raros o inertes (sin actividad)
Grupo VI (16), calcógenos
Los cinco primeros elementos son no metálicos, el último, polonio,
es radiactivo. El oxígeno es un gas incoloro constituyente del aire,
el agua y la tierra. El azufre es un sólido amarillo y sus compuestos
por lo general son tóxicos o corrosivos. La química del telurio y el
selenio es compleja.
Grupo VII (17), halógenos
El helio se encuentra en el aire; el neón y el kriptón se utilizan en
iluminación por los brillantes colores que emiten al ser excitados;
el radón es radiactivo.
Grupo I (1), metales alcalinos
Con excepción del hidrógeno, todos son blancos, brillantes, muy
activos y se les encuentra combinados en forma de compuestos.
Se les debe guardar en atmósfera inerte o bajo aceite. Los de mayor
importancia son el sodio y el potasio. Sus sales se emplean industrialmente en gran escala.
Grupo II (2), metales alcalinotérreos
Estos elementos son muy activos, aunque no tanto como los del
grupo I. Son blancos y brillantes y buenos conductores del calor y
la electricidad. Sus compuestos son generalmente insolubles como
los sulfatos, los carbonatos, los silicatos y los fosfatos. El radio es un
elemento radiactivo.
Los formadores de sales se encuentran combinados en la naturaleza
por su gran actividad. Estos elementos forman sales con los de los
grupos I y II y se encuentran en los mares. Las propiedades de
los halógenos son muy semejantes. La mayoría de sus derivados
son tóxicos, irritantes, activos y tienen gran aplicación tanto en la
industria como en el laboratorio.
El astatinio o astato difiere un poco del resto del grupo.
Elementos de transición (son aquellos que tienen electrones en las
subcapas d): Estos elementos no son tan activos como los representativos, todos son metales y por tanto son dúctiles, maleables,
tenaces con altos puntos de fusión y ebullición, conductores del
calor y la electricidad. Poseen orbitales semillenos y debido a esto
presentan variabilidad en su estado de oxidación. Según su estado
de oxidación, sus compuestos son coloridos.
También presentan fenómenos de ferromagnetismo, diamagnetismo y paramagnetismo; ejemplos de elementos ferromagnéticos
son el Fe, Co, Ni (son fuertemente atraídos por un imán); elemen125
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
tos paramagnéticos: Sc, Ti, Cr (débilmente atraídos por campos
magnéticos); elementos diamagnéticos: Cu, Zn, Ag, Au (no son
atraídos por campos magnéticos).
IMÁN
Esto se debe al diferente momentum de espín de los electrones d
desapareados.
Vidrio
Madera
Una propiedad importante y característica de estos elementos es la
de ser catalizadores, ya sea como elementos o en sus compuestos.
Un catalizador acelera una reacción química sin sufrir cambios, por
ejemplo:
En reacciones de alquilación se usa...
En reacciones de hidrogenación...
Fe
En producción de SO3, para el ácido sulfúrico...
MnO2
V2O5
Los lantánidos y los actínidos (llamados tierras raras) tienen propiedades semejantes; se emplean también como catalizadores
y sus compuestos son coloridos, como el sulfato de cerio, que es
amarillo.
Actividad de aprendizaje
) Son sumamente reactivos, forman casi siempre iones +2 y a
temperaturas elevadas reaccionan a una gran velocidad:
(
b) metales alcalinos
d) metales alcalinotérreos
) Reaccionan con casi todos los metales para formar sales
haloideas, son sumamente tóxicos, corrosivos y reactivos y,
por tanto, muy peligrosos en su manejo:
a) halógenos
c) metales alcalinotérreos
Cobre
Fierro
Pt, Pd, Ni, Rh
En descomposición del clorato de potasio...
a) halógenos
c) gases nobles
Aluminio
FeCl3
En halogenaciones orgánicas...
(
Papel
Plástico
b) metales alcalinos
d) gases nobles
Procedimiento
Pega el imán en un lugar alto.
1. Amarra un extremo del hilo al clip y acerca éste al imán hasta casi
tocarlo.
2. Sujeta la otra orilla del hilo a una mesa con una cinta adhesiva. El
arreglo debe quedar de tal forma que haya un espacio libre entre
el clip y el imán. Entonces parecerá que el clip flota.
3. Ahora ve pasando por el espacio entre el clip y el imán diferentes
materiales: papel, vidrio, plástico, madera, aluminio, cobre y, por
último, fierro.
¿Qué pasará con el clip cuando se pase cada uno de estos materiales?
Materiales de vidrio
¿Son atraídos?
¿Por qué?
Materiales de papel
¿Son atraídos?
¿Por qué?
Materiales de madera
Actividad experimental
¿Son atraídos?
¿Por qué?
El clip volador
Materiales de tela
Propósito
¿Son atraídos?
Observar mediante la experimentación qué tipo de sustancias son
atraídas por un imán.
¿Por qué?
Material
¿Son atraídos?
Materiales de metal
n
Un clip
¿Por qué?
n
Un hilo
Conclusiones:
n
Un imán de barra
n
Diferentes materiales de vidrio, papel, metal, madera, etcétera.
126
118
Grupo Editorial Patria®
Algunos elementos o compuestos
que causan contaminación
Nombre y
símbolo
Consecuencias
Antimonio (Sb)
El antimonio se emplea en aleaciones, metales de imprenta, baterías, cerámica y textiles; su ingestión produce
envenenamiento igual que la inhalación de sus vapores, y
principalmente el gas llamado estibina (SbH3).
Arsénico (As)
Se emplea en la elaboración de medicamentos, vidrio y
pinturas, también se usa en venenos para hormigas y en
insecticidas. Es uno de los elementos más venenosos que
hay, así como todos sus compuestos, sin excepción.
Azufre (S)
Sus óxidos SO2 y SO3 contaminan el aire y al combinarse con agua producen la lluvia ácida. Sustancias como
los derivados clorados de azufre, sulfatos y ácidos, son
corrosivas. El gas H2S (ácido sulfhídrico) es sumamente
tóxico y contamina el aire. El azufre se emplea en algunos
medicamentos para la piel.
Bromo (Br)
Sus vapores contaminan el aire; además, los compuestos
que de él se derivan son lacrimógenos y venenosos.
Cadmio (Cd)
Metal tóxico que se origina en la refinación del cinc;
también proviene de operaciones de electrodeposición,
y por tanto, contamina agua y aire. Algunos fertilizantes lo
contienen y contamina el suelo.
Cloro (Cl)
Plomo (Pb)
Sus vapores contaminan el aire y son corrosivos. Se le
emplea en forma de cloratos para blanquear la ropa, para
lavados bucales y en cerillos. Los cloratos son solubles en
agua y la contaminan; además forman mezclas explosivas
con compuestos orgánicos. Los vapores de compuestos
orgánicos clorados como insecticidas, anestésicos y
disolventes, dañan el hígado y el cerebro del ser humano.
Algunos medicamentos que contienen cloro afectan el
sistema nervioso.
Cromo (Cr)
El cromo y sus compuestos son perjudiciales para el
organismo, pues destruyen todas las células. Se emplea en
síntesis orgánicas y en la industria del acero. Los cromatos
solubles contaminan el agua.
Fósforo (P)
El fósforo blanco o amarillo es muy venenoso. El fósforo
rojo no lo es, pero se encuentra contaminado por el blanco. El fósforo se emplea en síntesis, pinturas, fertilizantes,
plaguicidas, ocasionando contaminación del aire, suelo y
agua. El gas PH3 (Fosfina) es muy venenoso y los vapores
de compuestos orgánicos fosforados contaminan el aire.
Manganeso (Mn)
Se emplea en la manufactura del acero y de pilas secas.
La inhalación de polvos y humos que contienen manganeso causa envenenamiento. También contamina el agua y
atrofia el cerebro.
Mercurio (Hg)
Es un metal de gran utilidad por ser líquido; se utiliza en
termómetros y por ser buen conductor eléctrico se emplea
en aparatos de este tipo, así como en iluminación,
pinturas, fungicidas, catalizadores, amalgamas dentales,
plaguicidas, etc. No obstante, contamina el agua, el aire y
causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los
peces y finalmente el ser humano. Los granos lo retienen y
posteriormente el ser humano los ingiere.
El plomo se acumula en el cuerpo de las personas
conforme se inhala del aire o se ingiere con los alimentos
y el agua. La mayor parte del plomo que contamina el
aire proviene de las gasolinas para automóviles, pues se
requiere con el fin de proporcionarle propiedades antidetonantes. También se emplea en pinturas, como metal de
imprenta, soldaduras y acumuladores. Por la exposición
de las personas al ingerirlo, el organismo de los seres
humanos se ve afectado de saturnismo. Algunas de sus
sales son venenosas, como el acetato.
Se pueden mencionar otros elementos que de una forma u otra
contaminan el agua, el aire y el suelo tales como: talio, cinc, selenio,
óxidos de nitrógeno, berilio, cobalto, y sobre todo gran cantidad de
compuestos que contienen carbono (orgánicos).
Se recomienda investigar más sobre el tema y trabajar con todas las
precauciones adecuadas al manejar derivados que contengan estos
elementos.
Elementos importantes para
México por su abundancia o escasez
Aluminio (Al)
Metal ligero, resistente a la corrosión y al impacto, se puede
laminar e hilar, por lo que se le emplea en construcción, en
partes de vehículos, aviones y utensilios domésticos. Se le extrae
de la bauxita, la cual contiene alúmina (Al2O3) por reducción
electrolítica. México carece de bauxita, pero en Veracruz hay una
planta industrial que produce lingotes de aluminio.
Azufre (S)
No metal sólido de color amarillo, que se encuentra en yacimientos volcánicos y aguas sulfuradas. Se emplea en la elaboración
de fertilizantes, medicamentos, insecticidas, productos químicos
y petroquímicos; se recupera de los gases amargos en los
campos petrolíferos, como en Ciudad pemex, Tabasco.
Cobalto (Co) Metal de color blanco que se emplea en la elaboración de
aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, la
corrosión y la fricción. Se emplea en herramientas mecánicas de
alta velocidad, imanes y motores. En forma de polvo se emplea
como pigmento azul para el vidrio. Es catalizador. Su isótopo
radiactivo se emplea en el Instituto Nacional de Investigaciones
Nucleares (inin) México, porque produce radiaciones gamma.
Se han encontrado minerales oxidados y sulfuros en Sonora,
Jalisco, Michoacán, Puebla y Oaxaca.
Cobre (Cu)
Metal de color rojo que se carbonata en contacto con aire
húmedo y se pone verde. Se conoce desde la antigüedad. Se
emplea principalmente como conductor eléctrico, y también para
hacer monedas y aleaciones como el latón y el bronce. Entre
los distritos mineros que lo producen están: Sonora, Zacatecas,
Chihuahua.
Hierro (Fe)
Metal dúctil, maleable, de color gris negruzco, conocido desde
la antigüedad; se oxida al contacto con el aire húmedo. Se
extrae de minerales como la hematita, limonita, pirita, magnetita
y siderita. Se le emplea en la industria, el arte y la medicina. Se
usa para fabricar acero, cemento y fundiciones de metales no
ferrosos. La sangre lo contiene en la hemoglobina. En el país se
le encuentra en unos 250 depósitos que están en: Baja California, Colima, Jalisco, Chihuahua, Durango, Guerrero y Michoacán.
127
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Flúor (F)
Este no metal está contenido en la fluorita, Ca3(PO4)2. Los
huesos y los dientes contienen este elemento. Tiene aplicaciones en la elaboración de detergentes, plásticos, lacas, cerillos,
explosivos, refinación del azúcar, industria textil, fotografía,
fertilizantes, cerámica, pinturas, alimentos para ganado y aves.
Los yacimientos mexicanos de roca fosfatada se localizan en
Coahuila, Zacatecas, Nuevo León y Baja California.
Plomo (Pb)
Metal blando, de bajo punto de fusión, bajo límite elástico, resistente a la corrosión; se le obtiene del sulfuro llamado galena,
PbS. Se usa en baterías o acumuladores, pigmentos de pinturas,
linotipos, soldaduras, investigaciones atómicas. En nuestro país
se produce en 17 estados, entre ellos, Chihuahua y Zacatecas.
Otros productos que se obtienen o se pueden recuperar de
los minerales que lo contienen son: cadmio, cobre, oro, plata,
bismuto, arsénico, telurio y antimonio.
Mercurio
(Hg)
Metal líquido a temperatura ambiente, de color blanco brillante,
resistente a la corrosión y buen conductor eléctrico. Se emplea
en la fabricación de instrumentos de precisión, baterías, termómetros, barómetros, amalgamas dentales, armas, para preparar
cloro, sosa cáustica, medicamentos, insecticidas, fungicidas y
bactericidas. Los yacimientos de mercurio de la república se
encuentran en más de 15 estados, entre los que destacan
Querétaro, Zacatecas, Durango, San Luis Potosí y Guerrero. Se
le obtiene principalmente del cinabrio, que contiene HgS.
Oro (Au)
Plata (Ag)
Metal de color blanco, cuyo uso tradicional ha sido en la acuñación de monedas y la manufactura de vajillas y joyas. Se emplea
en fotografía, aparatos eléctricos, aleaciones, soldaduras. Entre
los estados productores están: Guanajuato, San Luis Potosí,
Zacatecas e Hidalgo. La producción de plata de México se obtiene como subproducto del beneficio de los sulfuros de plomo,
cobre y cinc que la contienen. Recientemente se ha sustituido
su uso en monedas por una aleación de cobre-níquel.
Metal de color amarillo, inalterable, dúctil, brillante, sus propiedades y su rareza lo hacen excepcional y de gran valor. Es el
patrón monetario internacional. En la naturaleza se encuentra
asociado al platino, a la plata y al telurio en algunos casos.
Sus aleaciones se emplean en joyería y ornamentos, piezas
dentales, equipos científicos de laboratorio. Recientemente se
ha sustituido su uso en joyería por el iridio y el rutenio, y en
piezas dentales por platino y paladio. Los yacimientos en el país
son escasos, pero los hay en Chiapas, Chihuahua, Durango,
Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Oaxaca, Michoacán, San Luis
Potosí y Zacatecas.
Uranio (U)
Utilizado como combustible nuclear, es un elemento raro en la
naturaleza y nunca se presenta en estado libre. Lo contienen
150 minerales. El torio se encuentra asociado al uranio. En
México este mineral está regido por la ley promulgada en 1949,
que declara como “reservas mineras nacionales” los yacimientos
de uranio, torio y demás sustancias de las cuales se puedan
obtener isótopos para producir energía nuclear. En el Instituto
Nacional de Investigaciones Nucleares (inin), Estado de México,
se realizan trabajos con este tipo de materiales.
Vitaminas y minerales más importantes para el hombre
Nutrimento
Sirve para
Se obtiene de
Vitamina A
Fortalecer la vista, dientes, huesos, cabello y el sistema inmunitario.
Productos lácteos, verduras verdes y amarillas, frutas amarillas y anaranjadas.
Vitamina D
Crecimiento de huesos y absorción de calcio.
Aceite de hígado de bacalao, hígado y yema de huevo.
Vitamina E
Fabricar glóbulos rojos y tejido muscular.
Prevenir la oxidación de ácidos grasos.
Verduras verdes cocidas, granos enteros, mariscos y pescados, aves, huevos,
semillas y nueces, germen de trigo.
Vitamina K
Coagulación de la sangre.
Verduras de hoja verde, papas, vísceras, granos.
Vitamina C
Sistema inmunitario, cicatrización, formación de huesos, dientes y
vasos sanguíneos.
Cítricos, tomates, pimientos verdes, guayaba, mango, brócoli y otras frutas y
verduras.
Tiamina
Metabolismo y funcionamiento nervioso.
Pescados y mariscos, cerdo, cereales y panes enriquecidos.
Riboflavina
Vista y metabolismo.
Productos lácteos, vísceras, verdura de hoja verde, carnes rojas, carne oscura
de aves, cereales enriquecidos.
Niacina
Un adecuado funcionamiento nervioso.
Aves, pescados y mariscos, semillas, nueces, cereales y panes enriquecidos.
Vitamina B6
Producción de glóbulos rojos, metabolismo y funcionamiento
nervioso.
Pescado, aves, carnes, espinaca, plátano, cereales, papa, camote, nueces,
ciruela.
Ácido fólico
Elaboración de adn y de glóbulos rojos.
Hígado, cereales, frutas, leguminosas, verduras de hoja verde.
Vitamina B12
Producción de material genético y de glóbulos rojos.
Carnes, huevos, pescados y mariscos, leche y derivados.
Calcio
Formación de huesos y dientes; músculo cardiaco, funcionamiento
nervioso.
Leche y sus derivados, verdura de hoja verde, tofú, brócoli, salmón y sardina en
lata (con espinas y espinaza).
128
Grupo Editorial Patria®
Hierro
Producción de mioglobina y hemoglobina.
Hígado, carnes rojas, pescados, duraznos secos, leguminosas, frijol de soya,
harina, uvas.
Magnesio
Producción de enzimas digestivas y adn.
Frijoles, mariscos, cereales enriquecidos.
Fósforo
Crecimiento de dientes y huesos, funcionamiento nervioso y muscular. Aves, carnes, productos lácteos, yema de huevo, pescados, legumbres.
Selenio
Prevenir la oxidación de ácidos grasos junto con la vitamina E.
Pescados y mariscos, yema de huevo, pollo, hongos y setas, ajo, cebollas.
Cinc
Metabolismo y aparato digestivo.
Yogur, carne de res, germen de trigo, hígado, cereales.
Importancia socioeconómica
de la minería mexicana
Producción de minerales en México
(inegi, 2006)
La minería es una actividad económica fundamental para el país.
Es primaria (pues los minerales se toman directamente de la naturaleza), ya que abarca la exploración, explotación y aprovechamiento
de los minerales. Se presenta una amplia variedad de minerales de
la Tierra. Los hay sólidos (oro y níquel), líquidos (mercurio o el
petróleo), quebradizos (yeso o cal) y gaseosos (gas natural). La
naturaleza los presenta acumulados en lugares conocidos como
yacimientos, los cuales se encuentran al aire libre o en el subsuelo a
diferentes niveles de profundidad.
Por sus características, los minerales se clasifican en: metálicos
(preciosos, industriales no ferrosos y siderúrgicos), no metálicos y
energéticos.
Desde el punto de vista económico los minerales se clasifican en
concesibles y no concesibles; según requieran permiso o no del
gobierno (Secretaría de Economía) para ser explotados.
Minerales concesibles
Oro, plata, cobre, cinc, coque, fierro,
manganeso, azufre, barita, caolín,
celestita, diatomita, dolomita, fluorita,
feldespato, fosforita, grafito, sal, sulfato de sodio, sulfato de manganeso,
wallastonita y yeso, entre otros.
Minerales no concesibles
Básicamente son los que se utilizan
para la construcción, como arena,
mármol, tezontle y cantera, entre otros.
Otros minerales que sólo el gobierno
puede explotarlos son los hidrocarburos (petróleo) y los minerales
radiactivos (uranio).
Las minas más antiguas se encuentran en los estados de Zacatecas,
Hidalgo y Guanajuato. En la actualidad, nuestro país ocupa el segundo lugar a nivel mundial en la producción de plata, bismuto y
fluorita; destaca en la producción de arsénico, plomo, cadmio, antimonio, cinc, barita, grafito y yeso, entre otros.
Figura 4.23
Piedra de cobre.
Figura 4.24
Cinc.
Figura 4.25
Oro.
Minerales
metálicos
Producción
anual (kg)
Lugar mundial
Plata
2 970
2º
Oro
38 961
9º
Bismuto
1 186
2º
Arsénico
1 595
5º
135
5º
1 399
6º
Antimonio
778
6º
Cinc
479
6º
2 519
8º
Manganeso
124
8º
Cobre
334
12º
Fierro
7
13º
Fluorita
936
2º
Barita
200
6º
Grafito
12
6º
5 951
7º
459
9º
1074
13º
Plomo
Cadmio
Molibdeno
Yeso
Feldespato
Azufre
Figura 4.26
Calcio.
Figura 4.27
Azufre.
129
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Minerales que importa México
(inegi, 2006)
Minerales que exporta México
(inegi, 2006)
Producto
Miles de
pesos
Principales países
de destino
22 005 671
EU
Metales industriales
Cinc
4 952 2004
EU
Cobre
2 026 565
EU
Fierro
201 359
Venezuela
Plomo
152 939
EU
Manganeso
14 622
Miles de pesos
País de origen
Minerales metálicos
Minerales preciosos
Plata
Producto
EU
Cobre
8 758 324
Chile
Aluminio
2 708 048
Venezuela
Fierro
1 942 664
Brasil
Níquel
410 284
Canadá
Estaño
293 450
EU
Minerales no metálicos
Fosforita
1 107 482
Brasil
Carbón mineral
734 573
Canadá
Coque
459 787
EU
Arcillas
330 934
EU
Minerales no metálicos
Sal
544 887
Japón
Azufre
225 444
EU
Fluorita
165 827
EU
Yeso
121 170
EU
2 228
EU
Barita
Figura 4.28
Plata.
Figura 4.29
Sal.
Actividad de aprendizaje con TIC
Aplicación de las TIC
Utilizando buscadores en Internet, contesta las siguientes preguntas y
repórtaselas a tu maestro.
Reúnete con dos o tres de tus compañeros e identifiquen el nombre del
elemento correspondiente. Comparen sus respuestas con las de sus
compañeros; en caso de duda consulten con su profesor.
a)Metal reactivo con un alto punto de fusión. Se emplea en la fabricación de conos para la punta de cohetes debido a su baja
densidad y notable resistencia.
b)Componente de toda la materia viviente y de los combustibles
fósiles; el material negro de una mecha quemada.
130
c)Elemento metálico, amarillo y no reactivo, que ha sido apreciado
en alto grado desde la antigüedad por su belleza y durabilidad.
d)No metal gaseoso, altamente reactivo. Sus compuestos se añaden a ciertas pastas dentales para prevenir las caries dental y a
muchos suministros de agua urbanos.
e)El metal más abundante en la corteza terrestre; este elemento de
color blanco plateado se caracteriza por su baja densidad.
Grupo Editorial Patria®
f)No metal gaseoso, el elemento más abundante en la Tierra. Constituye alrededor del 21% de la atmósfera terrestre y es esencial
para la mayoría de las formas de vida.
i)Uno de los tres elementos magnéticos; este metal se emplea en
monedas, en galvanoplastia y en el alambre de micromel.
g)Gas amarillo verdoso, altamente reactivo. Unos de sus compuestos se usan como blanqueador y como desinfectante del agua. Es
un componente de la sal de mesa.
j)Elemento cuyo símbolo se basa en su nombre en latín. Se emplea
junto con el plomo en baterías de un automóvil.
h)Metal caro, blanco plateado, que se emplea en joyería.
k)Metal duro, magnético, que se emplea en la producción de acero.
Una forma radiactiva de este elemento se utiliza en el tratamiento
del cáncer.
Actividad experimental
Densidad de un líquido
Bajo la dirección de tu profesor reúnete en equipos de tres o cuatro alumnos para llevar a cabo esta actividad. Hagan las mediciones
pertinentes y analicen las semejanzas y diferencias de los valores
obtenidos. Elaboren un informe por escrito donde analicen los resultados y presenten las conclusiones; discútanlo con sus compañeros
de grupo.
Propósito
Determinar la densidad de un refresco.
Material
n
Matraz Erlenmeyer de 50 mL
n
Balanza granataria
n
Pinzas para tubo de ensayo
n
25 mL de un refresco cualquiera
n
Tapón de caucho
n
Bureta de 50 mL o probeta de 50 o 100 mL
Procedimiento
1. Determinen lo más exacto posible la masa de un matraz Erlenmeyer limpio y seco, provisto de un tapón de caucho seco; no lo
toques con las manos (utilicen unas pinzas). Será la masa m1.
Masa del matraz 1 tapón m1 =
g
2. Viertan, con ayuda de una bureta, 25 mL exactos de refresco en
el matraz y tápenlo con el mismo tapón. Determinen esta nueva
masa (m2).
Masa del matraz con el líquido y el tapón m2 =
Por tanto: Masa del líquido problema (m2 − m1 ) =
g
g
3. Calculen la densidad
(m2 − m1 ) g
Densidad =
=
25 mL
g/mL
Comparen el valor que obtuvieron con los que determinaron sus compañeros. Anoten sus conclusiones:
131
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Actividad experimental
Sustancias de uso cotidiano conductoras
y no conductoras de la electricidad
Completen el siguiente cuadro:
¿Con cuáles objetos se encendió el foco?
Reúnete en equipos de cuatro o cinco alumnos y alumnas para llevar
a cabo esta actividad. Contesten las preguntas y elaboren un informe
escrito de la actividad con sus conclusiones. Compárenlo y discútanlo
con los otros equipos.
¿Con cuáles no?
Propósito
Determinar cuáles objetos conducen la corriente eléctrica y cuáles son
aislantes o no la conducen.
Material
n
n
Una pila de 1.5 volts
Algunos alambres delgados, como los que se usan en los
teléfonos
n
Cinta adhesiva
n
Un foquito para lámpara
n
n
Por lo menos 10 objetos diferentes que se encuentren en tu
casa
Dos caimanes
Procedimiento
1. Construyan un circuito eléctrico como se muestra en la figura
anterior.
2. Ahora, recolecten varios objetos que encuentren en la casa, en
la calle o en la escuela. Puede ser una cuchara, un lápiz, una
corcholata, un zapato, etc.; conecten en cada uno de ellos las
terminales del circuito (o caimanes) que acaban de construir.
132
¿Qué tienen en común los materiales con los que sí se encendió el
foco?
Conclusiones:
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Actividades complementarias
I.
Instrucciones: Completa el siguiente mapa conceptual.
La tabla periódica actual
Fue propuesta por:
Está formada por:
Líneas horizontales llamadas
Líneas verticales llamadas
A la izquierda se
localizan los metales
A la derecha se localizan los
Clasificados en:
Transición
Cuyas principales propiedades periódicas son:
Radio atómico
Se define
Se define
Se define
Se define
133
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
lI.Instrucciones: Contesta correctamente cada una de las siguientes cuestiones:
1. Localiza nueve elementos químicos en la siguiente sopa de letras:
D
P
S
B
A
N
C
T
O
R
O
L
C
P
V
O
B
J
M N
C
A
T
B
O
N
O
S
O O
X
L
A
S
M D
L
V
Z
N
E
C
I
T
I
I
A
T
Z
D
F
C
D
I
N
G
D
R
A
S
G
P
H
N
U
O
I
L
A
Ñ
O
N
L
S
E
E
M
F
O
S
F
O
R
O
S
R
D
Z
I
N
N M
I
H
I
E
R
R
O
P
T
K
Ñ
O G
O
P
N
Z
D
U
C
E
Z
V
I
A
Q
C A
Q
T
P
N
J
O
A
D
Z
D
N
C
D
S M
S
H
I
D
R
O
G
E
N
O
C
V
L
R D
5. ( )El modelo atómico que incluye niveles energéticos fue
descrito por:
a) Thomson
c) Rutherford
b) Dalton
d) Bohr
6. ( ) La carga del electrón es:
a) Positiva
c) Neutra
b) Negativa
d) No tiene carga
7. ( )Cuando I tiene un valor de 2 el número de orbitales para
este subnivel es de:
a) 3
c) 1
b) 5
d) 7
8. ( )La siguiente configuración 1s 2, 2s 2, 2p 7, 3s 1 no cumple
con:
a) La regla de Hund
b) El principio de incertidumbre progresiva
2. Escribe el nombre y símbolo de los elementos localizados:
c) El principio de exclusión
d) El principio de edificación
9. ( ) El siguiente diagrama energético no cumple con:
III. Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
1. ( ) El número cuántico m representa:
a) Nivel
c) Subnivel
b) Orbital
d) Espín
2. ( )Ningún átomo puede tener sus cuatro números cuánticos
iguales, lo estableció:
1s
2s
2px 2py 2pz
a) La regla de Hund
b) El principio de exclusión de Pauli
c) El principio de Aufbau
d) El principio de incertidumbre
10. ( ) El número de electrones presentes en el nivel 3 es de:
a) Pauli
c) Max Planck
a) 3
c) 2
b) Heinsenberg
d) Hund
b) 18
d) 8
3. ( )El último electrón que entra en la configuración de un átomo se denomina:
a) Diferencial
c) Basal
b) Espín
d) Excitado
4. ( )Son átomos del mismo elemento pero con diferente número de masa.
a) Neutrones
c) Electrones
b) Isótopos
d) Láser
134
11. ( ) Son elementos no metálicos:
a) Li, Cs, Fe
c) Ca, Ba, F
b) S, As, I
d) As, Na, Cu
12. ( ) La tabla periódica larga dividida en columnas A y B tiene:
a) 7 periodos y 18 grupos
b) 9 periodos y 14 grupos
c) 6 periodos y 15 grupos
d) 8 periodos y 12 grupos
Grupo Editorial Patria®
13. ( )Si tenemos un elemento que pertenece al grupo II A y al periodo 3 debe tener la siguiente configuración electrónica:
a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s1 3p 1
c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
b) 1s 2 2s 2 2p5 3s 2
d) 1s 2 2s 1 2p 5 3s 2
14. ( )Teoría que menciona cómo debe ser el comportamiento
de las moléculas o partículas durante una reacción:
a) De las colisiones
c) Exergónica
b) De Hess
d) Cinética molecular
IV. Relaciona ambas columnas escribiendo en el paréntesis de la izquierda las letras que contesten correctamente el enunciado:
( )Se considera la partícula más pequeña de
un elemento que interviene en un fenómeno químico.
CO) Dalton
( )Nombre que se le da a un átomo o grupo
atómico con carga eléctrica resultante de
la pérdida o ganancia de electrones.
AE) Bohr
( )Establece que los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e
indestructibles llamadas átomos.
SA) Thomson
( )Átomos de un mismo elemento con igual
número atómico y diferente número.
( )Partícula más pequeña de una sustancia pura que presenta sus propiedades y
puede existir en libertad.
YU) Rutherford
VG) Ion
KL) “n”
( )Propuso un modelo atómico en el cual
una esfera cargada de electricidad positiva contenía las cargas negativas, uniformemente distribuidas como están las
pasas en un budín.
ZX) Isótopos
Postuló que los electrones existen en
( )
ciertos niveles permitidos de energía, o
estados estacionarios, que corresponden
a órbitas circulares definidas.
( )Se le puede definir como la región espacial ocupada por electrones de energía
aproximadamente igual.
Escribe sobre la línea el símbolo n, l, m o s, según corresponda a
cada enunciado:
1.Parámetro cuántico que representa la orientación magnética de
los orbitales:
2.Determina el nivel de energía donde se encuentran los elementos
diferenciales:
1 y 2–
1:
3.Adquiere valores de 1–
2
2
4.Parámetro que determina el tipo de orbital ocupado por el electrón diferencial:
5.Parámetro cuántico con valores de 23, 22, 21, 0, 11, 12, 13:
6. Adquiere valores desde 1 hasta 7
7. Parámetro cuántico con valores de 0, 1, 2, 3
8. Representa el giro del electrón
( )Indica el tipo de subnivel en el cual se
localiza un electrón y se relaciona con la
forma de la nube electrónica.
( )Se relaciona con las orientaciones espaciales de los orbitales que resultan cuando un átomo es sometido a un campo
magnético.
V.
JH) Moléculas
IO) “m”
PL) Átomo
VI. Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
( )Conjunto de elementos que presentan a su electrón diferencial
en el mismo subnivel de energía, se conoce con el nombre de:
a) Periodo
c) Clase
b) Grupo
d) Familia
( )Los elementos oxígeno (O) y selenio (Se), de acuerdo con su
configuración electrónica, son considerados de igual:
a) Grupo
c) Nivel
b) Periodo
d) Subnivel
( )Familia de elementos de la tabla periódica que se caracteriza
por ser donadores de un par de electrones:
a) IA
c) VIIA
b) VIIIA
d) IIA
( )Es la herramienta más útil para un químico:
a) Bloque
c) Periodo
b) Tabla periódica
d) Grupo
Con ayuda de la tabla periódica completa lo que se te pide:
Elemento Símbolo
Núm.
Masa
atómico atómica
Grupo
Periodo
Rubidio
CA) “l ”
Platino
Estaño
LZ) “s ”
Cloro
135
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
De los cuatro elementos anteriores indica:
¿Cuál es el más electronegativo?
¿Cuál tiene carácter más metálico?
Aplicación de las TIC
h) ¿Qué sustancias permiten elaborar el talco?
i) ¿De qué sustancias está constituido el acero utilizado en la construcción? VII.Reúnete con tus compañeros y contesten las preguntas, consulten en libros, visiten bibliotecas, pregunten a otras personas que
consideren convenientes, o también pueden recurrir a Internet.
Después de responderlas envíenselas a su profesor por correo
electrónico u otro medio electrónico.
a) ¿De qué sustancias están formadas las amalgamas que utilizan
los dentistas para arreglarnos la dentadura?
b) ¿Qué material plástico o resinoso es el que utilizan los dentistas
actualmente en lugar de las amalgamas?
c) ¿Cómo prepara un yesero el material para que no quede quebradizo al aplicarlo en las paredes?
d) ¿Cuáles son los componentes de una mezcla de concreto para
colar techos?
e) ¿Qué sustancias constituyen el líquido de frenos?
f) ¿Qué sustancias se utilizan para fabricar la grasa o crema para
calzado? g) ¿Qué sustancias permiten elaborar el anticongelante?
136
j) ¿Qué sustancias constituyen el limpiador multiusos, utilizado por
las amas de casa?
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Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I. Relaciona las siguientes columnas, escribiendo en el paréntesis de la izquierda, el número que corresponde al concepto de la derecha.
Explicación
Concepto
( ) Distancia del centro del núcleo del átomo al último nivel energético.
1) valencia
2) radio atómico
( ) Elementos del subgrupo A, clases s y p.
3) electronegatividad
4) afinidad electrónica
( ) Energía liberada cuando un átomo gaseoso adquiere un electrón.
5) ley periódica
6) elementos de transición
( ) Número de electrones que un elemento puede ceder, recibir o compartir.
7) elementos representativos
8) clase
( ) Las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos.
II. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la izquierda
1. La configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d 10 4p4 pertenece a un elemento con número atómico 34
y ubicación en el grupo:
a) IV A
c) VI A
b) IV B
d) VI B
(
e) VIII
2. ¿Cuántos orbitales habrá exclusivamente en el cuarto nivel energético?
a) 3
c) 18
b) 9
d) 10
( )
e) 7
3. Se tienen 2 átomos; uno con 2 neutrones y 13 electrones y el otro con 24 neutrones y 13 protones. Esto corresponde a:
a) elementos diferentes
c) alótropos
b) isómeros
d) isótopos
2
6
2
6
2
2
6
2
6
2
a) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
b) 1s 2s 2p 3s 3p 3d
6
8
2
2
6
2
6
2
6
c) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 4p
2
6
( )
e) un par conjugado
4. La configuración electrónica en estado basal del elemento con número atómico Z = 26 es:
2
)
2
6
2
6
d) 1s 1p 2s 2p 3s 3p 4s
2
2
6
( )
10
2
4
e) 1s 2s 2p 2d 3s 3p
2
5. La distribución electrónica en el estado de menor energía para el catión 2+ del elemento con Z = 28 es:
a) 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d 6
c) 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d 6
b) 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 3d 8
d) 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d 10
(
)
e) 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 1 3d 7
137
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
II.Con ayuda de la tabla periódica completa lo que se te pide.
Elemento
Símbolo
Núm. atómico
Masa atómica
Grupo
Periodo
Sodio
Paladio
Cobre
Bromo
De los cuatro elementos anteriores indica:
¿Cuál es el más electronegativo?
¿Cuál tiene carácter más metálico?
¿Cuál tiene mayor número atómico?
¿Cuál tiene menor masa atómica?
III.Dibuja un esqueleto de la tabla periódica e ilumina de color rojo a los metales, de azul a los no metales y de verde a los metaloides.
IV.Consulta la bibliografía correspondiente y dibuja los alótropos que se te indica a continuación:
Alótropos del carbono:
Diamante
Grafito
Amorfo
Monoclínica
Amorfa
Alótropos del azufre:
Rómbica
138
Fullereno
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Rúbrica
Rúbrica para evaluar la Actividad experimental: sustancias de uso cotidiano conductoras y no conductoras de la
electricidad, página 132.
Propósito:
Evaluar las actitudes, desempeños y conocimientos que muestran los estudiantes durante la actividad
experimental.
Integrantes de equipo:
1.
2.
3.
4.
5.
Aspecto a evaluar
Criterio
Valor
Asistencia y puntualidad
Verificación de resultados.
1
Integración de equipos
Se integran con facilidad al equipo, toman en cuenta las aportaciones,
asimismo, respetan la opinión y critica del resto de los integrantes.
1
Participación
Todos participan durante toda la actividad con una actitud propositiva,
ayudan a contestar todas las preguntas y a elaborar el informe.
1
Procedimiento
Todos apoyan durante la construcción del circuito electrónico y llevan
varios objetos de uso común.
1
Desarrollo de la actividad
Asumen a detalle y de manera ordenada todos los pasos para realizar
la práctica.
1
Material
Traen los materiales que se les solicitaron y los utilizan
adecuadamente durante toda la práctica.
1
Dominio del tema
Indican claramente los contenidos a tratar, los desarrollan en su
totalidad y con buen nivel de profundidad, los relacionan con ejemplos
concretos.
1
Contenido
Destacan con claridad cuáles son los objetos que conducen la
corriente eléctrica, cuáles son aislantes o no la conducen.
1
Conclusiones
Son objetivas, claras y coherentes, con base en los contenidos
teóricos y acordes a la práctica.
1
Verificación de resultados
Comparan y discuten con otros equipos sobre los resultados
obtenidos.
1
Total
Valor obtenido
10
Comentarios generales:
Firma del profesor:
Fecha:
139
4
BLOQUE
Interpretas la tabla periódica
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar el manejo de los elementos teóricos planteados en las Actividades de aprendizaje de las
páginas 107, 109, 114, 116, 124 y 126.
Nombre del estudiante:
Dominio de contenidos
Responde correctamente todas las preguntas.
Hace una revisión de los contenidos teóricos desarrollados.
Reconoce las propiedades químicas que se indican.
Sabe cómo actualmente está dividida la tabla periódica.
Identifica cuáles son los elementos metálicos.
Da una breve explicación de sus respuestas.
Señala la importancia de los conocimientos adquiridos.
Desempeño
Emite su opinión con bases teóricas.
Explica sus resultados con elementos prácticos.
Aporta ideas o experiencias, acordes a las actividades.
Asocia sus respuestas con ejemplos de uso común.
Señala la importancia y función de los elementos químicos en su entorno.
Muestra interés al resolver todas las actividades.
Relaciona significativamente su aprendizaje con situaciones de su vida diaria.
Comentarios generales:
140
Fecha:
Excelente
Bueno
Regular
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
Instrumento de evaluación para la actividad de aprendizaje de la página 130.
Nombre del estudiante:
Nombre del docente:
Grupo:
Fecha:
Actividad: Menciona la importancia que tiene la tabla periódica en nuestra vida cotidiana.
Propósito: Comprender y aplicar la tabla periódica, de los elementos químicos en nuestros problemas cotidianos, así como identificar áreas
de oportunidad para mejorar el desempeño y aprendizaje.
Desempeños
1. Realicé la actividad en el libro.
2. Anoté las respuestas en los incisos correspondientes.
3. Me basé en los conocimientos previos.
4. Todas mis anotaciones son correctas acorde a lo solicitado.
5.Comprendí la importancia de los elementos metálicos y no métalicos y metaloides en situaciones de mi vida cotidiana.
6. Expliqué mis respuestas y las argumente con elementos teóricos-metodológicos analizados durante la clase.
7. Socialicé mis respuestas con otra/o compañera/o.
8. Mis respuestas son claras y congruentes, de tal forma que mis compañeras/os no requieren de explicación alguna.
9. Elaboré cuestionamientos que no fueron claros durante la actividad.
10. Aporté ideas relevantes durante la comparación de resultados.
11. Hice preguntas sobre dudas o diferencias que surgieron durante la actividad.
12. Asumí con respeto la diversidad de opiniones que se generaron durante la dinámica.
13. La actividad me ayudó a comprender la importancia de la tabla periódica como una herramienta básica en la comprensión de la química
como ciencia.
14. Elaboré conclusiones y las compartí con el resto del grupo.
15. Me gustó la actividad.
16. En general, tuve un aprendizaje significativo y relevante sobre la tabla periódica.
¿Cómo me sentí durante la dinámica?
¿Cuáles son mis fortalezas?
¿Qué debo mejorar?
Firma del estudiante: Firma del profesor: 141
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e
interacciones intermoleculares
10 horas
Objetos de
aprendizaje
5.1 Enlace químico
5.2 Regla del octeto
5.3 Formación y
propiedades
de los compuestos
con enlace iónico
5.4 Formación y
propiedades de
los compuestos
con enlace
covalente (tipos
de enlace
covalente)
5.5 Enlace metálico
5.6 Fuerzas
intermoleculares
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
n
n
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea
las hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento
con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
n
n
n
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales
en los ámbitos local, nacional e internacional.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas
y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto
y largo plazo con relación al ambiente.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la izquierda.
( )
Es la capacidad de combinación que tiene un átomo y consiste en el número
de electrones que puede ganar o perder en su último nivel de energía:
a) número de oxidación
b) valencia
c) afinidad electrónica
d) electronegatividad
( ) El número de oxidación del cromo en el compuesto: K2Cr2O7, es:
a) 13
( )
b) 12
c) 26
Tipo de enlace que resulta de la unión de dos átomos mediante
la compartición de un par de electrones:
a) iónico
b) covalente
c) metálico
d) puente de hidrógeno
( ) ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta enlace iónico?
a) HCl
b) CCl4
c) CsF
( ) Compuesto que presenta un enlace covalente coordinado:
a) CO2
Desempeños por alcanzar
n
n
n
n
n
n
n
Elabora estructuras de Lewis para los elementos y los compuestos
con enlace iónico y covalente.
Demuestra experimentalmente las propiedades de los compuestos
iónicos y covalentes.
Explica las propiedades de los metales a partir de las teorías
del enlace metálico.
Valora las afectaciones socioeconómicas que acarrea la oxidación
de los metales.
Propone acciones personales y comunitarias viables para optimizar
el uso del agua.
Explica las propiedades macroscópicas de los líquidos y gases,
a partir de las fuerzas intermoleculares que los constituyen.
Explica la importancia del puente de hidrógeno en la conformación
de la estructura de las biomoléculas.
d) 16
b) NH3
c) H2O
d) CO2
d) H2SO4
( )
Enlace en donde se tienen cationes ordenados que comparten cargas
sumergidas en un mar de electrones:
a) puente de hidrógeno
b) covalente polar
c) metálico
d) iónico
( )
Un postulado básico de la teoría cinético-molecular es:
a) cuando las moléculas del gas chocan pierden energía.
b) las moléculas no chocan unas con otras.
c) el gas está formado por diminutas partículas llamadas átomos o moléculas.
d) las moléculas de un gas se mueven en una sola dirección.
( )
Enlace que no permite que los seres vivos mueran al congelarse el agua
de los mares o ríos:
a) london
b) dipolo-dipolo
c) puente de hidrógeno
d) ion dipolo
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿Qué función desempeñan los elementos
en el cuerpo humano?
A continuación se muestran dos tablas que vas a utilizar para resolver esta situación didáctica. La primera muestra una lista de 26
elementos que componen tu cuerpo, junto con los porcentajes de
cada uno que en condiciones normales se hallan presentes en un
adulto sano. Estos elementos se encuentran en las biomoléculas y
como iones en los fluidos corporales.
Como se observa en la tabla, los más abundantes son el oxígeno,
carbono, hidrógeno, nitrógeno y calcio. En conjunto constituyen
cerca de 98% de la masa corporal. El 63% de todos los átomos del
cuerpo son de hidrógeno, 25% de oxígeno, 10% de carbono y 1.4%
de nitrógeno. La mayor parte de estos átomos están presentes en
compuestos orgánicos como los carbohidratos, proteínas y grasas.
El calcio (1.5% de la masa del cuerpo) es un elemento estructural
importante en dientes y huesos, e interviene en la transmisión de
los impulsos nerviosos, la contracción muscular y la coagulación
de la sangre.
Los elementos como el yodo, selenio, cobre y flúor son esenciales
para la salud, no obstante que normalmente se encuentran presentes
en cantidades de menos de 10 partes por millón (ppm) (10 pesos de
1 000 000 de pesos también equivalen a 10 ppm) de masa corporal.
Composición elemental de un adulto
de 70 kg
Elementos
Porcentaje de la
masa corporal
Hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno, calcio
98
Fósforo, cloro, potasio, azufre, magnesio
2
Hierro, cinc
0.01
Cobre, estaño, manganeso, yodo, bromo, flúor,
molibdeno, arsénico, cobalto, cromo, litio, níquel,
cadmio, selenio
Menos de 0.001
cada uno
La siguiente tabla describe las funciones de algunos elementos traza
en el cuerpo.
Minerales
Mineral
Fuente
Consecuencias de la deficiencia
Macrominerales
Azufre (S)
Proteínas
Calcio (Ca)
Pescado enlatado, leche, productos lácteos
Cloro (Cl)
Carnes, alimentos procesados con sal, sal de mesa
Fósforo (P)
Proteínas animales
Magnesio (Mg)
Pescados y mariscos, granos de cereal, nueces, vegetales
de color verde oscuro, cacao
Falla cardiaca debida a espasmos
Potasio (K)
Jugo de naranja, plátanos, frutas secas, papas
Funcionamiento nervioso deficiente; ritmo cardiaco irregular; muerte repentina
durante el ayuno
Sodio (Na)
Carnes, alimentos procesados con sal, sal de mesa
Raquitismo en niños; osteomalacia y osteoporosis en adultos
Jaqueca, debilidad, sed, mala memoria, pérdida de apetito
Minerales traza
Cobalto (Co)
Hígado, proteínas animales
Cobre (Cu)
Hígado, riñón, yema de huevo, granos enteros
Cromo (Cr)
Hígado, tejido animal y vegetal
Pérdida de eficiencia de la insulina con la edad
Flúor (F)
Pescados y mariscos, agua potable fluorada
Deterioro dental
Hierro (Fe)
Hígado, carnes, vegetales verdes de hoja, granos enteros
Anemia, cansancio y apatía
Manganeso (Mn)
Hígado, riñón, germen de trigo, legumbres, nueces, té
Pérdida de peso, dermatitis
Molibdeno (Mo)
Hígado, riñón, granos enteros, legumbres, vegetales de hoja
Níquel (Ni)
Pescados y mariscos, granos, semillas, frijoles, vegetales
Cirrosis del hígado, falla de los riñones, tensión nerviosa
Selenio (Se)
Hígado, vísceras, granos, vegetales
Enfermedad de Kashan (enfermedad cardiaca que se presenta en China)
Yodo (I)
Pescados y mariscos, sales yodatadas
Bocio
Cinc (Zn)
Hígado, mariscos, carnes, germen de trigo, legumbres
Anemia, crecimiento atrofiado
144
Anemia
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Secuencia didáctica
A continuación se lista una serie de acciones que debes seguir para
contestar la problemática de la pregunta central. Es importante que
reflexiones, seas claro y objetivo para que esta experiencia sea útil
al reconocer tus debilidades para superarlas, y tus fortalezas para
beneficiarte de ellas.
1. Forma equipos para resolver la situación didáctica.
2. Seleccionen por equipo cinco elementos que se encuentran
en el cuerpo humano. Aplicando las tablas 1 y 2 y lo que ya
conocen acerca de estos elementos, respondan las siguientes
preguntas:
¿Qué tienes que hacer?
b)¿Por qué son más comunes los casos de envenenamiento
por sobredosis en el caso de los elementos traza?
5. Resuman las respuestas en una reseña escrita.
6. Que cada equipo presente sus respuestas en plenaria y analice
las formas para contestar la pregunta central, tomando como
sugerencias los temas siguientes:
a)Tener un cuerpo sano.
b)Comer solamente las cantidades necesarias de alimento.
c)Preparación y consumo de alimentos nutritivos.
d)Difusión de la cultura nutricional del ser humano.
a)¿En qué parte del cuerpo (o en qué tipo de biomolécula)
se encuentra cada elemento que seleccionaron?
e)Detectar a tiempo la carencia de algún elemento del cuerpo humano.
b)¿Qué papel desempeña cada uno de ellos en la conservación de la salud?
3. ¿Es correcto decir que los elementos que son muy abundantes
en el cuerpo (como el calcio y el fósforo) son más esenciales
que los elementos traza como el hierro y el yodo? ¿Por qué?
4. a) ¿Por qué es más probable que un cambio en la dieta provoque una deficiencia de elementos traza que de elementos
muy abundantes?
Rúbrica
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos de este
bloque realiza lo siguiente.
n
n
n
Con la dirección del profesor organicen un debate sobre la importancia de conocer los elementos constituyentes del cuerpo
humano y las enfermedades que produce la carencia de alguno de ellos.
¿Qué produce en el organismo humano la carencia de los elementos: calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K), sodio (Na),
hierro (Fe) y flúor (F)?
Escribe en la línea el símbolo del elemento cuya deficiencia
produce:
a)Pérdida de peso
f)La comida chatarra es adecuada o no.
7. Debatan sobre las cuestiones anteriores.
8. Establezcan las conclusiones correspondientes.
9. Elaboren un reporte donde expresen de manera objetiva sus
reflexiones sobre esta actividad.
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
n
¿Qué harías para mejorar la frecuencia cardiaca?
n
¿Cómo mejorarías tu salud física?
¿Cómo identificarías los alimentos que te hacen falta para mejorar y tener una óptima salud física?
n
Autoevaluación
¿Leí todo el contenido del bloque?
n
Cuando lo hice, ¿comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta comprenderlo?
n
n
b) Cirrosis del hígado
c) Tensión nerviosa
n
d) Dermatitis
e) Falla de riñones
f) Bocio
n
¿Puedo identificar las propiedades nutricionales de los elementos principales que constituyen el cuerpo humano?
¿Será necesario aprenderse de memoria las funciones de todos los elementos fundamentales de la nutrición? ¿Por qué?
¿Puedo identificar las ventajas de este tipo de conocimiento
sobre los elementos y sus propiedades alimenticias? Justifica
tu respuesta.
145
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
5.1 Enlace químico
En los bloques anteriores se han visto temas referentes a las propiedades físicas que exhiben las sustancias, y la periodicidad de las
propiedades químicas de los elementos en función de su configuración electrónica, pero, ¿cómo se agrupan los átomos para formar
compuestos? ¿Qué tipo de interacciones se presentan entre las
moléculas que permiten la licuefacción de los gases e incluso su solidificación? ¿Qué fuerzas existen entre las moléculas de agua que
le dan un punto de ebullición relativamente alto?
En este bloque se trata de dar respuesta a estas preguntas presentando un panorama de los tipos de enlace.
La mayoría de los átomos tienden a combinarse para formar moléculas diatómicas o poliatómicas, aunque ciertos elementos no
muestran afinidad hacia otros átomos y constituyen moléculas
monoatómicas, como en el caso de los gases nobles.
Cuando los átomos se unen para formar moléculas, hay un intercambio de electrones de valencia, esto es, de los electrones de la
capa más externa de cada átomo. Esta unión, que es la más estable,
se logra porque los átomos ganan, pierden o comparten electrones, y la atracción resultante entre los átomos participantes recibe
el nombre de enlace químico.
El enlace también se define como la fuerza que mantiene unidos
a dos o más átomos, condicionada por la cantidad de energía contenida en ellos, que debe ser suficiente para vencer las fuerzas de
repulsión que se deben a la presencia de cargas eléctricas en los
átomos.
L. C. Pauling (1901-1994) dio la siguiente definición: “la fuerza
de enlace entre ellos (los átomos), es de una magnitud tal que conduzca
a la formación de un agregado de estabilidad suficiente que garantice su
consideración como una especie molecular independiente”.
Al estudiar la constitución de las sustancias se encuentra que todas
están formadas por agrupaciones de átomos, que unas veces forman agregados neutros llamados moléculas, y otras resultan con
carga: los iones (únicamente los gases nobles y algunos metales
en estado de vapor poseen moléculas monoatómicas). La unión
entre átomos, moléculas o iones es lo que constituye el enlace químico.
Para comprender el comportamiento de los elementos, es necesario establecer un modelo teórico que explique lo que ocurre cuando se unen los átomos.
Existen interacciones en las sustancias comunes como el agua, el
dióxido de azufre (un contaminante de la atmósfera), el metano
(gas natural), el octano (componente de la gasolina), el etanol (alcohol de 96° ) y desde luego también están presentes en las moléculas de los seres vivos. Las fuerzas que dan origen al enlace químico se han clasificado en dos grandes grupos: interacciones fuertes
146
Para tu reflexión
Linus Pauling
Linus Pauling nació en Oregón, en 1901, y se graduó en ingeniería química y posteriormente obtuvo su doctorado en California en 1925. En
1954 le fue concedido el premio Nobel de Química por su investigación
sobre la naturaleza del enlace químico y su aplicación a la estructura
de sustancias complejas. Realizó
estudios experimentales sobre
la estructura de los cristales por
difracción de rayos X y la estructura de moléculas gaseosas por
difracción de electrones, también de las propiedades magnéticas de las sustancias. Investigó
la naturaleza de los sistemas
serológicos y la estructura de
los anticuerpos y especialmente la aplicación de la mecánica
cuántica a la estructura de las
moléculas y a la naturaleza del
enlace químico. Publicó más de
400 trabajos científicos, 100 artículos sobre temas sociales y
políticos, especialmente sobre Figura 5.1
la paz.
L. C. Pauling.
(fuerzas intramoleculares = fuerzas interatómicas) e interacciones
débiles (fuerzas intermoleculares).
Las fuerzas intramoleculares son los enlaces químicos que dan
origen a las moléculas. Cuando se afectan estas atracciones ocurre
una reacción química. Las fuerzas intermoleculares determinan y
explican muchas propiedades físicas de las sustancias: ¿Por qué se
pueden licuar los gases? ¿Por qué el hielo seco se sublima a temperatura ambiente? ¿Por qué flota el hielo?
En el enlace químico la configuración electrónica del nivel más
externo de los átomos, llamado también nivel de valencia, juega
un papel decisivo. De esta configuración depende, además, el tipo
de enlace que se forme. Los gases nobles presentan una distribución electrónica de máxima estabilidad con los orbitales s y p de
valencia ocupados por completo (s2p6). Los demás elementos poseen niveles de valencia incompletos y de ahí su mayor o menor
reactividad.
La formación espontánea de un enlace es una manifestación de la
tendencia de cada átomo a alcanzar el ordenamiento electrónico
más estable posible. Es decir, la molécula que se forma representa
un estado de menor energía que los átomos aislados.
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Actividad de aprendizaje
¿Por qué los átomos tienden a unirse?, argumenta tu respuesta con
elementos prácticos, cita un ejemplo.
n
n
n
Un metal puede perder de uno a tres electrones para formar
un catión con la estructura del gas noble que lo antecede en la
tabla.
Un no metal puede ganar de uno a tres electrones para formar
un anión con la estructura del gas noble siguiente.
Los átomos (usualmente dos no metales), pueden compartir
electrones con otros átomos para alcanzar el número de electrones del gas noble siguiente en la tabla.
Los dos primeros casos se complementan uno al otro para formar
compuestos iónicos. El tercer caso produce compuestos covalentes.
(
) ¿Cómo se llama la capacidad que tiene un átomo o conjunto
de átomos para unirse a otro átomo o conjunto de átomos y
formar un compuesto? Explica este proceso con un ejemplo
práctico y que pueda ser comprobado durante una práctica de
laboratorio.
a) Electronegatividad
Esta regla del octeto tiene limitaciones, pues hay muchos ejemplos
de compuestos covalentes que no la siguen, como los cloruros de
berilio y de boro:
Cl
Be
Cl
Cl
b) Potencial de ionización
c) Enlace químico
d) Diferencia de potencial
Cl
Los principales modelos utilizados para interpretar a las fuerzas
intramoleculares son el enlace covalente y el enlace iónico, con sus
variantes, los enlaces polar, covalente coordinado y metálico. Con
respecto a las fuerzas intermoleculares se consideran cuatro tipos
de interacciones: ion-dipolo, dipolo-dipolo, las fuerzas de London y el
puente de hidrógeno.
B
Cl
Por otro lado, esto se presenta también en algunas moléculas en
las cuales el átomo central presenta más de ocho electrones a su
alrededor, como cuando un átomo forma parte de cuatro enlaces.
Ejemplos característicos de este caso son el pentacloruro de fósforo (PCl5) y el hexafluoruro de azufre (SF6).
El fósforo tiene 10 electrones a su alrededor y el azufre 12. En estos
También se estudia el aspecto geométrico de las moléculas de una
casos se habla de que ocurre una expansión del octeto.
manera sencilla. Las sustancias covalentes, ya sean moléculas o iones poliatómicos, presentan formas características. Los estudios
con rayos X de los cristales moleculares constituyen una fuente de
Cl
información muy amplia sobre la estructura de las moléculas.
ClCl
P
La regla del octeto dice que los átomos de los elementos represenCCl
tativos forman enlaces de tal manera que tengan acceso a exacta
5.2 Regla del octeto
mente ocho electrones s y p externos (también conocidos como
electrones de valencia).
Los átomos de los elementos del sistema periódico tienden a completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de electrones
tal, que adquieran configuración semejante a la de un gas noble.
2 6
Como la configuración electrónica de los gases nobles en s p es
con un total de ocho electrones, los otros elementos ganarán o perderán electrones hasta quedar con esa cantidad en su capa externa.
Lo anterior se realiza de la siguiente manera:
F
FF
S
FF
F
Para comprender mejor la naturaleza de los enlaces químicos es
necesario tener en cuenta los siguientes conceptos que son fundamentales para los enlaces químicos.
147
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Actividad de aprendizaje
Selecciona la opción que conteste correctamente la pregunta.
niente colocar un electrón en cada lado del símbolo (grupos IA a
IVA) y después representar pares de electrones (grupo VA a 0). Se
recomienda aplicar los siguientes pasos:
n
(
) La regla del octeto de Lewis expresa que:
a) Al unirse dos átomos lo hacen en proporción de uno a
ocho.
n
b) Un átomo siempre pierde 8 electrones.
n
c) Los átomos al reaccionar entre sí tienden a completar la
estructura del gas noble más próximo en la tabla periódica.
d) Cuando un átomo reacciona con otro átomo requiere de 8
electrones para neutralizar sus cargas magnéticas.
Ejemplos
Escribe los símbolos electrónicos de Lewis para hidrógeno, helio, oxígeno, calcio y cadmio.
Paso 1: H, He, O, Ca, Cd
Paso 2: Configuración electrónica
Electrones de valencia
H = 1s 1
1s 1
He = 1s 2
1s 2
O = 1s 22s 22p 4
1s 22p 4
Ca = 1s 22s 22p 63s 23p 64s 2
4s 2
Cd = 1s 22s 22p 63s 23p 64s 23d 104p 65s 24d 10
5s 2
Se escribe el símbolo del elemento que representa el núcleo
y todos los electrones, excepto aquellos en su último nivel o
capa de valencia.
Se escribe la configuración electrónica del elemento. Se seleccionan los electrones que están en el último nivel energético.
Cada “lado” (arriba, abajo, a la izquierda, a la derecha) del
símbolo representa un orbital. Es importante recordar cuáles
electrones están pareados y cuáles no lo están. No es importante qué lado representa a qué orbital.
Las estructuras de Lewis se pueden usar tanto para moléculas diatómicas (de dos átomos) como para moléculas poliatómicas (de
varios átomos) para predecir la formación de los enlaces covalentes que constituyen la molécula. Como ejemplos tenemos las siguientes moléculas:
CH4 (metano)
H2O (agua)
NH3 (amoniaco)
Como ayuda didáctica se representa por una cruz los electrones
del enlace que pertenecen al hidrógeno, para diferenciarlos de los
electrones de valencia que pertenecen a los otros átomos (4 al C, 6
al O, 5 al N); ya que los electrones no se pueden distinguir, todos
son iguales en masa y carga. El átomo central cumple con la regla
del octeto.
H
O ••
•
3
Paso 3:
•
•
Cd
H
H C•H
H
H
•
Ca
3
O
•
He
3
H
H
3
•
3
•
3
Estructuras de Lewis
H
H
H
H N•H
H
•
C
3
H
•
148
O
3
•
•
3
El enlace de los elementos representativos se enfoca principalmente a los electrones de valencia, que son las subcapas s y p externas. El
químico norteamericano Gilbert N. Lewis propuso representar los
electrones de valencia por cruces o puntos a fin de visualizar cómo
se transfieren o comparten los electrones en un enlace químico
cuando los átomos se unen. Éstos se colocan alrededor del símbolo del elemento. Dado que el enlace de estos elementos entraña
el acceso a ocho electrones (cuatro pares), los electrones se representan mediante uno o dos puntos en los cuatro lados del símbolo
del elemento. Aunque los electrones de valencia provienen de dos
diferentes subcapas (s y p), sólo el número total de estos electrones
es importante para cuestiones de enlaces. Así, primero es conve-
H
H
H
N
H
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Los enlaces covalentes también se pueden indicar con guiones o
líneas, que representan un par de electrones.
Fórmula desarrollada o gráfica
Da idea de la distribución de los átomos en el espacio.
Ejemplos
PCl3
Cl
C2H6
P
Cl
Ejemplos
Ácido clorhídrico
H
H
H
C
HCl
H
Cl
O
Cl
C
H
Ácido sulfúrico
H
H2SO4
H
O
S
O
H
H
O
En algunos casos los átomos unidos comparten más de un par de
electrones. Cuando esto sucede se dice que los átomos están unidos por enlaces múltiples.
Para comprender mejor la naturaleza de los enlaces químicos es
necesario mencionar los tipos de fórmulas utilizados con mayor
frecuencia:
N ••• N
N2
Metano
H
CH4
C
H
H
N N
3
3
3
Fórmula molecular o condensada
Indica la clase y el número de átomos que constituyen la molécula
de un compuesto.
Ejemplos
Ácido nítrico
HNO3
Ácido sulfúrico
H2SO4
Hidróxido de calcio
Ca(OH)2
Dicromato de potasio
K2Cr2O7
Ácido clorhídrico
HCl
Acetileno
Expresa por medio de grupos o radicales los átomos que forman la
molécula. Este tipo de fórmula es el más adecuado para estudiar los
compuestos orgánicos.
Ejemplos
Acetileno
—
CH—
— CH
Etano
Propano
CH3—CH2—CH3
Ácido acético CH3COOH
CH3—CH3
—
H— C—
— C— H
C2H2
Cada línea (—) representa un enlace químico o valencia, que
equivale a dos electrones. Para escribir una fórmula desarrollada a
partir de una semidesarrollada, se aplica el concepto de número de
oxidación. Por ejemplo:
K11N15022
3
Fórmula semidesarrollada
Alcohol etílico CH3—CH2—OH
H
y
23
Zn12
3 P2
Nitrato de potasio
Fosfuro de cinc
La fórmula anterior nos indica que para el nitrato de potasio deben existir: 1 átomo de potasio con 1 valencia o unión, 1 átomo de
nitrógeno con 5 valencias y 3 átomos de oxígeno con 2 valencias
cada uno. Los subíndices expresan átomos y las cargas eléctricas en
la parte superior, las valencias o estados de oxidación.
El fosfuro de cinc (Zn3P2) contiene 3 átomos del metal con 2 valencias o uniones cada uno, y 2 átomos de fósforo con 3 uniones
cada uno. Cada unión se cuenta para dos átomos. También se puede observar la fórmula condensada y tomar como base el elemento
central, rodeando a este elemento de los demás. Se necesita también un poco de imaginación y geometría.
149
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Este enlace también se conoce como
salino o electrovalente. Dado que las
electronegatividades de los átomos
participantes son muy diferentes,
hay una gran diferencia de electronegatividades, que en promedio es
de 1.7 o mayor.
Actividad de aprendizaje
Escribe las fórmulas desarrolladas y electrónicas, e indica el tipo de
enlace en los siguientes ejemplos. Compara tus respuestas con otros
compañeros de clase y en caso de duda consulta con tu profesor:
Compuesto
Fórmula
desarrollada
Fórmula
electrónica
Figura 5.2
Formación de un enlace iónico.
H2O
NH3
+ Energía
+ Energía
de
sublimación
de
ionización
Na(s)
Na+Cl–(g)
– Afinidad
de
disociación
Cl2(g)
– Energía
reticular
Na+(g)
Na(g)
+ Energía
H2
El origen del modelo iónico se debe
a J. T. Berzelius, quien consideró que
los átomos poseían unos “polos”
eléctricos positivos o negativos, y
electrónica
Cl(g)
Cl–(g)
Figura 5.3
Proceso de formación del NaCl cristalino a partir de sus elementos.
H2SO4
propuso que la fuerza que une a los átomos en una molécula inorgánica o en un radical orgánico era de naturaleza eléctrica.
HNO3
H3PO4
Por ejemplo, en la formación del cloruro de sodio (NaCl). El cloro
es un elemento del grupo VII y con electronegatividad de 3.0 pauling. El sodio es un elemento del grupo IA y con electronegatividad
de 0.9 pauling (el concepto de electronegatividad se estudió en el
bloque anterior).
Naº
Na+ + 1e–
Clº + 1e–
ion sodio
Cl–
ion cloro
(Esto se lleva a cabo con una energía de ionización)
5.3 Formación
y propiedades de los compuestos
con enlace iónico
El enlace iónico resulta de la transferencia de uno o más electrones de
un átomo a otro o grupo de átomos. La pérdida o ganancia de electrones es un proceso compartido, ya que un elemento dona electrones y otro los acepta. Este modelo describe particularmente a
los compuestos que forman los metales con los no metales.
150
Al formarse los iones , la nube electrónica del sodio se ve disminuida mientras que la del cloro se ve incrementada, luego se unen y
forman el compuesto o producto que es una sal.
kcal
nNa1 1 nCl2
nNaCl Energía de enlace 5 2298.3
mol
El sodio finalmente queda como:
1s22s22p63s0 5 Na1 (catión)
El cloro queda como:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 5 Cl2 (anión)
Dicha cantidad corresponde a
un mol del compuesto. Un mol
es una cantidad numéricamente
igual a su peso molecular (suma
de los pesos atómicos de los átomos participantes) y se expresa
en gramos. Para calcular la diferencia de electronegatividades
entre dos átomos (d. E.) se aplica lo siguiente:
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Figura 5.4
Unión de los iones sodio (Na+)
y cloro (Cl–), para formar el cloruro
de sodio o sal común.
d. E. 5 Electronegatividad
del átomo más
electronegativo –
electronegatividad
del átomo menos electronegativo
En el ejemplo del NaCl, resulta:
d. E. 5 Cl 2 Na 5 3.0 2 0.9 5 2.1  1.7 ;
por tanto, se trata de un enlace iónico.
Figura 5.6
El número de iones que rodea a otro de signo opuesto en la red cristalina,
depende de la relación entre sus radios respectivos. El cesio (Cs) es mayor
al sodio (Na).
De acuerdo con lo anteriormente señalado, los compuestos con
enlace iónico, presentan las siguientes propiedades:
n
n
Propiedades de los compuestos
que presentan enlace iónico
Los compuestos iónicos en estado sólido no conducen la corriente
eléctrica, debido a que los iones no pueden migrar. Sin embargo,
cuando se funden o disuelven en agua, sí conducen la electricidad.
La conductividad eléctrica requiere del transporte de las cargas; al
disolverse en agua estas sustancias, sus iones se separan y pueden
moverse en forma independiente. Lo mismo sucede en los sólidos
iónicos fundidos, cuando los iones dejan de ocupar posiciones definidas en el cristal tienen libertad de movimiento y, bajo la influencia en un campo eléctrico, conducen la corriente.
Así, por ejemplo, la molécula de cloruro de sodio no puede determinarse, ya que no hay tal molécula, es mejor hablar de la red de
cloruro de sodio, un empaquetamiento cúbico perfecto donde hay
un número igual de iones Na1
que de iones Cl2. Es correcto
escribir Na17Cl17 o Na80Cl80,
ya que la proporción es 1 a 1.
Ejemplos de sustancias que
presentan este tipo de enlace
son las sales inorgánicas y los
óxidos inorgánicos, que contienen un metal y un no metal,
como NaCl, CaF2, K2O, BaS.
Como se observa, los elementos de los grupos I y II se unen
con elementos de los grupos
VI y VII.
Tienen puntos de fusión y ebullición elevados.
Fundidos o en disolución acuosa son buenos conductores de
la corriente eléctrica.
n
Son solubles en disolventes polares.
n
En solución son químicamente activos.
n
La forma del cristal es geométrica (cúbica, rómbica, hexagonal). No se forman verdaderas moléculas sino redes cristalinas. Ejemplos: NaCl, CaF2, K2O y BaS.
Actividad de aprendizaje
¿Cómo representarías un ion?, explícalo.
Si tuvieras que respresentar el enlace iónico con objetos de uso común, cómo lo harías; explícalo.
(
) Para que se forme un enlace iónico, se requiere la presencia
de:
a) dos metales
b) hidrógeno
c) un metal y un no metal
d) oxígeno
Comprueba tu respuesta con un ejemplo de uso práctico.
Figura 5.5
Red cristalina de NaCl. En el modelo
de varillas de la izquierda puede
apreciarse mejor su simetría cúbica.
151
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Aplica lo que sabes
Compuestos iónicos
A continuación se presenta una tabla que contiene una serie de compuestos iónicos, con algunos de sus usos; identifica al catión, el anión,
escribe la fórmula correcta y el nombre correspondiente según cada
inciso. Observa el ejemplo contestado.
Compuesto
iónico
Catión
Anión
Fórmula
Nombre
El cloruro de potasio es el principal
ingrediente de la
“sal” especial que
toman las personas
que siguen una
dieta baja en sodio.
K1
Cl2
KCl
Cloruro de
potasio
Es un componente
del yeso.
Forma parte de
cierto tipo de
fertilizantes que
contienen fósforo.
Es un componente
importante de
los huesos y los
dientes.
CaSO4
Ca12
Es una rica fuente
de nitrógeno, se
emplea a menudo
en mezclas fertilizantes.
Nitrato de
amonio
Se usa en la purificación de agua.
Cloruro de
hierro (III)
Bicarbonato de
sodio
Hidróxido de
magnesio
Fe13
O22
Carbonato de
calcio
Distingue la diferencia que existe entre uno y otro; destaca la importancia que cada uno tiene como parte de un proceso químico.
152
Ejemplos
H — ­Cl
H—H
Simple covalencia
O—
—O
Doble
covalencia
—N
N—
—
Triple
covalencia
Geometría molecular y polaridad
Se le llama leche
de magnesia.
Se presenta en la
piedra caliza y el
mármol.
Cuando la diferencia de electronegatividades entre dos o más
átomos es cero o tiene un valor muy pequeño, estos átomos tienden a compartir los electrones de valencia de sus capas externas,
ya que cada átomo ejerce la misma atracción sobre los electrones.
Este modelo se conoce como enlace covalente y la compartición
de dos electrones corresponde a la formación de un enlace. Esta
combinación de átomos se denomina molécula y es eléctricamente neutra.
Al2(SO4)3
Es un compuesto
formado por iones
de sodio e iones
hidrogenocarbonados. Se usa en el
malestar estomacal.
Componente
importante de la
herrumbre.
El enlace covalente resulta de la compartición de uno o más pares
de electrones entre los átomos que se unen. Este modelo de enlace
se utiliza para explicar la unión de los elementos clasificados como
no metales.
Este enlace se lleva a cabo entre elementos de alta electronegatividad, es decir, entre no metales y siempre por compartición de pares
de electrones. Se distinguen tres tipos de covalencia: polar, no polar y coordinada. Cuando se presenta una simple covalencia entre
dos átomos es por compartición de un par de electrones, pero si
son dos pares de electrones los que se comparten, entonces será
una doble covalencia y se puede presentar hasta una triple.
PO423
También se utiliza
para purificar el
agua en algunas
localidades.
5.4 Formación
y propiedades de los compuestos
con enlace covalente
(tipos de enlace covalente)
Las moléculas que contienen tres o más átomos adquieren formas
tridimensionales características. La geometría molecular describe
la forma en que los átomos se distribuyen en el espacio, dentro de
una molécula. Este arreglo de los átomos se puede determinar experimentalmente, no así el arreglo geométrico de los electrones.
Modelo de la Repulsión de Pares
Electrónicos en la Capa de Valencia
(rpecv)
Una primera aproximación para predecir la geometría de las moléculas la propusieron, en 1940, N. V. Sidgwick y H. M. Powell.
Posteriormente esta teoría la ampliaron y popularizaron R. J. Gillespie y R. N. Nyholm en 1957.
Grupo Editorial Patria®
Esta teoría se conoce comúnmente por sus siglas en inglés vsepr
(Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory), o bien, por su traducción al español rpecv (Repulsión de Pares Electrónicos en la Capa
de Valencia) y se aplica sólo al enlace covalente.
Según este modelo la geometría de una especie está determinada
principalmente por las interacciones repulsivas que se producen
entre los pares de electrones de la capa de valencia. Así, tenemos
que la mayoría de las moléculas presentan formas que derivan de
cinco geometrías básicas diferentes. Dos pares electrónicos se acomodan en el espacio linealmente en un ángulo de 180°, de tal forma que aumente al máximo la distancia entre ellos. Con este mismo criterio, tres pares de electrones se distribuyen bajo la forma
geométrica de un triángulo, cuatro en forma de tetraedro, cinco en
la figura de una bipirámide trigonal y seis en un octaedro.
Para aplicar el método rpecv a las moléculas primero se debe dibujar la estructura de Lewis de la molécula para determinar el número de pares de electrones que están alrededor del átomo central.
Después se procede a acomodar los pares de electrones enlazantes
de forma que exista la máxima separación entre ellos, para que sea
mínima la repulsión.
Por ejemplo, en la molécula BeF2 el átomo central es el Be y tiene
2 pares de electrones enlazantes a su alrededor. Estos pares se colocan en lugares opuestos del átomo central (Be), de manera que el
ángulo de separación sea el máximo posible. En el BeF2 es de 180°
y los tres átomos se colocarán en forma lineal.
a)
2p
2s
sp
2s
2p
sp2
p
2s
2p
sp3
p
b)
c)
Figura 5.7
(a) Tipos de hibridación en la molécula del BeF2, BeF3 y CH4. (b) Orientación
de los orbitales híbridos del BeF2, BeF3 y CH4. (c) Geometría de las moléculas
del BeF2, BeF3 y CH4.
Los ángulos de separación entre los átomos de hidrógeno son de
109.5°. El tetraedro es la forma básica de muchas moléculas orgánicas. En general, cuando el carbono forma cuatro enlaces sencillos
presenta geometría tetraédrica.
H
109.5°
C
HH
180°
F
Be
F
F
Be
H
F
El boro posee tres electrones de valencia, luego, en la molécula BF3,
los tres pares que formarán los enlaces se colocarán a la mayor distancia posible, en los vértices de un triángulo equilátero formando un
ángulo de 120°. La molécula presenta geometría triangular plana.
F
La molécula del PCl5 presenta el átomo de fósforo (átomo central)
rodeado por cinco pares de electrones que forman los enlaces con
los cinco átomos de cloro. Los pares enlazantes tienden a orientarse hacia los vértices de una bipirámide trigonal.
Los tres átomos “ecuatoriales” del cloro están en un mismo plano
con el átomo de fósforo, y el ángulo Cl-P-Cl en este plano es de
120°. Los átomos axiales (o polares) del cloro están encima y debajo de este plano ecuatorial, en el eje de la bipirámide. El ángulo formado por el átomo axial de cloro, el átomo de fósforo y un átomo
ecuatorial de cloro es de 90°.
120°
B
Cl
Cl
En el caso del metano (CH4), tenemos cuatro pares de electrones
que unen al carbono con cuatro hidrógenos. Luego se distribuyen
de manera que las repulsiones sean mínimas, lo que corresponde a
la figura de un tetraedro.
Cl
90°
FF
P
120°
Cl
Cl
153
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Finalmente, en el hexafluoruro de azufre (SF6) el átomo central, el
azufre, tiene sus seis electrones de valencia apareados formando
seis enlaces. Esta molécula presenta la estructura de un octaedro
regular.
La forma octaédrica también disminuye la repulsión entre seis pares electrónicos y presenta un ángulo de 90°.
La geometría del dióxido de carbono (CO2) le hace ser una molécula lineal y por tanto no polar.
Dióxido de carbono (CO2)
O—
—C—
—O
d. E. 5 1.0 (enlace polar)
molécula no polar
Para el trifluoruro de boro, la geometría corresponde a un triángulo equilátero, por tanto, la molécula es no polar.
F
F
90°
F
F
F
F
F
Una molécula puede ser polar o no, dependiendo de su geometría y no de
su tipo de enlace por presentar polaridad, y será atraída por campos
eléctricos o solubles en disolventes polares y conducirá la corriente eléctrica.
Ejemplos de moléculas no polares son: H2 , CH4 , CO2 , CCl4 ,
BF3 . Obsérvese que en el caso del hidrógeno (H2), su enlace es no
polar. Para el metano (CH4) la diferencia de electronegatividades
de los átomos C–H es de 0.4 pauling. Sin embargo, la molécula es
no polar por su geometría y existe una distribución uniforme de
electrones en el exterior de la molécula y esta distribución ocurre a
pesar del número de enlaces y su dirección en el espacio.
C
Trifluoruro de boro (BF3)
F
B
F
Molécula no polar
F
H
Algunas moléculas polares son: H2O; HCl; NH3; PH3
d. E. = 0.4 (enlace polar)
H
Molécula no polar por su estructura
La misma situación es para el tetracloruro de carbono, CCl4.
En estas moléculas su geometría permite distinguir una región más
negativa que otra; se presenta un dipolo (dos polos: 1 y 2).
Para el agua H2O
H
Cl
O
H
Cl
C
Cl
d. E. = 0.5 (enlace polar)
Cl
154
d. E. = 2.0 (enlace polar)
H
H
Figura 5.8
La molécula del BF3 es no polar, aun teniendo sus tres enlaces polares
(centro). Los tres momentos dipolares se anulan entre sí.
Molécula no polar por su geometría
d. E. = 1.4 (enlace polar)
Molécula polar
Geometría tetraédrica
Para el ácido clorhídrico
HCl
H
Cl
d. E. = 0.9 (enlace polar)
Molécula polar
Geometría lineal
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Para la fosfina PH3
Para el amoniaco NH3
N
H
H
H
d. E. = 0.9 (enlace polar)
Molécula polar
Geometría tetraédrica
P
H
H
H
d. E. = 0.9
Molécula polar
Geometría tetraédrica
La polaridad de un compuesto se mide en un aparato llamado
dipolímetro y se reporta en unidades Debye (D). Esta medida es
entonces su momento dipolar (µ).
Sustancia
Figura 5.9
Nube electrónica de los enlaces químicos.
Momento dipolar (µ)
CO2, bióxido de carbono
0
CH4, metano
0
C6H6, benceno
0
PH3, fosfina
0.55
H2S, ácido sulfhídrico
0.93
CH3COCH3, acetona
2.76
CH3OCH3, éter etílico
1.22
SO2, bióxido de azufre
1.61
NH3, amoniaco
1.47
H2O, agua
1.84
HCl, ácido clorhídrico
1.08
KCl, cloruro de potasio
10.6
KBr, bromuro de potasio
10.85
KI, yoduro de potasio
11.05
CHCl3, cloroformo
1.22
CH3–CH3–OH, etanol
1.74
Enlace covalente polar
Es aquel que se realiza entre dos no metales diferentes, el par de
electrones del enlace está distribuido de manera asimétrica entre
los átomos, lo cual trae como consecuencia la formación de un dipolo. Esta polaridad se indica mediante los símbolos: δ+ y δ– (delta:
δ = densidad electrónica), que es una forma de identificar al átomo
con “carga parcial positiva” y al átomo con “carga parcial negativa”.
Ejemplos
En el caso de la formación de la molécula de cloruro de hidrógeno
(HCl), la diferencia de electronegatividades es 0.9 (H = 2.1, Cl = 3.0).
Esto da como resultado una molécula polar debido a la distribución
desigual de la densidad electrónica alrededor del enlace.
××
H • 1 × Cl ××
××
××
H • × Cl ××
××
δ(1)
δ(2)
H • × Cl
Se produce una distribución desigual alrededor del enlace, el par de
electrones del enlace se encuentra más cerca del átomo con mayor electronegatividad.
Otras sustancias con este tipo de enlace son las siguientes:
H2O, HBr, PCl3 , SO2 , NH3 , H2SO4 , HNO3 , CH3COOH
155
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Actividad experimental
Sustancias polares y no polares
En esta actividad se va a investigar la solubilidad de siete solutos en
dos disolventes distintos: agua (H2O), un disolvente polar, y el hexano
(C6H14), un disolvente no polar. Escribe la palabra soluble, poco soluble e
insoluble, en la columna correspondiente a cada caso experimentado.
Soluto
Solubilidad en Solubilidad en
agua (polar)
hexano (no polar)
(H2O)
(C6H14)
Urea (CO(NH2)2)
Cuando dos átomos no metálicos de diferente electronegatividad
se unen, comparten electrones pero la nube electrónica se deforma
y se ve desplazada hacia el átomo de mayor electronegatividad, originando polos en la molécula, uno con carga parcialmente positiva
y el otro con carga parcialmente negativa. En general, la diferencia
de electronegatividades es menor a 1.7.
Enlace covalente no polar,
puro u homopolar
Este tipo de enlace se tiene cuando dos átomos de un mismo elemento se unen para formar una molécula verdadera, sin carga eléctrica, simétrica y cuya diferencia de electronegatividad es cero.
Yodo (I2)
Ejemplos
Cloruro de amonio (NH4Cl)
Naftaleno (C10H8)
Sulfato de cobre (II) (CuSO4)
Etanol (C2H5OH)
Cloruro de sodio (NaCl)
Procedimiento
n
n
n
n
n
Toma siete tubos de ensayo y agrégales 5 mL de agua de la llave.
Adiciona a cada tubo de ensayo una pequeña cantidad de cada
uno de los solutos mencionados en la tabla anterior. En el caso de
solutos líquidos agrega 1 mL (o 20 gotas).
Molécula de oxígeno:
•• •× ××
O •× O
•• ××
O •• 1 ×× O
(O —
— O)
(O2)
Otras moléculas no polares son: flúor (F2), cloro (Cl2), bromo (Br2) y
yodo (I2).
Mezcla con cuidado el contenido de los tubos de ensayo y anota
tus observaciones.
Ejemplos
Desecha el contenido de los tubos de ensayo.
Repite los pasos anteriores, usando el hexano como disolvente y
registra tus observaciones nuevamente.
Contesta las siguientes preguntas:
¿Cuáles solutos fueron más solubles en agua que en hexano?
Enlace covalente no polar
Molécula de hidrógeno:
H• 1
H •× H
El par de electrones compartido se representa por una línea que une
los símbolos de los átomos.
H
¿Cuáles fueron más solubles en hexano que en agua?
× H H
(H2)
Se puede representar de la siguiente forma esta molécula, que en realidad es una nube debido al movimiento de los electrones.
Describe cómo se distingue una reacción química de otra con diferentes sustancias, anota tus propias conclusiones, coméntalo con tus
compañeros de clase.
1s 1
1
1s 1
1s 2
El par de electrones compartidos está en el centro, a igual distancia
de cada núcleo.
156
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Ejemplos
La molécula N2O contiene un enlace de este tipo:
N
ו
••
N ×ו• N •• OEnlace
covalente coordinado
•• ••
×
×
N
OEnlace covalente coordinado
Ácido sulfúrico (H2SO4)
O
Enlace covalente coordinado
Cuando el par de electrones que forma el enlace covalente es donado por uno solo de los átomos, se denomina enlace covalente
coordinado. Una vez formado este enlace no se puede distinguir
del resto de los enlaces covalentes que forman la molécula.
Este enlace también se le llama dativo, un átomo no metálico comparte un par de electrones con otro átomo pero el segundo los acomoda en un orbital vacío. Se dice entonces que el primer átomo
da un par de electrones o que ambos átomos se coordinan para
completar su “octeto”.
La coordinación de los electrones entre átomos, o bien, qué átomo
comparte sus electrones con el otro, se indica con una flecha. Así,
en los ejemplos anteriores, se ve que el azufre dona electrones al
oxígeno (H2SO4) y el nitrógeno al oxígeno (HNO3). Otro ejemplo es el cloruro de amonio (NH4Cl), donde el nitrógeno dona
electrones al hidrógeno.
H
O
S
O
H
O
O
Cloruro de amonio (NH4Cl)
H
H
O
S
O
H
H
N
H
Cl
O Enlaces covalentes
H
coordinados
H
Ácido nítrico (HNO3)
H
O
H
O
N
H
Cl
N
O
Enlace
covalente
H
coordinado
Enlace covalente coordinado
O
H
O
N
Actividad de aprendizaje
O
Define el enlace covalente coordinado:
Escribe dos ejemplos de compuestos que presenten enlace coordinado:
1.
2.
(
Figura 5.10
Modelos de casquetes de las moléculas.
) Los enlaces polar y coordinado son una derivación del enlace:
a) iónico
b) metálico
c) covalente
d) puente de hidrógeno
157
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Propiedades de los compuestos
covalentes
Así como las sustancias iónicas poseen varias propiedades características, en el caso de los compuestos covalentes es difícil establecer
en forma categórica estas propiedades.
El enlace covalente se presenta en la mayoría de los compuestos orgánicos y en muchos inorgánicos. Se encuentra en gases, líquidos
y sólidos. Estos últimos pueden presentar puntos de fusión muy
bajos, como en el caso de la parafina y la naftalina. Sin embargo,
existe otro tipo se sólidos en el que los átomos forman una red tridimensional unida por enlaces covalentes. Estos sólidos son duros
y quebradizos, con puntos de fusión altos. Estas propiedades se deben, en parte, a la fuerza de los enlaces covalentes, y también a la
estabilidad de la estructura tridimensional.
Como ejemplos de sólidos que presentan esta estructura se encuentran el diamante, el dióxido de silicio (la arena común) y el
carburo de silicio, un material que se utiliza como abrasivo y que
contiene átomos de carbono y silicio alternados. Todos poseen la
misma estructura del diamante como se puede apreciar en la siguiente figura:
n
Presentan puntos de fusión y ebullición bajos, pero mayores
que los de las sustancias formadas por moléculas no polares
de magnitud parecida.
Propiedades de los compuestos con enlace
covalente no polar
n
Moléculas verdaderas y diatómicas (con dos átomos).
n
Actividad química media.
n
Baja solubilidad en agua.
n
No conducen el calor o la electricidad.
n
n
n
Estado físico gaseoso, aunque pueden existir como sólidos o
líquidos.
Son sustancias gaseosas o muy volátiles, como por ejemplo;
H2, O2, Cl2, N2.
Algunos presentan puntos de fusión enormemente elevados. Son cuerpos muy duros. Insolubles en casi todos los
disolventes.
Ejemplos
SO2, HCl, PCl5
5.5 Enlace metálico
Figura 5.11
Redes cristalinas del diamante y grafito.
De acuerdo con el tipo de enlace químico covalente presente en
las sustancias se tienen las siguientes propiedades para cada uno de
ellos:
Propiedades de los compuestos con enlace
covalente polar
n
Moléculas que existen en los tres estados físicos de agregación
de la materia.
n
Gran actividad química.
n
Solubles en disolventes polares.
n
En disolución acuosa son conductores de la electricidad.
n
158
Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero más altos
que los de las sustancias no polares.
Teoría del mar de electrones
Los cristales de los metales se caracterizan por presentar el llamado “brillo metálico”, alta conductividad eléctrica y térmica, y por
la facilidad con que pueden ser estirados, forjados y doblados sin
romperse.
Los electrones de valencia están localizados en todo el cristal, de
tal manera que este enlace se considera como una serie de iones
positivos rodeados por un “mar” de electrones móviles.
La alta conductividad eléctrica de los metales se explica fácilmente,
considerando que sus electrones de valencia se encuentran libres
para moverse cuando se les aplica un potencial eléctrico. La alta
conductividad térmica de los metales es también una consecuencia
de los electrones libres que pueden adquirir gran energía, moverse
rápidamente a través del cristal y, por tanto, transportar el calor.
La estructura de un metal puede suponerse como un empaquetamiento compacto de esferas, como se muestra en la siguiente
figura.
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Los metales se disuelven en otros metales formando mezclas homogéneas llamadas aleaciones. A menudo, los metales puros son
demasiado suaves para usos prácticos, como sucede con el aluminio; pero al mezclarlos con pequeñas cantidades de otros elementos adquieren fuerza y se modifican sus propiedades. Por
ejemplo, la adición de cromo al acero aumenta la resistencia a la
corrosión, igual que la adición del carbono al hierro para formar
el acero.
Figura 5.12
Los electrones se mueven con libertad por todo el metal entre los iones
positivos. En la imagen superior se muestran los iones positivos derivados
del metal (esferas positivas) rodeados por los electrones (esferas negativas)
que se mueven libremente.
La realidad nos muestra que la mayoría de los metales son maleables (forman láminas) y dúctiles (forman cables), lo que indica que
sus átomos pueden deslizarse unos sobre otros. Este desplazamiento no produce grandes fuerzas repulsivas, porque el mar móvil de
electrones proporciona una amortiguación constante entre los iones positivos.
Actividad de aprendizaje
Representa mediante un modelo lo que es un enlace metálico:
Describe tres características del enlace metálico, menciona cuál es su
uso e importancia en la práctica de la vida común:
Ejemplos de sustancias que presentan el enlace metálico: todos
los metales, oro (Au), sodio (Na), hierro (Fe), aleaciones como los
aceros, amalgamas de mercurio (Hg), cobre (Cu), y sus aleaciones:
cobre-cinc (Cu-Zn), cobre-níquel (Cu-Ni), cobre-estaño (Cu-Sn),
etcétera.
Los electrones libres y la energía
de ionización
En el enlace metálico, a diferencia del covalente, los electrones de
enlace no están sujetos a un par concreto de átomos, sino que se
mueven libremente por todo el metal entre los iones positivos,
formados al desprenderse dichos electrones de sus respectivos
átomos y se constituye lo que denominamos mar de electrones de
un metal. El transporte de energía eléctrica a través del metal no
requiere sólo de electrones libres, sino también necesita que se le
aplique una fuerza que los obligue a desplazarse en una dirección.
Cuando eso ocurre, se produce una corriente eléctrica, pues surge
un transporte de carga de un extremo a otro del material. Lo anterior está en función de la llamada energía de ionización, la cual se
define como la energía mínima requerida para quitar un electrón
de un átomo gaseoso en su estado fundamental.
M(g)
M1(g) 1 e2
Se mide en kilojoules por mol (kJ/mol). La magnitud de la energía de ionización es una medida de esfuerzo necesario para que
un átomo libere un electrón, o de cuán “fuertemente” está enlazado un electrón al núcleo en el átomo. A mayor energía de ionización
es más difícil quitar el electrón. Veamos algunos ejemplos de energía de ionización en algunos elementos de los grupos IA y IIA:
Escribe tres ejemplos de aleaciones que se puedan utilizar en diversas
situaciones cotidianas:
(
) El enlace que está constituido por iones positivos sumergidos
en una nube de electrones móviles es:
a) Iónico
b) Covalente
c) Metálico
d) Polar
Grupo IA (1): Li 5 520 kJ
Na 5 495.9 kJ
K 5 418.7 kJ
Grupo IIA (2): Be 5 899 kJ
Mg 5 738.1 kJ
Ca 5 589.5 kJ
Los metales alcalinos (grupo 1 o IA) tienen las menores energías
de ionización, ya que es relativamente fácil quitarles un electrón.
Los metales alcalinotérreos (grupo 2 o IIA) tienen valores más altos de energía de ionización que los alcalinos.
La importancia de la energía de ionización radica en la relación
entre la configuración electrónica (los electrones de valencia) del
átomo y la estabilidad de éstos.
159
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
En los metales se forman dos bandas. Una en la que se encuentran
los electrones de la banda de valencia que se denomina “banda de
valencia” y otra que se llama “banda de conducción”, que es la primera
banda vacía.
Figura 5.13
Comparación entre propiedades mecánicas de los sólidos metálicos
y los iónicos.
Teoría de bandas
Esta teoría representa un modelo más elaborado para explicar la
formación del enlace metálico; se basa en la teoría de los orbitales
moleculares, la cual establece que cuando dos átomos se enlazan,
los orbitales de la banda de valencia se combinan para formar dos
orbitales nuevos que pertenecen a toda la molécula, uno que se
denomina enlazante (de menor energía) y otro antienlazante (de
mayor energía). Si se combinan 3 átomos se forman 3 orbitales
moleculares, con una diferencia de energía entre ellos menor que
en el caso anterior. En general, cuando se combinan “n” orbitales,
de otros tantos átomos, se obtienen “n” orbitales moleculares de
energía muy próxima entre sí y constituyen lo que se llama una
banda.
En los metales existe un número muy grande de orbitales atómicos
para formar enlaces deslocalizados que pertenezcan a toda la red
metálica (como si fuese una gran molécula). Como el número de
orbitales moleculares es muy grande forman una banda en la que
los niveles de energía, como se ha dicho anteriormente, están muy
próximos.
En los metales, la banda de valencia está llena o parcialmente llena;
pero en estas sustancias, la diferencia energética entre la banda de
valencia y la de conducción es nula, es decir están solapadas. Por
ello, tanto si la banda de valencia está total o parcialmente llena, los
electrones pueden moverse a lo largo de los orbitales vacíos y conducir la corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial.
En el caso de los aislantes la banda de valencia está completa y la
de conducción vacía; pero a diferencia de los metales, no sólo no
solapan sino que además hay una importante diferencia de energía
entre una y otra (hay una zona prohibida) por lo que no pueden
producirse saltos electrónicos de una a otra. Es decir, los electrones
no gozan de la movilidad que tienen en los metales y, por ello, estas
sustancias no conducen la corriente eléctrica.
Un caso intermedio lo constituyen los semiconductores; en el caso
de las sustancias de este tipo, la banda de valencia también está llena y hay una separación entre las dos bandas, pero la zona prohibida no es tan grande, energéticamente hablando, y algunos electrones pueden saltar a la banda de conducción. Estos electrones y los
huecos dejados en la banda de valencia permiten que haya cierta
conductividad eléctrica. La conductividad en los semiconductores aumenta con la temperatura, ya que se facilitan los saltos de los
electrones a la banda de conducción. Son ejemplos de semiconductores: germanio (Ge), silicio (Si), arseniuro de galio (Ga-As) y
el antimoniuro de indio (In-Sb).
Características que se derivan
del enlace metálico
Las propiedades del enlace metálico son las siguientes:
n
n
Son buenos conductores de la electricidad y del calor.
n
Presentan un brillo característico.
n
n
Figura 5.14
Se observa que la conductividad depende de la posición de las bandas
de conducción y de valencia.
160
A excepción del mercurio, los metales puros son sólidos a
temperatura ambiente. No obstante, sus puntos de fusión son
muy variables, aunque generalmente altos.
n
Son dúctiles y maleables. Esto se debe a la no direccionalidad
del enlace metálico y a que los “restos positivos” son todos similares, con lo que cualquier tracción no modifica la estructura de la red metálica, sin aparecer repulsiones internas.
Presentan el llamado “efecto fotoeléctrico”; es decir, emiten
electrones cuando son sometidos a una radiación de determinada energía.
Se suelen disolver unos en otros formando disoluciones que
reciben el nombre de aleaciones.
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En la industria los metales tienen una amplia aplicación, por su ductilidad y conductividad se fabrican cables y alambres de diferentes
diámetros; por su maleabilidad se tienen láminas y hojas para cubiertas; por su dureza y tenacidad se les emplea en la fabricación de
herramientas, utensilios, piezas mecánicas, etcétera.
También se aplican en equipo instrumental científico o de laboratorio, médico, mecánico, partes de automóviles, tuberías para conexiones de agua y eléctricas, acuñación de monedas, soldaduras,
linotipos, joyería, adornos, protecciones, etcétera.
Conocer las diferentes formas de interactuar que tienen los elementos entre sí nos ha permitido, en años recientes, tener un notable desarrollo de nuevos materiales que se aplican en muchos
ámbitos: alimentación, textiles, colorantes, agricultura, medicina,
comunicaciones, vehículos, etc., lo cual nos proporciona mayor
comodidad en nuestras actividades. Los notables avances en los
viajes espaciales, para descubrir nuevas galaxias, planetas o estrellas, es sumamente interesante y motivador para seguir buscando
nuevos materiales.
Los nuevos materiales a base de aleaciones metálicas.
Principales características y usos
Material
Metales
Aplicación
Fusibles térmicos.
Cu-Zn-Al
Cu-Zn-Ni
Rearmables.
Detectores y accionadores de dispositivos de control térmico (por ejemplo,
alarmas contra incendios).
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
El elemento con memoria de forma puede efectuar las dos
funciones al mismo tiempo.
Detectores de calentamiento excesivo de celdas en cuñas electrolíticas.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Elimina la detección manual.
Anillos de ensamblaje rápido de tubería.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Elimina la necesidad de soldadura en tubería submarina (Ti-Ni).
Procesos económicos.
Barras de tratamiento de escoliosis severas (desviaciones de la columna
vertebral).
Ti-Ni
Implantable en el cuerpo humano. Aleación inerte.
Grapas para ligadura de trompas de Falopio.
Ti-Ni
Anticoncepción.
Dispositivos diversos para ortopedia.
Ti-Ni
Aleación inerte. Buena resistencia mecánica.
Antenas autodesplegables para satélites.
Ti-Ni
Ya han sido utilizadas.
Controles térmicos de flujo de agua o gas.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Válvulas térmicas.
Relevadores térmicos.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
No necesitan ser rearmables.
Motores de estado sólido.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
De baja eficiencia pero económicos y de mantenimiento simple.
Alambres para guías de fibras ópticas.
Ti-Ni
Ayudan a la introducción de una fibra óptica en el cuerpo
humano.
Sistemas de abertura automática de aireación.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Invernaderos, automóviles, etcétera.
Resortes con geometrías diversas.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Aplicaciones de alta tenacidad.
Partes de aviones y automóviles.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Se han usado también en cohetes militares.
Sistemas de reducción de ruido.
Cu-Zn-Al
Cu-Al-Ni
Cubren el espectro audible.
161
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Dispositivo de implante en uso o probados, su función y los biomateriales empleados
Dispositivo
Biomaterial
Función
Humor artificial vítreo.
Esponja de silicón, teflón: poligliceril metacrilato (pgma).
Llenar la cavidad vítrea del ojo.
Prótesis de córnea.
Polimetil metacrilato (pmma); hidrogel.
Proporciona una vía óptica a la retina.
Lentes intraoculares.
pmma
Ducto artificial del saco lagrimal.
pmma.
Corregir la obstrucción crónica.
Trompa de Eustaquio artificial.
Goma elástica de silicón, teflón.
Propiciar tránsito de ventilación pura.
Tubulación nerviosa.
Membrana de silicón, metales quirúrgicos porosos.
Poner en línea recta diversos nervios.
Prótesis oído medio.
pmma; hilo
Reemplazar huesos dañados del oído medio.
Guías percutáneas.
Nylon o dacrón terciopelado, pmma.
Conducir potencia o electricidad a dispositivos
sensoriales.
Prótesis auditivas, prótesis visuales.
Alambres y electrodos de Pt y Pt-Ir; electrodos de Ta-Ta2O5, acero inoxidable,
goma elástica de silicón; pmma.
Restauración de oído y visión.
Analgesia eléctrica.
Alambres y electrodos de Pt y Pt-Ir; electrodos de Ta-Ta2O5, acero inoxidable,
goma elástica de silicón; pmma.
Eliminar dolor crónico.
Control eléctrico de ataque epiléptico.
Alambres y electrodos de Pt y Pt-Ir; electrodos de Ta-Ta2O5, acero inoxidable,
goma elástica de silicón.
Conducir señales eléctricas al cerebro.
Estimulación frénica.
Alambres y electrodos de Pt y Pt-Ir; electrodos de Ta-Ta2O5, acero inoxidable,
goma elástica de silicón.
Control de la respiración eléctricamente.
Control de la vejiga.
Alambres y electrodos de Pt y Pt-Ir; electrodos de Ta-Ta2O5, acero inoxidable,
goma elástica de silicón.
Estimular la liberación de la vejiga.
(lentes); nylon, polipropileno, Pt, Ti, Au (aros).
metálico; proplast (ptfe + fibra de carbón); biovidrio.
Corregir problemas causados por cataratas.
Corazón y sistema cardiovascular
Estimulación al miocardio y endocardio
(marcapasos de corazón).
Acero inoxidable, contenedores de Ti, goma elástica de silicón, cera epoxi
encapsulada; electrodos de Pt o aleaciones Pt-Ir.
Mantener el ritmo cardiaco.
Desviaciones crónicas y catéteres.
Polietileno, revestimientos hidrofílicos.
Auxiliar en hemodiálisis.
Válvulas cardiacas.
Aleaciones Co-Cr; carbón isotrópico a baja temperatura, injertos porcinos;
aleaciones de Ti con silastic o discos de carbón pirolítico.
Reemplazar válvulas enfermas.
Prótesis arteriales y vasculares;
componentes artificiales del corazón;
dispositivos auxiliares del corazón.
Segmentos de poliuretano, goma elástica de silicón o ejes de carbón pirolítico
con mallas de dacrón; heparina + gbh o tgbh revestimiento sobre teflón o goma
elástica de silicón; phema revestidas con polímeros; dacrón terciopelado, fieltros
y tejidos; tejidos de poliolefinas (tp), tp con superficie de gelatina enlazada
transversal; tan sólo teflón (ptfe).
Reemplazar arterias dañadas y vasos
sanguíneos; reemplazar el corazón.
Reparar y reemplazar el esqueleto
Cadera total artificial, rodilla, hombro,
codo, carpo, etcétera.
162
Vástagos: acero inoxidable 316L; aleaciones Co-Cr; Ti y aleaciones T-Al-V;
aleaciones ahuecadas de Co-Cr-Mo-Ni; polietileno de alta densidad y alto peso
molecular; alúmina de alta densidad; “cemento” pmma; alúmina de baja densidad;
Reconstrucción artrítica o fractura de
polímero poliacetal; recubrimientos de metal-carbón pirolítico; recubrimiento de
articulaciones.
metal-biovidrio; politetrafluoroetileno poroso (ptfe); recubrimientos de ptfecarbón sobre metal; fibras de pmma-carbón, polvos compuestos de pmmaceravital; acero inoxidable poroso; Co-Cr; Ti y aleaciones de Ti
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Dispositivo
Biomaterial
Función
Placas de hueso, tornillos, alambre.
Acero inoxidable 316L; aleaciones Co-Cr; Ti y aleaciones de Ti; fibra compuesta
de polisulfona-carbón; fibra compuesta de biovidrio-metal; compuesto de ácido
polilático-ácido poliglicólico.
Reparar fracturas.
Clavos intramedulares.
Acero inoxidable 316L; aleaciones Co-Cr; Ti y aleaciones de Ti; fibra compuesta
de polisulfona-carbón; fibra compuesta de biovidrio-metal; compuesto de ácido
polilático-ácido poliglicólico.
Alinear fracturas.
Varillas Harrington.
Acero inoxidable 316L; aleaciones Co-Cr; Ti y aleaciones de Ti; fibra compuesta
de polisulfona-carbón; fibra compuesta de biovidrio-metal; compuesto de ácido
polilático-ácido poliglicólico.
Corregir la curvatura crónica de la espina.
Miembros del cuerpo artificiales
implantados permanentemente.
Acero inoxidable 316L; aleaciones Co-Cr; Ti y aleaciones de Ti; fibra compuesta
de polisulfona-carbón; fibra compuesta de biovidrio-metal; compuesto de ácido
polilático-ácido poliglicólico, además de nylon o dacrón terciopelado sobre
silastic para tejido suave con crecimiento interno.
Reemplazar extremidades perdidas.
Separadores y extensores vertebrales.
Al2O3.
Corregir deformidades congénitas.
Fusión espinal.
Biovidrio.
Inmovilizar vértebras para proteger la médula
espinal.
Estimulación funcional
neuromuscular.
Electrodos de Pt, Pt-Ir; silicón, aislamiento de teflón.
Controlar músculos eléctricamente.
Dental
Reposición de hueso alveolar,
reconstrucción mandibular.
ptfe carbón
compuesto (proplast); Al2O3 poroso; ceravital; hema
hidrogel-relleno, apatidentalta porosa; fosfato tricálcico; copolímero pla/pga;
biovidrio, apatita densa.
Restaurar el soporte alveolar para mejorar la
dentadura adecuada.
Implantes de reemplazo de dientes
(aletas, anclas, espirales, cilindros en
forma natural o con base modificada).
Acero inoxidable, aleaciones Co-Cr-Mo, Ti y aleaciones de Ti, Al2O3, biovidrio,
carbón LTl, pmma, proplast, aluminato de calcio poroso, mineral de MgAl2O4 ,
carbono vítreo, hidroxiapatita densa.
Reemplazar dientes enfermos, lesionados o
no existentes.
Implantes de reemplazo o de dientes
subperiósticos.
Acero inoxidable, aleación de Co-Cr-Mo, recubrimientos de carbón lti .
Soportar el puente de trabajo o directamente
dientes sobre el hueso alveolar.
Anclas ortodónticas.
Biovidrio bañado de Al2O3 ; biovidrio bañado de Vittalium.
Proporcionar postes para la aplicación del
esfuerzo requerido para cambiar deformidades.
Prótesis para relleno de tejido blando
Contorno de cara y prótesis de relleno
(nariz, oreja, mejilla).
Reemplazar tejido enfermo, traumatizado o con tumores.
Goma elástica de silicón (silastic), polietileno,
fluido, fluido de colágeno
disuelto.
Prótesis mamarias.
Gel y goma elástica de silicón, tejido de dacrón, esponja hydrón.
Reemplazar o aumentar el seno.
Hueso para defectos craneales y
prótesis de reconstrucción maxilofacial.
Resina acrílica, curada-uniforme; acero inoxidable, aleación Co-Cr, lámina de Ta,
polietileno y uretano poliéster cubierto de tereftalato de polietileno recubierto de
malla tejida.
Rellenar defectos.
Cartílago articular artificial.
Hidrogel pva cristalizado y polímeros de poliuretano; pfte con fibras de grafito
(proplast).
Reemplazar los cartílagos deteriorados por
artritis.
ptfe, silicón
Miscelánea de tejido suave
Uretra, vejiga y pared intestinal
artificiales.
Teflón, nylon-poliuretano compuesto; pericardio tratado de bovino; banda elástica
Reemplazar tejido dañado.
de silicón.
Piel artificial.
Colágeno procesado; membrana de silicón ultradelgada de espuma de
policaprolactona (pca); película pca compuesta.
Tratamiento en quemaduras severas.
Desviación hidrocefálica.
Cinta elástica de silicón.
Propiciar el drenaje y reducir la presión.
163
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Dispositivo
Biomaterial
Función
Parches suaves.
Acero inoxidable, malla de dacrón.
Reparar hernias.
Desviaciones internas.
Colágeno modificado; silastic.
Propiciar el acceso rutinario a las unidades
de diálisis.
Desviaciones externas.
Silastic-teflón o dacrón.
Propiciar el acceso rutinario para diálisis.
Suturas.
Acero inoxidable, seda, nylon, pga, dacrón, cuerda de tripa, polipropileno.
Mantener el contacto suave para ayudar a la
cicatrización.
Sistemas de liberación de drogas.
Cinta elástica de silicón, hidrogeles de copolímero etileno-acetato de vinilo,
pla/pga polisacáridos-polímeros de vinil.
Reemplazar drogas progresivamente;
inmovilizar enzimas.
Tráquea artificial.
Malla de dacrón poroso-poliéster uretano, malla de Ta, esponja Ivalon y malla de
polipropileno.
Reconstrucción de la tráquea.
Actividad experimental
Enlace químico
Al finalizar la práctica el alumno, en función de las propiedades de una
sustancia, determinará la importancia del enlace y la polaridad de una sustancia en situaciones prácticas de uso común.
Consideraciones teóricas
Los átomos de un compuesto químico se encuentran unidos entre sí
mediante fuerzas de atracción, a las cuales se les denomina enlace
químico. La unión de los elementos de la tabla periódica genera moléculas, radicales o iones.
Sustancias
n
25 mL de solución de cloruro de sodio
n
25 mL de solución de azúcar
n
25 mL de ácido clorhídrico
n
25 mL de agua destilada
Observa lo que ocurre, anota tus comentarios:
Una de las características principales de los gases nobles e inertes es
su extrema estabilidad debido a que sus niveles energéticos se encuentran completos.
El enlace iónico se forma entre dos átomos, uno positivo (metálico) y
otro negativo (no metálico). El enlace covalente puede ser polar, no
polar o coordinado. Se realiza entre dos no metales, con sus diferentes variaciones entre cada uno de ellos. También existe el enlace metálico, porque se produce cuando se combina dos o más elementos
metálicos. También existe el enlace por puente de hidrógeno que tiene
propiedades muy importantes.
Experimento 1
Procedimiento
En 4 vasos de precipitados de 100 mL agrega las siguientes soluciones: en el primero, 25 mL de agua destilada; en el segundo, solución
de cloruro de sodio; en el tercero, solución de azúcar y en el cuarto,
ácido clorhídrico. Mide la conductividad eléctrica introduciendo en cada
una de las soluciones las terminales de cobre, cerrando el circuito.
Material y aparatos
n
4 vasos de precipitados de 100 mL
n
1 circuito eléctrico
164
Completa lo siguiente:
Sustancia
Solubilidad Benceno
Sí/No
Polar/
No polar
Solución de
Cloruro de sodio
Solución de
azúcar
Ácido clorhídrico
Compara resultados y comenta tus dudas, elabora tus propias conclusiones:
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Actividad experimental
Experimento 2
Procedimiento
Coloca en un tubo de ensayo 3 g de cloruro de sodio y en otro 3 g de
vaselina y, en el último 3 g de ácido benzoico; a cada uno agrega 10
mL de agua. Tápalos y agítalos. Observa lo que ocurre.
Repite el experimento usando benceno en sustitución de agua, tapa
y agita.
Material
n
6 tubos de ensayo de 15 3 150 mm
Sustancias
n
2 mL de benceno
n
3 g de cloruro de sodio
n
3 g de vaselina sólida
n
3 g de ácido benzoico
n
10 mL de agua
Observa lo que ocurre, anota tus comentarios:
Describe a qué se debe la reacción de cada experimento y qué implicaciones tendrías al mezclar sustancias sin saber cuál va a ser la
reacción química que se va a generar, da tu opinión al respecto.
Completa el siguiente cuadro:
Sustancia
Agua
Sí/No
Solubilidad
Benceno Sí/No
Polar/
No polar
Ácido benzoico
¿Qué tipo de solvente es el agua?
Cloruro de sodio
¿Qué tipo de solvente es el benceno?
Vaselina
Actividad experimental
Experimento 3
n
5 g de azúcar
Procedimiento
n
5 g de almidón
En una cápsula de porcelana coloca 5 g de azúcar, sostén la cápsula
con las pinzas y acércala a la flama del mechero durante 3 minutos;
observa lo que ocurre.
Repite el experimento, pero ahora con 5 g de cloruro de sodio y posteriormente con 5 g de almidón. Observa lo que ocurre en cada caso.
Material
n
3 cápsulas de porcelana
n
1 pinzas para cápsula
n
1 mechero
Sustancias
n
5 g de cloruro de sodio
165
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Observa lo que ocurre, anota tus comentarios:
Menciona varios ejemplos de cada sustancia y que tenga que ver productos de uso común en tu hogar, da tu opinión sobre la importancia
de cada uno de ellos y el uso correcto que se les debe dar.
Completa el siguiente cuadro:
Sustancia
Se fundió
Sí/No
Polar/
No polar
Solución de cloruro de sodio
Azúcar
Almidón
5.6 Fuerzas intermoleculares
Anteriormente se estudiaron las propiedades físicas de los gases en
términos de la teoría cinética-molecular. En los gases las moléculas
se encuentran muy separadas y en movimiento caótico constante.
La energía cinética promedio de las moléculas es mucho mayor
que la energía de atracción promedio entre ellas, y esta falta de
fuerzas de atracción entre moléculas permite que un gas se expanda para llenar el recipiente que lo contiene.
En los líquidos, las fuerzas de atracción intermoleculares tienen la
suficiente intensidad para mantener juntas a las moléculas, por ello,
son mucho más densos y menos compresibles que los gases. A diferencia de éstos, los líquidos tienen un volumen definido, independientemente del tamaño y la forma del recipiente que los contenga.
Las fuerzas de atracción en los líquidos no son, sin embargo, tan
fuertes como para evitar que las moléculas estén en continuo movimiento. Así, se pueden verter y tomar las formas de sus recipientes.
En los sólidos, las fuerzas de atracción intermoleculares son tan
fuertes que no sólo mantienen a las moléculas muy juntas unas
a otras, sino que ocupan un lugar definido. Los sólidos, como los
líquidos, no son compresibles porque hay poco espacio entre sus
moléculas y, con frecuencia, éstas toman posiciones de acuerdo
con un patrón regular. Como las partículas de un sólido no tienen
libertad de movimiento, son rígidos; tienen estructuras muy ordenadas, son cristalinos.
El estado de una sustancia depende mucho del equilibrio entre la
energía cinética de las partículas y las energías de atracción entre
ellas. La energía cinética, que depende de la temperatura, tiende a
conservar apartadas y en movimiento a las partículas, las atracciones intermoleculares tienden a mantenerlas unidas. Aquellas sus166
tancias que son gases a la temperatura ambiente tienen atracciones
intermoleculares más débiles que las líquidas y éstas, a su vez, tienen atracciones más débiles que las sólidas.
Se puede cambiar una sustancia de un estado a otro, calentándola o
enfriándola, lo cual cambia la energía cinética promedio de sus partículas. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl), que es un sólido
a la temperatura ambiente, se funde a 804 °C y hierve a 1 465 °C a
una atmósfera de presión. A la inversa, el monóxido de nitrógeno
(N2O), un gas a la temperatura ambiente, se licua a −88.5 °C y solidifica a −102.4 °C a una atmósfera.
La intensidad de las fuerzas intermoleculares de las diferentes sustancias varía dentro de un amplio margen. A pesar de ello, generalmente son mucho más débiles que los enlaces iónicos o covalentes.
Por ejemplo, se requieren sólo 16 kJ/mol para vencer las atracciones intermoleculares entre las moléculas de ácido clorhídrico
(HCl) en el estado líquido y lograr su evaporación. En contraste, la
energía requerida para romper el enlace covalente y disociar el HCl
en átomos de H y de Cl es de 431 kJ/mol. Se requiere menos energía para evaporar un líquido o fundir un sólido que para romper
los enlaces covalentes de las moléculas. Así, cuando una sustancia
molecular como el HCl cambia de sólido a líquido y a gas, las moléculas permanecen intactas.
Muchas propiedades de los líquidos, incluidos sus puntos de ebullición, reflejan la intensidad de las fuerzas intermoleculares. Un líquido hierve cuando se forman dentro de sí burbujas de su vapor. Las
moléculas de un líquido deben vencer sus fuerzas de atracción a fin
de separarse y formar un vapor. Cuanto más intensas sean dichas
fuerzas mayor será la temperatura a la cual hierve el líquido. Del
mismo modo, los puntos de fusión de los sólidos aumentan al incrementarse la intensidad de las fuerzas intermoleculares.
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Se conocen tres tipos de fuerzas de atracción entre las moléculas neutras: fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas de dispersión de London, y puentes
de hidrógeno. Las dos primeras se llaman también fuerzas de Van
der Waals, en honor de Johannes Van der Waals, quien desarrolló
la ecuación para predecir la desviación de los gases del comportamiento ideal.
Fuerzas dipolo-dipolo
Las fuerzas dipolo-dipolo existen entre moléculas polares neutras. Las moléculas polares se atraen unas a otras cuando el extremo positivo de una molécula está cerca del extremo negativo de
otra, como se ilustra a continuación:
Otra clase de fuerza de atracción, la fuerza dipolo-dipolo inducido, tiene importancia en las disoluciones. Como grupo, las fuerzas intermoleculares tienen menos de 15% de la intensidad de los
enlaces covalentes o iónicos. Al estudiarlas, se debe observar que
cada una es de naturaleza electrostática e implica la atracción entre
especies positivas y negativas.
Fuerzas dipolo-dipolo inducido
En ciertas ocasiones, una molécula polar (dipolo), al estar próxima a otra no polar, induce en ésta un dipolo transitorio, produciendo una fuerza de atracción intermolecular llamada dipolodipolo inducido.
Así, el agua cuya molécula es un dipolo, produce una pequeña polarización en la molécula no polar de oxígeno, la cual se transforma
en un dipolo inducido. Esto hace que el oxígeno (O) y el dióxido
de carbono (CO2), que son no polares, presenten cierta solubilidad en solventes polares, como el agua.
Figura 5.16
La molécula del agua constituye un ejemplo de molécula polar.
Las fuerzas dipolo-dipolo son efectivas sólo cuando las moléculas
polares están muy próximas y, generalmente, son más débiles que
las fuerzas ion-dipolo.
Cuando dos moléculas polares
(dipolo) se aproximan, se produce una atracción entre el polo
positivo de una de ellas y el negativo de la otra. Esta fuerza de
atracción entre dos dipolos es
tanto más intensa cuanto mayor
es la polarización de dichas moléculas polares.
Por ejemplo, el HCl es una molécula polar porque hay una diferencia en las electronegatividades de los átomos de H y Cl. El grado
de separación de las cargas en una molécula polar se mide por su
momento dipolar, el del HCl es de 1.03 Debyes (D).
Los iones positivos son atraídos al extremo negativo de un dipolo,
en tanto que los iones negativos son atraídos al extremo positivo,
como se muestra en la figura.
La magnitud de la energía de la interacción depende de la carga del
ion (Q), del momento dipolar del dipolo m, y de la distancia del
centro del ion al punto medio del dipolo (d): E a Q m/d 2.
Molécula
no polar
12
12
Figura 5.15
Fuerzas dipolo-dipolo inducido.
Dipolo inducido
o transitorio
Dipolo
Figura 5.17
Un ion en el seno de un disolvente
polar como el agua es rodeado por
los pequeños dipolos eléctricos
que constituyen sus moléculas,
las cuales se orientan de modo
que la carga del ion sea envuelta
por cargas de signo contrario.
Si el disolvente es agua,
el fenómeno se denomina
hidratación.
En el caso más general recibe el
nombre de solvatación y permite
explicar la capacidad de los
líquidos polares para disolver
sólidos iónicos.
Estas fuerzas de atracción, llamadas dipolo-dipolo, se observan
en las moléculas covalentes polares, como el sulfuro de hidrógeno (H2S), el metanol (CH3OH),
la glucosa (C6H12O6), etc. Estas
sustancias de elevada polaridad
se disuelven en solventes polares
tales como el agua.
En los líquidos, las moléculas dipolares están libres para moverse
unas respecto a otras. Algunas
veces tendrán una orientación
en que se atraen y otras en que
se repelen. Dos moléculas que se
atraen pasan más tiempo cerca
167
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
una de la otra que dos partículas que se repelen entre sí. De esta forma, el efecto general es una atracción neta. Al examinar varios líquidos se observa que para las moléculas de masa y tamaño semejante,
las energías de las atracciones intermoleculares aumentan cuando
la polaridad aumenta. Los puntos de ebullición crecen cuando el
momento dipolar se incrementa.
Masas moleculares, momentos dipolares
y puntos de ebullición de sustancias
Masa
molecular
(uma)
Momento
dipolar µ (D)
Punto de
ebullición (K)
Propano,
CH3CH2CH3
44
0.1
231
Éter dimetílico,
CH3OCH3
46
1.3
249
Cloruro de metilo,
CH3Cl
50
2.0
249
Acetaldehído,
CH3CHO
44
2.7
293
Acetonitrilo,
CH3CN
41
3.9
355
Sustancias
Fuerzas de dispersión o fuerzas
de London
¿Qué clase de fuerzas intermoleculares puede haber entre átomos
o moléculas no polares? Desde luego, no pueden ser fuerzas dipolo-dipolo si las partículas son no polares. Puesto que los gases no
polares se pueden licuar, ello indica que debe haber alguna clase
de fuerzas de atracción entre ellas. El origen de esta atracción la
propuso por primera vez en 1930 Fritz London, físico germanoestadounidense. London reconoció que el movimiento de los electrones en un átomo o en una molécula puede crear un momento
dipolar instantáneo. Por ejemplo, los átomos de helio.
En un conjunto de átomos de helio, la distribución promedio de los
electrones alrededor de cada núcleo es esféricamente simétrica.
Los átomos son no polares y no poseen momento dipolar permanente. La distribución instantánea de los electrones puede, sin embargo, ser diferente de la distribución promedio. Por ejemplo, si en
determinado instante pudiéramos congelar el movimiento de los
electrones en un átomo de helio, ambos podrían estar de un solo
lado del núcleo. Entonces, justo en ese momento, el átomo podría
tener un momento dipolar instantáneo. Como los electrones se repelen uno al otro los movimientos de los electrones de sus átomos
vecinos pueden inducir un dipolo similar en un átomo adyacente,
ocasionando la atracción de los átomos entre sí.
168
Figura 5.18
Dos representaciones esquemáticas de los dipolos instantáneos en dos átomos
de helio adyacentes, que muestran la atracción electrostática entre ellos.
Esta fuerza de atracción se llama fuerza de dispersión de London (o
fuerza de dispersión). Esta fuerza es significativa sólo cuando las
moléculas están muy próximas entre sí.
La facilidad con la que una fuerza externa distorsiona la distribución de cargas en una molécula se llama polarizabilidad. Cuanto
mayor sea la polarizabilidad de una molécula, más fácilmente se
puede distorsionar su nube electrónica para dar un dipolo momentáneo, y así, mayor será la energía de las fuerzas de dispersión
de London. En general, las moléculas más grandes tienen mayor
polarizabilidad porque sus electrones están más alejados de los
núcleos. Por consiguiente, la energía de las fuerzas de dispersión
de London tiende a aumentar con el incremento en el tamaño
molecular. Como el tamaño y el peso molecular son generalmente
paralelos, las fuerzas de dispersión tienden a aumentar cuando el
peso molecular se incrementa. Así, los puntos de ebullición de las
sustancias enumeradas en el cuadro siguiente aumentan con el incremento en el peso molecular.
En las moléculas no polares puede producirse transitoriamente un
desplazamiento relativo de los electrones originando un polo positivo y otro negativo (dipolo transitorio) que determinan una atracción entre dichas moléculas (el polo positivo de una molécula atrae
al polo negativo de la otra, y viceversa). Estas fuerzas de atracción
son muy débiles y se denominan fuerzas de London.
La forma de las moléculas también juega un papel importante en la
magnitud de las fuerzas de dispersión. Por ejemplo, el n-pentano y
el neopentano tienen la misma fórmula molecular, C5H12, pero el
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Enlace por puente de hidrógeno
punto de ebullición del n-pentano es
27 K superior al del neopentano. La
diferencia se puede atribuir a la diversidad en la forma de las dos moléculas. La atracción entre las moléculas
es mayor en el caso del n-pentano
porque su forma es cilíndrica y tiene
un área superficial mayor y, por tanto, una mayor superficie de contacto
que el neopentano, molécula de forma casi esférica.
12
12
Punto de ebullición de los halógenos y de
los gases nobles
Halógenos
Punto de
ebullición (K)
Gas noble
Punto de
ebullición (K)
F2
85.1
He
4.6
Cl2
238.6
Ne
27.3
Br2
332.0
Ar
87.5
I2
457.6
Kr
120.9
Xe
166.1
Las fuerzas de dispersión actúan sobre todas las moléculas, sean
polares o no polares, de hecho, las fuerzas de dispersión entre moléculas polares pueden contribuir más a las fuerzas de atracción totales que las fuerzas dipolo-dipolo. Por ejemplo, el hecho de que el
punto de ebullición del HBr (206.2 K) sea más alto que el del HCl
(189.5 K), indica que las fuerzas de atracción totales son más
fuertes para el HBr. La intensidad de las fuerzas de atracción no
se puede atribuir a mayores fuerzas dipolo-dipolo, ya que el HBr
es menos polar que el HCl (0.79D en comparación con 1.03D).
Sin embargo, como el HBr tiene mayor peso y es más polarizable
que el HCl, las fuerzas de dispersión son más fuertes para HBr,
lo que origina que haya una fuerza de atracción total más intensa
para esta molécula.
Es difícil hacer generalizaciones acerca de las intensidades relativas de las fuerzas de atracción intermoleculares, a menos que se
comparen moléculas ya sean de tamaño y forma similares o de
polaridad y forma similares. Si las moléculas tienen tamaño y forma semejantes, las fuerzas de dispersión serán aproximadamente
iguales y, por consiguiente, las fuerzas de atracción se incrementan
al aumentar la polaridad. Si las moléculas son de polaridad y forma
similares, las fuerzas de atracción tienden a incrementarse con el
aumento en el peso molecular porque las fuerzas de dispersión son
mayores.
El enlace por puenteo de hidrógeno es un enlace intermolecular
más fuerte que los otros de este tipo (ion-dipolo, dipolo-dipolo y
fuerzas de dispersión de London), pero más débil en comparación
con la mayoría de los enlaces covalentes o iónicos. La energía necesaria para romper un puente de hidrógeno es alrededor de 5 kcal/
mol; en cambio, se necesitan de 80 a 100 kcal/mol para destruir un
enlace covalente. En este enlace un átomo de hidrógeno está enlazado a un átomo pequeño y muy electronegativo (flúor, oxígeno y
nitrógeno); este átomo electronegativo atrae al de hidrógeno parcialmente positivo de otra molécula formando un puente que une
a las moléculas.
Sin los enlaces de hidrógeno no podría existir la vida, ya que a este
enlace se debe la propiedad excepcional del agua de tener menor
densidad en estado sólido que en estado líquido.
Como el hielo es menos denso que el agua, flota. Así, al formarse
una capa de hielo en los lagos actúa como aislante y protege la capa
inferior de agua de la congelación. Si el hielo fuera más denso que
el agua líquida, los lagos y los ríos de las regiones frías quedarían totalmente congelados desde el fondo hasta la superficie y morirían
los peces y toda la vida acuática. En el mundo biológico el puente
de hidrógeno se presenta en las proteínas, cuya estructura en forma de espiral está unida por enlaces de hidrógeno. Este enlace es la
fuerza que mantiene unidas a las dos tiras que constituyen la espiral
doble del adn. El adn se encuentra en el núcleo de la célula y es el
principal depósito de la información genética.
Se debe a la atracción electrostática entre el protón combinado
y otro átomo de gran electronegatividad y volumen pequeño. El
protón de una molécula atrae hacia él un par de electrones solitarios de un átomo como el carbono (C), nitrógeno (N) u oxígeno
(O), de una molécula próxima, o a veces de la misma molécula.
Este “puente de hidrógeno” no es un verdadero enlace y origina
un comportamiento especial de las sustancias que lo presentan.
Ejemplos: H2O, HF, CH3OH, DNA.
Las sustancias con este tipo de enlace tienen puntos de fusión y
ebullición elevados, y son líquidos de alto poder de disociación de
los cristales iónicos. Un ejemplo interesante es el agua, compuesto
líquido a temperatura ambiente, cuando por su fórmula debería
ser un gas, según las fórmulas de los hidruros de azufre, selenio y
telurio. Al solidificarse el agua y formar hielo presenta una estructura tetraédrica en la que cada átomo de oxígeno está rodeado por
otros cuatro y entre dos oxígenos está el hidrógeno. Cada molécula
es individual y como resultado de la estructura abierta, el volumen
aumenta cuando el agua se congela.
El hielo es menos denso que el agua, porque presenta una estructura abierta con cadenas hexagonales que se asemeja a un panal de
abejas. Cuando se funde se rompen algunos enlaces de hidrógeno,
169
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Características físicas y químicas
del agua
El agua es la única sustancia que se presenta en la naturaleza en tres
estados físicos. Como líquido se encuentra en mares, ríos, océanos,
lagunas y en la lluvia; en forma sólida, en el hielo, el granizo y la
nieve, y como gas, en el vapor de agua. Por tanto, el agua se evapora,
se condensa, se solidifica y se funde.
Figura 5.19
Obsérvense los enlaces entre los átomos de H y los de O de moléculas
contiguas. El hielo y la nieve, a pesar de su apariencia distinta poseen
la misma estructura cristalina.
los puentes y la estructura abierta sufren un colapso parcial que
ocasiona que las moléculas caigan en los espacios vacíos. El empaquetamiento de las moléculas en el agua líquida es más apretado,
ocupa menos volumen que el hielo, y causa que aumente la densidad. La densidad del agua llega a su máximo a 3.98 °C. Por encima
de esta temperatura, la expansión debida al movimiento de las moléculas es mayor que la concentración causada por el rompimiento
de los puentes de hidrógeno y las moléculas ocupan más espacio.
A partir de ese punto el agua se comporta normalmente y su densidad disminuye conforme la temperatura aumenta.
Al subir la temperatura el movimiento de las moléculas aumenta,
y el espacio entre ellas crece, provocando la expansión del líquido.
Finalmente, los puentes de hidrógeno se rompen al llegar al punto
de ebullición. El vapor de agua a más de 100 °C, consiste en moléculas de agua individuales.
Actividad de aprendizaje
El agua pura es líquida, incolora, inodora e insípida; hierve a 100
°C a nivel del mar (a una presión de 760 mm Hg) y se congela a
0 °C. En la Ciudad de México el agua hierve a 93 °C, es decir, siete
grados menos que a nivel del mar; esto se debe a que se encuentra
a una altura de 2 240 m sobre el nivel del mar (con una presión de
585 mm Hg).
La mayor densidad del agua se alcanza a 4 °C, y es de 1 g/mL; en
otras palabras, un mililitro de agua equivale a un gramo de agua,
por lo que un litro de agua equivaldrá a un kilogramo de agua. Su
calor específico es de 1 caloría por grado por gramo; es decir, un
gramo de agua elevará su temperatura un grado Celsius cuando se
le suministre una cantidad de energía en forma de calor equivalente a una caloría. Como se puede observar, no todas las propiedades
físicas del agua tienen por valor numérico el 1.
Después del aire, el agua es la sustancia más abundante sobre la
Tierra. Es el único compuesto líquido con masa molecular baja
(18 uma). Su forma sólida (hielo) es menos densa que la líquida,
característica excepcional que permite que los peces y otros organismos acuáticos sobrevivan durante el invierno en las zonas frías.
Si el hielo fuese más denso que el agua líquida, se hundiría y provocaría una congelación total desde la superficie hasta el fondo, con la
consecuente desaparición de la vida acuática.
Un gramo de hielo ocupa mayor volumen que un gramo de agua,
de manera que cuando se forman cristales de hielo en células vivas,
su expansión las rompe y las destruye. Cuanto menor es la tempe-
¿Cómo representarías un puente de hidrógeno? Argumenta tu respuesta.
Escribe tres propiedades de las sustancias con enlace covalente puro
o no polar, señala cómo estas sustancias se pueden aplicar y qué importancia tienen en la vida cotidiana:
Escribe dos ejemplos de sustancias que presenten puentes de hidrógeno y en qué situaciones las podrías utilizar:
Figura 5.20
Los copos de nieve son cristales pequeñísimos que se forman sobre la
superficie de cualquier polvo (o hielo) en la atmósfera superior, cuando el
vapor de agua pasa directamente a sólido.
170
Grupo Editorial Patria®
Calor específico de algunas sustancias
comunes
Sustancia
Figura 5.21
El hielo es fundamental en la protección de la vida de diferentes organismos
acuáticos.
ratura, los cristales de hielo son más grandes y peor el daño celular.
La industria de la congelación de alimentos tiene en cuenta esta
propiedad del agua. El alimento se congela en forma “ultrarrápida”;
es decir, con tanta rapidez que los cristales de hielo formados son
muy pequeños y el daño que causan a la estructura celular de los
alimentos es mínimo.
Otra propiedad poco común del agua es su elevada capacidad calorífica. Se necesita una caloría para elevar la temperatura de 1 g de
agua en 1 °C, lo que equivale a 10 veces la energía requerida para
elevar 1 °C la temperatura de la misma cantidad de hierro (Fe). Esta
energía se llama calor específico.
La razón por la cual los utensilios de cocina se fabrican de hierro,
cobre, aluminio o vidrio, es que estos materiales tienen calores
específicos bajos; en consecuencia, se calientan rápidamente.
Los mangos de las sartenes se hacen de madera o de plástico
porque estos materiales tienen calores específicos elevados, de
manera que cuando se exponen al calor, su temperatura se eleva
más lentamente.
La elevada capacidad calorífica del agua significa no sólo que se requiere mucha energía para elevar su temperatura, sino también que
Figura 5.22
El mango de esta sartén debe ser recubierto con plástico o madera
para evitar quemarnos.
Calor específico (Cal/g °C)
Agua (líquida)
1.0
Agua (sólida)
0.5
Alcohol etílico
0.54
Madera
0.42
Vidrio
0.12
Hierro
0.11
Aluminio
0.21
Cobre
0.09
Plata
0.06
Oro
0.03
el agua cede mucho calor cuando experimenta una disminución
de temperatura, aunque sea pequeña. Las enormes cantidades de
agua en la superficie de la Tierra actúan como un termostato gigante para moderar las variaciones diurnas de temperatura. A fin de
apreciar la importancia de esta propiedad del agua basta considerar
los cambios de temperatura extremos en la superficie de la Luna,
carente de agua. La temperatura de la Luna varía de poco más de
los 100 °C hasta casi –175 °C, una diferencia de 275 °C. En la Tierra la variación oscila de –50 °C hasta 50 °C, una diferencia de sólo
100 °C.
Además, el agua tiene mayor densidad que muchos líquidos comunes, incluyendo los derivados del petróleo; algunos de ellos al ser
insolubles en agua flotan sobre la superficie de ésta. Esto ha causado enormes daños al ambiente en los últimos años. Por ejemplo,
los gigantescos derrames de petróleo que ocurren cuando se fractura un buque-tanque o cuando
un pozo petrolero queda fuera de
control, producen una capa oleosa sobre la superficie del agua. El
aceite cubre las plumas de las aves
acuáticas y la piel de los animales
marinos y en ocasiones se deposita en las playas, donde produce
daños ecológicos considerables.
Si el petróleo fuese más denso, se
Figura 5.23
hundiría; por lo que el problema
El derrame de petróleo en el mar
sería de naturaleza diferente, mas
perjudica enormemente a la fauna
no necesariamente menos dañino.
acuática.
171
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Actividad experimental
Determinación del punto de ebullición del agua
Con la dirección de su maestro reúnanse en equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan la siguiente actividad. Contesten las preguntas.
Elaboren un informe escrito donde analicen los resultados y presenten
las conclusiones. Expónganlo ante sus compañeros de grupo.
¿Qué valor obtuvieron en la temperatura de ebullición del agua?
°C.
¿Por qué la temperatura no aumenta después de alcanzar el punto de
ebullición?
Objetivo
Determinar a qué temperatura hierve el agua.
Materiales
Si viven en lugares cercanos al mar, ¿qué valor del punto de ebullición
del agua se obtiene?
n
Soporte universal
n
Termómetro de 0 a 120 °C
n
Anillo de hierro
n
Mechero de Bunsen o lámpara de alcohol
n
2 pinzas de nuez
n
Agua de la llave
n
Malla o tela de alambre con asbesto
n
Sal de cocina o de mesa (de polvo o grano)
n
Matraz de fondo plano Erlenmeyer, o un vaso de precipitados
n
1 varilla
Si viven en lugares muy altos con respecto al nivel del mar, ¿el punto
de ebullición del agua aumenta o disminuye?
¿A qué se debe esta variación?
Material alternativo
n
1 recipiente de vidrio que soporte el calentamiento del agua.
Procedimiento
¡PRECAUCIÓN! Manejen con cuidado el mechero o la lámpara de alcohol, los materiales de vidrio y el termómetro. No toquen el anillo de
hierro una vez calentado. Tengan cuidado con el agua caliente.
1. Monten el aparato como
se muestra en la figura;
asegúrense de que todos
los materiales estén sujetos correctamente.
Varilla
Termómetro
Agua de
la llave
3. Cuelguen el termómetro
con un hilo amarrado a
una varilla. Si es posible
acoplen un tapón de hule
al termómetro que va en
el matraz.
172
¿A qué temperatura hirvió el agua?
°C.
¿Cómo resultó esta temperatura con respecto al agua simple?
¿Por qué?
¿Qué función realiza la sal común en el agua?
Hilo
2. Dentro del matraz viertan
aproximadamente 250 mL
de agua de la llave.
4. Calienten el agua hasta
que empiece a hervir. Observen cuidadosamente el
valor que marca el termómetro.
Repitan el experimento anterior, pero agreguen al agua una o dos cucharadas de sal común.
Matraz
balón de
fondo
plano
Mechero
Manguera
160
Soporte
universal
Da tu opinión sobre el procedimiento que llevaste a cabo y los resultados que obtuviste al realizar la práctica, menciona la importancia que
esto tiene en tu vida diaria.
Grupo Editorial Patria®
Algunas propiedades químicas
del agua
Químicamente, el agua existe en forma de moléculas compuestas
por dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno por medio
de enlaces covalentes. Se dice que la molécula del agua tiene una
forma angular, ya que al estar unidos con el oxígeno sus dos átomos
de hidrógeno forman un ángulo de 104.5°.
Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre el hidrógeno y el oxígeno. El oxígeno atrae los electrones con mayor
fuerza que el hidrógeno, por lo que se forma una molécula polar
en la que el oxígeno tiene una carga parcial negativa y el hidrógeno,
una carga parcial positiva.
Figura 5.25
Representación de la molécula del agua.
comienza a expandirse 10% para formar un sólido que es menos
denso que el agua líquida de la cual se formó. Las moléculas que
forman el hielo están todavía más separadas de lo que estaban en
la forma líquida.
Figura 5.24
Enlace covalente polar en la molécula de agua. El ángulo de 104.5°
corresponde al formado por los átomos de hidrógeno y del oxígeno.
La naturaleza polar de las moléculas del agua permite explicar algunas otras de sus propiedades, como su capacidad para disolver
muchas sustancias, su tensión superficial y la acción capilar. El agua
que se obtiene como producto de la combustión del hidrógeno y
del oxígeno es sumamente estable, porque para descomponerla
es necesario restituirle la energía que desprendió al formarse. Para
disociar su molécula se requieren temperaturas mayores a los
2 500 °C, o bien, se puede recurrir a la electrólisis, que consiste en
pasar corriente eléctrica a través del agua.
Esto quiere decir que las moléculas polares tienen un extremo
positivo y otro negativo al igual que un imán. La polaridad de las
moléculas del agua explica algunas de sus propiedades singulares; por ejemplo, que se desvíe de su trayectoria al acercarle un
imán potente.
El agua tiene propiedades conocidas por la mayoría de las personas; por ejemplo, en estado puro es incolora, inodora e insípida,
y es el único compuesto químico de la naturaleza que se puede
presentar en los tres estados de agregación: sólido (nieve); líquido
(mar) y gas (nubes).
Como el agua es un agregado de moléculas unidas por puentes de
hidrógeno, para separarlas se necesita aplicar energía extra; por eso
tiene puntos de fusión y ebullición más altos que los esperados.
La mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y
se contraen cuando se enfrían. El agua se rige por este comportamiento, pero a 4 °C ya no se contrae, sino que comienza a expandirse. Si se enfría todavía más se congela formando “hielo”; de pronto
Figura 5.26
Formación de puentes de hidrógeno entre moléculas de agua.
173
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
A una temperatura superior a 374 °C el agua es un
gas perfecto; esto significa
que sus moléculas se mueven con tal energía que no
se puede transformar en
un líquido. Se le denomina vapor cuando puede licuarse por simple presión.
La presión a la que se licua
al llegar a 374 °C, es de 274
atmósferas (1 atmósfera
a nivel del mar equivale a
760 mm Hg). A estas medidas se les denomina presión y temperatura críticas.
Oxígeno
Hidrógeno
Propiedades del H2O y D2O
Propiedad
Masa molecular (g/mol)
Punto de fusión (ºC)
Punto de ebullición (ºC)
H2O
D2O
18
20
0
3.8
100
101.4
5.27
Agua
Figura 5.27
Al aplicar energía eléctrica al agua, ésta
se descompone en los elementos que la
forman: oxígeno e hidrógeno.
La masa molar del agua es de 18 g; 16 g por el oxígeno y 1 g por
cada mol de átomos de hidrógeno. Existe el agua pesada, también
llamada deuterada, cuya masa molar es de 20 g, ya que consta de
hidrógeno pesado o deuterio, cuyo átomo tiene una masa de 2 uma
igual a 2 g. El agua pesada es más inerte que el agua común y los
seres vivos que la consuman se verían afectados por esto.
A pesar que el D2O (agua pesada) se parece químicamente al H2O
en todos los aspectos, es una sustancia tóxica. Esto sucede porque
el deuterio es más pesado que el hidrógeno; así que sus compuestos a menudo reaccionan más lentamente que los del isótopo más
ligero. Beber con regularidad D2O en vez de H2O podría ser fatal,
debido a la menor velocidad de transferencia del D1 comparada
con la del H1.
El agua reacciona con muchas sustancias formando nuevos compuestos; por ejemplo, al reaccionar con el dióxido de carbono
(CO2) produce el ácido carbono (H2CO3).
CO2(g) 1 H2O(l)
H2CO3(l)
Densidad a 4 ºC (g/cm3)
1.0
1.1
En general, los metaloides (boro, B; aluminio, Al; silicio, Si; germanio, Ge; arsénico, As; antimonio, Sb; teluro, Te; polonio, Po), no
reaccionan con el agua.
El cloro (Cl) y sus homólogos flúor (F), bromo (Br), etc., reaccionan formando ácidos, ácido clorhídrico (HCl); ácido bromhídrico
(HBr); ácido yodhídrico (HI); ácido fluorhídrico (HF).
Cuando el agua reacciona con el cloro (Cl2), se forma ácido hipocloroso (HClO) y ácido clorhídrico (HCl).
Cl2(g) 1 H2O(l)
HClO(l) + HCl(g)
Cuando el agua reacciona con el sodio (Na), se forma hidróxido de
sodio (NaOH) y se desprende hidrógeno (H2).
2Na(s) 1 2H2O(l)
2NaOH(l) 1 H2(g)
Con los no metales activos, como el flúor (F2), se produce ácido
fluorhídrico (HF) y se libera oxígeno (O2):
2F2(g) 1 2H2O(l)
4HF(l) 1 O2(g)
Reacción de los metales con el agua
Metal
Figura 5.28
El agua pesada es más inerte que el agua común debido al deuterio (isótopo
del hidrógeno) cuyo mol tiene una masa de 2 uma.
174
Reacción con el agua
Sodio, potasio, calcio
Reaccionan con agua fría
Magnesio
Reacciona con agua caliente
Aluminio, cinc, hierro
El metal caliente reacciona con vapor de agua
Plomo, cobre, plata, oro
No reaccionan
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Otros compuestos que presentan puente de hidrógeno:
Propiedades físicas del agua y otros compuestos de hidrógeno con los elementos
del grupo VIA
Fórmula
Color
Masa molar
Punto de
fusión (ºC)
Calor
de fusión J/g
(cal/g)
Calor de
evaporación
J/g (cal/g)
100.0
335 (80.0)
2.26 3 103 (540)
Punto de
ebullición (ºC)
H2O
Incoloro
18.0
H2S
Incoloro
34.1
–85.5
–60.3
69.9 (16.7)
548 (131)
H2Se
Incoloro
81.0
–65.7
–41.3
31 (7.4)
238 (57.0)
H2Te
Incoloro
129.6
–2
------------
179 (42.8)
0.00
–49
Características de las moléculas
de importancia biológica que
presentan un puente de hidrógeno
En la actualidad es fundamental el estudio de las sustancias quími­
cas llamadas macromoléculas por el gran tamaño y peso de las
mismas. Se conocen dos tipos de dichas moléculas: las naturales
y las sintéticas. Dentro de las naturales se encuentran los carbohidratos, los lípidos y las proteínas, las cuales forman parte de los
seres vivos.
La función principal de los carbohidratos es aportar energía al organismo.
Los lípidos representan una fuente de energía, constituida por las
grasas y aceites de origen vegetal y animal.
Cuando los átomos son de distintos elementos, los electrones se
acomodan más cerca del átomo que tiene más afinidad hacia ellos;
a la tendencia de los átomos de atraer los electrones en un enlace se
le conoce como electronegatividad. Los elementos de mayor electronegatividad atraen con más fuerza los electrones de los elementos menos electronegativos.
Hay uniones especiales que no pueden considerarse como un
enlace propiamente dicho, su importancia radica en que intervienen en la estructura de moléculas tan importantes como lo
son los ácidos nucleicos, las proteínas, las grasas, el agua, etc.;
estas uniones se conocen como puentes de hidrógeno, se establecen entre un átomo de hidrógeno unido en enlace covalente a
un átomo muy electronegativo (por ejemplo flúor, nitrógeno,
oxígeno) y otro átomo menos electronegativo. Por ejemplo, el
agua está formada por un átomo de oxígeno (muy electronegativo) y dos átomos de hidrógeno (muy poco electronegativos).
Esto propicia que el oxígeno atraiga los electrones del enlace
hacia él, con lo que el hidrógeno pierde parcialmente sus electrones adquiriendo una carga parcial positiva y el oxígeno una
carga parcial negativa que se representan (δ1) y (δ2), respec-
tivamente; esto quiere decir que no son cargas por completo
positivas o negativas.
Ηδ1Ηδ1Ηδ1Ηδ1
Oδ2
Oδ2
Oδ2
Oδ2
Ηδ1Ηδ1Ηδ1Ηδ1
Gracias a los puentes de hidrógeno el agua se comporta como un
líquido a temperatura ambiente; si no existieran estos puentes, las
moléculas de agua se atraerían con menor fuerza y sería muy fácil
separarlas.
En los compuestos orgánicos de importancia biológica y su estructura química basada en el puente de hidrógeno se tienen: proteínas,
ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.
Las proteínas son polímeros de moléculas más pequeñas llamadas
aminoácidos. Hay 20 aminoácidos distintos. La estructura típica de
un aminoácido es un carbono alfa unido a un hidrógeno, un grupo
amino, un grupo carboxilo y una cadena lateral R que es distinta
en cada uno de los 20 aminoácidos que existen. Los aminoácidos
se unen entre sí por una reacción de deshidratación entre el grupo
amino de un aminoácido y el carboxilo del otro en lo que se llama
un enlace peptídico, para formar las largas cadenas polipeptídicas
que forman las proteínas.
Los ácidos nucleicos son el adn y el arn. También son polímeros
de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos. La estructura
química de un nucleótido consiste en un grupo fosfato unido a un
azúcar de 5 carbonos (pentosa) que puede ser una ribosa o una
desoxirribosa y ésta a su vez está unida a una base nitrogenada que
puede ser una purina (2 anillos) o una pirimidina (1 anillo). Los
nucleótidos se unen entre sí por uniones fosfodiester para formar
los ácidos nucleicos.
175
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Funciones de las proteínas
Proteínas estructurales
Funciones
Insolubles en agua:
Localizadas en:
Colágenos
Tejido conjuntivo
Elastinas
Tendones y las arterias
Miocinas
Tejidos musculares
Queratinas
Pelo y uñas
Proteínas globulares
Figura 5.29
Representación del arreglo plano en las proteínas.
Los hidratos de carbono o polisacáridos son polímeros de moléculas más pequeñas llamados monosacáridos. Los monosacáridos son aldehídos y cetonas con más de una función alcohol en
carbonos diferentes. Responde a la fórmula molecular Cn(H2O)n,
donde n es un número entero, por lo general 5 y 6. Los monosacáridos de 5 y 6 carbonos se llaman pentosas y hexosas. La glucosa,
la manosa y la galactosa son aldohexosas. La fructosa es una cetohexosa. Los monosacáridos se asocian entre sí por reacción de
deshidratación para formar uniones glucosídicas.
Existe gran variedad de lípidos. Los ácidos grasos consisten en un
grupo carboxilo y una larga cadena hidrocarbonada. Los ácidos
grasos por esterificación con el glicerol forman los triglicéridos.
Un grupo muy diverso de proteínas contiene estructuras hélice-α:
las queratinas, que es un grupo de proteínas fibrosas poseen estructuras que están básicamente compuestas por esta estructura
secundaria. Estas proteínas son los componentes mayoritarios del
pelo y la piel. La rigidez de estos tejidos depende de la presencia de
puentes disulfuro en las proteínas. A diferencia de las queratinas, la
hemoglobina posee sólo 80% de hélice-α y es una proteína globular
y flexible.
Una hélice-α está estabilizada por puentes de hidrógeno entre los
oxígenos de los grupos carbonilo del enlace peptídico y los hidrógenos de las amidas que son parte del esqueleto del polipéptido
(véase figura anterior). Los puentes de hidrógeno se forman desde
el grupo carbonilo de un enlace peptídico hasta el hidrógeno de la
amida del cuarto enlace peptídico siguiente (o anterior en la parte
176
Se pueden dispersar en soluciones
acuosas:
Localizadas en:
Albúminas
Sangre
Globulinas
Toman parte en el transporte del oxígeno a todo el cuerpo (hemoglobina) y
en la defensa del organismo contra las
enfermedades (gammaglobulina)
Proteínas conjugadas
Complejos de proteínas enlazadas a
otras moléculas:
Localizadas en los complejos de:
Nucleoproteínas
Proteínas y ácidos nucleicos
Lipoproteínas
Proteínas y lípidos
Fosfoproteínas
Proteínas y compuestos fosforados
Cromoproteínas
Proteínas y pigmentos (es decir,
hemoglobina)
media de la hélice), esto le da a la estructura su carácter helicoidal.
De tal forma que todos los residuos que participan en la hélice están unidos por puentes de hidrógeno.
La hoja beta es otra forma de estructura secundaria en la cual todos
los componentes del enlace peptídico están involucrados en la formación de puentes de hidrógeno.
Las superficies de las hojas beta aparecen plegadas y, por tanto, a
menudo se les denomina como “hojas beta plegadas”. Cuando se
realizan ilustraciones de esta estructura secundaria en la proteína,
se representa con flechas anchas.
Los cinco elementos que existen en la mayor parte de las proteínas
naturales son carbono, hidrógeno, oxígeno y azufre. Hay una amplia variación en la cantidad de azufre de las proteínas. La gelatina,
por ejemplo, contiene aproximadamente 0.2%, en contraste con
3.4% en la insulina.
Grupo Editorial Patria®
Aplica lo que sabes
¿Cómo se limpian las monedas?
Repitan el experimento anterior agregando únicamente sal.
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o cinco
compañeros. Realicen esta actividad en casa y contesten las preguntas
correspondientes. Elaboren un informe escrito con sus conclusiones y
expónganlo ante sus compañeros de grupo.
¿Qué sucedió?
Actividad
Investiguen qué otros ácidos caseros se pueden utilizar mezclados con
la sal en lugar del jugo de limón. Anótenlos a continuación:
Coloquen una moneda de cobre manchada dentro de un vaso, agreguen jugo de limón y observen el resultado.
Repitan el experimento utilizando vinagre (ácido acético).
¿Se puede quitar el óxido de esta manera? ¿Por qué?
¿Qué ocurre?
Comprueben si es posible limpiar monedas de níquel u otros metales.
Ahora, tomen un poco de sal de mesa y añádanla al vaso.
Anota tus conclusiones sobre la actividad que realizaste, en tu opinión,
explica por qué es tan importante saber la composición de diversas
sustancias y cómo impacta en tu contexto.
¿Qué le pasó a la moneda?
177
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Actividad de aprendizaje con TIC
I. Utilizando el internet contesta las siguientes preguntas:
1. Metal reactivo con alto punto de fusión. Se emplea en la fabricación de conos para la punta de los cohetes debido a su baja
densidad y notable resistencia.
2. Metal reactivo, plateado, que sigue al sodio en abundancia en el
agua de mar. Debido a su baja densidad y alta resistencia, sus
aleaciones se emplean en los rines de autos deportivos.
II. Instrucciones: En la siguiente fórmula electrónica indica los tipos
de enlaces que se presentan, con base en la diferencia de electronegatividades de los elementos; además, escribe su correspondiente fórmula condensada:
Electronegatividad:
Na = 0.9
P = 2.2
O = 3.5
• •
• O • (1)
• •
• • + +• •
Na + • O + • P + • O • + Na
• •• +• •
• • O • •(2)
• +
Na
(3)
Tipo de enlace:
3. Metal blando y pesado que se emplea en balas y baterías de automóviles.
(1) (2) (3) 4. Con el punto de fusión más elevado de todos los elementos puros,
constituye el filamento de los focos. Su símbolos es de una sola
letra.
(4) Fórmula condensada
5. Metal que se emplea para fabricar acero inoxidable.
6. Este metal se emplea en detectores de incendio por su bajo punto
de fusión, así como en fusibles eléctricos.
III. Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
( )Es un átomo que presenta carga eléctrica:
a) Valencia
c) Electronegatividad
b) Número de oxidación
d) Ion
7. Elemento metálico, amarillo y no reactivo, apreciado en alto grado
desde la antigüedad por su belleza y durabilidad.
8. Es uno de los tres elementos magnéticos. Este metal se emplea
en monedas, en galvanoplastia y en el alambre de nicromel.
9. Es el metal más abundante en la corteza terrestre, este elemento
de color blanco plateado se caracteriza por su baja densidad y
resistencia a la corrosión.
( )Enlace en el que los electrones se comparten entre un metal y
un no metal:
a) Polar
c) Coordinado
b) No polar
d) Iónico
( )El número de oxidación del azufre en el compuesto Na2SO4 es:
a) +6
c) +12
b) +2
d) −3
( )De los siguientes grupos, ¿cuál es el que tiene los elementos
más electropositivos?
10. Metal suave, altamente reactivo. Sus compuestos incluyen sal de
mesa, sosa cáustica y bicarbonato.
a) K, Rb, Sr, Bi
c) Ca, Mg, Li, Be
b) Fr, Cs, Ba, Al
d) F, O, Cl, N
178
Grupo Editorial Patria®
IV. Busca en la siguiente sopa de letras los nombres de algunos medicamentos y escríbelos en la tabla que aparece a la derecha. Indica su efecto.
X
H
J
P
D
S
G
H
J
K
L
Z
S
G
I
W
E
O
R
T
Y
U
I
O
O
F
S
S
D
C
F
G
H
J
K
L
C
D
E
Y
U
I
I
O
P
L
K
R
I
S
D
K
L
T
S
Q
W
E
R
T
S
M
I
N
V
E
B
U
C
X
Z
A
E
K
O
L
Ñ
R
Z
X
L
C
V
N
G
J
R
H
G
I
F
G
S
F
A
P
L
W
E
R
T
P
Y
U
I
O
A
Q
A
N
T
I
B
I
O
T
I
C
O
S
N
B
S
M
Z
T
C
H
C
L
G
Q
A
V
E
X
S
N
A
Ñ
K
J
R
F
P
R
U
N
Ñ
A
O
V
T
S
P
R
Tipo de
medicamento
Efecto
Completa la siguiente tabla anotando el nombre comercial de los medicamentos que se indican (puedes utilizar Internet).
Tipo de medicamento
Nombre comercial
Ácido acetil salicílico
Oxalamina
Cloranfenicol
Bactrim
Metamizol sódico
Benzocaína
Bromofeniramina
Pseudoefedrina
Acetominofén
Paracetamol
179
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la derecha.
1. Un postulado de la teoría cinético-molecular es:
a) covalente coordinado
b) covalente polar
c) iónico
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
d) metálico
3. En el enlace covalente no polar, los átomos:
a) al compartir electrones lo hacen con la misma intensidad.
b) al compartir electrones lo hacen con diferente intensidad.
c) no comparten electrones con la misma intensidad.
d) transfieren sus electrones.
4. Enlace en donde son cationes ordenados que comparten cargas sumergidas en un mar de electrones:
a) por puente de hidrógeno
b) covalente polar
c) metálico
d) iónico
5. Representa la fórmula condensada de un compuesto:
a) RbI
b) Rb-I
c) Rb-I ++
d) Rb-I **
6. Es la fórmula de Lewis o electrónica de un compuesto:
××
a) KI
b) K–I++
c) K–I
d) K•××
I
×
××
7. La carga eléctrica que presenta un elemento dentro de un compuesto se llama:
a) valencia
b) número de oxidación
c) electronegatividad
d) ion
8. Enlace en el que los electrones se transfieren totalmente de un átomo a otro:
a) polar
b) no polar
c) coordinado
d) iónico
9. El número de oxidación del cromo en el compuesto K2Cr2O7 es:
a) 16
b) 12
c) 112
d) 23
10. De los siguientes grupos, ¿cuál es el que tiene los elementos más electronegativos?
a) K, Rb, Sr, Bi
180
)
a) cuando las moléculas del gas chocan, pierden energía.
b) las moléculas no chocan unas con otras.
c) el gas está formado por diminutas partículas llamadas átomos o moléculas.
d) las moléculas de un gas se mueven en una sola dirección.
2. Enlace donde ocurre una transferencia de electrones de un átomo a otro:
(
b) Fr, Cs, Ba, Al
c) Ca, Mg, Li, Be
d) F, O, Cl, N
Grupo Editorial Patria®
11. Los compuestos que presentan este tipo de enlace son buenos conductores de corriente eléctrica cuando están en
solución acuosa:
a) covalente polar
b) covalente no polar
c) iónico
a) covalente polar
b) covalente no polar
c) iónico
)
(
)
d) metálico
12. Este tipo de enlace se forma generalmente por dos elementos no metálicos, que comparten pares de electrones:
(
d) puente de hidrógeno
13. Es el enlace que se forma cuando uno de los elementos “dona” el par de electrones:
(
)
14. Expresa que los átomos al reaccionar entre sí tienden a completar la estructura del gas noble más próximo en la tabla periódica. (
)
a) covalente coordinado
a) polaridad
b) covalente polar
b) regla del octeto
c) iónico
c) estructura de Lewis
d) metálico
d) fuerza intermolecular
15. Es la mínima unidad que presenta las propiedades de un compuesto:
a) átomo
b) mezcla
c) molécula
b) semidesarrollada
c) condensada
b) iónico
c) no polar
b) H2O, CO2
c) H2SO4 , HNO
b) H2SO4
c) HBr
(
)
(
)
(
)
d) MgCl2
19. Es un ejemplo de enlace covalente coordinado:
a) HCl
)
d) coordinado
18. Son ejemplos de enlace covalente no polar:
a) H2O2
(
d) gráfica
17. Enlace químico que se lleva a cabo entre metales y no metales por transferencia de electrones:
a) polar
)
d) compuesto
16. Fórmula que indica la clase y el número de átomos que constituyen la molécula de un compuesto.
a) desarrollada
(
d) NaOH
II. Completa lo que se te indica en el cuadro siguiente:
Compuesto
Estructura de Lewis
Número de oxidación para el:
H2SO4
Azufre
NaClO
Cloro
Nombre
181
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
III. Contesta brevemente cada una de las siguientes preguntas:
5. ¿Qué es la polaridad molecular?
1. ¿Qué establece el principio de incertidumbre que enunció en
1926 el físico alemán Heisenberg?
6. Nombra cinco materiales nuevos, con sus características de
fabricación y usos principales:
a)
2. ¿Qué entiendes por electronegatividad?
b)
3. ¿Qué establece la regla del octeto propuesta por G. Lewis?
c)
d)
4. ¿Qué es la geometría molecular?
e)
182
Grupo Editorial Patria®
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar Actividades de aprendizaje de las páginas 147, 148, 150, 151, 157, 159 y 170.
Nombre de la(del) profesora(or):
Criterio
Fecha:
Logrado
Sí
No
Observaciones
1. Responde y explica todas las preguntas.
2. Todas sus respuestas son correctas.
3. Argumenta sus resultados con elementos prácticos.
4. Emite su opinión con bases teóricas.
5. Resalta la importancia de los elementos químicos para su uso en
la vida diaria.
6. Identifica problemáticas sobre la regla de octeto de Lewis y
destaca la importancia que tiene.
7. Cita ejemplos funcionales y aptos para ser comprobados en una
práctica de laboratorio.
8. Comprueba sus respuestas con ejemplos de uso común.
9.Señala la aplicación e importancia que tienen algunas sustancias
químicas en su entorno.
10. Los ejemplos que proporciona están relacionados con el desarrollo
de los contenidos.
11. Alcanzó con éxito los aprendizajes esperados.
12. Tiene interés al realizar todas las actividades.
13. Puede desarrollar alguna competencia.
Comentarios generales:
183
5
BLOQUE
Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares
Guía de observación
Guía de observación para evaluar la Actividad de aprendizaje de la página 150.
Nombre del estudiante:
Nombre de la(del) profesora(or):
Actividad a realizar:
Horario de inicio:
y término:
Grupo:
Fecha:
Desempeños
1. Anota correctamente todas las fórmulas tal y como se solicita.
2. Apunta sólo en la columna de fórmula desarrollada.
3. Escribe sólo en la columna de fórmula electrónica.
4. Están incompleta ambas columnas.
5. Indica el tipo de enlace de cada ejemplo.
6. Termina la actividad durante la clase.
7. Socializa con sus compañeros a fin de comparar las respuestas que obtuvo.
8. Retroalimenta los trabajos de los integrantes del grupo.
9.Aporta buenas ideas a fin de aclarar dudas presentadas por sus
compañeros.
10. Hace preguntas con el propósito de aclarar las dudas que tuvo o tiene
durante la tarea encomendada.
11. Espera su turno y respeta el de los demás.
12. Considera las observaciones que le hacen sus compañeros a fin de contar
con la información correcta.
13. Compara sus respuestas y hace las correcciones pertinentes.
14. Tomó en cuenta los ejemplos previamente planteados (del tema) para
realizar la actividad.
15. La dinámica le permitió desarrollar alguna competencia.
Interpretación de resultados:
Conclusiones:
184
¿Logrado?
Sí
No
Notas
Grupo Editorial Patria®
Autoevaluación
Autoevaluación para la Práctica de laboratorio (los tres experimentos de enlace químico) de las páginas 164 y 165.
Nombre del estudiante:
Propósito: Valorar la responsabilidad y cumplimiento de la actividad, así como identificar áreas de oportunidad para
mejorar en el desempeño y aprendizaje.
Desempeños
Logrado
En proceso
Tomé en cuenta las consideraciones teóricas que se plantearon en la práctica.
Realicé adecuadamente los tres experimentos que se indican.
Llevé al pie de la letra el procedimiento durante cada experimento.
Utilicé correctamente todos los materiales de laboratorio.
Utilicé bata de laboratorio y tomé las medidas de seguridad previamente planteadas por el profesor/a.
Tuve cuidado en el manejo de todas las sustancias que se utilizaron.
Observé con detenimiento las reacciones químicas que en cada experimento se presentaban.
Anoté todos los comentarios con base en los resultados de cada experimento.
Contesté todos los cuestionamientos que se solicitaban en cada experimento.
Todas mis respuestas fueron correctas.
Mis respuestas fueron claras y congruentes.
Argumenté con bases teóricas y de acuerdo con los contenidos planteados.
Comparé mis resultados con los de mis otros compañeros.
Comenté todas las dudas que tuve durante la práctica.
Elaboré mis propias conclusiones a partir del desarrollo de la práctica y de los resultados obtenidos.
Proporcioné mi opinión en los momentos solicitados.
Mencioné diversos ejemplos de las sustancias utilizadas y las relacioné con productos de uso común en casa.
Mencioné la importancia que tienen las sustancias y el uso correcto que cada una debe de tener.
La práctica de laboratorio me aportó nuevos conocimientos y reforcé los previos.
Me gustó la actividad y es significativo mi aprendizaje.
Mis fortalezas son:
En qué debo poner más empeño:
185
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
15 horas
Objetos de
aprendizaje
6.1 Reglas de la uiqpa
para escribir
fórmulas y nombres
de los compuestos
químicos
inorgánicos
– Óxidos metálicos
– Óxidos no
metálicos
– Hidruros
metálicos
– Hidrácidos
– Hidróxidos
– Oxiácidos
– Sales
Competencias a desarrollar
n
n
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución
de problemas cotidianos.
n
n
n
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y
valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en
los ámbitos local, nacional e internacional.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la izquierda.
ica
( ) ¿Cuál de las siguientes fórmulas corresponde al sulfuro de cobre(I)?
a) S2Cu
b) Cu2S
c) CuS
( ) ¿Cuál de las siguientes fórmulas corresponde al óxido férrico?
a) Fe3O
( )
b) FeO
c) Fe3O2
d) CuS2
d) Fe2O3
Son sumamente reactivos y a temperaturas elevadas reaccionan a una gran
velocidad.
a) Halógenos
b) Metales alcalinos
c) Metales alcalinotérreos
d) Gases nobles
( ) Son elementos no metálicos.
a) Sn, Pb, Br
b) Li, Cs, Cu
La fórmula KClO3, corresponde al:
( ) a) cloruro de potasio
c) clorato de potasio
c) S, As, Br
d) Ca, Na, F
b) clorito de potasio
d) hipocloruro de sodio
El último electrón de la configuración electrónica de un elemento se llama:
b) anión
c) ion
d) electrón diferencial
( ) a) catión
El nombre del compuesto Au2(CO3)3, es:
( ) a) carbonato áurico
c) carbonato de plata
( ) La fórmula del carbonato ferroso es:
a) FeCO3
b) Fe2C2O3
El nombre del compuesto CaH2, es:
( ) a) ácido de calcio
c) hidruro de carbono
( ) La fórmula del tiosulfato de sodio es:
a) NaSO3
n
n
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y
sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo
plazo con relación al ambiente.
b) Na2S2O3
b) carbonato auroso
d) carbonato de oro
c) FeCO
d) Fe2CO2
b) hidruro de calcio
d) ácido cálcico
c) Na2SO
d) Na2S2O7
Desempeños por alcanzar
n
n
n
n
Escribe correctamente las fórmulas y nombres de los compuestos
químicos inorgánicos.
Resuelve ejercicios de nomenclatura química inorgánica.
Aplica correctamente las fórmulas químicas a la solución de problemas.
Reconoce compuestos químicos inorgánicos en productos de uso
cotidiano.
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿El cobre, un metal muy útil en la época
actual… y en el futuro?
Los avances tecnológicos y los cambios de estilo de vida pueden
alterar con rapidez nuestras necesidades de recursos. Aunque es
difícil predecir tales cambios, debemos estar preparados para enfrentarnos a ellos.
El cobre es uno de los metales más conocidos y de más amplio uso
en la sociedad moderna. Tiene la conductividad eléctrica más alta
después de la plata. Esta propiedad, unida a su bajo costo, resistencia a la corrosión y capacidad para estirarse con facilidad formando
alambres delgados, ha hecho del cobre la opción más común para
el cableado eléctrico y la transmisión eléctrica. Se emplea también
en la fabricación de latón, bronce y otras aleaciones, diversos compuestos importantes y obras de arte.
Los recursos de este metal se encuentran distribuidos ampliamente (pero de manera desigual) en todo el mundo. Estados Unidos ha
sido un proveedor importante de mena de cobre; Canadá, Chile,
Perú y Zambia poseen también cantidades significativas de ella.
Para obtener una utilidad adecuada extrayendo una mena en particular de un sitio específico, depende de varios factores: la situación de la oferta y demanda del metal, el tipo de extracción y procesamiento necesarios para obtenerlo, la cantidad de mineral útil
en el lugar y el porcentaje de metal en el mineral.
En la actualidad es costeable explotar menas con menos de 1% de cobre. La mena de cobre se procesa químicamente para producir
cobre metálico, que de manera posterior se transforma en diversos
materiales útiles. La siguiente figura resume el ciclo del cobre desde
sus fuentes, pasando por los usos, hasta los productos de desecho.
Reducción
Menas de cobre:
• Sulfuros como calcocita (CU2S)
• Óxidos como cuprita (Cu2O)
• Carbonatos como malaquita (Cu2CO3(OH)2)
Moldeo, vaciado, cobre
metálico fundido
A fundición nuevamente
Cobre reciclado
Suministra 21 % de las
necesidades de cobre del país.
Usos del cobre
• Eléctricos: 60% del uso total. Motores, generadores, distribución de
electricidad, equipo de comunicación y cableado de casas.
• No eléctricos: 40% del uso total. Plomería, techos, monedas, joyería,
ollas y cazuelas, casquillos, maquinaria para preparar alimentos,
radiadores de automóvil.
188
Grupo Editorial Patria®
Secuencia didáctica
A continuación se lista una serie de acciones que se deben seguir
para contestar la problemática de la pregunta central. (¿El cobre,
un elemento muy útil en la época actual… y en el futuro?) Es importante reflexionar, ser claros y objetivos para que esta experiencia sea útil.
¿Qué tienes que hacer?
3. Para cada uso del cobre que se menciona en seguida, describe
un cambio tecnológico que podría reducir la demanda de este
metal:
a)Comunicaciones
b)Monedas
1. ¿Qué propiedades hacen que el cobre sea adecuado para usarse en generadores de energía eléctrica?
2. Considera los usos restantes del cobre que se ilustran y mencionan en la figura anterior. Identifica las propiedades específicas que explican la aptitud del cobre en cada caso:
a)¿De qué manera afectaría el reciclado de fragmentos de
cobre la disponibilidad futura de este metal?
b)¿Existe un límite al papel que el cobre puede desempeñar?
c)¿Por qué?
Rúbrica
c)Generación de electricidad
d)Cableado dentro de aparatos
4. Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus
respuestas en plenaria y analicen las formas de resolver el problema.
5. Debate cuáles de esas formas son válidas y cuáles no.
6. Establece las conclusiones correspondientes.
7. Elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus reflexiones sobre esta actividad.
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
1. Selecciona cuatro usos del cobre de los indicados en la figura
anterior del cobre. Sugiere para cada uno de ellos un material
alternativo que pudiera servir para el mismo propósito. Considera tanto materiales convencionales como posibles materiales nuevos.
7. Analicen en equipo las respuestas y una síntesis de los resultados obtenidos.
2. Sugiere algunos objetos metálicos ordinarios que pudieran
sustituirse por versiones de cerámica o plástico.
9. Organicen un debate sobre las cuestiones anteriores.
3. Imagina que la plata se volviera tan común y poco costosa
como el cobre. ¿En qué aplicaciones sería más probable que la
plata reemplazará al cobre?, argumenta tu respuesta.
8. Que cada equipo presente sus respuestas en plenaria y analicen las diferentes formas para contestar la pregunta central,
tomando como sugerencias las preguntas anteriores:
10. Establezcan las conclusiones correspondientes.
11. Elaboren un reporte donde expresen de manera objetiva su
opinión sobre esta actividad.
4. ¿Por qué es importante el reciclado de materiales de cobre
metálico?
5. ¿Garantiza este reciclado que siempre tendremos suficiente
cantidad de un metal determinado? ¿Por qué?
6. Proporciona el nombre químico de los siguientes minerales
de cobre:
Autoevaluación
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos de este
bloque pregúntate lo siguiente.
n
n
Nombre común
Fórmula
Calcocita
Cu2S
Calcopirita
CuFeS2
Malaquita
Cu2CO3(OH)2
Azurita
Cu3(CO3)2(OH)2
Nombre químico
n
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
Cuando lo hice, ¿comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta comprenderlo?
¿Puedo identificar la importancia del cobre en la actualidad y
sus posibles sustitutos en los diversos usos?
¿Puedo mencionar cinco formas de ahorrar cobre metálico,
mediante el uso de otro material que presente características
similares?
189
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
6.1 Reglas de la uiqpa para
escribir fórmulas y nombres
de los compuestos químicos
inorgánicos
Antecedentes
Cuando Lavoisier era estudiante de química, el lenguaje de esta
rama del conocimiento a la que aún no se le reconocía el carácter
de ciencia, era muy oscuro. Había en ese entonces una gran cantidad de palabras sin una definición clara, e incluso carentes totalmente de definición.
El lenguaje de los alquimistas, entre otras cosas, originó una multitud de sinónimos que dificultaban el estudio de la química. Los
químicos de mediados del siglo xviii, Bergman, Morveau, Berthelot y Berzelius entre otros, sentían la necesidad de establecer
una nomenclatura química que permitiera la comunicación y el
avance de esta ciencia.
Ejemplos
aceite de vitriolo
(ácido sulfúrico)
vitriolo azul
(sulfato de cobre)
cal viva
(óxido de calcio)
cal apagada
(hidróxido de calcio)
es distintivo y descriptivo a la sustancia. Sin embargo, varios nombres han sido mal empleados o mal asignados, otros por demás son
raros y confusos.
Lenguaje de la química
Símbolos y fórmulas químicas
El 17 de abril de 1787, Lavoisier leyó en la Real Academia de las
Ciencias, una memoria sobre la necesidad de reformar y perfeccionar la nomenclatura química. La nueva nomenclatura trataba de
designar las propiedades fundamentales de las sustancias y seguir
una lógica que permitiera ordenar el universo de la química.
En la actualidad, conocemos de la existencia de millones de compuestos que resultan de la unión de 118 elementos químicos, por
lo que es conveniente representar los elementos y sus compuestos
utilizando símbolos. Éstos permiten la comunicación entre toda la
comunidad científica, lo que ayuda a clasificarlos rápidamente. Los
símbolos de los elementos son una forma de taquigrafía. Sustituyen a los nombres completos de los elementos.
Las sustancias se caracterizan por sus propiedades generales y específicas (físicas y químicas), o bien, por su nombre. Este nombre
A continuación se presentan unas figuras que muestran los símbolos antiguos de algunos elementos.
Figura 6.1
Evolución de la simbología química.
190
Grupo Editorial Patria®
Elementos nombrados en honor de
personajes famosos
Símbolo
Número
atómico
Nombre en honor de
Curio
Cm
96
Pierre y Marie Curie (radiactividad)
Einstenio
Es
99
Albert Einstein (teoría de la
relatividad)
Fermio
Fm
100
Enrico Fermi (reacciones
nucleares)
Gadolinio
Gd
64
Johann Gadolin (descubrió el itrio)
Laurencio
Lr
103
Ernest Lawrence (descubridor del
ciclotrón)
Mendelevio
Md
101
Dimitri Mendeléiev (tabla periódica de los elementos)
Nobelio
No
102
Alfred Nobel (inventor de la
dinamita)
Elemento
Figura 6.2
Símbolos usados por los alquimistas.
Elementos nombrados por su color
Símbolo
Número
atómico
Bismuto
Bi
83
alemán, veisee masse, “masa
blanca”
Cromo
Cr
24
griego, chroma, “color”
Cesio
Cs
55
latín, caesius, “azul claro”
Cloro
Cl
17
griego, chloros, “verde”
Yodo
l
53
griego, iodes, “violeta”
Iridio
Ir
77
latín, arco iris
Rubidio
Rb
37
latín, rubidus, “rojo oscuro”
Rodio
Rh
45
griego, rodon, “rosa”
Circonio
Zr
40
árabe, zargun, “color de oro”
Elemento
Al químico sueco J. J. Berzelius se le dio el crédito por haber creado los símbolos modernos para los elementos. Él fue quien propuso que se les dieran a los elementos un símbolo correspondiente a
la primera letra de sus nombres.
Los elementos se representan por un símbolo que consiste en una,
dos o tres letras, que se derivan de su nombre latino.
Los símbolos de los elementos tuvieron una evolución bastante larga que dificultaba el desarrollo de la química; lo cual podemos observar en los símbolos utilizados por los alquimistas. La
nomenclatura actual está basada en el sistema propuesto por
la uiqpa1 (En inglés iupac, International Union of Pure and Applied
Chemistry); los elementos se escriben con una, dos o tres letras,
que se derivan del latín. Ejemplos: N = Nitrógeno; Ca = Calcio;
Cf = Californio, y Unq = unnilquadium.
Los nombres de los elementos pueden variar de un idioma a otro,
pero los símbolos son universales. Cada símbolo consta de una,
dos o tres letras tomadas del nombre del elemento. Estos nombres
tienen el origen más diverso: algunos se deben a dioses y diosas de
la mitología; otros a cuerpos celestes; otros más, a países y ciudades, y algunos debido a su color característico, etcétera.
A continuación se presenta una lista de elementos clasificados según el origen de su nombre.
1
uiqpa, Unión Internacional de Química Pura y Aplicada.
El nombre se deriva del
Elementos cuyos nombres tienen su origen
en dioses de la mitología
Símbolo
Número
atómico
En honor de
Niobio
Nb
41
Niobe, diosa griega hija de Tántalo
Prometio
Pm
61
Prometeo, portador griego del
fuego
Tántalo
Ta
73
Dios griego de la frustración
Torio
Th
90
Thor, dios escandinavo de la guerra
Titanio
Ti
22
Titanes, hijos del Cielo y de la
Tierra
Vanadio
V
23
Vanadis, diosa escandinava de la
belleza
Elemento
191
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Elementos designados en honor a diversos
cuerpos celestes
Símbolo
Número
atómico
Cerio
Ce
58
asteroide Ceres
Helio
He
2
griego, Helios, sol
Mercurio
Hg
80
planeta Mercurio
Neptunio
Np
93
planeta Neptuno
Plutonio
Pu
94
planeta Plutón
Selenio
Se
34
latín, selene, Luna
Telurio
Te
52
Uranio
U
92
Elemento
Nombre en honor del
Elemento
Símbolo
Nombre químico
Nombre común o
comercial
Fórmula
Óxido de cobre (I)
Cuprita
Cu2O
Hidroxicarbonato de cobre
Malaquita
CuCO3Cu(OH)2
Sulfuro de cobre (I)
Calcocita
Cu2S
latín, tellus, Tierra
Sulfuro doble de cobre y hierro
Calcopirita
CuFeS2
planeta Urano
Carbonato de plomo
Cerusita
PbCO3
Sulfuro de plomo
Galena
PbS
Sulfato de plomo
Anglesita
PbSO4
Sulfuro de cinc
Esfalerita
ZnS
Óxido de cinc
Cincita
ZnO
Óxido de hierro (III)
Hematita
Fe2O3
Óxido de hierro (IV)
Magnetita
Fe3O4
Elementos cuyo nombre se deriva de
países, ciudades y continentes
Número
atómico
facilitar la comunicación entre ellos, surgió la necesidad de elaborar un lenguaje único, sistematizado y uniforme para identificar a
las sustancias químicas. Este lenguaje ha sido desarrollado por la
uiqpa (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), con el
fin de adaptarlo a los compuestos que se van descubriendo. Como
se mencionó antes, a algunos compuestos se les asigna un nombre
común o trivial; por ejemplo:
Nombrado en honor de
Americio
Am
95
América
Óxido de hierro (III) hidratado
Limonita
Fe2O3, H2O
Berkelio
Bk
97
Berkeley, California
Carbonato de fierro (II)
Siderita
FeCO3
Californio
Cf
98
California
Nitrato de potasio
Salpeter, salitre, sal de Chile
KNO3
Cobre
Cu
29
latín, Cuprum, de la isla de Chipre
“Ammophos A”
Escandio
Sc
21
Escandinavia
Fosfato de amonio, Fosfato
primario de amonio, Bifosfato
amónico, Fosfato amónico
monobásico
(NH4)3PO4
Estroncio
Sr
38
Estroncia, ciudad de Escocia
Carbonildiamida
Urea o carbamida
NH2CO.NH2
Sulfato de potasio
Sulfato de potasa
K2SO4
Fosfato monopotásico
Fosfato ácido de potasio
K2H(PO4)
Europio
Eu
63
Europa
Francio
Fr
87
Francia
Galio
Ga
31
latín, Galia, Francia
Cloruro de potasio
Muriato de potasa, cloruro
de potasa, sylvita (en forma
mineral)
KCl
Rutenio
Ru
44
latín, Ruthenia, Rusia
Fosfato de calcio
Superfosfato de calcio
Ca3(PO4)
Ácido fosfórico
Ácido ortofosfórico
H3PO4
Sulfato de calcio dihidratado
Sulfato de calcio
precipitado o nativo,
alabastro de yeso
CaSO4, 2H2O
Sulfato de magnesio
Sal de Epsom; se vende en
forma anhidra (sin agua)
MgSO4
Sulfato de hierro heptahidratado
Vitriolo verde, vitriolo de
hierro, caparrosa
FeSO4, 7H2O
Sulfato de cinc heptahidratado
Vitriolo blanco o de cinc
ZnSO4, 7H2O
Ácido bórico
Ácido ortobórico
H3BO3
Uno de los aspectos más interesantes de la ciencia es que toda la
materia conocida se compone de aproximadamente 118 elementos, algunos de ellos conocidos desde la antigüedad como el cobre,
hierro, plata, azufre, oro, etc. Los elementos que van del hidrógeno
al uranio se conocen tradicionalmente como naturales, y los restantes como sintéticos.
Nomenclatura y escritura de fórmulas
En química, al igual que en otras ciencias, la necesidad de una nomenclatura general se hizo sentir en cuanto aumentó el número de
compuestos conocidos y al mismo tiempo se incrementó el número de químicos en los diferentes países del mundo. Entonces, para
192
Sulfato cúprico, piedra azul,
Sulfato de cobre pentahidratado
caparrosa azul
Nitrato de sodio
Nitrato de Chile, salpeter
de Chile
CuSO4, 5H2O
NaNO3
Grupo Editorial Patria®
Número de oxidación
En fórmulas más complicadas que incluyen más de dos elementos,
es conveniente definir el “estado de oxidación” o número de oxidación
de cada elemento, ya que éste puede variar dependiendo del compuesto que esté formando.
La uiqpa define: “El número de oxidación de un elemento en cualquier
entidad química, es la carga con la cual actúa un átomo del elemento
cuando se asignan al átomo más electronegativo los electrones que forman el enlace”.
Los números de oxidación están relacionados con las configuraciones electrónicas de los elementos. Los átomos, al formar compuestos, tienden a ganar, perder o compartir electrones para llenar
su capa externa. Recordemos que a los electrones que se encuentran en la capa más externa se les denomina electrones de valencia.
El número de electrones ganados, perdidos o prestados se conoce
como número de oxidación del átomo. Cuando se pierden o ceden
parcialmente estos electrones al formar el enlace, el número de oxidación tiene signo positivo. Al establecer las estructuras de Lewis
para los metales alcalinos se puede predecir que su número de oxidación será 11, al ceder un electrón de la capa externa para lograr
la configuración de gas noble.
Los metales alcalinotérreos tendrán como número de oxidación
12, al ceder dos electrones para alcanzar su configuración más estable. En la familia IIIA el estado de oxidación 13 es el más común.
El resto de las familias presentan números de oxidación positivos
y negativos. No obstante, la familia IVA presenta el número de oxidación 14, la familia VA presenta 15, en el grupo VIA el azufre, el
selenio y el teluro actúan con 22 y en la familia VIIA, el cloro y
el yodo presentan el número de oxidación 21. El flúor, dado que
es el elemento más electronegativo, se encuentra restringido al estado de oxidación 21.
Predecir los estados de oxidación probables de los elementos de
transición es más difícil, ya que la mayoría presentan más de un estado de oxidación.
Para recordar las fórmulas de los compuestos y escribirlas correctamente, resulta útil emplear el sistema llamado números de oxidación que incluye las siguientes reglas básicas:
1. El número de oxidación de un elemento en estado puro o sin
combinar es de “cero”.
Ejemplos:
H02 , Cu0, O0 2 , Cl0 2 , Fe0.
2. El hidrógeno tiene número de oxidación 11, excepto en los
hidruros, donde es 21.
22
11 21
Ejemplos: H11
2 O Na H
3. El oxígeno tiene número de oxidación 22, excepto en los peróxidos, donde es 21.
21
Ejemplos:
Cu12O22Na11
2 O2
4. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos en un compuesto es igual a cero, ya que las moléculas
son neutras.
Ejemplos:
K11Mn17O22
11 1 7 2 8 5 0
4 Como se ha visto, el número de oxidación es muy importante en
la formulación, puesto que éste determina la relación de elementos
positivos y negativos en un compuesto.
A los elementos con número de oxidación positivo se les llama cationes y aniones a los que tienen número de oxidación negativo. Cuando se unen dos o más elementos la especie se llama radical químico
y su número de oxidación es la suma algebraica de los números de
oxidación de cada elemento. Al escribir la fórmula de un compuesto, se acostumbra poner primero el símbolo del componente que
posee el número de oxidación positivo, y para nombrarlos se empieza por el nombre del radical negativo.
Una vez conocidos los números de oxidación, es fácil deducir y
escribir la fórmula de un compuesto correctamente. El método
mecánico consiste en escribir el número de oxidación encima del
símbolo representativo de cada elemento o ion y colocar cada uno
de estos números como subíndice del otro símbolo. Nunca se escribe el subíndice 1 en la fórmula; cuando no hay subíndice se sobreentiende que es 1.
Ejemplos
CaSO4
Sulfato de calcio
NaCl
Cloruro de sodio
Fórmula
Nombre del
compuesto
Al+3 O−2
Al2O3
Óxido de aluminio
Ca+2 Cl −1
CaCl2
Cloruro de calcio
Ba+2(NO3) −1
Ba(NO3)2
Nitrato de bario
Ca+2(SO4) −2
CaSO4
Sulfato de calcio
H 2+1 O 2–1
H2O2
Peróxido de hidrógeno
Número de
oxidación
Las fórmulas de los compuestos se clasifican por el número de elementos que las forman en:
Binarios: Se componen de dos elementos diferentes.
Ternarios: Se componen de tres elementos diferentes.
Poliatómicos: Se componen de más de tres elementos.
A continuación se incluye una lista de los elementos más comunes
con sus respectivos valores:
193
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Tabla de iones positivos (cationes)
Monovalentes
Divalentes
Trivalentes
Tetravalentes
Na11
ion sodio
Ca12
ion calcio
Al13
ion aluminio
Pb14
ion plúmbico
Hg11
ion mercuroso
Cr12
ion cromoso
Fe13
ion férrico
Sn14
ion estáñico
K11
ion potasio
Sr12
ion estroncio
Cr13
ion crómico
Ag11
ion plata
Fe12
ion ferroso
Au13
ion áurico
Rb11
ion rubidio
Ba12
ion bario
Mn13
ion mangánico
Au11
ion auroso
Cu12
ion cúprico
Ni13
ion niquélico
Cs11
ion cesio
Mg12
ion magnesio
Co13
ion cobáltico
NH 411
ion amonio
Co12
ion cobaltoso
B13
ion boro
Li11
ion litio
Ra12
ion radio
Bi13
ion bismuto
H11
ion ácido
Ni12
ion niqueloso
Cu11
ion cuproso
Zn12
ion cinc
[H3O]11
ion hidronio
Be12
ion berilio
Cd12
ion cadmio
Sn12
ion estañoso
Hg12
ion mercúrico
Pb12
ion plumboso
Tabla de iones negativos (aniones)
Grupo III
[AlO 2] –1
ion aluminato
Grupo IV
CO 3–2
ion carbonato
HCO 3–1
SiO 3–2
Grupo V
N–3
Grupo VII
ion nitruro
O–2
ion óxido
F–1
ion fluoruro
ion bicarbonato o
NO 2–1
carbonato ácido
ion nitrito
O 2–2
ion peróxido
Cl –1
ion cloruro
ion silicato
NO 3–1
ion nitrato
OH–1
ion hidróxido
Br–1
ion bromuro
C–4
ion carburo
P–3
ion fosfuro
S–2
ion sulfuro
I –1
ion yoduro
CN–1
ion cianuro
PO 3–3
ion fosfito
HS–1
ion sulfuro ácido o
bisulfuro
ClO–1
ion hipoclorito
CON–1
ion cianato
PO 4–3
ion fosfato
SO 3–2
ion sulfito
ClO 2–1
ion clorito
HPO 4–2
ion fosfato
monohidrógeno
SO 4–2
ion sulfato
ClO 3–1
ion clorato
H2PO 4–1
ion fosfato
dihidrógeno
HSO 3–1
ion sulfito ácido
ClO 4–2
ion perclorato
AsO 3–3
ion arsenito
HSO 4–1
ion sulfato ácido
ion arseniato
S2O 3–2
ion tiosulfato
SCN–1
ion sulfocianuro o
tiocianato
AsO 4–3
194
Grupo VI
Grupo Editorial Patria®
Para tu reflexión
Tabla con metales de transición
CrO 4–2
ion cromato
Fe(CN) 6–4
ion ferrocianuro
Funciones de los principales electrolitos
Cr2O 7–2
ion dicromato
ZnO 2–2
ion cincato
MnO 4–2
ion manganato
MoO 4–2
ion molibdato
El cuerpo humano contiene sales en forma de iones a las que se les
llama electrolitos, los cuales son indispensables para la vida.
MnO 4–1
ion permanganato
TiO 4–2
ion titanato
Fe(CN) 6–3
ion ferricianuro
Ion
Na
Catión primario extracelular, mantiene la presión
osmótica en la sangre y tejidos; es necesario para la
actividad nerviosa y muscular.
K11
Catión primario intracelular, mantiene la presión
osmótica en la célula; es necesario para la actividad
nerviosa y muscular.
Ca12
Es necesario para huesos y dientes y para la actividad muscular.
Mg12
Es necesario para la actividad enzimática y del sistema neuromuscular.
Cl 21
Anión extracelular; es necesario para la secreción del
jugo gástrico; participa en el transporte de O2 y CO2
en la sangre.
HPO 422
Anión intracelular; está presente en los huesos con el
Ca+2; amortiguador ácido-base.
HCO 322
Es necesario como amortiguador para mantener el
equilibrio ácido-base de la sangre.
SO 422
Está presente en las células con proteínas.
11
Actividad de aprendizaje
Utilizando las tablas anteriores, escribe la fórmula correcta entre:
a) Ion mercuroso y ion fluoruro.
b) Ion plata y ion nitrato.
c) Ion cadmio y ion arsenito.
d) Ion cuproso y ion sulfato ácido.
e) Ion plúmbico y ion perclorato.
f ) Ion hidronio y ion hipoclorito.
g) Ion magnesio y ion fosfuro.
h) Ion cobáltico y ion sulfocianuro.
i) Ion mangánico y ion molibdato.
j) Ion amonio y ion ferrocianuro.
Investiga sobre algunos ejemplos prácticos que se relacionen con las
fórmulas descritas.
Función
Óxidos metálicos
Los óxidos metálicos también son llamados “óxidos básicos”, y resultan de la unión de un metal con el oxígeno. El número de oxidación
del oxígeno es –2. Para nombrar a estos compuestos se antepone la
palabra óxido, seguida del nombre del metal correspondiente.
Actividad de aprendizaje
Escribe las fórmulas correspondientes a cada uno de los siguientes
óxidos básicos e investiga si cada uno de ellos tiene un impacto ambiental y cuál es:
Metal 1 Oxígeno
Óxido metálico
a) óxido de sodio
M1O
MO
b) óxido cuproso
c) óxido ferroso
Ejemplos
d) óxido estannoso
e) óxido cúprico
Na11 y O22
Na2O
óxido de sodio
f) óxido férrico
Li11 y O22
Li2O
óxido de litio
g) óxido estánnico
Ca12 y O22
CaO
óxido de calcio
h) óxido niqueloso
Cu12 y O22
CuO
óxido cúprico u óxido de cobre (II)
i) óxido niquélico
Fe13 y O22
Fe2O3
óxido férrico u óxido de hierro (III)
j) óxido de potasio
195
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Óxidos no metálicos
Ejemplos
Los óxidos no metálicos, llamados también óxidos ácidos o anhídridos, resultan de la combinación de un no metal (con número de
oxidación positivo) con el oxígeno. Para darles nombre se utilizan
los prefijos griegos: mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5),
para indicar el número respectivo de átomos en el compuesto correspondiente.
No metal 1 Oxígeno
Óxido no metálico
N1O
NO
CO2
anhídrido carbónico
SO2
anhídrido sulfuroso
SO3
anhídrido sulfúrico
P2O3
anhídrido fosforoso
P2O5
anhídrido fosfórico
Ejemplos
Estos óxidos producen ácidos al combinarse con el agua y; por tanto, también se nombran anteponiendo la palabra anhídrido, seguida del nombre del ácido que formarán.
Para el átomo de cloro, se tienen los siguientes números de oxidación:
Cl11, Cl13, Cl15, Cl17
Algunos no metales pueden producir más de dos anhídridos, y
para designarlos se consideran dos de ellos como normales y se
nombran en la forma usual (con la terminación oso para el de menor número de oxidación, e ico para el de mayor); y aquel que tiene
el menor número de oxidación lleva el prefijo hipo con la terminación oso, y el que tiene mayor número de oxidación el prefijo per
con la terminación ico.
El número de oxidación menor es 11: Cl11
n
El siguiente número de oxidación mayor que el menor
es 13: Cl13
n
El siguiente número de oxidación menor que el mayor
es 15: Cl15
n
El número de oxidación mayor es 17: Cl17
n
Cl112O22
anhídrido hipocloroso
Cl2O
Cl132O322
anhídrido cloroso
Cl2O3
anhídrido clórico
Cl2O5
22
2O5
15
Cl
Anhídridos
• hipo- - oso ( menor número de
oxidación)
Cl172O722
• -oso
Br
• -ico
• per- - ico
( siguiente número de
oxidación mayor que el
menor)
( siguiente número de
oxidación menor que el
mayor)
Cl2O7
13
anhídrido brómico
Br2O5
O322
I2
anhídrido yodoso
I2O3
anhídrido nítrico
N2O5
anhídrido hiponitroso
N2O
15
O522
11
22
N2
N2
O
(mayor número de
oxidación)
Ejemplos
CO
monóxido de carbono
CO2
dióxido de carbono
NO2
dióxido de nitrógeno
N2O5
pentóxido de dinitrógeno
SO3
trióxido de azufre
Cl2O7
heptóxido de dicloro
196
anhídrido perclórico
22
2O5
15
Actividad de aprendizaje
Escribe las fórmulas de los siguientes compuestos, menciona cuáles
son orgánicos e inorgánicos y proporciona un ejemplo de uso práctico
en la vida cotidiana. Compara tus respuestas con otros compañeros de
clase, y en caso de duda consulta con tu profesor.
a) Sulfuro de amonio
b) Sulfato de cromo (III) Grupo Editorial Patria®
Hidruros metálicos
c ) Sulfuro de molibdeno (IV)
d) Cloruro de estaño (IV)
Los hidruros resultan de la combinación del hidrógeno con cualquier metal. En los hidruros, el hidrógeno tiene número de oxidación 21.
Para nombrar estos compuestos, se antepone la palabra hidruro,
seguida del nombre del metal correspondiente.
Metal 1 hidrógeno
hidruro
M1H
MH
e) Bromato de calcio
Ejemplos
f ) Cianuro de níquel
g) Hidróxido de magnesio
Na11 y
K11 y
Ca12 y
Al13 y
Fe12 y
Fe13 y
H21
H21
H21
H21
H21
H21
h) Ácido perbrómico
i) Ácido sulfuroso
j) Ácido nitroso
NaH
KH
CaH2
AlH3
FeH2
FeH3
hidruro de sodio
hidruro de potasio
hidruro de calcio
hidruro de aluminio
hidruro ferroso o hidruro de hierro (II)
hidruro férrico o hidruro de hierro (III)
Hidrácidos
Los hidrácidos resultan de la combinación de los aniones de la
serie de los haluros con el hidrógeno; es decir, de la combinación
de un no metal con el hidrógeno. En los hidrácidos, el hidrógeno
siempre tiene el número de oxidación 11.
Para el nombre de estos compuestos se antepone la palabra ácido,
seguida siempre del nombre del no metal correspondiente, con la
terminación hídrico.
No metal 1 hidrógeno
hidrácido
N1H
HN
k) Nitrato de mercurio
Ejemplo
l) Cloruro de aluminio
m) Anhídrido yodoso
H11
H11
H11
H11
y F21
y Cl21
y Br21
y S22
HF
HCl
HBr
H 2S
ácido fluorhídrico
ácido clorhídrico
ácido bromhídrico
ácido sulfhídrico
Actividad de aprendizaje
n) Hipoclorito de potasio
o) Bicarbonato de calcio
Escribe la fórmula y un ejemplo de los siguientes hidrácidos:
a) ácido clorhídrico
b) ácido bromhídrico
c) ácido cianhídrico
d) ácido sulfhídrico
197
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Hidróxidos
Ejemplos
Los hidróxidos o bases, que resultan de la reacción entre un metal y el
hidróxido, siempre llevan en su fórmula un metal unido al radical
OH. Se nombran anteponiendo la palabra hidróxido, seguida del
nombre del metal correspondiente.
Metal 1 agua
hidróxido
M 1 H2O
MOH
11
K
12
Zn
Al
13
Fe
13
NaOH
hidróxido de sodio
21
KOH
hidróxido de potasio
21
Zn(OH)2 hidróxido de cinc
21
Al(OH)3
21
Fe(OH)3 hidróxido férrico o hidróxido de fierro (III)
y OH
y OH
y OH
y OH
y
11
y
11
y
11
y
11
y
11
y
H
11
H
H
H
H
Ejemplos
Na11 y OH21
H11 y ClO21
H
BrO221
NO321
SO322
SO422
CO322
PO423
HClO
ácido hipocloroso
HBrO2
ácido bromoso
HNO3
ácido nítrico
H2SO3
ácido sulfuroso
H2SO4
ácido sulfúrico
H2CO3
ácido carbónico
H3PO4
ácido fosfórico
Actividad de aprendizaje
Escribe la fórmula de los siguientes oxiácidos:
hidróxido de aluminio
a) ácido nitroso
b) ácido carbónico
c) ácido sulfuroso
Actividad de aprendizaje
Escribe el nombre de cada una de las siguientes bases:
a) NaOH
d) ácido fosforoso
e) ácido fosfórico
f) ácido sulfúrico
Escribe los nombres de las siguientes sustancias:
b) NH4OH
c) CuOH
a) NaNO2
d) Fe(OH)2
b) K3PO4
e) Sn(OH)2
c) KMnO4
f) Cu(OH)2
g) Fe(OH)3
d) CrCl3
h) Sn(OH)4
e) MnO2
i) Ni(OH)2
f) HgCl
j) Ni(OH)3
g) CaS
h) Fe2(CO3)3
i) BaSO4
Oxiácidos
Los oxiácidos son los ácidos que contienen oxígeno y resultan de la reacción del agua con los anhídridos (óxidos ácidos). Se nombran anteponiendo la palabra ácido, seguida del nombre del radical negativo
correspondiente (también aquí el número de oxidación del hidrógeno es 11).
Óxido no metálico 1 agua
Oxiácido
NO 1 H2O
HNO
198
j) KNO2
Sales
La combinación entre un metal y un no metal, produce una sal. Dependiendo del origen de las sustancias originales, se pueden obtener:
sales binarias, oxisales, sales ácidas, sales básicas, sales neutras y sales
hidratadas.
Grupo Editorial Patria®
Sales binarias
Ejemplos
Las sales binarias son sales que provienen de los hidrácidos; es decir, su
molécula tiene un metal unido a un no metal. Para nombrarlas se
cambia la terminación del no metal de hídrico a uro, seguida del
nombre del metal correspondiente.
Metal 1 No metal
Sal binaria
M1N
MN
Na11 y SO422
NaCl
cloruro de sodio
Rb11 y I21
RbI
yoduro de rubidio
AlBr3
bromuro de aluminio
Fe2S3
sulfuro férrico o sulfuro de fierro (III)
Al
21
y Br
Fe13 y S22
Pb(NO3)2
nitrato de plomo (II)
Ca(ClO)2
hipoclorito de calcio
CO322
MnO421
PO423
FeCO3
carbonato ferroso o carbonato de fierro (II)
KMnO4
permanganato de potasio
y
y ClO
Ca
12
Fe
11
K
y
y
Mg y
Mg3(PO4)2 fosfato de magnesio
Actividad de aprendizaje
Na11 y Cl21
13
sulfato de sodio
12
Pb
12
Ejemplos
Na2SO4
NO321
–1
12
Escribe el nombre de las siguientes oxisales, compáralas de acuerdo
con su aplicación y uso, señala las características de cada una, comenta las dudas con tus compañeros:
a) CuSO4
Actividad de aprendizaje
Escribe el nombre de las siguientes sales sencillas, investiga para qué
se utilizan cada una y en qué productos de uso doméstico, fábricas,
talleres, etc., las puedes encontrar:
b) CuNO2
c) Sn(CO3)2
d) Ni3(PO3)2
e) Fe2(SO3)3
f) (NH4)2SO4
a) NaCl
b) CuCl
Sales ácidas
c) FeCl2
En solución acuosa, el pH de estas sales es menor a 7. La molécula
de las sales ácidas se presenta unida a un metal y a un radical negativo,
pero entre ellos se encuentra el hidrógeno. Para nombrarlas se utiliza
el nombre del radical para las sales con el prefijo bi y después el
nombre del metal.
d) SnCl2
e) CuCl2
f) FeCl3
g) SnCl4
h) NiCl2
i) NaBr
j) Na2S
Oxisales
Son sales que se derivan de los oxiácidos; es decir, contienen un
metal unido a un radical negativo que contenga oxígeno. Se nombran cambiando la terminación oso de los ácidos por ito, y la terminación ico de los ácidos por ato en las sales (este cambio es el
nombre del radical), y a continuación se incluye el nombre del metal correspondiente.
Metal 1 Óxido no metálico
Oxisal
M 1 NO
MNO
Las sales son el producto de la reacción entre ácidos y bases, y al
disolverse en agua le imparten cierto carácter. Éste resulta de la
fuerza que domine, ya sea por parte del ácido o de la base, y cuando
ambos compuestos son fuertes, entonces se neutralizan. Una forma de medir el grado de acidez de una disolución es por medio
de su pH (potencial de hidrógeno), o bien, utilizando colorantes
indicadores. El pH se mide en un aparato llamado “potenciómetro”
o “pH metro”.
Ejemplos
Li11 y HCO321
LiHCO3
bicarbonato de litio
HSO321
HSO421
HCO321
KHSO3
bisulfito de potasio
Ca(HSO4)2
bisulfato de calcio
11
K
11
Ca
13
y
y
Fe(HCO3)2
Fe y
bicarbonato férrico o bicarbonato
de hierro (III)
199
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Sales básicas
b) Sulfato de cromo (III)
En solución, dan valores de pH mayores a 7.
Ejemplos
c) Sulfuro de molibdeno (IV)
Na11 y S22
Na2S
sulfuro de sodio
Mg12, OH21 y Cl21
MgOHCl
cloruro básico de magnesio
Na11 y CO322
Na2CO3
carbonato de sodio
d) Cloruro de estaño
Sales neutras
El pH resultante de la disolución de estas sales es 7.
e) Bromato de calcio
Ejemplos
–1
11
Na
11
K
y Cl
y
NO321
NaCl
cloruro de sodio
KNO3
nitrato de potasio
f) Cianuro de níquel (II)
g) Hidróxido de magnesio
Sales hidratadas
Estos compuestos contienen agua de cristalización en su molécula, y
para escribir la fórmula se asocian el número de moléculas de agua
presentes por medio de un coeficiente y un punto. Para dar el nombre
químico del compuesto, se nombra primero la función química
inorgánica y luego el número de moléculas de agua con los prefijos mono, di, tri, tetra, penta, etc., y la terminación hidratado.
Ejemplos
h) Ácido perbrómico
i) Ácido sulfuroso
j) Ácido nitroso
CuSO4·5H2O
Sulfato cúprico pentahidratado
Na2CO3·10H2O
Carbonato de sodio decahidratado
CoCl2·6H2O
Cloruro cobaltoso hexahidratado
FeSO4·7H2O
Sulfato ferroso heptahidratado
k) Nitrato de mercurio (I)
Actividad de aprendizaje
l) Anhídrido yodoso
Escribe las fórmulas de los siguientes compuestos, investiga para qué
se utilizan y en qué productos de uso doméstico, fábricas, talleres,
etc., las puedes encontrar, menciona si son sustancias peligrosas y el
impacto que pueden tener en el medio ambiente al hacer mal uso de
las mismas.
a) Sulfuro de amonio
m) Hipoclorito de potasio
n) Bicarbonato de calcio
200
Grupo Editorial Patria®
Actividad experimental
Obtengamos un compuesto
Con la dirección de su maestro reúnanse en equipos de cuatro o cinco
alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas y
elaboren un informe escrito de la actividad con sus conclusiones. Expóngalo al grupo.
¿Qué compuesto se formó?
Propósito
Obtener un compuesto en estado gaseoso a partir de un sólido y un
líquido.
Material
n
Un vaso
n
Cáscaras de huevo
n
Vinagre
¿Con qué otra sustancia se pueden sustituir las cáscaras de huevo
para realizar el experimento?
Procedimiento
1. Coloquen vinagre hasta la mitad de un vaso.
Conclusiones:
2. Desmenucen una cáscara de huevo y coloquen los trozos dentro
del vinagre.
¿Qué ocurre?
201
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Aplica lo que sabes
Aplica lo que sabes
Completa el siguiente mapa conceptual.
Nomenclatura
química
inorgánica
Se aplican las siguientes reglas de la uiqpa que significa
Se tienen los siguientes compuestos inorgánicos principales
Hidruros
Óxidos
metálicos
Hidróxidos
Oxisales
Hidroácidos
Ejemplo
NaH
CO
NaCl
Se nombren respectivamente al combinarse las palabras
Hidruro de
(metal)
202
H2SO4
HCl
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Actividades complementarias
I. Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
1. ( ) La reacción química se define como:
a)Las transformaciones que experimentan las sustancias.
b) Todo proceso que se realiza en el universo.
6. ( )En la ecuación SbCl3 + KCl → k3SbCl3 ¿cuál es el coeficiente del cloruro de potasio que ajusta dicha ecuación?:
a) 1
d) 4
b) 2
e) 5
c) 3
7. ( ) El nombre del compuesto Au(OH)2 es:
c)Los cambios de estado que caracterizan a los sistemas.
a) Hidróxido de antimonio
d) Las fases que presentan los sistemas.
b) Hidróxido de arsénico
e) Las propiedades que caracterizan a los sistemas.
c) Hidróxido de aluminio
2. ( )En la ecuación Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O los
productos son:
a) Ag, AgNo3, NO
b) HNO3, AgNO3, NO
c) AgNO3, NO, H2O
d) Ag, NO, 2H2O
d) Hidróxido auroso
8. ( )La reacción de un no metal con hidrógeno da como producto:
a) Hidruro
c) Anhídrido
b) Hidróxido
d) Hidrácido
9. ( )Son los números de oxidación de los elementos que forman el compuesto KHSO4, respectivamente:
e) HNO3, NO, H2O
3. ( )
S1O2 + 4HF → S1F4 + 2H2O. En la ecuación dada, los
coeficientes: 1, 4, 1 y 2 nos representan los:
a) átomos
d) moles
b) valencias
e) compuestos
c) iones
4. ( )La reacción: S1O2 + 4HF → S1F4 + 2H2O se clasifica
como una reacción de:
a) 11, 11, 16, 22
b) 22, 11, 16, 24
c) 12, 14, 24, 22
d) 13, 16, 28
10. Escribe el nombre o la fórmula según corresponda:
a) H2S b) Nitrito de potasio a) análisis
c) NO2 b) síntesis
d) Sulfato de oro II c) sustitución simple
e) KClO3 d) sustitución doble
e) oxidación-reducción
5. ( ) Es una reacción de análisis:
a) CaO + CO2 → CaCO3
b) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
c) 2Ag + S → Ag2S
d) 2KClO3 D→ 2KCl + 302
11. Escribe el nombre o la fórmula según corresponda:
a) CaH2 b) Ácido nítrico c) SO2 d) Carbonato de fierro II e) KCl e) Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O
203
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
12. Escribe el nombre de los siguientes óxidos no metálicos:
14. Escribe el nombre de los siguientes hidróxidos:
a) CO a) CuOH b) CO2 b) Cu(OH)2 c) Cl2O7 d) Cl2O5 e) Cl2O3 13. Escribe la fórmula de los siguientes óxidos no metálicos:
c) Al(OH)3 d) Fe(OH)2 e) Fe(OH)3 15. Escribe la fórmula de los siguientes ácidos:
a) HMnO4 a) Pentóxido de dinitrógeno b) HIO b) Heptóxido de dibromo c) HClO c) Monóxido de dibromo d) HClO2 d) Dióxido de manganeso e) HClO3 e) Trióxido de azufre f) HClO4 204
Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I. Anota en el paréntesis de la derecha la letra de la respuesta correcta.
1. El nombre del siguiente compuesto Au2(CO3)3 es carbonato:
a) áurico
b) arsénico
c) de aluminio
b) óxido
c) anhídrido
)
(
)
d) auroso
2. La reacción de un metal con oxígeno da como producto:
a) hidruro
(
d) hidrácido
3. Son los números de oxidación de los elementos que forman el compuesto BaSO4:
( )
a) 11, 16, 12
b) 21, 16, 14
c) 12, 16, 22
d) 13, 16, 18
4. El nombre del compuesto Al(OH)3 es hidróxido:
a) de plata
b) de arsénico
c) de aluminio
b) condensada
c) empírica
b) oxisales
c) oxiácidos
b) hidróxidos
c) hidruros
b) H2 SO4
c) Na2O
b) un metal
II. Escribe la fórmula química de los siguientes compuestos.
c) halógeno
)
(
)
(
)
(
)
d) AgCl
9. Los hidruros resultan de la combinación del hidrógeno con: a) un no metal
(
d) ácidos
8. Es un ejemplo de óxido metálico:
a) NaOH
)
d) sales binarias
7. Compuestos que se obtienen mediante la combinación del hidrógeno con cualquier metal:
a) hidrácidos
(
d) molecular
6. Son compuestos cuyo nombre lleva la terminación “uro” seguida del nombre del metal correspondiente:
a) hidrácidos
)
d) auroso
5. La fórmula más pequeña con la información sobre la proporción de átomos presente en la molécula de un compuesto
se llama:
a) desarrollada
(
d) oxígeno
e) Ácido carbónico
a)Óxido de cobre II
f ) Anhídrido cloroso
b) Sulfato férrico
g) Hidróxido de aluminio
c) Hidruro de calcio
h) Ácido sulfhídrico
d) Hidróxido férrico
i) Cianuro de potasio
205
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
III. Relaciona las siguientes columnas, coloca en el cuadro de la derecha la letra que corresponda a la respuesta correcta.
a) Na2SO4
Son las cargas aparentes asignadas a cada uno de los átomos que forman un compuesto
b) Sal de azufre
La suma de los números de oxidación de un compuesto debe ser igual a
c) NaHCO3
Sal binaria
d) CaH2
Anhídrido
e)
NH 4+1
Hidruro
f ) MnCl4
Sal ácida
g) Número de oxidación
Hidróxido
h) Óxido cuproso
Catión
i) SO2
j) Cero
k) Al(OH)3
IV. Completa el siguiente cuadro, combinando los cationes (1), con los aniones (2). Escribe la fórmula resultante y su nombre respectivo.
Iones
Se−2
seleniuro
HCO3–1
bicarbonato
CN−1
cianuro
K+1
potasio
Au+3
áurico
NH4+1
amonio
Fe+3
férrico
H+1
ácido
Escribe el nombre de las siguientes sustancias:
e) MnO2
a) NaNO2
f ) Hg2Cl2
b) K3PO4
g) CaS
c) KMnO4
h) Fe(CO3)
d) CrCl3
i) BaSO4
206
OH−1
hidróxido
ClO 321
clorato
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j) KNO2
f ) Pr
k) P4O10
g) Te
l) N2O5
h) As
m) Li3N
i) Bk
n) Mg2C
o) (NH4)2SO4
p) H3AsO4
Escribe el nombre de los siguientes iones:
a) NO21
3 b) SO22
3 c) CrO21
4 d) Cr2O22
7
e) ClO21 f ) CN21
g) HSO21
3 h) HCO21
3
Escribe el nombre de los siguientes elementos:
a) Cu
b) Am
c) Sr d) Cd
Escribe el nombre o la fórmula, según corresponda a las siguientes
sustancias químicas:
Óxido férrico:
CaCl2:
CO2:
Clorato de potasio:
Nitrato cúprico:
HNO3 :
H2S:
Peróxido de hidrógeno:
NaOH:
Permanganato de potasio:
Hipoclorito de sodio:
Na2S2O7:
HgI2:
NH4OH:
Yodato de litio:
Ácido fluorhídrico:
e) Ar
207
6
BLOQUE
Manejas la nomenclatura química inorgánica
Guía de observación
Guía de observación para evaluar la Actividad experimental de la página 201.
Fecha:
Hora de inicio:
Hora final:
Equipo:
Tema:
Propósito:
Registrar el desempeño que tienen los estudiantes durante el experimento.
Criterio/Conducta observable
1. Tienen claro el propósito del experimento.
2. Toman en cuenta los conceptos teóricos que se desarrollaron en clase.
3. Realizan al pie de la letra el procedimiento establecido.
4. Utilizan correctamente los materiales.
5. Observan con detenimiento las reacciones químicas que se dan en el
experimento.
6. Contestan correctamente todas las preguntas del cuestionario.
7. Anotan a detalle todos los comentarios con base en el resultado del
experimento.
8. Todas las respuestas son claras y congruentes.
9. Argumentan sus respuestas y comentarios con bases teóricas y de acuerdo
con el experimento realizado.
10. Todos los integrantes participan durante toda la actividad.
11. Entre todos elaboran el informe escrito y lo presentan ante el grupo.
12. Elaboran sus conclusiones y las presentan al grupo.
13. Lograron el propósito del experimento.
14. Cada integrante participa y apoya a sus compañeras/os durante la
exposición de su informe.
Comentarios generales:
208
¿Cumplen?
Sí
No
Notas
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Coevaluación
Coevaluación para las actividades de aprendizaje de las páginas 195, 196, 197, 198, 199 y 200.
Nombre de la(el) alumna/o que evalúa:
Nombre de la(el) alumna/o a evaluar:
Maestra/o:
Fecha:
Instrucciones:
Analiza y observa cada aspecto a considerar, después revisa todas las actividades de aprendizaje que se tienen que resolver; verifica que cumpla
tal y como se indica en los aspectos, de lo contrario realiza un comentario en el apartado de las observaciones.
Todos tus comentarios y observaciones deben ser claros, objetivos, propositivos y constructivos; además, deben estar relacionados con
los contenidos temáticos que se revisaron, a fin de que sean útiles para concretar las actividades de forma correcta y significativa para ti y tu
compañera/o.
Aspectos a considerar
Sí
No
Observaciones
1. Se basa en los ejemplos y en las tablas de elementos químicos
desarrollados en el bloque.
2. Escribe todas las fórmulas que se solicitan en las actividades.
3. Todas las fórmulas están planteadas correctamente.
4. Sabe cuáles son los óxidos básicos que tienen un impacto
ambiental.
5. Menciona ejemplos apropiados y los relaciona con todas las
fórmulas.
6. Distingue correctamente los compuestos orgánicos e inorgánicos.
7. Señala ejemplos de uso práctico en la vida cotidiana.
8. Proporciona buenos ejemplos de los hidrácidos.
9. El nombre de todas las fórmulas de los oxácidos está correcto.
10. Los nombres de las sustancias son correctos.
11. Sabe para qué y en qué productos se utilizan las sales sencillas.
12. Hace la comparación sobre la aplicación y uso de las oxisales.
13.Señala correctamente las características de las oxisales.
14. Aporta información importante y además retroalimenta los
conocimientos adquiridos.
Menciona en qué hay que mejorar. Realiza sugerencias:
Revisado por la maestra/o:
209
7
BLOQUE
Representas y operas
reacciones químicas
15 horas
Objetos de
aprendizaje
7.1 Símbolos en
las ecuaciones
químicas
7.2 Tipos de reacciones
químicas:
– Síntesis o adición
– Descomposición
o análisis
– Sustitución o
desplazamiento
simple
– Sustitución o
desplazamiento
doble
7.3 Balanceo
de ecuaciones
químicas:
– Tanteo
– Óxido-reducción
Competencias a desarrollar
n
n
n
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea
las hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento
con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
n
n
n
Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza
y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos
o modelos científicos.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el paréntesis de la izquierda.
La reacción entre un anhídrido y el agua, se clasifica como de:
b) doble sustitución
c) análisis
d) síntesis
( ) a) simple sustitución
La reacción entre el H2SO4 y el NaOH, se clasifica como de:
b) simple sustitución
c) doble sustitución
d) síntesis
( ) a) análisis
( ) Los óxidos que al reaccionar con el agua forman ácidos, se les llama:
a) metálicos
( )
b) neutros
La reacción: azufre 1 oxígeno
se por el siguiente modelo:
a) A 1 B
C1D
c) A 1 B
AB
c) no metálicos
d) peróxidos
anhídrido carbónico, puede representarb) AB
AC 1 B
d) AC 1 B
ABC
La reacción : H2O
H2 1 O2 se clasifica como de:
b) síntesis
c) simple sustitución
d) doble sustitución
( ) a) análisis
Es la representación matemática de una reacción química:
b) fenómeno
c) fórmula química
d) reactivos
( ) a) ecuación química
( ) Indica el desprendimiento de una sustancia gaseosa:
a)
b)
c)
d)
Al reaccionar el ácido clorhídrico con el hidróxido de amonio, se obtiene:
b) agua más amoniaco
c) ácido nítrico más agua
d) amoniaco más sal
( ) a) cloruro de amonio más agua
Al reaccionar el sodio con el hidrógeno, se obtiene:
b) hidruro de sodio
c) hidrácido de sodio
d) agua sódica
( ) a) hidróxido de sodio
n
n
n
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales
en los ámbitos local, nacional e internacional.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas
y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto
y largo plazo con relación al ambiente.
Desempeños por alcanzar
n
n
n
Reconoce la simbología empleada en una ecuación química.
Identifica y representa los diferentes tipos de reacción.
Balancea ecuaciones químicas por métodos diversos.
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Situación didáctica
A continuación descubriremos la importancia que tiene el reciclado y el saber qué y cómo reciclar.
Se ha mencionado que hay sociedades de lo “desechable” como la
estadounidense. Ese país arroja a la basura 1.1 millones de toneladas de platos y vasos desechables por año. Esa cantidad es suficiente
para ofrecer seis días de campo anualmente ¡a la población total del
planeta! En un sentido más general, cerca de 30% de la producción
de materiales importantes en ese país termina en la basura.
Algunos críticos dicen que esa sociedad sobreempaca los alimentos y productos de consumo. Los materiales de empaque constituyen alrededor de la mitad de todos los desechos sólidos de Estados
Unidos en volumen, y casi un tercio en masa.
Piensa en el empaque para usarse una sola vez que implica una comida rápida. El inventario desechable incluiría un recipiente para
hamburguesa, vaso desechable, tapa de plástico, popote de plástico, bolsa de papel para las papas fritas, sobres de plástico para la
salsa de tomate, la sal y la pimienta, servilleta de papel y, si es una
orden para llevar, una bolsa de papel para contener la comida.
El empaque es necesario en cierta medida, pues protege los ingredientes, mantiene juntos los objetos pequeños, y en muchos casos
favorece la higiene y la seguridad. Pero hasta un simple bolígrafo se
empaca a menudo en plástico y cartón, y el cajero lo coloca en una
bolsa para que puedas llevarlo a casa.
¿Cuáles son las alternativas? Una es usar menos productos. Otra
es comprar al mayoreo para utilizar menos material de empaque.
Otras alternativas son usar los objetos durante más tiempo o bien
reutilizarlos o reciclarlos.
El reciclado exige un compromiso y un
esfuerzo considerables. ¿Cuáles son los
beneficios? Para encontrar respuestas, examinemos tres materiales: papel, aluminio y
vidrio.
Papel. Es un recurso renovable importante.
Como el papel se hace de pulpa de madera, es posible plantar nuevos árboles para
reemplazar los que se cortaron. Sin embar212
¿Cómo lo resolverías?
go, se requiere cerca de 25 años para que las semillas se conviertan
en árboles del tamaño apropiado para ser económicamente útiles.
¡“Renovar” este recurso toma tiempo! Se necesitan unos 17 árboles para producir una tonelada de papel. Esta cantidad es apenas
suficiente para suministrar el papel que dos ciudadanos utilizan en
un año.
Se requiere energía para hacer papel con un árbol. Para procesar
papel reciclado se necesita menos de la mitad de la energía que
para hacer papel nuevo. Actualmente en Estados Unidos se recicla
el 68% del papel que se usa.
Aluminio. Éste es un recurso químico no renovable:
el número total de átomos de aluminio en el mundo
es, para todo propósito práctico, fijo e inmutable.
Cuando hayamos consumido este recurso, no habrá más.
El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre (8%). Sin embargo, gran parte de este
aluminio está encerrado en silicatos, de los cuales no es fácil extraerlo. La demanda de aluminio
en muchos países es tan grande que el suministro
interno de la mena (bauxita) no satisface las necesidades.
En muchos países latinoamericanos se importa 100% del aluminio y en Estados Unidos sólo se importa el 18%. La producción
de aluminio a partir de mena bauxita requiere mucha energía.
Reciclar el aluminio usado consume solamente de 5 a 10% de esa
cantidad de energía. Gracias a esfuerzos nacionales organizados,
en la actualidad se recicla más de la mitad de las latas de aluminio
usadas.
Vidrio. Una forma simple del vidrio se
hace fundiendo juntos, a elevadas temperaturas, arena (dióxido de silicio,
SiO2), cenizas de sosa (carbonato de sodio, Na2CO3) y piedra caliza (carbonato
de calcio, CaCO3). Los tres materiales
no son renovables pero sí muy abundantes. Se calcula que cerca de 34% de los
recipientes de vidrio que se fabrican en Estados Unidos se producen con vidrio de desecho o
reciclado.
De acuerdo con un análisis reciente, el reciclado del vidrio ayuda a
reducir en parte la energía que requiere su manufactura. Si se empleara 100% de vidrio de desecho y reciclado para los recipientes
nuevos, el ahorro de energía de procesamiento sería de alrededor
de 15%, con un ahorro adicional de 16% en costos de extracción y
transporte necesarios para los materiales nuevos.
Grupo Editorial Patria®
Secuencia didáctica
Reúnete con varios de tus compañeros de clase y formen un equipo, analizando posibles respuestas para las preguntas que siguen.
Las respuestas del equipo serán analizadas posteriormente por
todo el grupo.
1. ¿Cuál de los tres materiales (papel, aluminio o vidrio) es más
importante reciclar?
a)¿Por razones económicas?
b)¿Por razones ecológicas?
c)¿Por razones socioculturales?
d)¿Por razones de salud pública?
¿Qué tienes que hacer?
f )¿Cómo obtendrías los resultados logrados ante esta situación?
g)¿Cuál sería el plan para darle seguimiento a este proceso?,
al menos arma el que llevarías a cabo en tu hogar.
h)En equipo con tus compañeros de clase, elaboren un plan
de seguimiento para concientizar a la comunidad estudiantil sobre el impacto y la importancia que tiene el reciclar diversos materiales en la actualidad.
3. Como individuos, podemos reemplazar, reutilizar o reciclar materiales de diversas maneras. Por ejemplo, podemos
utilizar los dos lados del papel para escribir; o bien, cuando
se tiene la opción, adquirir bebidas en botellas retornables
y devolverlas. Identifica al menos otras cinco formas en que
nosotros, como individuos, podemos reemplazar, reutilizar o
reciclar ciertos materiales.
2. Argumenta tus respuestas destacando la importancia que tiene cada uno para el cuidado del medio ambiente y por consecuencia del entorno en el que vives.
a)De ser así identifica algunos materiales de uso común en
el hogar, en la oficina, en las fábricas, en establecimientos
comerciales, en talleres mecánicos, tiendas de abarrotes,
entre otros que deban reciclarse conforme a esa ley.
b)¿Cómo crees que se podría hacer cumplir una ley como
ésa?
4. Plantamos árboles para satisfacer nuestras necesidades de
papel. Imagina que toda comunicación impresa y mecanografiada fuera reemplazada en el futuro por redes electrónicas
basadas en computadoras.
a)¿Qué usos actuales del papel cesarían?
c)¿Cómo implementarías estas acciones en tu hogar?
d)¿De qué forma difundirías la importancia de esta práctica
en tu comunidad?
e)¿Qué medidas tomarías para que se lleven a cabo estas acciones en tu plantel educativo?
213
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
b)¿Qué trabajos u ocupaciones desaparecerían?
d)¿Qué estarías leyendo en lugar de este libro de texto de
química hecho de papel?
e)¿En qué otros aspectos cambiaría tu rutina diaria debido a
este avance tecnológico?
c)¿Qué trabajos u ocupaciones se crearían?
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
1. a) Menciona y describe brevemente las tres regiones principales de la Tierra.
b) ¿Qué región funge como el principal “almacén” de recursos químicos que se emplean en la manufactura de productos de consumo?
2. Escribe las ecuaciones balanceadas para cada caso:
Caso a)
Preparación de ácido fosfórico (H3PO4); se usa para hacer bebidas gaseosas, detergentes y otros productos, a partir de roca
fosfórica y ácido sulfúrico:
Ca3(PO4)2(s) 1 H2SO4(ac)
H3PO4(ac) 1 CaSO4(s)
Caso b)
Preparación de tungsteno (W) a partir de su mena:
WO3(s) 1 H2(g)
W(s)1 H2O(l )
5. Que cada equipo presente sus respuestas en plenaria y analice
las formas para contestar la pregunta central, tomando como
sugerencias las preguntas anteriores.
6. Propiciar un debate para argumentar los resultados que cada
equipo obtuvo y retroalimentar la actividad.
7. Establezcan las conclusiones correspondientes, proporcionando su punto de vista sobre la temática desarrollada y la
relación que ésta tiene con la vida cotidiana.
8. Elaboren un reporte donde expresen de manera objetiva sus
reflexiones sobre esta actividad.
Autoevaluación
Caso c)
Calentar mena de sulfuro de plomo en aire:
PbS(s) 1 O2(g)
PbO(s) 1 SO2(g)
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, pregúntate lo siguiente:
n
3. Describe una rutina cotidiana que estarías dispuesto a modificar para reducir los problemas de eliminación de desechos
sólidos.
n
4. Elaboren en equipo un reporte sobre los resultados que obtuvieron.
214
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
Cuando lo hice, ¿comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
releer el texto hasta comprenderlo?
¿Puedo comprender la importancia del reciclado en la preservación del medio ambiente? Explícalo brevemente.
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7.1 Símbolos en las
ecuaciones químicas
Ecuación química
La naturaleza es dinámica, y tanto la materia viva como la inerte sufren continuamente procesos de transformación, de los cuales los
más importantes son los que afectan a su constitución. La formación de las rocas, la erosión química por el agua, el nacimiento de
una planta o la respiración de un mamífero, son procesos observables que suponen transformación de unas sustancias a otras. Todos
ellos, más allá de sus diferencias, tienen algo en común: implican
transformaciones a escala molecular que dan lugar a los cambios
materiales observables a simple vista.
En los bloques anteriores se ha visto cómo los elementos químicos
forman compuestos por medio de enlaces que unen entre sí a sus
átomos. Las reacciones químicas son procesos de transformación
de unas sustancias a otras y según la teoría atómica de la materia, se
explican como el resultado de un reagrupamiento de átomos para
dar nuevas moléculas. Las sustancias participan en la reacción química correspondiente, la cual sirve de base para la realización de
diferentes tipos de cálculos químicos.
Una ecuación química es la representación matemática de una reacción química, en la cual se indica el símbolo de cada elemento o compuesto y el estado físico en que se encuentra.
En las reacciones químicas las sustancias iniciales (que se escriben
del lado izquierdo) se llaman reactivos, y son sustituidas por las
nuevas que se forman (que se escriben del lado derecho) y se llaman productos:
A1B
C1D
Reactivos
Productos
Actividad de aprendizaje
Describe un ejemplo de lo que es una reacción química, con un objeto
de uso común en tu hogar, argumenta tu respuesta con bases teóricas.
A partir de este ejemplo, establece la diferencia entre reacción química
y ecuación química, señala cómo se relacionan y la importancia que
tienen en la naturaleza y en la vida diaria.
b) En el miembro de la izquierda, se escriben las fórmulas de las sustancias iniciales o reactivos separados por el signo de adición.
c) En el miembro de la derecha se escriben las fórmulas de las
sustancias que se forman en la reacción química, o productos,
también separadas por signos de adición.
d) Ambos miembros de la ecuación química deben contener los
mismos elementos y además el mismo número de átomos.
Para escribir una ecuación química, se recomienda seguir estos
pasos:
1. Escribir con palabras los nombres de las sustancias reaccionantes, así como de las sustancias producidas separadas por
los signos de adición y la flecha horizontal:
Clorato de potasio
Calor
Cloruro de potasio 1 Oxígeno
Por ejemplo: cuando quemamos papel, se produce humo; esto se
puede representar de la siguiente manera:
C(s) 1 O2(g)
Δ
CO2(g) 1 H2O(l)
Se puede leer de la siguiente manera: al quemar el carbón sólido con
calor, se produce el gas dióxido de carbono más agua en estado líquido.
Por tanto, una ecuación química nos indica el proceso que se está
realizando o se puede realizar en la naturaleza. Por lo general, las
ecuaciones químicas indican los estados inicial y final de una reacción y no los pasos intermedios. A continuación se mencionan algunas características de las ecuaciones químicas:
a) Presentan dos miembros separados por una flecha horizontal,
en el sentido en que se efectúa la reacción.
Figura 7.1
Las reacciones químicas
son fundamentales en la obtención
de nuevos materiales.
Figura 7.2
Un país puede recibir grandes
beneficios económicos de la
producción de ácido sulfúrico.
215
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Significado de los signos convencionales
en una ecuación química
2. Escribir la fórmula de cada una
de las sustancias con su nombre; se debe recordar que:
En el estudio de la química, los procesos que se verifican en la naturaleza deben describirse de la manera más explícita posible, por
lo que en la escritura de las reacciones químicas se utilizan los siguientes símbolos convencionales que nos permiten una mayor
comprensión del fenómeno que ocurre.
a)La fórmula de los elementos generalmente corresponde a su símbolo; aunque se pueden presentar
moléculas diatómicas, por
ejemplo: H2 , N2 , O2 , F2 ,
Cl2 , Br2 , I2 .
b)Las fórmulas de los compuestos se escriben de
acuerdo con lo establecido
por las reglas de la uiqpa.
Signo auxiliar
Figura 7.3
Reacción química del azúcar
con el ácido sulfúrico.
Por tanto, la ecuación química se escribe así:
2KCl(s) 1 3O2 (g)
2KClO3(s)
La flecha en sentido vertical indica que esta sustancia se desprende
como gas.
Analiza el funcionamiento de tu organismo e identifica cómo se
da la reacción de oxidación, describe este proceso y la relación que
existe entre éste y una reacción química.
Actividad de aprendizaje
Anota en el paréntesis de la izquierda la letra que corresponda a las
partes de los signos auxiliares de una reacción química.
(A)
(B)
H2SO3(ac) 1 Na(s)
(E)
(
) Sentido de la reacción
(
) Sólido que precipita
(
) Aplicación de calor
(
) Gas que se desprende
(
) Reactivos
(
) Ácido sulfuroso
(
) Sulfito de sodio
(
) Productos
(
) Sodio metálico
216
(I)
Δ
(F)
(g)
Gas
(l)
Líquido
(s)
Sólido
(ac.) o (aq.)
c)El símbolo correspondiente al calor es la letra delta (Δ)
mayúscula.
(C)
(H)
Na2SO3(s) 1 H2(g)
(G)
(D)
Significado
Disolución acuosa
(E)
Energía
(Δ)
Calor
(hf)
Energía de radiación electromagnética
( )
Gas que se desprende en el proceso
( )
Sólido que se precipita
(
)
Reacción en un sentido (irreversible)
(
)
Reacción en ambos sentidos (reversible)
Cada símbolo químico que aparece en la ecuación no sólo constituye la abreviatura del nombre del elemento correspondiente,
sino que además representa un átomo de dicho elemento. Análogamente, la fórmula de un compuesto designa a dicho compuesto
y muestra los átomos (o los iones) que componen su molécula (o
su agregado iónico elemental), así como la relación numérica entre
ellos.
Esta forma simbólica de escribir las reacciones químicas constituye, por tanto, la descripción de las transformaciones a nivel molecular que aquéllas implican. La representación visual de tales procesos puede efectuarse recurriendo a modelos o construcciones
mediante esferas que reproducen la estructura aproximada de la
molécula o agregado iónico en cuestión. En este tipo de modelos,
cada esfera con su color correspondiente representa un átomo o
un ion y el conjunto describe la forma exterior de la molécula o del
agregado iónico.
Ejemplos
4Fe(s) 1 3O2 (g)
Ag11(ac) 1 Cl–1(ac)
NaCl(ac) 1 AgNO3(ac)
2Fe2O3(s)
AgCl(s)
AgCl(s) 1 NaNO3(ac)
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Reacción química
Actividad de aprendizaje
Una reacción química es un proceso en el cual un sistema caracterizado
por las propiedades físicas y químicas de las sustancias que lo constituyen
experimenta un cambio. Por tanto, cuando ocurre un cambio químico, los átomos de los compuestos se reacomodan para formar otros
compuestos. Las reacciones químicas suponen una reorganización
de los átomos a nivel microscópico para formar nuevas moléculas:
los enlaces se rompen y las uniones atómicas se recomponen de
otra manera.
Para estudiar las reacciones químicas, es necesario tener en cuenta
lo siguiente:
La energía y las reacciones químicas
De acuerdo con la figura de la electrólisis del agua, en la que se muestra un ejemplo de fenómeno químico. La energía eléctrica se usa para
romper las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Observa la
reacción química del experimento y contesta cada una de las siguientes preguntas, al final proporciona tu opinión sobre la importancia de
este fenómeno químico y la relación o la utilidad que éste tiene en la
vida diaria
a) Toda reacción química debe estar de acuerdo con los resultados experimentales.
Ejemplos
1. Al calentar clorato de potasio (KClO3) en un recipiente con tubo
de desprendimiento, se efectúa una reacción química, porque el
clorato desaparece pero, simultáneamente, aparecen dos sustancias: cloruro de potasio (KCl) y oxígeno (O2) gaseoso, que sale por
el tubo de desprendimiento.
2KClO3(s)
2KCl(s) 1 3O2(s)
2. De la misma manera, si se coloca un trozo de sodio metálico
(Na) en un vaso de precipitados
que contiene agua, el sodio
(Na) se desplaza sobre la superficie del agua hasta desaparecer completamente. Ocurre
una reacción química entre el
sodio y el agua, obteniéndose
una nueva sustancia llamada
hidróxido de sodio (NaOH) y
desprendiéndose un gas de
hidrógeno (H2). Esto se puede
comprobar sumergiendo un
papel tornasol en el recipiente
que se utilizó y la solución cambia de color.
2Na(s) 1 2H2O(l)
2NaOH(ac) 1 H2(g)
3. Al poner en contacto una solución acuosa de nitrato de plata
(AgNO3) con una solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl), ambas incoloras, se efectúa una reacción química porque se forma
otra sustancia insoluble en agua, el cloruro de plata (AgCl), que
al principio da un aspecto lechoso a la solución, y después forma
un precipitado blanco y grumoso; en solución queda el nitrato de
sodio.
NaCl(ac) 1 AgNO3(ac)
AgCl(s) 1 NaNO3(ac)
Reacción:
2 H2O(l)
Electricidad
2 H2(g) 1 O2(g)
a) ¿A partir de qué sustancia se inició el experimento?
b) ¿Qué elementos se obtuvieron?
c) ¿De qué elementos se partió?
d) ¿Se formaron nuevas sustancias?
e) ¿Son diferentes las sustancias iniciales y las finales?
f) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay al principio?
g) ¿Cuántos átomos de oxígeno hay al principio?
h) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay al final?
i) ¿Cuántos átomos de oxígeno hay al final?
j) ¿Cambió el número de átomos?
k) ¿La electrólisis es un cambio físico o un cambio químico?
217
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Para tu reflexión
Las reacciones químicas en la vida cotidiana
Casi todos los alimentos que consumimos (carne, pescado, verduras,
frutas, etc.), son sustancias orgánicas derivadas de animales o plantas.
Una vez separadas del organismo de origen comienzan a descomponerse por la acción de microorganismos que provocan reacciones de
oxidación rápidas, como por ejemplo: la carne se pudre, la mantequilla
se arrancia, etc. Por tanto, es necesario disminuir la velocidad de estas
reacciones, y para ello se conservan los alimentos a baja temperatura. En el refrigerador, donde la temperatura es de aproximadamente
2.5 °C, se preservan sólo por algunos días; en cambio en el congelador, estas reacciones prácticamente se bloquean y algunos alimentos
se conservan varios meses.
La cocción de los alimentos es otra reacción química que se hace en
agua para evitar que se carbonicen. El tiempo de cocción se reduce
conforme la temperatura aumenta. Como en circunstancias normales
la temperatura no puede pasar de 100 °C, se recurre a cocinar en una
olla a presión, donde se alcanzan temperaturas del orden de 120 °C,
gracias a que la presión en el interior puede llegar a 2 atmósferas. Así,
las reacciones químicas propias de la cocción se aceleran y el tiempo
puede reducirse considerablemente.
Otra reacción muy común es la que se produce al quemar la madera
o el carbón, en la cual además de dióxido de carbono y agua, es inevitable que produzca también monóxido de carbono, que es muy tóxico.
A partir de los 700 °C, el monóxido se descompone en carbón (hollín),
y dióxido:
2CO
Figura 7.4
Alimentos con microorganismos por
su descomposición.
218
Por debajo de 400 °C, la velocidad de esta reacción es casi nula. Por
ello debe evitarse que los gases desprendidos se enfríen bruscamente, ya que bloquearían esta descomposición. Por el contrario, en una
chimenea se logra un enfriamiento progresivo que permite la reacción
de descomposición. Con ello se evita arrojar un importante volumen de
CO a la atmósfera.
Otra aplicación de las reacciones químicas es en el proceso de revelado, el cual conduce a la obtención del negativo. Cuando el proceso es
en blanco y negro, consiste en eliminar el bromuro de plata no impresionado por la luz (partes oscuras de la imagen y claras del negativo)
y que queda sobre la película. Para ello, se sumerge la película en un
baño de una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3,“hiposulfito”),
donde se efectúa una reacción lenta cuyos productos quedan en la
solución:
2AgBr(s) 1 Na2S2O3(ac)
Ag2S2O3(ac) 1 2NaBr(s)
Esta reacción de revelado es muy sensible a las variaciones de temperatura. Si el baño está a 25 °C, se recomienda 1 minuto para el
revelado; a 20 °C, se requieren 4 min, y a 15 °C, 10 min.
En las zonas de la película sobre las que incide la luz en el momento
de tomar la fotografía, la sal se convierte en plata metálica y queda
formando las zonas oscuras del negativo.
CO2 + C
Figura 7.5
El quemar la madera, cartón
u otros materiales produce gases
contaminantes al medio ambiente.
Figura 7.6
El revelado de fotografías es un ejemplo de reacción química.
b) Se debe cumplir con la ley de la conservación de la masa, es
decir, que en el proceso de transformación no haya pérdida ni
ganancia de materia.
c) El número de átomos de cada elemento que interviene en la
reacción se conserva constante y la forma en que se encuentran unidos estos átomos cambia.
d) La carga neta en productos y reactivos debe ser la misma.
En este último ejemplo conviene hacer las siguientes observaciones:
a) Cuando se ponen en contacto cristales de cloruro de sodio
y de nitrato de sodio la reacción química no es tan evidente
como cuando se usan sus soluciones.
b) Cuando se preparan independientemente cada una de las soluciones por separado, se observa que los cristales desaparecen. Sin embargo, en esta operación no se efectúa una reacción
química, porque no se forma ninguna sustancia diferente, sino
una mezcla homogénea de la sustancia con el agua, llamada
solución acuosa (al preparar una solución acuosa se efectúa
una mezcla, pero no se realiza una reacción química).
c) Las sustancias que se forman durante esta reacción pueden
separarse mediante operaciones físicas, tales como la decantación, la filtración y la evaporación, durante las cuales, aunque
se separan entre sí tanto como del agua, no se forman otras
sustancias diferentes.
7.2 Tipos de reacciones
químicas
De acuerdo con lo anteriormente explicado, es necesario reconocer que una ecuación química sólo puede corresponder a un fenómeno químico que se verifique en condiciones adecuadas, es decir,
no se debe proponer una ecuación química “inventada” o que no se
refiera a una reacción química real.
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La ecuación química es el modelo matemático de un fenómeno químico real. No siempre es posible predecir si al poner en contacto
ciertas sustancias reaccionarán, y qué sustancias se producirán. Sin
embargo, debido a muchos miles de experimentos realizados en el
mundo que nos rodea, debidamente repetidos y controlados en
el laboratorio, las reacciones químicas se han clasificado en cuatro
tipos principales: síntesis, descomposición, sustitución simple y sustitución doble.
Reacciones de síntesis o adición
Fórmula general:
A1B
AB
Las reacciones de síntesis son aquéllas en las que las sustancias
reaccionantes son elementos y la sustancia producida es un compuesto.
Ejemplos
a) 4Na(s) 1 O2(g)
Sodio 1 Oxígeno
2Na2O(s)
Óxido de sodio
1 O2(g)
b) S(s)
Azufre 1 Oxígeno
SO2(g)
Dióxido de azufre
c) Ca(s) 1 H2(g)
Calcio 1 Hidrógeno
CaH2(s)
Hidruro de calcio
d) Cl2 (g) 1 H2(g)
Cloro 1 Hidrógeno
2HCl(g)
Ácido clorhídrico
e) 2Fe(s) 1 3Cl2(g)
Fierro 1 Cloro
2FeCl3(s)
Cloruro férrico
Las reacciones de adición son aquéllas en las que las sustancias
iniciales son dos compuestos, o un compuesto y un elemento, y la
sustancia final es un compuesto.
Ejemplos
Fórmula general: A1B
a) CuO(s) 1 H2O(l)
Óxido de cobre (II) 1 Agua
b) CO2(g) 1 H2O(l)
Dióxido de carbono 1 Agua
c) CuO(s) 1 CO2(g)
AB
Cu (OH)2(l)
Hidróxido de cobre (II)
H2CO3(l)
Ácido carbónico
CuCO3(s)
Óxido de cobre (II) 1 Dióxido de carbono
Figura 7.7
Hay que evitar la emisión de contaminantes a la atmósfera.
d) 2SO2(g) 1 O2(g)
Dióxido de azufre + Oxígeno
Carbonato de cobre (II)
2SO3(g)
Trióxido de azufre
219
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Reacciones de descomposición
o análisis
Reacciones de sustitución
o desplazamiento doble
Fórmula general:
E
Fórmula general:
AB
E = Energía
AB 1 CD
AD 1 CB
A 1 B;
A1 B2 1 C1 D2
Las reacciones de análisis son aquellas en las que la sustancia reaccionante es un compuesto que, por acción del calor, de la electricidad o algún otro medio (por ejemplo enzimas en procesos de
fermentación), se descompone en dos o más elementos o compuestos.
A1 D2 1 C1 B2
En este tipo de reacciones las sustancias reaccionantes son dos compuestos, y las sustancias producidas son otros dos compuestos diferentes
de los anteriores; de tal manera que hay un intercambio de iones y
elementos entre ellos. En otras palabras, hay un intercambio de iones entre las sustancias participantes.
Ejemplos
Ejemplos
a) 2KClO3(s)
Clorato de potasio
b) CaCO3(s)
C arbonato de calcio
c) 2NaCl(s)
Cloruro de sodio
d) 2H2O(l)
A gua
2KCI(s)
1 3O2(g)
Cloruro de potasio 1 Oxígeno
a) Na+1OH –1(ac)1 H+1Cl –1(ac)
Na+1Cl –1(ac)1 H+1 OH(l)
CaO(s)
1 CO2(g)
H idróxido de sodio 1 Ácido clorhídrico Cloruro de sodio 1 Agua
Óxido de calcio
1 Dióxido de carbono
NaOH(ac)
2Na(s)
1 Cl2(g)
Sodio
1 Cloro
2H2(g)
1 O2(g)
Hidrógeno
1 Oxígeno
b) AgNO3(ac)
1 HCl(ac)NaCl(ac)
1 H2O(l)
1 NaCl(ac)
1 NaNO3(ac)
AgCl(ac)
Nitrato de plata 1 Cloruro de sodio Cloruro de plata 1 Nitrato de
sodio
c) 2KI(ac)
1 Pb(NO3)2(ac)
2KNO3(ac) 1 PbI2(ac)
Y oduro de potasio 1 Nitrato de plomo Nitrato de potasio 1 Yoduro de
plomo
Reacciones de sustitución
o desplazamiento simple
Fórmula general: A 1 BC
d) BaO2(ac)
Ejemplos
ZnCl2(l)
1 H2(g)
C inc 1 Ácido clorhídricoCloruro de cinc 1 Hidrógeno
b) Mg(s) 1 H2SO4(l)
MgSO4(l) 1 H2(g)
M agnesio 1 Ácido sulfúricoSulfato de magnesio 1 Hidrógeno
c) 2Na(s) 1 2H2O(l)
2NaOH(l) 1 H2(g)
S odio 1 Agua Hidróxido de sodio 1 Hidrógeno
d) Cu(s) 1 AgNO3(ac)
CuNO3(ac) 1 Ag(s)
C obre 1 Nitrato de plata Nitrato de cobre (l) 1 Plata
220
BaSO4(ac) 1 H2O2(ac)
Óxido de bario 1 Ácido sulfúrico
Sulfato de bario 1 Peróxido de
hidrógeno
AC 1 B
En estas reacciones las sustancias reaccionantes son un compuesto
y un elemento, y las sustancias producidas, un elemento y un compuesto diferentes de los anteriores.
a) Zn(s) 1 2HCl(l)
1 H2SO4(ac)
Actividad de aprendizaje
Completa las siguientes reacciones y anota el nombre de los productos
y el tipo de reacción de que se trata, menciona según sea el caso un
ejemplo de uso común de cada una.
Reactivos
1. Na1 H2
2. Ca1 O2
3. Na1 H2O
4. K1 H2SO4
5. Fe12 1 S
6. I21 H2
Productos
Tipo de reacción
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Actividad de aprendizaje
7. Cl2 1 O2
8. SO3 1 H2O
10. Al(OH)3 1 HCl
Escribe las ecuaciones químicas correspondientes a cada una de las
reacciones químicas enunciadas; identifica en qué situaciones de tu
entorno se manifiestan dichas reacciones; por último, demuestra su
pertenencia.
11.H2 1 Cl2
Reacciones de adición:
12. H2S 1 H2O
a) Óxido de
Óxido de
1
cobre (II) carbono (IV)
9. CaO 1 H8O
13. K2O 1 H2O
b) Óxido de azufre 1 Oxígeno
14. Zn 1 H3PO4
15. KClO3
Carbonato de
cobre (II)
Trióxido de azufre
∆
Reacciones de síntesis:
16. SO3 1 H2O
17. MgSO4 1 Ba(NO3)2
Para tu reflexión
La carcoma de la piedra
Aunque todo el mundo cree que la piedra es el material más duradero de los utilizados en la construcción, también sufre los efectos de
la agresividad del medio, lo que da lugar a su “degradación”. Estos
efectos del medio sobre la piedra se hacen particularmente visibles
en monumentos antiguos, en los que se percibe el desgaste sufrido
a lo largo del tiempo. Los materiales calcáreos, en particular la “caliza”, se degradan sufriendo un ataque superficial. El agua de lluvia
es ligeramente ácida, debido a la incorporación del CO2 atmosférico.
La disolución de la caliza por el agua de lluvia es un proceso lento,
pero que al cabo del tiempo puede dar lugar a efectos importantes.
En presencia de contaminantes atmosféricos de tipo ácido se produce
una aceleración de la degradación. Identifica algunas zonas rocosas
aledañas a tu comunidad en las que puedas comprobar este proceso
de degradación, analiza en qué estado se encuentran y explica cómo
se da este fenómeno químico al paso de los años.
a) Sodio 1 Oxígeno
Óxido de sodio
b) Azufre 1 Oxígeno
Anhídrido sulfúrico
c) Calcio 1 Hidrógeno
Hidruro de calcio
d) Cloro 1 Hidrógeno
Ácido clorhídrico
e) Azufre 1 Magnesio
Sulfuro de magnesio
Reacciones de descomposición:
a) Clorato de potasio
Cloruro de potasio 1 Oxígeno
b) Carbonato de calcio
Óxido de calcio 1 Dióxido de
carbono
c) Cloruro de sodio
d) Agua
E lectricidad
E lectricidad
Sodio + Cloro
Hidrógeno + Oxígeno
Reacciones de simple sustitución:
a) Cinc 1 Ácido clorhídrico
Cloruro de cinc
1 Hidrógeno
b) Magnesio 1 Ácido sulfúrico
Sulfato de magnesio
1 Hidrógeno
c) Sodio 1 Agua
Hidróxido de sodio + Hidrógeno
Reacciones de doble sustitución:
Figura 7.8
Escultura dañada por la contaminación.
a) Hidróxido de
Sulfato de
1
cobre (II) hidrógeno
Sulfato de cobre 1
Agua
b) Cloruro
Solución de
1
de bario sulfato de fierro (III) Sulfato de bario 1
Cloruro de fierro (III)
221
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Reacciones químicas inorgánicas
Se define
como
Síntesis o adición
Análisis o
descomposición
Expresión matemática
Expresión matemática
Ejemplo
Ejemplo
Doble sustitución
A 1 BC
AC 1 B
Expresión matemática
Ejemplo
Ejemplo
7.3 Balanceo de
ecuaciones químicas
Figura 7.9
Mediante las reacciones químicas, se transforma la materia, para obtener
nuevas sustancias.
Cuando se estudia química es fundamental conocer perfectamente la tabla periódica de los elementos, sus propiedades y características, cómo se combinan con otros elementos, así como los
compuestos que forman y los diferentes tipos de reacciones que
ocurren. Por tanto, el siguiente paso es aprender a balancear correctamente una ecuación química, ya que de esto dependen muchos
factores de cálculos en las reacciones, el equilibrio químico.
Figura 7.10
El conocimiento teórico ha desarrollado la ciencia.
En nuestro diario acontecer, si observamos cuidadosamente nos
daremos cuenta de la gran cantidad de reacciones químicas que
ocurren. Por ejemplo, al dejar la basura de tipo orgánico a la intemperie, al cabo de unas horas se percibe un olor desagradable
que indica que está ocurriendo una reacción de fermentación. Las
plantas producen su alimento por medio de la fotosíntesis. En esta
reacción se absorbe energía radiante a medida que el dióxido de
carbono y el agua se combinan para formar glucosa y oxígeno. Durante esta reacción ocurren transferencias de electrones.
222
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Ejemplos
Ley de la conservación de la masa
¿Qué sustancia infló el globo?
Esta ley, que es fundamental para realizar cualquier cálculo en una
reacción química, la estableció Antoine Laurent de Lavoisier (17431794), químico francés que se distinguió por su obsesión en medir y
sistematizar sus experimentos. En 1772 cambió un diamante en monóxido de carbono por medio de calentamiento. También sometió a calentamiento diversos metales en recipientes cerrados con una cantidad
limitada de aire, y observó que se formaba una capa de calcinado en
la superficie del metal: el peso del metal, aire y recipiente era igual al
del metal con calcinado y recipiente. Estos experimentos le permitieron
establecer dos aspectos importantes: la conservación de la masa y
la existencia en el aire de un gas llamado oxígeno (formador de óxidos). Lavoisier realizó su experimento con mercurio estableciendo el
siguiente principio: En un sistema sometido a un cambio químico, la
masa total de las sustancias que intervienen permanece constante. O
en otras palabras: La masa de los reactivos es igual a la masa de los
productos.
¿Qué ley se demostró?
1. Coloca en una balanza granataria o digital un globo, una tableta efervescente, una botella de
refresco (de plástico) que contenga un poco de agua y pesa
la masa. Ésta corresponde a la
masa inicial del sistema:
También llamadas:
También llamadas:
Completa el siguiente cuadro:
Elemento que
interviene
En las sustancias
iniciales
En las sustancias
finales
g
2. Coloca la tableta efervescente
pulverizada dentro del globo y
colócalo en la boca de la botella. Voltea el globo de tal manera que caiga el polvo de la
tableta efervescente en el agua
que está dentro de la botella de
refresco. Observa lo que ocurre,
vuelve a pesar todo lo anterior y
anota la masa final:
m2 =
¿Cuáles son las sustancias iniciales?
¿Cuáles son las sustancias finales?
Procedimiento
m1 =
Consulta con tu profesor acerca de la reacción que se verificó y anótala:
g
¿El número de átomos para cada elemento que interviene resultó igual
o diferente?
¿Por qué?
Contesta lo siguiente:
¿Cómo resultaron las masas anteriores?
¿Por qué?
En tu opinión, ¿qué importancia tiene el conocer o experimentar los diferentes cambios químicos que se dan con elementos de uso común?
223
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Métodos de balanceo
Una reacción química puede definirse como el proceso mediante
el cual dos o más sustancias se combinan para obtener a su vez una
o más sustancias diferentes. Las reacciones químicas se pueden representar por medio de una ecuación. Una ecuación química, al ser
balanceada, indica las cantidades que se combinan de los diferentes reactivos y las cantidades de los productos que se obtendrán.
Las ecuaciones químicas proporcionan información de hechos
que ocurren experimentalmente bajo ciertas condiciones de operación dadas. Debe existir el mismo número de átomos tanto en
los reactivos como en los productos para que se cumpla la ley de la
conservación de la masa.
Ejemplos
2 volúmenes
1 volumen
2 volúmenes
1
5
de hidrógeno de oxígeno de agua
232g
1 1 3 32 g
5 2 3 18 g
4 g de hidrógeno 1 32 g de oxígeno
5 36 g de agua
36 g de reactivos 5 36 g de producto
Reactivos
Producto
4 átomos de hidrógeno
producen 4 átomos de hidrógeno
2 átomos de oxígeno
producen 2 átomos de oxígeno
Como se tiene el mismo número de cada clase de átomos en ambos lados de la ecuación, ésta queda balanceada.
Nota:
El hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua.
2H2 1 O2
2H2O
Reactivos
Producto
Los coeficientes anteriores nos proporcionan la siguiente información:
2 moléculas 1 molécula 2 moléculas
1 de oxígeno
5 de agua
de hidrógeno
2 moles de 1 mol de 2 moles
1 oxígeno
5 de agua
hidrógeno
Un mol de una sustancia química tiene un número de elementos
igual al número de Avogadro.
Balancear o ajustar una ecuación química significa tener el mismo
número de átomos de cada elemento que interviene; para esto se
aplican principalmente dos métodos: el de tanteo y el de óxidoreducción o redox.
Para balancear una reacción química se siguen estos pasos:
Paso 1. Indicar correctamente cuáles son los reactivos y cuáles los
productos.
Paso 2. Escribir las fórmulas de los reactivos en el lado izquierdo
de la flecha y los productos en el lado derecho:
2 3 6.023 3 1023 1 1 3 6.023 3 1023 5 2 3 6.023 3 1023
moléculas de moléculas de moléculas de
hidrógeno oxígenoagua
A1B
C1D
Reactivos
Productos
Paso 3. Balancear la ecuación por el método adecuado.
Figura 7.11
Representación esquemática de la reacción del nitrógeno para formar amoniaco.
224
Figura 7.12
Las reacciones químicas suponen una reorganización de los átomos a nivel
microscópico para formar nuevas moléculas. Los enlaces se rompen
y las uniones atómicas se recomponen de otra manera.
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Método de tanteo
Paso 3. 2 KClO3
KCl 1 3O2
Este método de balanceo de ecuaciones químicas es el más sencillo
y se aplica para ajustar ecuaciones simples; a continuación se da
un conjunto de reglas o pasos, la aplicación de los cuales permite
llegar más rápido al resultado buscado, pero se puede seguir cualquier método hasta obtener el mismo número de átomos para cada
elemento en los reactivos y productos.
Paso 4. 2 KClO3
2KCl 1 3O2
Reactivos Producto
2 átomos de potasio
producen
2 átomos de potasio
2 átomos de cloro
producen
2 átomos de cloro
6 átomos de oxígeno
producen
6 átomos de oxígeno
Paso 1. Se balancean todos los elementos diferentes al oxígeno y
al hidrógeno.
Paso 2. Se balancean los hidrógenos.
Ejemplos
Balancea la siguiente ecuación química por el método de tanteo:
Paso 3. Se balancean los oxígenos.
Paso 4. Se comprueban todos los elementos.
Paso 5. Se repite el procedimiento en el mismo orden hasta que
todos los elementos estén igualados.
Ejemplos
Balancea la siguiente ecuación química por el método de tanteo:
Hg 1 O2
Δ
C2H2 1 O2
HgO
Paso 1. C2H2 1 O2
CO2 1 H2O
2CO2 1 H2O
Paso 2. Ya están balanceados los hidrógenos
Paso 3. C2H2 1 5O2
4CO2 1 2H2O
Paso 4. 2C2H2 1 5O2
4CO2 1 2H2O
ReactivosProducto
4 átomos de carbono
producen
4 átomos de carbono
Paso 1. El mercurio (Hg) ya está balanceado, 1 átomo = 1 átomo.
4 átomos de hidrógeno
producen
4 átomos de hidrógeno
Paso 2. No hay hidrógenos, por tanto se omite este paso.
10 átomos de oxígeno
producen
10 átomos de oxígeno
Paso 3. Se balancean los oxígenos colocando un 2 delante del
HgO
Hg 1 O2
Paso 4. Al hacer esto se desajusta el Hg, por lo que colocamos un
2 delante de este elemento:
2Hg 1 O2
2HgO
con lo cual queda balanceada la ecuación anterior:
ReactivosProducto
2 átomos de mercurio
producen
2 átomos de mercurio
2 átomos de oxígeno
producen
2 átomos de oxígeno
Ejemplos
Balancea la siguiente ecuación química por el método de tanteo:
KClO3
Actividad de aprendizaje
2HgO
Δ
KCl 1 O2
Paso 1. KClO3
KCl 1 O2
Paso 2. KClO3
KCl 1 O2
Balancea por el método de tanteo las siguientes ecuaciones químicas:
a)
KHCO3
K2CO3 1 CO2 1 H2O
b)
Fe 1 O2
c)
Na2S2O3 1 I2
Na2S4O6 1 NaI
d)
C2H5OH 1 O2
CO2 1 H2O
e)
CH4 1 O2
f)
C4H10 + O2
Fe2O3
CO2 + H2O
CO2 + H2O
Método de óxido-reducción
Cada vez que enciendes una lámpara de mano ocurre una reacción
química, llamada por los químicos de óxido-reducción (redox en
forma abreviada). La explicación de este tipo de reacciones permite comprender el funcionamiento de las baterías o pilas y de los
acumuladores.
225
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Aplica lo que sabes
¿Te interesa fabricar un motor de jabón?
Se necesita un pedazo de cartulina o plástico delgado, tijeras, un recipiente ancho de plástico (palangana) con agua, detergente y un desarmador.
Actividad
Dibuja un barco sencillo sobre el pedazo de cartulina o plástico como el
que se indica en la figura, de unos 5 cm de largo por 2.5 cm de ancho.
Es conveniente que se respete la forma sugerida, similar a un triángulo.
Ponlo en el recipiente con agua y asegúrate de que flote bien.
Toma un poco de detergente con la punta del desarmador y déjalo caer
suavemente en la pequeña abertura triangular que se encuentra en la
parte posterior del barco. En poco tiempo el pequeño barco empezará
a moverse. En lugar de detergente, utiliza unas gotas de aceite o de
alcanfor. Ahora contesta: ¿Con cuál sustancia se desplaza más rápido
el bote?, argumenta tu respuesta en la que menciones la importancia
que tienen las reacciones de óxido-reducción en tu entorno.
El método de óxido-reducción o redox consiste en un intercambio de
electrones entre los elementos participantes en la reacción. Estas reacciones son muy importantes en nuestra vida cotidiana; por ejemplo,
las pilas o baterías son resultado de reacciones redox. Se obtienen
metales como el sodio, el aluminio y el fierro, y otros muchos metales son productos de procesos electrolíticos; también se obtienen
muchos no metales. Por consiguiente, es básico conocer este método
para ajustar ecuaciones químicas. Lo primero y fundamental de este
método es determinar el número de oxidación. En tu opinión, qué impacto tiene el no saber sobre ciertas reacciones químicas como parte
de un proceso químico hacia el medio ambiente y en la sociedad, cita
algunos ejemplos.
Número de oxidación
Como ya se vio anteriormente, el número de oxidación es muy
importante en la escritura de fórmulas químicas, puesto que éste
determina la relación de elementos positivos y negativos en un
compuesto. Se define como la carga eléctrica que tendría un átomo en una molécula o en un compuesto iónico si los electrones
fueron transferidos completamente. También se le llama estado de
oxidación.
Para determinar este número se aplican las siguientes reglas básicas:
1. Los elementos en estado puro o sin combinar en una reacción
química tienen como número de oxidación cero.
Ejemplos
Na0, H20, O 20, N 20, F 20, Cl 20, Br20, I 20, Mn0, Cu0.
2. En los iones compuestos de un solo átomo, el número de oxidación es igual a la carga del ion.
Ejemplos
Los metales alcalinos tienen 11: Na11, Li11, K11, Rb11.
Los metales alcalinotérreos tienen 12: Ca12, Be12, Mg12.
El aluminio tiene Al13.
3. El número de oxidación del oxígeno es de 22, excepto en el
peróxido de hidrógeno (H2O2) y en el ion peróxido O21
2 , que
es de 21.
4. El número de oxidación del hidrógeno es 11, excepto cuando está unido a un metal.
tijeras
cartulinas o
plástico
Ejemplos
LiH, NaH, CaH2, que es de −1.
recipiente (palangana)
de plástico
5
2.5
5. En una molécula neutra, la suma de los números de oxidación
de todos los átomos es cero.
Material para fabricar un motor de jabón
Ejemplo
KMnO4.
11 17 22(4) 5 18 28 5 0
226
Grupo Editorial Patria®
6. En un ion poliatómico, la suma de los números de oxidación
de todos sus elementos es igual a la carga neta del ion.
Ejemplo
ion carbonato
(CO3)–2
14 1 3(−2) 5 14 − 6 5 −2
En estos ejemplos se producen elementos en estado puro, removiéndose el oxígeno de sus compuestos. Pero también se puede
producir un elemento en estado puro de otras formas; por ejemplo, al sumergir un clavo de hierro en una solución de sulfato cúprico (CuSO4) se produce cobre metálico. Al pasar una corriente
eléctrica en cloruro de sodio (NaCl) se obtienen el sodio y el cloro
puros. Por tanto, se puede definir a la reducción de manera más
amplia como el proceso por el cual se añaden electrones a los átomos o iones.
Ejemplos
Oxidación
El término oxidación lo usaron originalmente los químicos para
explicar la combinación del oxígeno con otros elementos. Por
ejemplo, se dice que el fierro (Fe) se “oxida” cuando se deja a la intemperie, formándose el óxido férrico (Fe2O3). Cuando se quema
el oxígeno se combina rápidamente con el carbono para formar
CO2. Estas dos reacciones dan lugar al concepto de oxidación lenta
y oxidación rápida, respectivamente.
Sin embargo, hay otros elementos no metálicos que se combinan
con sustancias en forma similar a la del oxígeno, por lo que el término oxidación tiene en la actualidad una definición más amplia y
se dice que es el proceso por el cual se remueven electrones de
un átomo o de un ion.
Un elemento sufre oxidación cuando aumenta su número de oxidación en una reacción; también se define como la pérdida de
electrones por un elemento.
Ejemplos
0
Zn – 2e
2
Zn
12
El cinc pasa de número de oxidación de cero a 12; por lo tanto, pierde
2 electrones.
Fe0 – 3e–
Fe13
El fierro pasa de 0 a +3, perdiendo tres electrones.
C0 – 4e2
C+4
El carbono pasa de 0 a 14, perdiendo cuatro electrones.
Reducción
En un principio las reacciones de reducción estaban limitadas al
tipo de reacción en el cual los minerales se reducían de sus óxidos.
Por ejemplo, el óxido férrico (Fe2O3) se reducía a fierro puro (Fe0)
por la acción del monóxido de carbono. De igual manera, el óxido
cúprico (CuO) puede reducirse a cobre puro (Cu0) haciéndole pasar hidrógeno gaseoso.
Fe2–3 + 3e2
Fe0
El fierro gana 3 electrones al pasar de 13 a 0.
Cu12 + 2e2
Cu0
El cobre gana 2 electrones al pasar de 12 a 0.
Na11 + 1e2
Na0
El sodio gana un electrón al pasar de 11 a 0.
Agentes oxidantes
En todas las reacciones de óxido-reducción se transfieren electrones, los cuales indican el elemento que se oxida y el que se reduce.
Los dos procesos se verifican simultáneamente, es decir, los electrones que se pierden por un átomo, otro los está ganando, de tal
manera que sea el mismo número de electrones ganados y perdidos.
Agentes reductores
De acuerdo con lo anterior, la sustancia que pierde electrones en
una reacción química es el agente reductor (contiene el átomo que
se oxida) y la sustancia que gana electrones en una reacción es el
agente oxidante (contiene el átomo que se reduce). Por lo general
el agente oxidante es una sustancia que contiene átomos de oxígeno, por ejemplo, el permanganato de potasio (KMnO4), el
dicromato de potasio (K2Cr2O7), etc. Resumiendo los conceptos
anteriores, tenemos que la oxidación es la pérdida de electrones, la
reducción es la ganancia de electrones; el agente oxidante es la sustancia que contiene el elemento que se reduce y el agente reductor
contiene el elemento que se oxida.
Balanceo de ecuaciones por el
método de óxido-reducción (redox)
Una ecuación química redox, que representa un intercambio de
electrones, se puede balancear determinando el número de oxidación al elemento que se oxida y al que se reduce; en ella se aplican
los siguientes pasos:
227
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Paso 1. Se determinan los números de oxidación de cada uno de
los elementos que intervienen en la ecuación química, aplicando
las reglas descritas previamente.
Quitamos el subíndice del aluminio, multiplicando la semirreacción por 2.
Vocabulario de la óxido-reducción
Términos
Significado
En este caso se observa que tanto el aluminio como el azufre tienen
un subíndice (2 y 3, respectivamente). Siempre se debe comparar
el mismo número de átomos; por tanto, hacemos lo siguiente:
2 Al0 2 6e2
Ejemplo
Al13
Quitamos el subíndice del azufre, multiplicando la semirreacción
por 3.
Oxidación
Pérdida de
electrones
Reducción
Ganancia de
electrones
Agente
oxidante
Oxida a otros y él se
reduce
Cl2
Paso 4.
En este ejemplo se suprime, porque ya está igualado el número de electrones perdidos y ganados.
Agente
reductor
Reduce a otros y él
se oxida
Mg
Paso 5.
2Al0 1 3S0
Al2 13S22
3
Sustancia
oxidada
Ha perdido
electrones
Mg12
Paso 6.
2Al 1 3S
Al2S3
Sustancia
reducida
Ha ganado
electrones
Cl2
Mg 2 2e2
Mg12
Cl2 1 2e2
2Cl2
Paso 3.
Mg2 1 2Cl21
Mg 1 Cl2
3 S0 2 6e2
S22
2 Al0 2 6e2
Al13
3 S0 2 6e2
S22
Elemento oxidado:
Al
Elemento reducido:
S
Electrones intercambiados: 6e2
Paso 2. Se identifican los elementos que cambian su número de
oxidación.
Agente oxidante:
S
Agente reductor:
Al
Paso 3. Se escriben las semirreacciones del agente oxidante y el
agente reductor, anotando el número de electrones que se pierden
o ganan.
Ecuación balanceada:
2Al 1 3S
Paso 4. Se iguala el número de electrones ganados y perdidos,
multiplicando en forma cruzada los coeficientes de cada átomo
por el número de electrones que se transfieren.
Paso 5. Se sustituyen estos coeficientes obtenidos al igualar las
dos semirreacciones en la ecuación original, observando correctamente a qué átomo corresponde en su número de oxidación.
Al2S3
Comprobación
Elementos
Reactivos
Productos
Al
2
2
S
3
3
Total
5
5
Paso 6. Se balancea la ecuación química por el método de tanteo
aplicando los pasos correspondientes a este método y que ya fueron explicados anteriormente.
Ejemplos
Balancea por el método de óxido-reducción la siguiente ecuación
química y contesta lo que se indica al final.
Ejemplo
Balancea la siguiente ecuación por el método de óxido-reducción:
Zn 1 HNO3
Zn(NO3)2 1 NO2 1 H2O
Al 1 S
Al2S3
21
Paso 1. Zn0 1 H11N15O22
Zn12(N15O22
3
3 )2
14 22
22
1N O2 1 H21
2 O
Paso 1.
Al0 1 SO
Al 213 S 322
Paso 2. Zn0 – 2e2
Paso 2.
Al0 2 3e–
Al 213 (oxidación)
S0 1 2e–
S 322 (reducción)
228
Zn12 (oxidación)
El cinc al perder dos electrones por su cambio del número
de oxidación los cede al nitrógeno que gana un electrón.
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Paso 3. N15 1 1e2
N14 (reducción)
Zn
–4
–3
Reducción (ganancia de e–)
Paso 4. Zn0 2 2e2
Zn12
2N15 2 2e2
2 N14
–2
–1
0
+1e–
N
Paso 5. Zn 1 2HNO3
Zn (NO3)2 1 2NO2 1 H2O
Paso 6. Zn 1 4HNO3
Zn (NO3)2 1 2NO2 1 2H2O
–2e–
+1
+2
+3
+5 Oxidación (pérdida de e–)
+4
Comprobación
Elementos
Reactivos
Productos
Elemento oxidado:
Zn
Zn
1
1
Elemento reducido:
N
N
4
4
H
4
4
O
12
12
Total
21
21
Electrones intercambiados: 2e2
Agente oxidante:
HNO3
Agente reductor:
Zn
Ecuación balanceada:
Zn 1 4HNO3
Zn(NO3)2 1 2NO2 1 2H2O
Actividad de aprendizaje
Para cada una de las siguientes reacciones químicas determina el elemento que se oxida, el que se reduce, el agente oxidante y el agente reductor. Escribe al final la ecuación balanceada por el método de
óxido-reducción o redox y explica cómo se da este proceso.
c) SiO2 1 C
SiC 1 CO
Elemento oxidado:
Elemento reducido:
a) Al 1 S
Al2S3
Agente oxidante:
Elemento oxidado:
Agente reductor:
Elemento reducido:
Ecuación balanceada:
Agente oxidante:
d) KMnO4 1 MnSO4 1 KOH
Agente reductor:
K2SO4 1 MnO2 1 H2O
Elemento oxidado:
Ecuación balanceada:
Elemento reducido:
b) Zn 1 HNO3
Zn(NO3)2 1 H2
Agente oxidante:
Elemento oxidado:
Agente reductor:
Elemento reducido:
Ecuación balanceada:
Agente oxidante:
Agente reductor:
Ecuación balanceada:
229
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Actividades complementarias
I.
Instrucciones: Selecciona la opción que consideres correcta y
anótala en el paréntesis de la izquierda.
CO2: ( )La fórmula más pequeña con la información sobre la proporción de átomos presente en la molécula de un compuesto se
llama:
Nitrato cúprico: a) Desarrollada
H2S: b) Condensada
Peróxido de hidrógeno: c) Empírica
NaOH: d) Molecular
( )Son compuestos cuyo nombre lleva la terminación “uro” seguida del nombre del metal correspondiente:
a) Hidrácidos
Clorato de potasio: HNO3: Permanganato de potasio:
Hipoclorito de sodio: Na2S2O7: b) Oxisales
HgI2: c) Oxiácidos
NH4OH: d) Sales binarias
Yodato de litio: ( )Compuestos que se obtienen mediante la combinación del hidrógeno con cualquier metal:
a) Hidrácidos
b) Hidróxidos
Ácido fluorhídrico: II.
Completa las siguientes reacciones anotando los productos formados y el tipo de reacción química al que pertenecen:
c) Hidruros
H2
+
S
→
d) Ácidos
Na
+
H2
→
( )
C
+
O2
→
a) Ecuación química
Cu
+
O2
→
b) Fenómeno
CaO
+
H2O
→
c) Fórmula química
HCl
+
NaOH
→
SO2
+
H2O
→
Mg
+
I2
→
Fe
+
O2
→
HNO3
+
KOH
→
Es la representación matemática de una reacción química:
d) Reactivos
( )Indica la precipitación de un compuesto en una reacción química:
a) →
b) ↓
c) ←
d) ↑
III. Instrucciones: Escribe en la línea la fórmula o el nombre, según
corresponda, tanto en reactivos como en productos, asimismo escribe el tipo de reacción de que se trata:
Escribe el nombre o la fórmula, según corresponda, a las siguientes
sustancias químicas:
O2 + → Cloruro de manganeso + 2H2O + ↑
Óxido férrico: CaCl2: Tipo de reacción: 230
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Fe(OH)3 + HNO3 → + Tipo de reacción: SO2 + → H2SO3
Tipo de reacción: Na + H2O → + Tipo de reacción: + → Fe(NO3)3 + H2O
Tipo de reacción: (NH4)2CO3 → + + + Tipo de reacción: + → H2SO3
Ca + H2SO4 → + Tipo de reacción: IV. Responde de manera breve las siguientes preguntas:
1. ¿Qué se entiende por balancear una ecuación química?
2. Dos métodos para balancear una ecuación química son:
VI.Para cada una de las siguientes reacciones químicas determina
el elemento que se oxida, el que se reduce, el agente oxidante y
el agente reductor:
a) Al + S → Al2S3
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: Agente reductor: Ecuación balanceada: b) Zn + HNO3 → Zn(NO3)2
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: Agente reductor: Ecuación balanceada: c) SiO2 + C → SiC + CO
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: Agente reductor: Ecuación balanceada: d) Sn + HF → SnF2 + H2
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: Agente reductor: V. Balancea por el método de tanteo las siguientes ecuaciones
químicas:
Ecuación balanceada: e) KMnO4 + MnSO4 + KOH → K2SO4 + MnO2 + H2O
a) KHCO3
→
K2CO3 + CO2 + H2O
b) Fe + O2
→
Fe2O3
Elemento oxidado: c) Na2S2O3 + I2
→
NaS4O6 + NaI
Elemento reducido: d) C3HOH + O2
→
CO2 + H2O
e) CH4 + O2
→
CO2 + H2O
f) C4H10 + O2
→
CO2 + H2O
Agente oxidante: Agente reductor: Ecuación balanceada: 231
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
f) Ag3AsO4 + Zn + HCl → AsH3 + Ag + ZnCl2 + H2O
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: 5. ¿Qué función tiene el ciclo del nitrógeno para los seres vivos?
6. ¿Cuáles son los efectos del dióxido de nitrógeno (NO2) en la
salud? Agente reductor: Ecuación balanceada: 7. ¿Qué significa el término biodegradable? g) Sb + HNO3 → Sb2O5 + NO + H2O
Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: Agente reductor: Ecuación balanceada: 8. ¿Crees que es adecuado que los desechos domésticos se vacíen
en los ríos o en el mar? Justifica tu respuesta:
9. ¿Qué es la lluvia ácida? 10. ¿Qué es el desarrollo sustentable? h) KCIO3 → KCl + O2
Elemento oxidado: Elemento reducido: 11. Escribe cinco sugerencias para mejorar el desarrollo sustentable
del país.
Agente oxidante: a) Agente reductor: b) Ecuación balanceada: c) i) Na2S2O3 + I2 → Na2S4O6 + NaI
d) e) Elemento oxidado: Elemento reducido: Agente oxidante: VII. Instrucciones: Coloca en el paréntesis de la izquierda la letra que
corresponda a la respuesta correcta.
Agente reductor: Ecuación balanceada: 1. ( ) Al balancear una ecuación química se encuentran los:
a) Subíndices
VI. Contesta brevemente las siguientes preguntas:
1. ¿De dónde forman las plantas el dióxido de carbono (CO2)?
2. ¿Para qué utilizan el CO2 los vegetales? 3. ¿Cómo afecta al clima mundial el efecto invernadero?
4. ¿Qué consecuencias traerá dicho efecto? 232
b) Exponentes
c) Coeficientes
d) Productos
2. ( ) Balancear una ecuación significa:
a) Saber el número de moles de los reactivos
b) Encontrar el número de moles de los productos
c)Igualar el número de átomos de cada elemento en
reactivos y productos
d) Cumplir con la ley de Proust.
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3. ( )De las siguientes ecuaciones indica cuál no está balanceada correctamente:
a) N2 + 3H2 → 2NH3
b) Ca(ClO3)2 → CaCl2 + 3O2
c) Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2NaOH
d) CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2
4. ( )De la siguiente serie de compuestos, ¿en cuál, el átomo de
cromo (Cr) presenta número de oxidación de +3?
a) Cr2O3
b) Na2CrO4
c) K2Cr2O7
d) Cr
5. ( ) En toda reacción de reducción, el número de oxidación:
a) Se eleva
b) Se reduce
c) No cambia
d) Se duplica
6. ( )En la reacción
7. ( ) En una reacción redox, el agente reductor:
a) Gana electrones
b) Gana protones
c) Pierde electrones
d) Pierde protones
8. ( )El número de oxidación del átomo de cloro de −1 y de +5
se localiza en los compuestos respectivamente:
a) CaCl2, Cl2
b) NaCl, KCIO3
c) AlCl3, MnCl2
d) LiCl, Cu(CIO4)2
9. ( )En la ecuación:
CdS + I2 + HCl → CdCl2 + HI + S,
el agente oxidante es:
a) CdS
b) S
c) I2
d) HCl
Cu + HNO3 → Cu (NO3)2 + NO + H2O,
el agente oxidante es el:
a) H2O
b) Cu
c) HNO3
d) Cu(NO3)2
233
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala dentro del paréntesis.
1. Al balancear la siguiente ecuación química por el método de tanteo:
C8H18 + O2
CO2 + H2O
Los coeficientes estequiométricos que se obtienen, respectivamente, son:
a) 1, 25, 8, 9
b) 2, 25, 16, 18
c) 3, 50, 8, 9
b) exponentes
c) coeficientes
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
d) 4, 12, 18, 26
2. Al balancear una ecuación química se encuentran los:
a) subíndices
(
d) productos
3. Balancear una ecuación, significa:
a) saber el número de moles de los reactivos.
b) encontrar el número de moles de los productos.
c) igualar el número de átomos de cada elemento en reactivos y productos .
d) cumplir con la Ley de Proust.
4. De las siguientes ecuaciones, indica cuál NO está balanceada correctamente:
a) N2 1 3 H2
2 NH3
b) Ca(ClO3)2
CaCl2 1 3 O2
c) Na2CO3 1 Ca(OH)2
d) CaC2 1 H2O
CaCO3 1 2NaOH
C2H2 1 Ca(OH)2
5. De la siguiente serie de compuestos, ¿en cuál el átomo de cromo (Cr) presenta número de oxidación de 16?
a) Cr2O3
b) Na 2CrO4
6. En la reacción: Cu 1 HNO3
c) K2Cr2O7
d) CrCl2
Cu(NO3)2 1 NO 1 H2O.
El agente oxidante es:
a) Cu
b) H2O
c) NO
d) HNO3
7. El número de oxidación del átomo de cloro de 21 y 15 se localiza en los compuestos, respectivamente:
a) CaCl2, Cl2
b) NaCl , KClO3
c) AlCl3, MnCl2
d) LiCl, Cu(ClO4)2
II. Completa las siguientes reacciones, anotando en el espacio en blanco la sustancia que hace falta de acuerdo con los reactivos y/o productos indicados.
1. Reacción de síntesis o adición:
a) C 1
CO
b) CaO 1 H2O
c)
234
1 O2
Fe2O3
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d) H2 1 Al
e) Cl2O 1
HClO
2. Reacción de análisis o descomposición:
a)
b) CaCO3
Δ
KNO2 1 O2
1
Δ
c) NH4NO3
d)
Δ
1
MnO2
H2O2
1
e)
NO 1 O2
3. Reacción de sustitución simple:
a)
Fe2O3 1 H2
1
b) Al 1 Cr2O3
1
c) AgNO3 1 Cu
d)
1
NaCl 1 Br2
1
e) CuSO4 1 Zn
1
4. Reacción de sustitución doble:
a) CaCl2 1 NaOH
1
b) PbCl2 1 H2S
1
c)
1
FeCl3 1 H2S
d)
1
Ca3(PO4)2 1 KCl
e) Pb(NO3)2 1 KI
1
III. Anota el tipo de reacción al que pertenecen las siguientes ecuaciones químicas:
Ecuación química
Cu 1 2HCl
CuCl2 1 H2
H2SO4 1 Ca (OH)2
2H2 1 O2
Tipo de reacción
CaSO4 1 2H2O
2H2O
235
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
IV. Balancea las siguientes ecuaciones por el método de tanteo:
1. P2 1 H2
PH3
V. Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método de óxido-reducción, anota lo que se indica para cada
una en un reporte en tu cuaderno, de acuerdo con el siguiente
esquema.
Elemento que se oxida:
2. Al 1 Br2
AlBr3
3. HNO3
N2O5 1 H2O
Elemento que se reduce:
Agente oxidante:
Agente reductor:
Número de electrones transferidos:
Ecuación balanceada:
4. Fe 1 H2CO3
Fe2(CO3)3 1 H2
5. Cr2O3(s) 1 Si(s)
Cr(s) 1 SiO2(s)
6. Al(OH)3 1 HNO3
Al(NO3)3 1 H2O
1. C 1 H2SO3
2. HNO2
H2S 1 CO2
HNO3 1 NO 1 H2O
3. KClO3 1 H2SO4
KHSO4 1 O2 1 Cl2O 1 H2O
KOH 1 MnO2 1
NaOH 1 S
4. KMnO
4 1 Na2S 1 H2O
5. KMnO4 1 H2SO4 + H2O2
7. Ba(OH)2 1 HPO3
8. NaHCO3(s)
9. Mg(OH)2 + H2SO4
Ba(H2PO4)2
Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)
6. Br2 1 H3AsO4
Cr2(SO4)3 1 H2O
1 S 1 NaHSO4
8. Cr2O3 1 Na2CO3 1 KNO3
NaCrO4 1 CO2
1KNO2
MgSO4 + H2O
236
CO2(g) + H2O(g)
As4 1 HBrO2 1 H2O
7. H2S 1 Na2Cr2O7 1 H2SO4
9. KMnO4 1 H2SO4 1 Sb
10. C2H2(g) + O2(g)
K2SO4 1 MnSO4 1
H2O 1 O2
10. C2H5OH 1 K2Cr2O7
1 H2SO4
K2SO4 1 MnSO4
1 Sb2O3 1 H2O
C2H4 1 K2SO4 1 Cr2(SO4)3
1 H2O 1 12 O2
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Rúbrica
Rúbrica para evaluar la Actividad de aprendizaje de la página 215. Objeto de aprendizaje 7.1. Símbolos en las ecuaciones.
Nombre del estudiante:
Criterio
Aspecto a evaluar
Desempeño
Procedimiento
Dominio del tema
Valor
Muestra interés durante el análisis de la información.
1
Se compromete para concretar el trabajo durante la clase y en el
tiempo asignado.
1
Comenta con sus compañeros/as sobre las dudas que tiene y también
comparte información.
1
Describe con claridad lo que es una reacción química.
1
Argumenta correctamente su respuesta y se basa en elementos
teóricos y de uso común.
1
Especifica la diferencia entre reacción química y ecuación química.
1
Indica cómo se vincula una reacción química y ecuación química, y
destaca su importancia en la vida cotidiana.
1
Reconoce ampliamente los conceptos que se desarrollaron durante la
temática.
1
Muestra un claro entendimiento de lo que una ecuación química
puede realizar en la naturaleza.
1
Indica la importancia de las reacciones químicas para la obtención de
nuevos materiales.
1
Total
Valor obtenido
10
Comentarios generales:
Firma del profesor:
Fecha:
237
7
BLOQUE
Representas y operas reacciones químicas
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar Actividades de aprendizaje de las páginas 216 y 217. Objeto de aprendizaje 7.1. Símbolos
en las ecuaciones químicas.
Nombre del estudiante:
Criterio
Logrado
Sí
No
1. Hace las anotaciones en todos los reactivos.
2. Anota correctamente el producto de cada reactivo.
3. Anota correctamente el tipo de reacción de cada reactivo.
4. Menciona un ejemplo de uso común por cada reactivo.
5. Todos los ejemplos son correctos y acordes a las reacciones
químicas.
6. Explica cada uno de los ejemplos.
7. Analiza los ejemplos que se describen y luego realiza la actividad.
8.Argumenta sus explicaciones con base en la temática planteada.
9. Aporta ideas claras y sencillas para concretar correctamente la
actividad.
10. Concretó la actividad durante el tiempo asignado.
Comentarios generales:
Firma del profesor:
238
Fecha:
Observaciones
Grupo Editorial Patria®
Autoevaluación
Instrumento de evaluación para evaluar la actividad de Aplica lo que sabes de la página 226. Objeto de aprendizaje
7.3 Balanceo de ecuaciones químicas.
Nombre del estudiante:
Actividad:
Fabricar un motor de jabón.
Propósito:
Reconocer la importancia y el impacto que tienen las reacciones químicas en el medio ambiente.
Logrado
Sí
No
Criterio
¿Por qué?
1. Analicé los pasos para realizar la actividad tal y como se indica.
2. Tomé en cuenta las indicaciones que se establecieron para el dibujo.
3. Utilicé correctamente los materiales que se indican.
4. Realicé el procedimiento con el detergente, gotas de aceite y alcanfor, de tal forma que
pude observar el movimiento del barco.
5. Pude observar con qué sustancia tiene más movimiento el barco.
6. Argumenté mis respuestas con los elementos teóricos, previamente analizados en clase.
7. Me basé en los conocimientos previos para mencionar la importancia que tienen las
reacciones químicas en el entorno.
8. Mencioné varios ejemplos de reacciones químicas que dañan al medio ambiente.
9. La actividad me ayudó a comprender que las reacciones químicas son muy importantes
en mi vida cotidiana.
10. Mis aportaciones son claras y congruentes, de tal forma que ayudan a resolver las
dudas que tienen mis compañeras/os.
11. Hice preguntas sobre dudas o diferencias que tuve durante la actividad.
12. Elaboré conclusiones y las compartí con el resto del grupo
13. Me gustó toda la actividad.
14. Asumí con respeto la diversidad de opiniones que se generaron durante la dinámica.
15. En general, tuve un aprendizaje significativo y relevante sobre el impacto que tiene un
proceso químico en el medio ambiente.
¿Cómo me sentí durante la actividad?:
¿Cuáles son mis fortalezas?:
¿Qué debo mejorar?:
Firma del estudiante:
Firma del profesor/a:
239
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados
con el calor y la velocidad
de las reacciones químicas
7 horas
Objetos de
aprendizaje
8.1 Entalpía
– Entalpía
de reacción
– Entalpía
de formación
8.2 Reacciones
endotérmicas
y exotérmicas
8.3 Velocidad
de reacción
8.4 Desarrollo
sustentable
Competencias a desarrollar
n
n
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las
hipótesis necesarias para responderlas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas
de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos pertinentes.
n
n
n
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el paréntesis de la izquierda.
Parte de la química que estudia las velocidades a las que se efectúan las
( ) reacciones químicas.
v
a) Termodinámica
c) Cinética química
b) Equilibrio químico
d) Termoquímica
Es uno de los factores que afecta el equilibrio químico.
b) Temperatura
c) Calor
d) Catalizadores
( ) a) Naturaleza de los reactivos
( )
Se designa a un cuerpo o grupo de cuerpos sobre el cual fijamos nuestra
atención a fin de estudiarlo.
a) Universo
b) Conjunto
c) Reacción química
d) Sistema
( )
Energía que está relacionada con el movimiento interno de las partículas de
un cuerpo y su medida se considera como la suma de la energía cinética total
de las moléculas de dicho cuerpo.
a) Temperatura
b) Calor
c) Entropía
d) Energía interna
Estudia los cambios térmicos que acompañan a las reacciones químicas.
b) Termoquímica
c) Cinética química
d) Calor específico
( ) a) Calor de reacción
Reacción que al efectuarse absorbe calor.
b) Combustión
c) Exotérmica
d) Neutralización
( ) a) Endotérmica Permite el intercambio con sus alrededores de energía y de masa.
b) Sistema
c) Sistema cerrado
d) Sistema abierto
( ) a) Sistema aislado
( )
n
n
n
Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en
los ámbitos local, nacional e internacional.
Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y
sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.
Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo
plazo con relación al ambiente.
El calor total de una reacción química depende únicamente de los estados
iniciales y finales y no de los estados intermedios a través de los cuales pueda
pasar el sistema.
a) Ley de Hess
b) Principio de equilibrio químico
c) Calor de reacción
d) Entalpía
Desempeños por alcanzar
n
n
n
Distingue entre reacciones químicas endotérmicas y reacciones
químicas exotérmicas partiendo de los datos de entalpía de reacción.
Explica el concepto de velocidad de reacción.
Calcula entalpía de reacción a partir de entalpías de formación.
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Situación didáctica
¿Cambia de sabor una galleta salada
cuando es bien masticada?
¿Con qué rapidez puedes retirar tu mano de una estufa caliente? ¿Qué tan rápido puedes quitar tu pie del acelerador para frenar por completo tu automóvil?
Es necesario que tengan lugar reacciones
químicas celulares con gran rapidez para
que seas capaz de hacer estos movimientos.
Una célula humana produce cientos de sustancias químicas distintas, cada una en el momento
preciso y exactamente en la cantidad requerida.
Además, genera su propia energía y la maquinaria
química para hacerlo. ¿Cuál es el secreto de esta impresionante
Secuencia didáctica
A continuación se lista una serie de acciones que debes seguir para contestar la problemática de la pregunta central. Es
importante que reflexiones, seas claro y objetivo para que esta
experiencia sea útil.
1. Verifica si detectas un cambio en el sabor de una galleta
salada (que contiene almidón) masticándola durante un
minuto o más antes de tragarla.
2. Describe el cambio de sabor que detectes.
actuación que está en las enzimas de todas las células? Son catalizadores biológicos y, como todos los catalizadores, aceleran las reacciones sin sufrir en ellas cambios permanentes. En un segundo,
una sola molécula enzimática de tu sangre puede
catalizar la descomposición de 600 000 moléculas
de ácido carbónico (H2CO3).
La amilasa es una enzima presente en la saliva y
que cataliza la liberación de glucosa del almidón. En condiciones óptimas de temperatura y pH, una molécula de amilasa puede
generar hasta 18 000 moléculas de glucosa por segundo.
¿Qué tienes que hacer?
4. Intégrate a un equipo de compañeros para comentar tus respuestas a los puntos 1, 2 y 3. Establece las conclusiones grupales sobre el problema planteado.
5. Que cada equipo presente sus conclusiones en plenaria y se
obtenga una conclusión grupal.
6. Debatan cuáles de esas conclusiones son válidas y cuáles no.
7. Establezcan las conclusiones finales correspondientes.
8. Elaboren un reporte en el que expresen de manera objetiva
sus reflexiones sobre esta actividad.
3. Explica la causa del cambio.
Rúbrica
1. Con la dirección del maestro organicen un debate de los tipos
de reacciones químicas respecto al calor que se absorbe o desprende en ellas y de los factores que afectan la velocidad de las
mismas. Pueden utilizar como guía las siguientes preguntas.
2. ¿Cómo afecta al sabor el masticar adecuadamente un alimento?
3. ¿Se aprovechan más los nutrientes de los alimentos masticándolos lentamente? ¿Por qué?
4. ¿Qué harías si no tienes el suficiente tiempo para comer o saborear tus alimentos?
5. ¿Cómo afecta a tu organismo el comer rápido?
6. ¿La comida rápida (refrigerada y lista para comerse), conserva
sus propiedades nutrimentales? Justifica tu respuesta.
242
¿Cómo lo resolverías?
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Autoevaluación
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, pregúntate lo siguiente:
n
n
n
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
Cuando lo hice, ¿comprendí todos los conceptos? Si no lo
hice, ¿busqué el significado de los conceptos que no entendí?
¿Volví a releer el texto hasta que lo comprendí?
¿Puedo identificar las propiedades nutrimentales de las sustancias al masticarlas adecuadamente?
Establece las conclusiones correspondientes y elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus reflexiones de
esta actividad.
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8.1 Entalpía
Durante toda su existencia, la humanidad ha utilizado reacciones
químicas para producir energía. Éstas han ido desde las más rudimentarias, como la combustión de madera o carbón, hasta las más
sofisticadas, como las que tienen lugar en los motores de aviones,
naves espaciales, lanchas ultrarrápidas y automóviles de carreras.
Como sabemos, las reacciones químicas van acompañadas de un
desprendimiento o de una absorción de energía.
Las reacciones químicas provocan una variación de energía, que
suele manifestarse en forma de calor. Su estudio es muy importante, por lo que en este bloque se determinará el calor absorbido o
desprendido en las reacciones, así como los posibles métodos para
su determinación.
Antes de continuar, se establecerá el significado de algunos términos que se emplean con frecuencia, como la palabra sistema. Por
sistema se entiende la porción específica del universo en la cual se
enfoca la atención.
Por ejemplo, si se quisieran considerar los cambios que se producen en una solución de cloruro de sodio y nitrato de plata, la solución es el sistema, mientras que el vaso de precipitados y todo lo
demás son los alrededores.
Para explicar los cambios que se producen en un sistema, es necesario definir con precisión sus propiedades, antes y después de
que se produzca el cambio. Por lo regular, esto se hace al especificar el estado del sistema, es decir, al reunir un grupo específico
de condiciones de presión, temperatura, número de moles de cada
componente y su forma física (por ejemplo, gas, líquido, sólido o
forma cristalina). Al especificar estas variables, se han fijado todas
las propiedades del sistema. Por tanto, el conocimiento de estas
características permite definir sin ambigüedad las propiedades del
sistema.
Continuando con el tema, diremos que
en los siglos xvii y xviii, los mundos de la
química y la física parecían estar bien delimitados. La química se enfocaba al estudio
de aquellos cambios que implicaban alteraciones en la estructura molecular, entre
tanto la física se encargaba del estudio de
aquellos cambios que no implicaban dichas alteraciones.
De esta manera, mientras que en la primera parte del siglo xix Davy se ocupaba
de alterar la ordenación molecular de los
compuestos inorgánicos y Berthelot la de
los compuestos orgánicos, los físicos Joule,
Mayer y Helmholtz estudiaban el flujo
del calor, al que denominaron termodiná-
Figura 8.1
El despegue de una nave espacial requiere gran cantidad de energía.
mica (de las palabras griegas que significan movimiento de calor).
En 1840, su trabajo comprobó que en los cambios sufridos por el
calor y otras formas de energía, no se destruye ni se crea energía. A
este principio se le llamó la Ley de la conservación de la energía
o primer principio de la termodinámica.
A estos trabajos se sucedieron las aportaciones de los físicos Carnot, Thomson, Kelvin y Clausius, quienes demostraron que el
calor, abandonado a sí mismo, fluye espontáneamente de un punto con
mayor temperatura hacia otro con menor temperatura, y que a partir del calor se puede obtener trabajo solamente cuando existe tal
flujo de calor a través de una diferencia de temperaturas. Esta inferencia se generalizó para aplicarla a cualquier forma de energía
que fluye desde un punto de mayor intensidad hacia otra de menor intensidad.
Por su parte, en 1850, Clausius estableció el término entropía
para designar la proporción entre el calor absorbido en un sistema
Plantas
y animales
Luz
Viento
Alimentos
Gas
Carbón
Petróleo
Motores de
combustión
Hidráulica
Nuclear
Productos
químicos
Suministro
eléctrico
Figura 8.2
La principal fuente de energía proviene del Sol.
243
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
aislado y su temperatura absoluta. Asimismo, demostró que en
cualquier cambio espontáneo de energía, la entropía del sistema
se incrementa. Este principio se llamó segundo principio de la
termodinámica.
Tales avances en el terreno de la física no podían aislarse de la química, ya que después de todo, aparte del Sol, la mayor fuente de
calor en el mundo del siglo xix residía en las reacciones químicas,
como la combustión de la madera, el carbón y el petróleo. Por esta
misma época, también se observó que otras reacciones químicas
desarrollaban calor, por ejemplo, la neutralización de ácidos por
bases. De hecho, todas las reacciones químicas implican algún tipo
de transferencia térmica, ya sea de emisión de calor (y a veces luz)
al entorno, o bien de absorción de calor (y a veces de luz) desde el
entorno.
En 1840, los mundos de la química y de la física se unieron y comenzaron a marchar juntos gracias al trabajo del químico rusosuizo Germain Henri Hess (1802-1850). Hess dio a conocer los
resultados de cuidadosas medidas que había tomado sobre la cantidad de calor desarrollada en las reacciones químicas entre cantidades fijas de algunas sustancias.
Logró demostrar que la cantidad de calor producida (o absorbida) en el paso de una sustancia a otra era siempre la misma, sin
importar la ruta química por la que había ocurrido el cambio, ni
en cuántas etapas. Debido a esta generalización (Ley de Hess), esta
personalidad es considerada en ocasiones como el fundador de
la Termoquímica (química del calor de las reacciones químicas).
Con base en dicha ley, parecía altamente probable que la ley de la
conservación de la energía se aplicase tanto a los cambios químicos
como a los físicos.
Termómetro
A partir de la anterior explicación sobre el calor en las reacciones
químicas, podemos decir que una razón por la cual se llevan a cabo
es porque los productos alcanzan un estado de energía menor, más
estable que el de los reactivos. Para que los productos alcancen este
estado más estable, se debe liberar y emitir energía a los alrededores en forma de calor (o como trabajo y calor).
Cuando se neutraliza una solución de una base agregando un ácido,
la liberación de energía se nota por un aumento inmediato de temperatura en la solución. Por ejemplo, cuando el motor de un automóvil quema gasolina, desde luego se libera calor, y al mismo tiempo parte de la energía efectúa el trabajo de mover el automóvil.
Entalpía de reacción (ΔHreacción)
La entalpía o calor de reacción se define como el calor absorbido
o desprendido al efectuarse una reacción química.
Matemáticamente: ΔHreacción 5 ΣH 0fproductos 2 ΣH 0freactivos
La representación de la entalpía (del griego enthalpein que significa
calentar) es la siguiente:
H5Qp
Q 5 Calor en termodinámica,
Agitador
p 5 sistema termodinámico a presión constante
La entalpía (H) es una propiedad termodinámica utilizada para especificar o medir la cantidad de calor involucrado en una reacción
química a presión constante:
Tapón
Doble
cubierta
Agua
Entre 1860 y 1869, Pierre Berthelot, quien había hecho importantes trabajos en síntesis orgánica, concentró su atención en la
termoquímica. Para ello, ideó algunos métodos para efectuar reacciones químicas dentro de cámaras cerradas rodeadas por agua a
temperatura conocida y a partir del incremento en la temperatura
del agua circundante al finalizar la reacción, podía medirse la cantidad de calor desarrollada por la misma. Utilizando este tipo de
calorímetro (de la palabra latina que significa “medida de calor”),
Berthelot obtuvo determinaciones cuidadosas de la cantidad de
calor desarrollada por cientos de diferentes reacciones químicas.
H 5 E 1 W 5 E 1 PV
H = entalpía, E = energía, W = trabajo, P = presión, V = volumen
A presión constante, los cambios ocurridos en una reacción se miden por ΔH.
ΔH 5 ΔE 1 PΔV
(1)
De la primera ley de la termodinámica tenemos:
Figura 8.3
Calorímetro
244
ΔE 5 Q 2 W 5 Q p 2 PΔV
(2)
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Al sustituir (2) en (1):
Ejemplo
ΔH 5 Q p 2 PΔV 1 PΔV 5 Q p
ΔH 5 m Cp ΔT
Determina el calor de la siguiente reacción:
Cp 5 capacidad calorífica a presión constante
H2(g) 1 ½ O2(g)
m 5 masa
ΔHreacción 5 [H 0f H2O(g) ] 2 [H 0f H2(g) 1 ½ H 0f O2(g) ]
ΔT 5 variación de temperatura
ΔHreacción 5 [− 57.8 kcal ] 2 [ 0 1 ½ (0) ]
La entalpía como una función de estado, sólo depende de los valores final e inicial:
ΔH 5 Hf 2 H i
ΔH 5 Calor absorbido o cedido por el sistema durante una reacción a presión constante (cal/mol).
Esto indica que en una reacción química la variación de entalpía
depende de las entalpías de los reactivos y de los productos.
ΔHreacción 5 ΣH 0fproductos 2 ΣH 0freactivos
“El calor de una reacción química es igual a la suma de los calores de
formación de los productos, menos la suma de los calores de formación
de los reactivos.”
Las reacciones químicas pueden ser exotérmicas o endotérmicas.
Las primeras liberan calor, mientras que las segundas lo absorben.
Cuando:
ΔHreacción 5 1 (endotérmica)
absorbe calor
Cuando:
ΣH 0fproductos
H2O(g) ΔHreacción 5 ?
ΔHreacción 5 ΣH 0fproductos 2 ΣH 0freactivos
ΔV 5 variación de volumen
ΣH 0fproductos  ΣH 0freactivos
1 atm
298 K
ΔHreacción 5 −57.8 kcal 2 0
ΔHreacción 5 257.8 kcal (reacción exotérmica)
Como se observa, por convención el calor de formación de cualquier
elemento a 1 atm y 298 K vale cero.
8.2 Reacciones
endotérmicas y exotérmicas
Como ya se mencionó en el tema anterior, las reacciones que necesitan o absorben calor para realizarse, se llaman endotérmicas y su
entalpía de reacción es positiva. En forma consecuente, las reacciones que liberan o desprenden calor al efectuarse, se llaman exotérmicas y su entalpía de reacción es negativa.
En una reacción exotérmica, el calor es un producto y se puede escribir al lado derecho de la ecuación de reacción; en las reacciones
endotérmicas se puede considerar al calor como un reactivo y se
escribe del lado izquierdo de la ecuación. Los siguientes ejemplos
muestran el calor en una reacción exotérmica y una endotérmica.
H2(g) 1 Cl2(g)
2HCl(g) 1 185 kJ (44 kcal)
Exotérmica (libera calor)
, ΣH 0freactivos
ΔHreacción 5 2 (exotérmica)
libera calor
N2(g) 1 O2(g) 1 181 kJ (43.2 kcal)
2NO(g)
Endotérmica (absorbe calor)
Entalpía de formación (H 0f )
La entalpía o calor de formación es la variación de entalpía (calor)
que acompaña a la formación de un mol de un compuesto en su
estado normal (1 atm y 298 K), a partir de sus elementos en sus
estados normales.
Las entalpías de formación de las moléculas de las sustancias se
han cuantificado y se encuentran registradas en tablas termodinámicas. Estas entalpías de formación se determinan por medio
de un calorímetro, como ya se indicó anteriormente, cuando la
reacción es completa, es decir, cuando no tiene reacciones secundarias.
Figura 8.4
Cambio de entalpía para la combustión de N2(g) y O2(g) para formar 2NO(g).
El sistema absorbe calor de su entorno, aumentando su entalpía. El proceso
es endotérmico y ΔH es positivo.
245
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
De los experimentos anteriores podemos concluir que a la primera reacción se le llama exotérmica, pues se desprende energía en
forma de calor. Por el contrario, al segundo proceso se le conoce
Ejemplos
Determina el calor de reacción de las siguientes ecuaciones químicas,
indicando si son exotérmicas o endotérmicas.
Utiliza los datos que se te proporcionan en las tablas.
a) PCl5(g) 1 H2O(g)
como endotérmico, pues se absorbe energía en forma de calor. Por
tanto, a la cantidad de energía térmica producida en una reacción
se le llama calor de reacción, y las unidades empleadas para su medición son los kilojoules o las kilocalorías.
Las reacciones químicas se pueden realizar a volumen o presión
constantes, por lo que podemos decir que en una reacción se puede evaluar el calor bajo esas dos condiciones.
Cuando se evalúa a presión constante podemos hablar de un calor
a presión constante, el cual se representa así:
POCl3(g) 1 2 HCl(g)
Datos:
(Q p )
Dicho valor se conoce como entalpía (del griego enthalpein que
significa calentar), cuya representación es la siguiente:
ΔHreacción 5 ΣH 0fproductos 2 ΣH 0freactivos
ΔHreacción 5 [H 0f POCl3(g) 1 H 0f HCl(g) ] 2 [H 0f PCl5(g) 1 H 0f H2O(g)]
ΔHreacción 5 [2141.5 + 2 (222.1) ] 2 [295.4 + (257.8) ]
H5Qp
ΔHreacción 5 [2185.7 ] 2 [2153.2 ]
Por otra parte, el cambio en la entalpía para un proceso a presión
constante está dado por las condiciones finales del proceso menos
las condiciones iniciales. Dicho de otra manera:
ΔHreacción 5 [2185.7 1 153.2 ]
Cambio de entalpía 5 entalpía final 2 entalpía inicial
ΔHreacción 5 [2141.5 2 44.2 ] 2 [295.4 2 57.8 ]
ΔHreacción 5 [232.5 ] = 232.5 kcal/mol (reacción exotérmica,
desprende calor)
Sustancia
Calor de formación H 0f (kcal/mol)
PCl5(g)
−95.4
POCl3(g)
−141.5
H2O (g)
−57.8
HCl(g)
−22.1
b) CaCO3(s)
CaO(s) 1 CO2(g)
Datos:
ΔHreacción 5 Σ
H 0fproductos
2Σ
H 0freactivos
ΔHreacción 5 [2141.5 1 (257.8)] 2 [295.4] 5
ΔHreacción 5 [2199.3] 1 95.4 5 2103.9 kcal/mol
(reacción exotérmica)
ΔH 5 Hfinal 2 Hinicial
La expresión anterior nos dice que el cambio de entalpía, ΔH, es el
calor adicionado a (o perdido por) un sistema a presión constante. Por consiguiente, si estudiamos una reacción en un recipiente
abierto a la atmósfera, como un matraz, ΔH será igual al flujo de
energía en forma de calor; por esta razón, el cambio de entalpía se
suele llamar calor de la reacción.
Los cambios de entalpía son muy importantes en termoquímica,
ya que los valores que nos proporcionan están directamente relacionados con la energía. El cambio de entalpía para una reacción
química lo da la entalpía de los productos (valor final) menos la
entalpía de los reactivos (valor inicial).
Si los productos de la reacción tienen una entalpía mayor que la
de los reactivos, ΔH será de signo positivo; en este caso, el sistema absorbe calor y la reacción es endotérmica (un ejemplo sería
la combinación entre el N2 y O2 para darnos NO). Por otra parte,
si el contenido de entalpía de los productos es menor que el de los
reactivos (reacción exotérmica), ΔH será de signo negativo. Esta situación se presenta, por ejemplo, cuando el hidrógeno se combina
con el oxígeno.
Sustancia
Calor de formación H 0f (kcal/mol)
CaCO3 (s)
−95.4
CaO(s)
−141.5
ΔH = −57.8 kcal/mol
CO2 (g)
−57.8
El cambio de entalpía de esta reacción se presenta en las figuras siguientes:
246
2H2(g) 1 O2(g) 2H2O(g) 1 calor
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Figura 8.5
Al prender un globo que contiene gas de hidrógeno se produce una reacción violenta.
Tres de las características más importantes de la entalpía son las siguientes:
Figura 8.6
Diagrama entálpico de una reacción endotérmica.
1. La entalpía es una propiedad extensiva; esto significa que la magnitud de ΔH es
directamente proporcional a la cantidad de reactivos consumidos en el proceso.
Por ejemplo, si consideramos la reacción en que se quema metano y oxígeno para
formar dióxido de carbono y agua, en un recipiente a presión constante encontraremos que experimentalmente se producen 802 kJ de calor cuando se quema un mol
de CH4. Lo anterior lo podemos expresar de la siguiente forma:
CH4(g) 1 2O2(g) CO2(g) 1 2H2O(g) ΔH 5 2802 kJ
El signo negativo para ΔH nos dice que esta reacción es exotérmica. Por otra parte
hay que hacer notar que ΔH se coloca al final de la ecuación balanceada, sin mencionar explícitamente la cantidad de las sustancias químicas involucradas. Asimismo, se sobreentiende que los coeficientes de la ecuación balanceada representan el
número de moles de reactivos que producen el cambio de entalpía indicado.
De esta manera, la reacción de un mol de CH4 con dos moles de O2 produce 802 kJ
de calor, y la reacción de 2 moles de CH4 con 4 moles de O2 produce 1 604 kJ.
Figura 8.7
Al invertir una reacción, cambia el signo, pero no
la magnitud del cambio de entalpía: ΔH2 − ΔH1.
2. El cambio de entalpía de una reacción es de igual magnitud, pero de signo opuesto
al ΔH de la reacción inversa. Por ejemplo, cuando se invierte la reacción entre el
metano y el oxígeno, el ΔH para el proceso es +802 kJ, o sea:
CO2(g) 1 2H2O(g) CH4(g) 1 2O2(g) ΔH 5 802 kJ
Cuando invertimos una reacción, también invertimos los roles de los productos y
de los reactivos; los reactivos de una reacción se convierten en los productos de la
reacción inversa y viceversa. A partir de la ecuación:
ΔH 5 Hproductos 2 Hreactivos
podemos ver que, invirtiendo los productos y los reactivos, llegamos a la misma
magnitud, pero con un cambio de signo para ΔH.
3. El cambio de entalpía de una reacción depende del estado de los reactivos y de los
productos. Si el producto de la reacción del metano fuera H2O líquida en lugar de
H2O gaseosa, ΔH sería −890 kJ en lugar de −802 kJ. Se dispone de mayor cantidad
de calor para transferirlo al entorno porque se liberan 88 kJ cuando se condensan 2
moles de agua gaseosa al estado líquido. Ejemplo:
2H2O(g) 2H2O(l) ΔH 5 288 kJ
Figura 8.8
Conservación de la energía en la descomposición
o formación del agua.
247
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Por consiguiente, se debe especificar el estado de los reactivos
y de los productos, además, generalmente suponemos que los
reactivos y los productos están a la misma temperatura, esto es
a 25 °C, a menos que se indique otra cosa.
El cambio de entalpía, asociado con un proceso químico,
suele ser de gran importancia. Como veremos, hay formas
mediante las cuales podemos evaluar esta importante propiedad; así, ΔH se puede determinar directamente mediante un
experimento o se puede calcular por medio de la ley de Hess.
Actividad de aprendizaje
(
)¿Cuál de las siguientes reacciones constituye un ejemplo de
reacción exotérmica?
a) H2SO4
SO3 1 H2O ΔH Reacción = 31 140 calorías
b) 2 H2O
2H2 1 O2 − 116 000 calorías
c) 2 NaOH 1 H2SO4
Na2SO4 1 2H2O 1 68 730 calorías
Fundamenta tu respuesta.
Las siguientes reacciones se pueden cuantificar en un calorímetro,
porque sólo forman un producto:
CO(g) 1 ½ O2(g)
ΔH3 5 167.64 kcal
CO(g) 1 ½ O2(g)
CO2(g)
ΔH 0f 5 267.64 kcal
Pero la siguiente reacción no puede ser determinada por medio de
un calorímetro, ya que puede producir CO y CO2 al mismo tiempo:
CO(g) ΔH 0f 5 ? kcal
C(s) 1 ½ O2(g)
ΔH1 5 ΔH2 1 ΔH3
ΔH2 5 ΔH1 2 ΔH3
Al sustituir valores: ΔH2 5 2 94.05 2 (2 67.64) 5 226.41 kcal.
Se puede observar también que si se resta la ecuación (3) de la (1),
se obtiene la ecuación (2):
C(s) 1 O2(g)
CO2(g) ΔH1 5 2 94.05 kcal
CO(g) 1 ½ O2(g)
CO2(g) ΔH3 5 2 67.64 kcal
ΔH 5 [294.05] 2
C(s) 1 ½ O2(g) 2 CO(g)
[267.64]
ΔH 5 2 26.41 kcal (exotérmica)
Con lo cual obtenemos la ley de Hess que dice: “El calor de una
reacción (ΔH r ) es independiente del número de etapas o de la naturaleza del camino a través del cual se realiza”.
Actividad de aprendizaje
Calcula el calor de la siguiente reacción:
FeO(s) 1 CO(g)
ΔH reacción 5 ?
Fe(s) 1 CO2(g)
Toma en cuenta los siguientes datos:
Fe(s) 1 ½ O2(g)
Por lo que es necesario calcular su calor de formación utilizando
las reacciones que puede producir (las primeras):
(3)
Al aplicar el concepto de función variable de estado (sólo depende
de los estados iniciales y finales):
CO2(g) ΔH 0f 5 294.052 kcal
C(s) 1 O2(g)
CO2(g)
C(s) 1 ½ O2(g)
C(s) 1 O2(g)
FeO(s)
CO(g)
CO2(g)
ΔH 5 264.3 kcal
ΔH 5 226.4 kcal
ΔH 5 294.04 kcal
CO 1 ½ O2
ΔH2 ΔH3
8.3 Velocidad de reacción
2º camino
(1)
¿Cómo se define la velocidad de una reacción química? ¿En qué
unidades se mide? ¿Qué factores afectan la velocidad de una reacción? ¿Qué es la catálisis? ¿Por qué cuando se agrega un ácido a un
clavo reacciona inmediatamente? ¿Por qué la leche se descompone
más rápido en lugares más calurosos que en clima templado o frío?
¿Por qué un clavo tarda más en disolverse en ácido sulfúrico, que si
estuviera pulverizado o en forma de viruta de hierro? Al concluir el
estudio de este tema podrás contestar estas preguntas.
(2)
En la vida diaria los cambios suceden a diferente velocidad; por
ejemplo, en la Ciudad de México el tránsito se hace muy lento en
C 1 O2CO
2
er.
1 camino
ΔH1
En otras palabras, para producir CO2 existen dos caminos:
1er camino: C(s) 1 O2(g)
CO2(g)
ΔH1 5 2 94.05 kcal
o
2 camino: C(s) 1 ½ O2(g)
ΔH2 5 ? kcal
248
CO(g)
Grupo Editorial Patria®
Actividad experimental
Corrosión
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o cinco
compañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un informe escrito con sus conclusiones y compárenlo con el resto del grupo.
Propósito
5. Contesten lo siguiente:
¿Cómo actúa el agua en el tubo 1 y en el tubo 3?
¿Qué efecto tiene el aceite en el tubo 3?
Observar el grado de corrosión de los metales en diferentes condiciones.
Material
n
12 clavos de 2 pulgadas de largo
n
3 tubos de ensayo de 15 × 150 mm de largo
n
Agua destilada
n
Cloruro de calcio anhidro (CaCl2)
n
Aceite comestible (2 mL)
n
3 tapones de plástico
Procedimiento
¿Afecta más a los clavos, el aire húmedo o el seco?
¿Por qué?
Conclusiones:
1. Numeren los tubos de ensayo y separen tres clavos que servirán
como referencia de comparación.
2. En el primer tubo, coloquen tres clavos sumergidos hasta la mitad
de su altura en agua destilada.
3. En el segundo, coloquen otros tres clavos con el cloruro de calcio
anhidro, CaCl2.
4. En el tercer tubo, coloquen tres clavos que queden cubiertos con
agua destilada y aceite comestible; caliéntenlos y en la parte superior quedará el aceite comestible.
Dejen transcurrir dos días y anoten lo que observen en cada uno de
los tubos.
Tubo 1:
las horas pico (de 6 a 8 de la mañana y de 2 a 3 de la tarde), pero
de las 10 a las 12 del día se puede circular a muy buena velocidad por las principales calles de la ciudad.
También puedes regular la velocidad a la que gira un ventilador
según la cantidad de aire que quieras recibir. Respecto a los alimentos, ¿por qué al partir un aguacate se ennegrece rápidamente?,
y si lo metes al refrigerador, ¿dura más tiempo sin ennegrecerse?
¿A qué se debe eso? La velocidad es una medida del cambio que
ocurre por unidad de tiempo.
Tubo 2:
Tubo 3:
Figura 8.9
Los cambios de velocidad que se presentan en el tránsito vehicular diario,
ocurren también en las sustancias químicas.
249
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Teoría de las colisiones
Muchos han sido los esfuerzos realizados para comprender las propiedades de la materia y para establecer una teoría sobre la naturaleza del calor. En la actualidad estas dos vertientes convergen para
dar paso al modelo cinético molecular. Éste abarca una de las teorías
científicas que tiene una gran influencia en el desarrollo de la física y la química. De dicha teoría surge la explicación del comportamiento de cada uno de los estados de agregación de la materia,
describiendo cómo ocurren algunos fenómenos.
Figura 8.10
Factores como la temperatura y la concentración, entre otros,
influyen en la descomposición de los alimentos.
En la mayoría de las reacciones químicas lo que interesa es acelerar
las transformaciones, por ejemplo, en la fabricación de productos
industriales; aunque en algunos casos el propósito es retardar una
reacción, como la corrosión del hierro, la descomposición de alimentos, etcétera.
Por lo anterior, es muy importante saber cómo ocurren las reacciones químicas y los factores que afectan la velocidad de reacción.
La parte de la química que estudia la velocidad de las reacciones se llama cinética química y la velocidad de una reacción se define como la
cantidad de uno de los reactivos que se transforma por unidad de tiempo,
o bien la cantidad de uno de los productos que se forma por unidad de
tiempo.
La teoría cinética de la materia es el intento mediante el cual se
desean explicar las propiedades observables en escala macroscópica de cualquier sistema que nos rodea y que se encuentran al
menos en alguna de las tres fases: gaseosa, líquida o sólida, a partir de las leyes que gobiernan las partículas microscópicas que los
forman; es evidente que en alguna manera es necesario recurrir a
la imaginación, a la intuición y, en cierta medida, a la observación,
para conceptualizar y definir dicho sistema.
Esto quiere decir que la información que se puede obtener de este
sistema está limitada a la observación y medición de algunos de
sus atributos accesibles a nuestros sentidos, los cuales reflejan su
naturaleza macroscópica, como su volumen, masa, presión, temperatura, color, energía, etc. Pero a partir de esta información muy
poco se puede aprender del comportamiento individual de cada
uno de los millones y millones de átomos o moléculas que los
forman. Por ello es necesario recurrir a la imaginación para crear
mentalmente un modelo en el cual, por medio de ciertas hipótesis, se describan algunas características de esta enorme población
de átomos o moléculas.
Es frecuente confundir los conceptos velocidad de reacción y
tiempo de reacción. Este último puede definirse como el tiempo
transcurrido desde el inicio de una reacción hasta la aparente terminación de la misma.
La velocidad de una reacción depende del número de choques
eficaces (es decir, de los que producen una reacción) entre las moléculas reaccionantes.
El número de choques eficaces está en función de:
1. Número de choques totales, que depende a su vez de las concentraciones de los reactivos y de su estado físico.
2. Número de moléculas con energía cinética suficiente, que aumenta en gran medida con la temperatura.
De acuerdo con lo anterior (que se denomina teoría de las colisiones), existen cuatro factores que afectan la velocidad de una reacción: naturaleza de los reactivos, concentración y estado físico de los
reactivos, temperatura y catalizadores.
250
Figura 8.11
El aumento en la frecuencia de los choques moleculares acelera la velocidad
de una reacción química.
Grupo Editorial Patria®
Actividad experimental
Influencia de la superficie de contacto en la
velocidad de una reacción
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de 4 o 5 alumnos.
Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondientes.
Elaboren un informe escrito con sus conclusiones y compárenlo con
el resto del grupo.
Anoten sus resultados en la siguiente tabla.
Vaso
Pastilla efervescente
1
Entera
Propósito
2
Dividida en tres partes
Verificar cómo afecta a la velocidad de una reacción la superficie de
contacto de las sustancias utilizadas.
3
Pulverizada
Tiempo de disolución
(segundos)
¿En qué caso la reacción fue más rápida?
Material
¿Por qué?
n
3 vasos de precipitados de 100 mL
n
150 mL de agua destilada
n
3 pastillas efervescentes
¿En qué caso fue más lenta la reacción?
n
Cronómetro
¿Por qué?
Mortero
n
Conclusiones:
Procedimiento
1. Numeren tres vasos de precipitados de 100 mL y coloquen 50 mL
de agua destilada en cada uno.
2. Coloquen una pastilla efervescente entera en el primer vaso y
tomen el tiempo en que se disuelve. Tiempo =
segundos.
3. En el segundo vaso coloquen una pastilla efervescente dividida en
tres pedazos y tomen el tiempo que tarda en disolverse. Tiempo =
segundos.
4. En el tercer vaso agreguen una pastilla previamente pulverizada
con un mortero y tomen el tiempo en que se disuelve. Tiempo =
segundos.
Vaso de precipitados con 50 mL de agua cada uno
Una pastilla
efervescente entera
Una pastilla
en tres partes
Una pastilla
pulverizada
Este modelo tendrá un mínimo de hipótesis y con base en ellas
habrá que deducir si las propiedades macroscópicas del sistema,
descrito por dicho modelo, concuerdan con las observaciones realizadas en el laboratorio de las propiedades de un sistema real. Si la
concordancia es satisfactoria, el modelo es apropiado para describir el sistema, si no, habrá que modificarlo hasta obtener uno que
sí lo sea.
De esta manera, haciendo suposiciones simples, relativas a la estructura y conducta de los átomos en la fase gaseosa, se obtiene
una teoría molecular de los gases que concuerda con las diversas
propiedades macroscópicas observadas.
Factores que modifican la velocidad
de una reacción
Naturaleza de los reactivos
La mayor o menor velocidad de una reacción depende de las características de las sustancias reaccionantes. Por ejemplo, en una
solución acuosa las sustancias que forman iones reaccionan con
gran velocidad, difícil de medir, como en la neutralización ácido251
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
base. En cambio, las reacciones que ocurren entre moléculas son
más lentas y, por tanto, su velocidad es más fácil de medir. Cuando intervienen sustancias sólidas, la velocidad de reacción varía
dependiendo de la superficie de contacto. Por ejemplo, cuando se
cuece una papa entera su velocidad de reacción es menor que
si se cuece cortada en trozos; en este último caso tardará menos
tiempo en cocerse porque aumenta la superficie de contacto del
vegetal con el agua.
Actividad experimental
Efecto en la velocidad de una reacción por la
variación de la concentración
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de 4 o 5 compañeros.
Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondientes.
Elaboren un informe escrito y expónganlo al resto del grupo.
Objetivo
Influencia de la concentración
De acuerdo con la teoría de las colisiones, para que se produzca
una reacción química tienen que chocar entre sí las moléculas iniciales. Ahora bien, según la teoría cinética, el número de choques
es proporcional a la concentración de cada reactivo. Por tanto, a
mayor concentración, mayor número de choques, y mayor la velocidad de reacción.
Así, en la reacción para formar ácido yodhídrico (HI), es evidente que si, por ejemplo, duplicamos la concentración de yodo (I2),
cada molécula de hidrógeno (H2), al encontrarse con un doble
número de moléculas de I2, chocará un número doble de veces,
por lo que la velocidad de reacción se duplicará. Lo mismo ocurrirá
si lo que se duplica es la concentración de H2.
Por tanto, la velocidad de la reacción será proporcional a la concentración de cada reactivo.
Verificar cómo afecta a la velocidad de una reacción la variación de la
concentración de uno de los reactivos participantes.
Materiales
¡PRECAUCIÓN! Debes manejar el ácido sulfúrico con cuidado, ya que
puede producir quemaduras graves.
n
6 tubos de ensayo numerados
n
1 pipeta
n
1 agitador de vidrio
n
1 bureta
n
Disolución de 0.0025 M de permanganato de potasio (KMnO4)
n
Disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico (H2SO4)
n
Disolución de 0.0005 M de ácido oxálico (C2H2O4)
n
Disolución de 0.0025 M de ácido oxálico (C2H2O4)
n
Disolución de 0.01 M de ácido oxálico (C2H2O4)
n
Cronómetro
n
Gradilla
Procedimiento
Para observar los efectos producidos por la concentración, se llevará a
cabo la siguiente reacción:
2KMnO4 + 3H2SO4
+ 5C2H2O4
Figura 8.12
Al aumentar la concentración de un reactivo (en este caso al duplicarse
el número de moléculas de hidrógeno, H2), se incrementará también la
velocidad de la reacción.
Actividad de aprendizaje
Anota en el paréntesis de la izquierda la letra que corresponda a la
respuesta correcta.
(
) El incremento en la concentración de los productos de una reacción, por unidad de tiempo, expresa:
a)
b)
c)
d)
252
la velocidad de una reacción química.
el equilibrio químico.
la energía de activación.
la ley de acción de masas.
10CO2 + K2SO4 +
2MnSO4 + 8H2O
Se utilizan diferentes concentraciones de una disolución de ácido oxálico, C2H2O4 (uno de los reactivos participantes), manteniendo constante
la concentración de la disolución de permanganato de potasio, KMnO4
(otro de los reactivos). En este experimento debe mantenerse uniforme
la temperatura de las sustancias utilizadas.
1. Tomen seis tubos de ensayo y numérenlos; adicionen en tres de ellos
con una bureta (para mayor exactitud) 2 mL de una disolución de
0.0025 M de permanganato de potasio y con una pipeta agreguen 1 mL de una disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico.
2. En los otros tubos (4, 5 y 6) adicionen 9 mL de ácido oxálico con
las siguientes concentraciones: 0.00005 M, 0.0025 M y 0.01 M,
respectivamente.
3. Viertan rápidamente y con cuidado la disolución del tubo 4 en el
1, poniendo en marcha el cronómetro desde el instante en que
ambas disoluciones entran en contacto.
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Velocidad y temperatura
Al elevar la temperatura de un sistema aumenta la velocidad de las
moléculas y con ello el número de choques entre ellas, y viceversa.
El notable incremento de la velocidad de reacción al aumentar la
temperatura se debe a que se incrementa el porcentaje de moléculas activadas, esto es, la energía cinética es superior a la de activación (la necesaria para iniciar una reacción).
Por ejemplo, en la figura siguiente se muestran dos recipientes con
papas sumergidas en agua: uno está a 70 °C y el otro a temperatura
ambiente (25 °C). Obviamente las papas se cuecen más rápido en
el más caliente. Otro ejemplo del efecto de la temperatura lo observamos cuando partimos una manzana en dos mitades. Si dejamos
una sobre la mesa a la temperatura ambiente y colocamos la otra
dentro del refrigerador, ¿qué sucede?
T = 25 °C
T = 70 °C
Vaso de
precipitado
Soporte
universal
Alimentos
4. Agiten constantemente el contenido del tubo de ensayo con un
agitador de vidrio. Observen y registren el tiempo que tarda en
desaparecer la coloración violeta y en aparecer la transparente (lo
cual indica que la reacción terminó).
5. Repitan el procedimiento con los tubos restantes (2 con el 5 y 3
con el 6).
Anoten sus conclusiones y observaciones:
Rejilla
de asbesto
Mechero
Mechero
Figura 8.13
Los alimentos se cuecen más rápido con agua hirviendo. Si la temperatura es
menor tardarán más en cocerse.
Catálisis
En el último cuarto del siglo xix, los científicos alemanes fueron
pioneros en el estudio de los cambios físicos asociados a las reacciones químicas. El científico más importante en este campo de la
fisicoquímica fue el químico ruso-germano Friedrich Wilhelm
Ostwald (1853-1932), quien procedió casi inmediatamente a poner en práctica las teorías del físico estadounidense Josiah Willard
Gibbs (1839-1903), el cual estaba aplicando la catálisis a las reacciones químicas.
La catálisis (palabra sugerida por Berzelius en 1835) es un proceso en el cual la velocidad de una reacción química determinada se
acelera, en ocasiones enormemente, por la presencia de pequeñas
cantidades de una sustancia que no parece tomar parte en la reacción. Así, el polvo de platino cataliza la reacción entre el hidrógeno
253
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Actividad experimental
Efecto de la temperatura en la velocidad
de una reacción química
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o cinco
compañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un informe escrito y compárenlo con el resto de
sus compañeros.
Colocar los tubos
1
2
3
4
5
6
300 mL
H2O
Objetivo
Verificar cómo afecta a la velocidad de una reacción la variación de la
temperatura.
Materiales
¡PRECAUCIÓN! Debes manejar el ácido sulfúrico con cuidado, ya que
puede producir quemaduras graves.
n
6 tubos de ensayo numerados
n
1 pipeta
n
Disolución de 0.002 M de permanganato de potasio (KMnO4)
n
Disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico (H2SO4)
n
Disolución de 0.0025 M de ácido oxálico (C2H2O4)
n
Cronómetro
n
Gradilla
n
Agitador de vidrio
n
Soporte universal con anillo de hierro
n
1 vaso de precipitados
n
Mechero de Bunsen o lámpara de alcohol
Procedimiento
Para observar los efectos producidos por la temperatura, se llevará a
cabo la siguiente reacción:
2KMnO4 + 3H2SO4
10CO2 + K2SO4
+ 5C2H2O4
+ 2MnSO4 + 8H2O
1. Numeren los seis tubos de ensayo y adicionen en tres de ellos,
por medio de una pipeta, 2 mL de una disolución de 0.0025 M
de permanganato de potasio (KMnO4), y con otra pipeta agreguen
1 mL de una disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico (H2SO4).
Colóquenlos en la gradilla.
2. En los otros tres tubos de ensayo coloquen 9 mL de una disolución de 0.0025 M de ácido oxálico (C2H2O4).
3. En un vaso de precipitados de 500 mL, agreguen aproximadamente 300 mL de agua y calienten a 30 °C en “baño María”.
4. Coloquen dentro del vaso de precipitados el tubo 1 y uno de los
tubos de ensayo con la disolución de ácido oxálico, tratando de
homogenizar la temperatura de los dos (30 °C). Déjenlos durante
tres minutos aproximadamente dentro del vaso de precipitados.
254
Calentar a
30 °C
9 mL
ácido
oxálico
(0.0025 M)
5. Mezclen rápidamente, pero con cuidado, la disolución de ácido
oxálico en el tubo de ensayo que contiene la disolución de permanganato de potasio (debe ser en el orden que se indica). Pongan en marcha el cronómetro desde el instante en que ambas
disoluciones entran en contacto.
6. Agiten con una varilla de vidrio (agitador) el contenido del tubo de
ensayo manteniéndolo dentro del baño.
7. Observen y registren el tiempo que tarda en desaparecer el color
violeta de la disolución para volverse transparente, eso les indicará el término de la reacción.
Tiempo obtenido =
segundos (30 °C)
8. Repitan el experimento utilizando diferentes temperaturas (40 y
60 °C).
Tiempo obtenido =
segundos (40 °C)
Tiempo obtenido =
segundos (60 °C)
Comparen los tiempos obtenidos a diferentes temperaturas y anoten
sus conclusiones:
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y el oxígeno. Por tanto: un catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción sin sufrir cambios aparentes en su
composición o peso.
En un principio se creyó que los catalizadores no intervenían en
la reacción química y actuaban por su simple presencia. En la actualidad se ha comprobado que toman parte activa en la reacción,
formando compuestos intermedios inestables que se descomponen en seguida regenerando el catalizador, por lo que éste no se
consume. De esta forma, el catalizador cambia el curso ordinario
de la reacción, lo cual reduce la energía de activación.
Ejemplos de catalizadores positivos (los que aceleran una reacción) son el dióxido de manganeso (MnO2), que se utiliza en la
obtención del clorato de potasio (KClO3), y el platino (Pt), que se
emplea en la fabricación del ácido sulfúrico (H2SO4).
Un catalizador negativo, es decir, el que retarda una reacción, es el
tetraetilo de plomo (C2H5)4Pb, que en México se utilizaba como
antidetonante en las gasolinas hace ya muchos años. En el cuadro
que sigue se presentan algunos catalizadores de amplio uso en procesos químicos:
Tapa de aceite
Bomba de agua
Filtro de aceite
Múltiple
(recolecta los gases)
Convertidor catalítico
CO2
Ventilador
N2 Gases de
combustión
Figura 8.14
Motor de combustión interna con convertidor catalítico.
Actividad experimental
Efecto del catalizador en la velocidad de una
reacción química
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o cinco
compañeros.
Objetivo
Catalizadores utilizados en algunos
procesos químicos
Proceso
Catalizadores
Descomposición del agua oxigenada (H2O2)
Óxido de manganeso (IV)
Fermentación del azúcar en alcohol
Zimasa (enzima de levadura)
Síntesis del amoniaco
Óxido férrico (Fe2O3)
Descomposición del clorato de potasio
Dióxido de manganeso (MnO2)
Oxidación de SO2 a SO3
Pentóxido de vanadio (V2O5)
Deshidratación de alcoholes
Alúmina (Al2O3)
Hidrogenación catalítica de alquenos
Ni, Pt o Pd
Las acciones catalíticas intervienen en gran número de fenómenos
químicos de importancia científica, industrial y biológica. Puesto
que sin los catalizadores muchas reacciones se verificarían tan
rápido o tan lentamente que sería imposible aprovecharlas, en
diversas reacciones entre gases se utilizan catalizadores sólidos
que se llaman de contacto. El proceso se denomina catálisis heterogénea. En los automóviles se utilizan convertidores catalíticos
de contacto en los tubos de escape. Éstos catalizan la oxidación del
CO a CO2 y los restos de hidrocarburos sin quemar de la gasolina. Los óxidos de nitrógeno se descomponen en N2 y O2 evitando que se emitan gases muy tóxicos a la atmósfera.
Verificar cómo afecta a la velocidad de una reacción la adición de un
catalizador.
Materiales
¡PRECAUCIÓN! Debes manejar el ácido sulfúrico con cuidado, ya que
puede producir quemaduras graves.
n
2 tubos de ensayo numerados
n
1 pipeta
n
Disolución de 0.0025 M de permanganato de potasio (KMnO4)
n
Disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico (H2SO4)
n
Disolución de 0.0025 M de ácido oxálico (C2H2O4)
n
Disolución de 0.045 M de sulfato de manganeso (MnSO4)
n
Cronómetro
n
Gradilla
n
Agitador de vidrio
n
Soporte universal con anillo de hierro y asbesto
n
1 vaso de precipitados
n
Mechero de Bunsen o lámpara de alcohol
Procedimiento
Para observar los efectos producidos por la temperatura, se llevará a
cabo la siguiente reacción:
2KMnO4 + 3H2SO4
10CO2 + K2SO4
+ 5C2H2O4
+ 2MnSO4 + 8H2O
255
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Para tu reflexión
1. En un tubo de ensayo (tubo de ensayo 1) adicionen con una pipeta
2 mL de una disolución de 0.0025 M de permanganato de potasio
(KMnO4) y 1 mL de una disolución de 0.25 M de ácido sulfúrico
(H2SO4). Coloquen el tubo de ensayo en la gradilla.
Jabones o detergentes
3. En un vaso de precipitados de 500 mL, agreguen aproximadamente 300 mL de agua y calienten a 30 °C en “baño María”.
El proceso para fabricar jabón se conoce desde hace más de 4 500
años. Sabemos que un jabón se obtiene al reaccionar un ácido con
una base; por ejemplo: los ácidos que se utilizan en estas reacciones
se extraen de aceites vegetales (maíz, coco, palma y oliva) y de grasa
animales (manteca de cerdo). Las bases utilizadas para elaborar el
jabón son el hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de potasio (KOH).
4. Coloquen dentro del vaso de precipitados los dos tubos, tratando
de homogenizar su temperatura (30 °C), dejándolos ahí durante
tres minutos aproximadamente.
La composición de un jabón es 70% de grasa, 20% de agua y 10%
de aditivos. Estos últimos ayudan a darle color u olor o a preservarlo
por más tiempo.
5. Antes de hacer la mezcla, agreguen una gota de disolución de
0.045 M de sulfato de manganeso (MnSO4) al tubo de ensayo 2;
observen lo que ocurre y registren su lectura.
Actualmente los jabones han sido desplazados por los detergentes. Un
detergente se define como una sustancia con capacidad limpiadora.
Muchos detergentes son derivados del petróleo y poseen ciertas ventajas respecto a los jabones, como las siguientes:
2. En el tubo 2 coloquen 9 mL de una disolución de 0.0025 M de
ácido oxálico (C2H2O4).
6. Mezclen rápidamente, pero con cuidado, la disolución de ácido
oxálico en el tubo que contiene la disolución de permanganato de
potasio (en el orden que se indica). Pongan en marcha el cronómetro a partir del instante en que ambas disoluciones entran en
contacto.
7. Agiten con una varilla de vidrio (agitador) el contenido del tubo de
ensayo manteniéndolo dentro del baño.
8. Observen y registren el tiempo que tarda en desaparecer el color
violeta de la disolución para volverse transparente, eso les indicará el término de la reacción.
Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondientes.
Elaboren un informe escrito y expónganlo ante sus compañeros.
Tiempo obtenido =
segundos
¿Para qué se utilizó el sulfato de manganeso en el paso 5?
Funcionan mucho mejor en cualquier tipo de agua (dura, blanda,
ácida, básica, dulce o salada).
n
Se requiere una cantidad menor para lograr los mismos efectos
que con el jabón.
n
No dejan residuos en la ropa como la mayoría de los jabones.
n
n
n
Pueden almacenarse por mucho tiempo sin que se descompongan.
Son compuestos fáciles de mezclar con otras sustancias que ayudan en el proceso de limpieza.
Entre algunas desventajas de los detergentes se cuentan las siguientes:
n
n
Son más caros que los jabones.
A diferencia de éstos, se obtienen de recursos naturales no renovables como el petróleo.
Asimismo, los detergentes son más contaminantes que los jabones;
muchas de sus ventajas se logran al darles una estructura química que
dificulta su biodegradación, es decir, su descomposición en sustancias
simples por la acción de los seres vivos.
Conclusiones:
Figura 8.15
¿Cuál perjudica más al agua potable, el detergente o el jabón?
256
Pregunta
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Respuesta
Para lavar la ropa en casa,
¿usan jabón o detergente?
¿Qué es más barato?
¿Cuál rinde más?
¿Con cuál se lava más ropa?
¿Con cuál se utiliza o gasta
más agua para lavar la ropa?
¿Es más económico lavar a
mano o con lavadora?
¿Es mejor lavar la ropa con
agua fría o con agua caliente?
¿Es mejor utilizar un
detergente que haga mucha
espuma o uno que produzca
poca?
Consulta con cinco de tus familiares para que contesten las siguientes
preguntas. Anota tus conclusiones y compáralas con los demás compañeros.
Conclusiones:
Un material peligroso es cualquiera que tenga una o varias de las
siguientes categorías: corrosivo, tóxico, reactivo, explosivo, inflamable o infeccioso. Si bien en la mayoría de las etiquetas de
productos con sustancias peligrosas se menciona si es tóxico,
explosivo o inflamable y las precauciones que se deben tener en
su uso, manejo y almacenamiento, también es cierto que podemos disponer de estas sustancias en las que no se informa que su
disposición puede ser peligrosa. A nivel doméstico e industrial
no existe una cultura del manejo de estos residuos peligrosos y
cómo emplearlos, por lo que generalmente terminan de manera
irresponsable en los desagües, ríos, barrancas y tiraderos. En México, durante el año 2002, se importaron 276 000 toneladas de
residuos tóxicos para su reciclaje.
Como pequeños consumidores de residuos peligrosos podemos
empezar por nuestro hogar, ya que una buena parte de los productos
de limpieza, como desinfectantes, limpiahornos, desengrasantes,
detergentes, cloro, blanqueadores, destapacaños y demás productos que usamos diariamente, contienen materiales tóxicos y algunos están registrados como pesticidas.
En el mantenimiento de nuestra casa utilizamos materiales y productos tóxicos, tales como pintura, barnices y pegamentos. Por
ejemplo, una pintura de aceite puede contener hasta 40% de óxido
de plomo, por lo que un galón de pintura puede contaminar hasta
un millón de litros de agua potable. De 28 pesticidas que se usan
en forma común, por lo menos 23 son cancerígenos; anualmente,
20 000 muertes son causadas por residuos de pesticidas en los alimentos. Una pila pequeña puede contaminar hasta 600 000 litros
de agua.
México vive una situación de emergencia ante la acelerada y dramática desaparición de sus bosques y selvas; en las últimas cinco
décadas la superficie forestal se redujo a la mitad, lo cual pone en
riesgo a muchos otros recursos como la captación de agua.
Consumismo
e impacto ambiental
En México, cada año se producen ocho millones de toneladas de
residuos peligrosos; en el Distrito Federal se generan entre dos y
tres millones de toneladas.
Sólo 12% se controla adecuadamente y el problema es agravado
por el hecho de que cerca de 90% de estos residuos se encuentra en
estado líquido, acuoso o semilíquido, lo que facilita su disposición
clandestina.
Muchos de los productos que usamos diariamente en nuestros hogares están catalogados como productos nocivos para nuestra salud y el medio ambiente. Esto implica que debemos tener cuidado
con su consumo, manejo y desecho.
8.4 Desarrollo sustentable
La Ciudad de México y su gran área metropolitana ocupan un espacio geográfico que ha rebasado por mucho las expectativas de
desarrollo y, por consiguiente, se ha generado una serie de problemas que impacta negativamente al medio ambiente y demerita
la calidad de vida urbana. Para recuperar una ciudad que genere la
posibilidad de una vida donde haya un ambiente sano para las actuales y futuras generaciones, es urgente reencauzar y ordenar su
crecimiento con lineamientos racionales y regulados. Este crecimiento ha provocado la sobreexplotación de los recursos naturales, especialmente del agua; la degradación del medio ambiente ha
afectado la calidad del aire con un conjunto vehicular creciente; se
ha deteriorado su fauna y su flora, y se ha roto el equilibrio hidráulico y geohidrológico.
257
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Riesgos de la ciencia y la tecnología
Según la Agencia Europea del Medio Ambiente (aema), la liberación de sustancias químicas peligrosas constituye una grave amenaza para el medio ambiente en Europa y en todo el mundo.
La emisión de compuestos orgánicos volátiles (cov) a la atmósfera
contribuye a la degradación de la capa de ozono. Los cov también
actúan como precursores de la formación de ozono troposférico,
un problema crónico y de amplia distribución en toda la Unión
Europea. La falta de ozono puede causar efectos nocivos tanto para
la salud humana como para el medio ambiente. Pero, de hecho, las
especies vegetales y los cultivos son más sensibles a este contaminante que los seres humanos. El ozono interfiere en la actividad
fotosintética, en el crecimiento y en el metabolismo general de la
planta, aunque también aumenta la sensibilidad de los árboles a
las heladas, al calor y a la sequía. Se ha estimado que con las concentraciones de ozono que se vienen presentando en la temporada
estival de crecimiento, las pérdidas de producción en la agricultura
pueden suponer de 5 hasta 10% en toda la Comunidad Europea.
Se estima que hasta 70 000 sustancias químicas y grupos de sustancias se comercializan actualmente en el mercado europeo y muchos
de ellos son organoclorados. Según la aema existe aún un gran des-
conocimiento respecto a la toxicidad, ecotoxicidad y riesgos de la
gran mayoría de estas sustancias. El panorama se presenta aún más
desolador cuando los expertos manifiestan la enorme complejidad
que existe entre los flujos (en el suelo, el aire, el agua, la vegetación,
etc.) y los tipos de reacciones y fenómenos (fotoquímicos, físicos,
biológicos, etc.) que participan en cada ecosistema, que dificultan
la asociación de daños con fuentes específicas de riesgo.
Principales amenazas
Las sustancias químicas que se identifican como las más problemáticas para la preservación del medio ambiente se pueden clasificar
en los siguientes grupos.
n
Compuestos orgánicos persistentes (más conocidos por la
abreviatura pop), que incluyen muchos organoclorados (pcb),
las dioxinas y furanos, muchas familias de pesticidas y los hidrocarburos poliaromáticos (pah).
n
Metales pesados: cadmio, mercurio, plomo, níquel, cobre y
arsénico, entre otros.
En el siguiente cuadro se resumen las principales fuentes de emisión y efectos sobre los ecosistemas.
Fuentes de emisión y efectos sobre los ecosistemas
Compuestos
Sustancias químicas
Fuentes de emisión
Orgánicos
pah: En torno a 280 sustancias
de las que se consideran prioritarias en la ue (Unión Europea)
y eu. Algunos de los más conocidos son: hexaclorobenceno,
benzoalantraceno, xileno.
Productos de combustión incompleta de
combustibles fósiles y otros orgánicos
(madera), constituyen 90% de las emisiones. También procesos de producción
y usos de alquitranes de hulla; por
ejemplo, para fabricar resinas.
Las propiedades de persistencia, bioacumulación y afinidad por las
fracciones orgánicas contribuyen a la dispersión de los pop en suelos,
aguas superficiales y marinas. Algunos de los pop atmosféricos,
revolatilizados o adheridos a partículas, tienden a incorporarse a los
movimientos de masas de aire de escala global que los transportan
hacia el Ártico donde se condensan y depositan incorporándose a la
cadena trófica.
Persistentes
Organoclorados (pcb), pentaclorofenol (pcp), cfc = clorofluorocarbono, algunos pesticidas (ddt
= diclorodifeniltolueno, lindano,
etc.), disolventes (percloroetileno, tricloroetileno, etcétera).
Pesticidas y biocidas y amplia gama
de productos industriales y domésticos
(disolventes, colas, pinturas, limpiadores,
conservantes de madera, etcétera).
El efecto de biomagnificación contribuye a que los organismos más
afectados se encuentren situados en los eslabones más altos de la cadena trófica. Entre los principales efectos se encuentran las alteraciones
en la capacidad para la reproducción, ya sea disminuyendo la posibilidad de supervivencia de recién nacidos (por ejemplo adelgazando
la cáscara del huevo de algunas aves), o bien alterando la capacidad
o ciclos de reproducción de animales adultos (por ejemplo, actuando
como disruptores endocrinos). Muchos causan cáncer en animales
y malformaciones en el esqueleto (como en focas y nutrias marinas).
Algunos son muy tóxicos para organismos acuáticos.
Metales pesados
258
Dioxinas y furanos.
Principalmente son subproductos de
procesos de combustión de materia
orgánica en la presencia de cloro: incineración de residuos, procesos industriales,
incendios, entre otros.
Mercurio, arsénico, cadmio,
cobre, plomo y níquel, entre
otros.
Productos industriales, domésticos y
agrícolas: catalizadores, pinturas, pilas/
baterías, plásticos, aditivos en combustibles fósiles (mercurio) y fertilizantes de
fosfatos (cadmio).
Efectos ambientales
Persistentes y bioacumulativos. Afectan la capacidad reproductiva,
al desarrollo del feto, causan desórdenes del sistema nervioso, son
tóxicos en organismos acuáticos; también son cancerígenos.
Grupo Editorial Patria®
Tendencias futuras
Según la aema, si las tendencias actuales continúan, se estima que
para la década del 2010 aumentará la emisión de sustancias químicas tóxicas entre 30% y 50% en la mayoría de los países europeos
como consecuencia del incremento en la actividad económica, incluyendo el transporte de carretera y la producción agrícola.
Respecto a la liberación de algunos compuestos, tenderá a disminuir
en la medida en que su producción y uso sean prohibidos y/o bastante restringidos, aunque los efectos perduren aun muchas generaciones, como puede ser el caso de los pcb. Según la aema, éste será
el caso de las dioxinas en Europa; sin embargo, estima que la deposición de dioxinas en España se triplicará en las siguientes décadas.
Por otro lado, el incremento en el uso de muchas otras sustancias
químicas, como por ejemplo los plaguicidas y algunos metales pesados, provocará niveles de emisión y deposición en Europa que
constituirán un elevado riesgo para el medio ambiente. En el caso
del cadmio y del mercurio, por ejemplo, se estima que aumentarían
en 26% y 30%, respectivamente, en un periodo de veinte años.
Los cinco estados mexicanos con
más muertes por tumores malignos
Cuadro de tendencias
de la Unión Europea y España
Sustancias
químicas
Tendencias de la Tendencias de
Unión Europea
España
(1990-2010)
(1990-2010)
pahs (particularmente
xyleno y benzo (a)
pireno) (atmosférico)
Aumenta
Disminuye
Dioxinas (deposición)
Disminuye en 10%
Aumenta en un factor de 3%
Cadmio:
• atmosférico
Aumenta entre 31%
y 38%
Aumenta hasta situarse por
encima de la media de la UE
• deposición
Aumenta en 31%
Aumenta en más de 65%
Mercurio (atmosférico) Aumenta en 30%
entre el momento de exposición y la manifestación de los efectos, entre otras razones. Éste puede ser el caso de la sensibilidad
a múltiples sustancias químicas que repercute en la capacidad reproductiva de las personas por exposición a sustancias que actúan
como disruptores endocrinos. Sin embargo, en muchos otros casos se puede determinar perfectamente la relación causa-efecto e
incluso el número de muertes laborales asociadas a la exposición a
una o varias sustancias químicas.
En este sentido, se estima en España que tres cuartas partes de las
muertes producidas en relación con el puesto de trabajo son causadas
sobre todo por la exposición a sustancias químicas. Esta cifra equivale, a su vez, a 2.4% del total de muertes contabilizadas anualmente en
nuestra sociedad (a modo de ejemplo, supondría 8 435 muertes por
agentes químicos de las 351 449 muertes producidas en 1996).
En el caso concreto del cáncer, las estimaciones más conservadoras
concluyen que, como mínimo, 5% de las muertes totales por cáncer ha sido consecuencia de la exposición a agentes cancerígenos
en el puesto de trabajo.
-------------
Efectos en las sustancias químicas
peligrosas en la salud
La producción, uso y liberación de sustancias químicas de carácter
peligroso tienen innumerables efectos sobre la salud humana que
abarcan desde enfermedades sobre el sistema cardiovascular, inmunológico, respiratorio o nervioso, a diferentes tipos de cáncer e
incluso alteraciones en la capacidad reproductiva de los individuos.
En lo que se refiere a la salud laboral, las enfermedades causadas
por agentes químicos son más acusadas, debido a que se produce
una exposición del trabajador o la trabajadora más prolongada, repetida, intensa y/o directa en el puesto de trabajo.
En algunas ocasiones puede resultar más complicado relacionar
ciertas enfermedades laborales con la exposición a una sustancia
específica, debido a la multiplicidad de factores de riesgo tanto en
el puesto de trabajo como en la vida cotidiana, al desfase temporal
Como se sabe, el cáncer se mantiene como la tercera causa de
muerte a nivel nacional, ésta ha crecido de manera alarmante, toda
vez que desde el año 2000 pasó de casi 55 mil casos a más de 73
mil. La tasa de mortalidad alcanza 6.25 muertes por cada 10 mil
habitantes. En el año 2000 era de 5.67 por cada 10 mil habitantes.
Tabasco tiene el trágico primer sitio del país con 8.53 muertes por
cada 100 mil habitantes.
Estados con mayores muertes
por tumores malignos.
Lugar
Estado
Tasa/10 000 hab.
1
Tabasco
8.52
2
Sonora
8.01
3
Distrito Federal
7.26
4
Chihuahua
7.17
5
Veracruz
7.12
Fuente: INEGI y CONAPO (2015)
Estados con menores muertes
por tumores malignos
Lugar
Estado
Tasa/10 000 hab.
1
Quintana Roo
3.67
2
Tlaxcala
4.78
3
Estado de México
5.05
4
Guerrero
5.12
5
Querétaro
5.28
Fuente: INEGI y CONAPO (2015)
259
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Instrumentos de evaluación
Heteroevaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En
esta sección encontrarás una heteroevaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas.
I.
Contesta brevemente cada una de las siguientes cuestiones.
1. ¿Qué es una reacción exotérmica?
2. ¿Qué es una reacción endotérmica?
3. ¿Qué se entiende por entalpía de una reacción?
4. Define el concepto de velocidad de reacción.
5. ¿De dónde toman las plantas el dióxido de carbono (CO2)?
6. ¿Para qué utilizan el CO2 los vegetales?
7. ¿Cómo afecta al clima mundial el efecto invernadero?
9. ¿Cuáles son los efectos del dióxido de nitrógeno (NO2) en la
salud?
10. ¿Qué significa el término biodegradable?
11. ¿Crees que es adecuado que los desechos domésticos se vacíen en los ríos o en el mar? Justifica tu respuesta.
12. ¿Qué es la lluvia ácida?
13. ¿Qué es el desarrollo sustentable?
14. Escribe cinco sugerencias para mejorar el desarrollo sustentable del país.
a)
b)
c) 8. ¿Qué consecuencias traerá dicho efecto?
d) e)
260
Grupo Editorial Patria®
II. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el paréntesis de la derecha.
1. Las propiedades que dependen de la cantidad de materia, se les da el nombre de: a) físicas
b) intensivas
c) químicas
b) la energía libre
c) la entalpía
b) propiedad de estado
c) función de estado
b) abiertos
c) homogéneos
b) vecindades
c) colindancias
b) cerrado
c) aislado
b) aislado
c) cerrado
b) sistema
c) frontera
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
d) homogéneo
8. Cantidad de materia que se separa del resto del universo para su estudio:
a) fase
(
d) abierto
7. El agua caliente dentro de una botella termo es un ejemplo de sistema:
a) abierto
)
d) fases
6. Si un sistema sólo permite el intercambio de energía con sus alrededores, se clasifica como:
a) homogéneo
(
d) aislados
5. A las partes que integran un sistema que poseen propiedades físicas iguales se les llama: a) paredes
)
d) propiedad termodinámica
4. Por el número de fases presentes en los sistemas, éstos pueden ser:
a) heterogéneos
(
d) la temperatura
3. La entalpía es un ejemplo de:
a) variable de estado
)
d) extensivas
2. Una de las variables de estado, que determina el estado de un sistema es:
a) la entropía
(
d) etapa
9. ¿Cuál de los siguientes sistemas se encuentra limitado por paredes adiabáticas?
a) una botella con refresco helado b) un bote con jugo de naranja frío
c) un vaso de poliestireno (unicel) con café caliente
d) una tasa de porcelana con café caliente
10. Los catalizadores influyen en un sistema químico:
a) alterando la concentración del sistema
b) activando o inhibiendo el sistema
c) igualando el sistema
d) disminuyendo el volumen de reactivos
261
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
III. Relaciona las siguientes columnas colocando dentro del cuadro de la derecha la letra que corresponda a la respuesta correcta.
a) Ley de acción de masas
b) Catalizador
c) Energía de activación
d) Ley de Hess
e) Entropía
f ) Segunda Ley de la termodinámica
g) Proceso espontáneo
h) Teoría de las colisiones
i) Reversible
j) Velocidad de reacción
k) Tiempo de reacción
l) Entalpía
m) Ley cero de la termodinámica
n) Capacidad calorífica
o) Proceso exotérmico
p) Primera ley de la termodinámica
q) Tercera ley de la termodinámica
r) Principio de Le Chatelier
s) Irreversible
Cuando se produce un cambio a un sistema en equilibrio, éste se desplaza de tal manera que
tiende a contrarrestar tal cambio impuesto.
A temperatura constante, la velocidad de una reacción es proporcional al producto de las
concentraciones molares de los reactivos, elevadas a una potencia idéntica a sus coeficientes
estequiométricos.
La variación en el contenido calorífico de una reacción química es siempre constante, independiente del número de etapas en el que se verifica.
Refiere el grado de desorden molecular de un sistema.
El calor no se puede convertir totalmente en trabajo, sin que alguna parte del sistema sufra
cambios.
El valor de la entalpía de reacción de un proceso termodinámico de carácter negativo.
Necesaria para que las moléculas inicien una reacción química.
Fundamenta el hecho de que las sustancias reaccionantes chocan entre sí, a nivel
molecular, para la formación de productos.
Sustancia química que no altera la composición de reactivos y productos en una reacción
química, modificando la interacción de las mismas sustancias.
Instante en que ocurre una reacción química desde su inicio, hasta su terminación.
Cuando dos cuerpos están a igual temperatura que un tercero, están a igual temperatura
entre sí.
La cantidad de calor que es necesario suministrar a un cuerpo para elevar su temperatura en
un grado centígrado.
Contenido de calor de un sistema a presión constante.
Proceso en el que se libera calor y su valor de ΔH es negativo.
Cuando un sistema cambia de un estado inicial a un estado final, la energía total del sistema
y sus alrededores debe permanecer constante.
La entropía de un sistema sólido cristalino tiende a cero a medida que la temperatura tiende
al cero absoluto.
Reacción química instantánea en la que los productos se separan como precipitado o en
forma gaseosa.
Cantidad de sustancia que reacciona y se convierte en producto en la unidad de tiempo.
IV.
Problemas.
1. Calcula la ΔHR de la reacción para la producción de óxido
férrico conociendo los calores de formación (ΔH 0f ) de cada
uno de los reactivos y productos de la reacción.
FeS2(s) + O2 (g)
SO2(g) + Fe2O3 (s)
ΔH 0f FeS2(s) 5 148.40 kJ/mol
ΔH 0f SO2(g) 5 − 296.44 kJ/mol
ΔH 0f Fe2 O3 (s) 5 829.73 kJ/mol
262
ΔH°r = ? kJ
2. Calcula el calor estándar de formación del Fe2O3(s) con base
en la ley de Hess y con la siguiente base de datos:
Fe2O3(s) + 3 C(s)
2 Fe(s) + 3 CO(g)
ΔHr 5 490.78 kJ
Fe2O3(s) + C(s)
ΔHr 5 156.06 kJ
Fe(s) + CO(g)
(1)
Grupo Editorial Patria®
C(s) 1 O2(g)
CO2(g)
ΔHr 5 − 393.50 kJ
CO(g) 1 ½ O2(g)
(2)
CO2(g)
ΔHr 5 2 282.96 kJ
(3)
3. Calcula el calor de reacción a partir de los calores de formación para la siguiente reacción e indica si es exotérmica o endotérmica.
2FeO(s) 1 ½ O2(g)
Fe2O3(s)
ΔHr 5 ?
Datos:
Sustancia
Calor de formación
H 0f (kcal/mol)
Fe2O3(s)
−64.04
O2(g)
0
Fe2O3(s)
−196.5
5. Calcula el calor de reacción a partir de los calores de formación para la siguiente reacción e indica si es exotérmica o endotérmica.
NaNO3(l)
AgNO3(s) 1 NaCl(l)
AgCl(s) 1
ΔHr 5 ?
Datos:
Sustancia
Calor de formación
H 0f (kcal/mol)
AgNO3(s)
− 2.8
NaCl
– 97.11
AgCl(s)
– 30.3
NaNO3(l)
− 106.68
4. Calcula el calor de reacción a partir de los calores de formación para la siguiente reacción e indica si es exotérmica o endotérmica.
CaO(s) 1 H2O(l)
Ca(OH)2(s)
ΔHr 5 ?
Datos:
Sustancia
Calor de formación
H 0f (kcal/mol)
CaO
− 151.9
H2O
– 106.68
Ca(OH)2(s)
− 235.8
263
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Instrucciones.
Evaluación de relación de columnas
Relaciona las siguientes columnas sobre entalpía, anotando en el parénteis de la izquierda la letra que corresponda a la oración.
Concepto
(
)
Sistema abierto
a) Cantidad de calor que posee un cuerpo.
(
)
Sistema cerrado
b) Se mide en un calorímetro.
(
)
Entalpía
c) Se produce al quemarse una sustancia química.
(
)
Entalpía de formación
(
)
Entalpía de combustión
(
)
Entalpía de reacción
(
)
Capacidad calorífica
(
)
Su energía cinética es menor
g) Se mide en kcal/mol.
(
)
Se mueve con mayor energía
h) El agua caliente dentro de una botella de termo es un ejemplo de sistema…
(
)
Se mide en Joules
i) El agua líquida tiene menor entalpía que el agua gaseosa porque…
d) Permite el intercambio de masa y energía entre el sistema y sus alrededores.
e) No permite el intercambio de masa, pero sí de energía.
f) Energía que se desprende de un sistema.
Instrucciones.
Relaciona las siguientes columnas para evaluar algunos conceptos sobre desarrollo sustentable, anotando en el paréntesis de la izquierda la
letra que corresponda a la oración.
Concepto
(
)
Smog
(
)
Sobrecalentamiento global
(
)Conservación desarrollo, respeto por los
ecosistemas, paz e igualdad social
b) Proceso que satisface entre otros factores…
(
)Las necesidades económicas y ambientales
de una comunidad
c) Son indicadores que evalúan un proyecto de desarrollo sustentable.
(
)Perjudica el desarrollo sustentable
alternativo al medio ambiente
d) Lluvia ácida.
(
)Económico, social y ecológico
(
)Compuesto orgánicos persistentes (POP)
(
)Compuestos organoclorados (PCB)
(
)Metales pesados
(
)Mayor contaminación
264
a) Son componentes del desarrollo sustentable.
e) Efecto invernadero.
f) Las sustancias químicas que perjudican el medio ambiente, incluyen a….
g) El cambio climático provoca…
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Lista de cotejo
Lista de cotejo para las Actividades de aprendizaje de las páginas 248 y 252.
Nombre del estudiante:
Fecha:
Actividades de aprendizaje para realizar durante la clase.
Indicadores
Sí
No
Observaciones
1. Indica correctamente el ejemplo sobre una reacción exotérmica.
2. Fundamenta su respuesta con elementos teóricos y prácticos.
3. Calcula correctamente el calor de una reacción.
4. Considera al pie de la letra los datos que se le proporcionan para
realizar cálculos.
5. Indica correctamente a qué se debe el incremento en la
concentración de los productos.
6. Demuestra buen manejo de los contenidos del tema.
7. Relaciona las actividades con los ejemplos que se han visto en
clase.
8. Proporciona explicaciones claras sobre sus respuestas.
9.Comenta sus dudas y pregunta al profesor/a.
10. Comparte con sus compañeros/as sus respuestas y las
retroalimenta.
11. Ayuda a sus compañeros/as a contestar correctamente las
preguntas.
12. La redacción de las respuestas es adecuada y hay concordancia
gramatical.
13. No tiene errores de ortografía.
14. Está limpio su trabajo (no tiene tachaduras, ni borrones).
15. Utiliza una estrategia efectiva para resolver cada pregunta.
16. Todas las actividades las respondió durante la clase.
Sugerencias generales:
Revisado por (nombre y firma):
265
8
BLOQUE
Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas
Guía de observación
Guía de observación para la Actividad experimental de la página 249.
Fecha:
Hora inicio:
Hora final:
Equipo:
Tema:
Propósito:
Registrar el desempeño que tienen los estudiantes durante el experimento.
Criterio/Conducta observable
1. Tienen claro el propósito del experimento.
2. Toman en cuenta los conceptos teóricos que se desarrollaron en clase.
3. Realizan correctamente los cuatro pasos que se establecen en el procedimiento.
4. Utilizan los materiales y sustancias con base en las indicaciones establecidas.
5. Son cuidadosos al manejar los materiales.
6. Observan cuidadosamente el grado de corrosión de los metales en sus diferentes condiciones.
7. Registraron sus observaciones de acuerdo con las necesidades del experimento.
8. Sus anotaciones son acordes a cada tubo de ensayo.
9. Son correctas todas las respuestas del cuestionario.
10. Anotan a detalle el por qué varían los resultados de los tres tubos de ensayo.
11. Responden con facilidad los cuestionamientos realizados por sus compañeros/as o por su profesor/a.
12. Todas las respuestas son claras y congruentes.
13. No tienen dudas al describir los resultados obtenidos.
14. Aclaran dudas y retroalimentan los trabajos de sus compañeros/as.
15. Emiten comentarios de acuerdo con los resultados del experimento y lo relacionaron con bases teóricas.
16. Todos los integrantes participan durante el experimento.
17. Todos elaboran el informe escrito y lo presentan ante el grupo.
18. Presentan sus conclusiones al grupo.
19. Lograron el propósito del experimento.
20. Muestran un claro aprendizaje significativo y lo manifiestan en su participación.
Comentarios generales:
Revisado por (nombre y firma):
266
¿Cumplen?
Sí
No
Observaciones
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Autoevaluación
La Autoevaluación es una estrategia que te permite conocer y valorar tu progreso en el proceso de aprendizaje, también te ayuda a profundizar en gran medida en el autoconocimiento y comprensión de una actividad . Marca con una O la respuesta.
Autoevaluación
Nombre del estudiante:
Tiempo asignado:
Núm.
Fecha:
Actitud
1.
Leí correctamente todas las indicaciones.
2.
Atendí cada una de las instrucciones.
3.
Realicé todas las actividades que se solicitaron.
4.
Entregué en tiempo y forma todo lo que se solicitó.
5.
Busqué en medios electrónicos la información solicitada.
6.
Logré hacer todo lo que pidieron en las actividades.
7.
Me gustaron todas las actividades.
8.
Escribí sin faltas de ortografía
9.
Expresé mis ideas con claridad
10.
Demostré que comprendí la lectura
Puntuación máxima:
Logrado.
Sí
No
10
Puntuación obtenida:
Comentarios:
267
Glosario
Ángulo de enlace. Ángulo que se forma entre los átomos de una
molécula.
Electrón. Partícula subatómica que representa la unidad de carga
negativa.
Anión. Ion negativo.
Electrón diferencial. Es aquel que entra al final en el átomo, le
asigna su lugar en la tabla periódica y distingue a cada elemento.
Átomo. Partícula más pequeña de un elemento que posee todas las
propiedades de ese elemento.
Átomo de Bohr. Átomo planetario.
Electrones libres. Electrones que no están ligados a un átomo o
asociados con un enlace.
Binario. Compuesto que contiene dos elementos.
Electronegatividad. La atracción relativa de un átomo por un par
de electrones compartidos.
Calor. Flujo de energía de un cuerpo de mayor temperatura hacia
uno de menor temperatura.
Elemento. Sustancia cuyos átomos tienen todos el mismo número
de protones en el núcleo.
Cambios de estado. Transformaciones de la materia de sólida, líquida o gaseosa.
Elemento de transición. Elemento cuyo electrón de más alta
energía se encuentra en un subnivel d.
Catión. Ion positivo.
Elemento sintético. Elemento que no existe en la naturaleza y
que se produce por medio de reacciones nucleares.
Combustión. Tipo particular de oxidación, en la cual las sustancias se combinan con el oxígeno produciendo luz y calor.
Configuración electrónica. Descripción de todos los niveles y
subniveles de energía ocupados por los electrones en un átomo.
Contaminación. Alteración nociva del ambiente causada por residuos de la actividad humana.
Cuanto. “Paquete” discreto de energía.
Descomposición. Reacción en la cual un compuesto se divide en
dos o más sustancias sencillas.
Desplazamiento doble. Reacción en la cual la parte positiva de un
compuesto se combina con la parte negativa de otro y viceversa.
Desplazamiento simple. Reacción en la cual un elemento reemplaza a otro en un compuesto.
Ecuación. Representación abreviada de un cambio químico utilizando símbolos y fórmulas.
Efecto fotoeléctrico. Emisión de electrones de una superficie de
un metal al exponerlo a la luz.
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Energía de ionización. La energía requerida para remover un
electrón de un átomo.
Enlace. Fuerza que mantiene unidos a los átomos en un compuesto.
Enlace covalente. Enlace que se caracteriza por un par de electrones compartidos.
Enlace covalente coordinado. Enlace covalente en el que los
electrones del par compartido son donados por el mismo átomo.
Enlace covalente polar. Par de electrones compartidos que son
atraídos más fuertemente por uno de los átomos.
Enlace doble. Enlace covalente en el cual dos átomos comparten
dos pares de electrones.
Enlace iónico. Atracción electrostática entre iones de cargas
opuestas.
Enlace metálico. Fuerza que mantiene unidos a los átomos de
los metales y que se caracteriza por tener electrones móviles o
deslocalizados.
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Enlace triple. Enlace covalente en el cual dos átomos comparten
tres pares de electrones.
Ley periódica. Las propiedades de los elementos son una función periódica de sus números atómicos.
Espectro. Conjunto de longitudes de onda absorbidas o emitidas
por una sustancia.
Longitud de enlace. Distancia intermolecular entre dos átomos
enlazados.
Espín. Propiedad de las partículas subatómicas que corresponde
mejor a nuestro concepto de rotación sobre el propio eje.
Maleabilidad. La propiedad de una sustancia que hace que pueda
ser moldeada en láminas delgadas.
Familia. Una columna vertical de la tabla periódica.
Masa atómica. Masa promedio de los átomos de un elemento.
Fotón. Un cuanto.
Masa de fórmula. Suma de las masas atómicas de los átomos en
una fórmula.
Frecuencia. Número de ciclos de onda completos por unidad de
tiempo.
Mesón. Una partícula subatómica clasificada como un hadrón.
Fuerza intermolecular. Fuerza que mantiene a las moléculas
unidas.
Metal. Un elemento que tiende a perder electrones en las reacciones químicas.
Gas noble. Cualquiera de los elementos del grupo VIIIA (18) de
la tabla periódica.
Metal alcalino. Un elemento del grupo IA (1) de la tabla periódica.
Gluón. Partícula teórica sin masa, intercambiada por los quarks.
Metal alcalinotérreo. Elemento del grupo IIA (2) de la tabla periódica.
Grupo. Los miembros de una columna vertical en la tabla periódica.
Hadrones. Tipo de partículas subatómicas pesadas.
Hertz. Unidad de frecuencia igual a un ciclo por segundo.
Hidrácidos. Sustancias que resultan de la combinación del hidrógeno con un no metal.
Metaloide. Elemento que posee propiedades características de los
metales y de los no metales.
Molécula. Partícula neutra constituida por dos o más átomos unidos covalentemente.
Hidróxidos. Se producen al reaccionar los óxidos metálicos con el
agua o el metal con agua.
Naturaleza dual onda-partícula. Propiedad que consiste en que
las partículas se comportan como ondas y las ondas como par­
tículas.
Hidruro. Compuesto que resulta al combinarse un metal con el
hidrógeno.
Neutrino. Una partícula neutra que complementa el balance de
energía.
Higroscópico. Que absorbe agua del aire.
Neutrón. Partícula sin carga que se encuentra en los núcleos de los
átomos, que tiene una masa aproximadamente igual a la del protón.
Hipótesis de Louis de Broglie. Las partículas pueden tener propiedades de ondas.
Ion. Partícula cargada eléctricamente.
Isótopos. Dos o más átomos de un elemento que tienen el mismo
número de protones, pero diferente número de neutrones.
Lantánido. Elemento cuyo electrón de más alta energía se encuentra en el subnivel 4f.
Leptones. Clase de partículas subatómicas livianas.
Nivel energético. Cantidad específica de energía o grupo de
energías que pueden poseer los electrones de un átomo.
Nube electrónica. Espacio ocupado efectivamente por un electrón en un átomo.
Nucleón. Partícula que se encuentra en el núcleo de un átomo. Un
protón o un neutrón.
Número atómico. Número de protones en el núcleo de un
átomo.
269
Glosario
Número cuántico. Número que describe una de las propiedades
de un electrón en un átomo.
Número cuántico principal. Valor de “n” en la ecuación de
Schröedinger.
Número de masa. Número de nucleones en un átomo (protones
más neutrones).
Número de oxidación. La carga de un átomo luego de asignar
los electrones en el compuesto, según las reglas ya establecidas.
Orbital. Espacio que pueden ocupar 1 o 2 electrones que estén en
el mismo nivel y subnivel energético y con igual orientación espacial.
Oxiácidos. Compuestos que contienen en su molécula el hidrógeno, un no metal y el oxígeno.
Óxidos metálicos. Sustancias que resultan de la combinación
del oxígeno con los metales. Son óxidos básicos.
Óxidos no metálicos. También son llamados anhídridos. Se obtienen al combinar un no metal con el oxígeno.
Oxisales. Compuestos que contienen en su molécula un metal, un
no metal y el oxígeno.
Partícula alfa. Núcleo de helio cargado positivamente.
Partícula beta. Partícula nuclear con carga (–) general.
Periodo. Una fila horizontal de la tabla periódica.
Polaridad. Distribución asimétrica de la carga.
Puente de hidrógeno. Interacción dipolo-dipolo excepcionalmente fuerte debida a la región intensamente positiva en las
moléculas donde el hidrógeno está enlazado a un átomo muy electroatrayente (N, O, F).
Quark. Partícula teórica que se cree que es un constituyente del
hadrón.
Reacción química. Un cambio químico.
Reactivo. Una sustancia que sufre un cambio químico.
Radio atómico. El radio de un átomo sin considerar los átomos
circundantes.
Rayos catódicos. Haz de electrones en un tubo de descargas de
gas.
Rayos gamma. Emisiones de energía que poseen una frecuencia
muy alta y una longitud de onda muy pequeña.
Regla del octeto. Tendencia de los átomos a reaccionar de forma
que adquieren ocho electrones en su capa exterior. La última capa
del helio se completa con dos.
Sales ácidas. Compuestos que se obtienen al reaccionar un ácido
fuerte con una base débil.
Sales binarias. Compuestos que resultan al unir un metal con un
no metal.
Serie de los actínidos. Los 14 elementos que comienzan con el
actinio, de los cuales, la regla diagonal predice que el electrón de
más alta energía está en subnivel 5f.
Positrón. Partícula subatómica idéntica a un electrón, excepto que
posee una carga positiva.
Subnivel. Subdivisión de un nivel energético.
Precipitado. Sólido que se produce en una reacción que se lleva a
cabo en disolución.
Tabla periódica. Arreglo gráfico de los elementos basado en sus
configuraciones electrónicas.
Primera energía de ionización. La energía necesaria para remover el electrón más levemente unido a un átomo.
Teoría atómica. Conjunto de conocimientos relacionados con la
existencia de los átomos y sus estructuras.
Producto. Sustancia resultante de la combinación o descomposición de otras.
Unidad de masa atómica. Doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12.
Protón. Partícula positiva que se encuentra en el núcleo y tiene
una masa de aproximadamente una unidad de masa atómica.
Valencia. La carga eléctrica de un átomo según el grupo al que
pertenece en la tabla periódica.
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Grupo Editorial Patria®
Bibliografía
Bettelheim, Frederick, et. al. Introduction to General, Organic and Biochemistry, Eight Edition. Edit Thomson. usa,
2007.
Chang, Raymond, Química, 7a Español México. Ed. McGraw-Hill. México, 2002.
Dalmau, J.F., M. Pérez, J. Satoca, Química 1, Bachillerato, Edit. Anaya, 2003.
Garritz, A., Tú y la química, México. Pearson Educación, 2001.
Hein, M., Fundamentos de química, 12a Ed. Cengag. México, 2009.
Ramírez, R. Victor, Química I y II, Grupo Editorial Patria, 1a Reimpresión. México, 2007.
Ramírez, R. Victor, Química II, 1a. Edición. Edit. Publicaciones Cultural. México, 2005.
Ramírez, R. Victor, Química general, 1a Ed. Grupo Editorial Patria, México, 2011.
271
Direcciones electrónicas
http://www.caminantes.metropologlobal.com/web/quimica/esteq.htlm
http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/iescobedo/lab03.html
http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/defcap.lhtlmmateria
http://www.csu.edu.au/education/library.htlm
http://www.Ralaxy.einet.net/galaxy/community/education.htlm
http://www.yahoo.com/education
http://wwwspacelink.mscf.nasa.Rov
http://jchermed.chem.wise.edu.
www.fquim.unam.mx/eq/
http://www.campus-oei.org/salactsi
http://www.carnpus-oei-orfi/ revista
http://www.eneq.edu.mx
http://www.recursosacademicosenlinea-gep.com.mx
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DGB
Víctor Manuel Ramírez Regalado
Serie integral
por competencias
Ramírez
Química 1
C
M
Y
CM
CY
CMY
K
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Serie, saben que cuenta con numerosas y bien diseñadas
secciones que facilitan la comprensión de los temas, el aprendizaje y la labor docente.
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• Situaciones y secuencias didácticas
• Lecturas
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está diseñada para facilitar el aprendizaje. Se trata de un
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través de video, audio, documentos, bancos de exámenes y
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Química 1
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Esta obra forma parte de la Serie Integral por competencias, que
Grupo Editorial Patria ha creado con la colaboración de expertos
pedagogos para cumplir con los objetivos marcados en los
planes de estudios de la Dirección General de Bachillerato
(DGB) de la Secretaría de Educación Pública (SEP). Nuestros
autores, que cuentan con gran experiencia docente y una
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desarrollo de estos libros, así como en los materiales de apoyo y
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