Química 2

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DGB
Víctor Manuel Ramírez Regalado
Serie integral
por competencias
Ramírez
Química 2
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 2
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
3
978-607-744-389-6
2
Sistema
aprendizaje
de apren
en línea
DGB
Ciencias de la
Vargas Palacios
SALUD 1
Ciencias de la SALUD 1
Ciencias de la
SALUD
Armando Vargas Domínguez Patricia Palacios Álvarez
Serie integral
por competencias
1:33
1
Química 2
Serie integral por competencias
Víctor Manuel Martínez Regalado
segunda edición ebook 2016
Contacto Patria
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Renacimiento # 180,
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Azcapotzalco, 02400,
Ciudad de México
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Grupo Editorial Patria®
División Bachillerato, Universitario y Profesional
Dirección editorial: Javier Enrique Callejas
Coordinación editorial: Alma Sámano Castillo
Diseño de interiores y portada: Juan Bernardo Rosado Solís
Supervisión de producción editorial: Miguel Ángel Morales Verdugo
Diagramación: Perla Alejandra López Romo
Fotografías: Thinkstock
Ilustraciones: Carlos Enrique León Chávez
Química 2
Serie integral por competencias
Derechos reservados:
©2014, 2016, Víctor Manuel Ramírez Regalado
©2014, 2016, Grupo Editorial Patria, S.A. de C.V.
ISBN ebook: 978-607-744-481-7 (Segunda edición)
ISBN ebook: 978-607-744-007-9 (Primera edición)
Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca,
Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, Ciudad de México
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Registro núm. 43
Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en
cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor.
Impreso en México / Printed in Mexico
Primera edición ebook: 2014
Segunda edición ebook: 2016
fax pedidos:
5354 9109
(0155) 5354 9102
Grupo Editorial Patria®
Contenido
BLOQUE
1
BLOQUE
2
BLOQUE
3
Introducción a la asignatura de tu libro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
Competencias genéricas del Bachillerato General . . . . . . . . . . . . VI
Competencias disciplinares básicas del campo de Ciencias
Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
Las secciones de la serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII
1.1 Mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Leyes ponderales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ley de Lavoisier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ley de Proust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ley de Dalton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ley de Richter-Wenzel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Implicaciones ecológicas, industriales y económicas
de los cálculos estequiométricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
13
14
17
19
20
45
Actúas para disminuir
la contaminación del aire,
del agua y del suelo
2.1 Contaminación del aire, del agua y del suelo . . . . . . . . . .
2.2 Origen: Contaminantes antropogénicos primarios
y secundarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reacciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Contaminantes del agua de uso industrial y urbano. . . . .
2.3 Inversión térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Esmog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Lluvia ácida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Comprendes la utilidad
de los sistemas dispersos
3.1 Clasificación de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mezclas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Sistemas dispersos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Disoluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Coloides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Suspensiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Métodos de separación de mezclas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Unidades de concentración de los sistemas
dispersos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Porcentaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Molar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Normalidad (N) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Ácidos y bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
90
91
93
98
99
103
109
113
Aplicas la noción de mol
en la cuantificación de procesos
químicos de tu entorno
25
57
60
62
65
66
74
121
125
127
129
130
III
Contenido
BLOQUE
4
BLOQUE
5
Valoras la importancia
de los compuestos
del carbono en tu vida diaria
y entorno
Identificas la importancia
de las macromoléculas
naturales y sintéticas
4.1 Configuración electrónica y geometría molecular
del carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Tipos de cadena e isomería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Características, propiedades físicas y nomenclatura
general de los compuestos orgánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos,
aromáticos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Alcoholes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aldehídos y cetonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ácidos carboxílicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Éster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Amidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Importancia ecológica y económica
de los compuestos del carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Macromoléculas, polímeros y monómeros. . . . . . . . . . . .
5.2 Macromoléculas naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Carbohidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lípidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ácidos nucleicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Macromoléculas sintéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polímeros de adición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polímeros de condensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
152
160
168
168
188
192
193
196
197
198
201
218
218
218
222
225
231
231
231
233
234
Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Direcciones electrónicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
IV
Grupo Editorial Patria®
Introducción
a la asignatura y a tu libro
Química 2
Víctor Manuel Ramírez Regalado
Química 2 en su tercera edición pertenece a la Serie Integral por competencias de Grupo Editorial Patria y está completamente apegado a los contenidos correspondientes a la asignatura del bachillerato general. Pertenece al campo de conocimiento
de las ciencias experimentales. Además se ha realizado con base en un innovador diseño a todo color que facilita la lectura,
permite la rápida identificación de los temas de estudio, su localización inmediata y el uso óptimo de información de apoyo.
Esta nueva edición contiene una nueva estructura que incluye, entre otros, instrumentos de evaluación más amplios; coevaluación y lista de cotejo sobre actividades a realizar.
El estudio de la química es fundamental para el ser humano, ya que se aplica en todo lo que le rodea. Por ello, en Química 2 se
pretende que el estudiante conozca y comprenda los fenómenos químicos y utilice su creatividad en la búsqueda de la conservación o mejoramiento de nuestro entorno.
Este libro se ha organizado de acuerdo con el enfoque pedagógico actual por competencias, que busca la participación activa
del alumno en la construcción de nuevos conocimientos, propiciando la observación, la reflexión y la experimentación.
Se encontrarán las competencias genéricas y disciplinares relativas a Química 2 integradas en cinco bloques de aprendizaje,
que buscan desarrollar unidades de competencia específicas, con el objeto de facilitar la formulación y/o resolución de situaciones o problemas de manera integral en cada uno, y de garantizar el desarrollo gradual y sucesivo de distintos conocimientos, habilidades, valores y actitudes, en el estudiante.
En el Bloque 1 se reconoce la importancia del concepto de mol y se aplica en la cuantificación de los procesos químicos; en
el Bloque 2 se da una importancia fundamental en la preservación del medio ambiente, abatir los altos índices de contaminación del aire, del agua y del suelo, mediante una serie de reflexiones y medidas tendientes a conservar y promover de manera
definitiva el desarrollo sustentable, que nos permita tener una alta calidad de vida; en el Bloque 3 se comprende la utilidad de
los sistemas dispersos, ya que en la vida cotidiana entramos en contacto diariamente con muchos de ellos, por lo cual se hace
indispensable tener presentes sus propiedades y características fundamentales para manejarlos adecuadamente; en el Bloque
4 se da una amplia concepción y valoración de las propiedades de los compuestos derivados del carbono, fundamentalmente
de los hidrocarburos y los principales grupos funcionales, destacando su impacto en el desarrollo económico y social de
nuestro país; y, por último, en el Bloque 5 se identifica la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas, poniendo
un énfasis especial en el cuidado del medio ambiente y el desarrollo sustentable.
Es importante destacar que la asignatura de Química 2 contribuye ampliamente al desarrollo de las competencias genéricas
que conforman el perfil de egreso del bachiller, cuando se autodetermina y cuida de sí, por ejemplo, al enfrentar las dificultades que se le presentan al resolver un problema y es capaz de tomar decisiones ejerciendo el análisis crítico; se expresa y comunica utilizando distintas formas de representación gráfica (símbolos químicos, reacciones químicas, etcétera) o incluso
cuando emplea el lenguaje ordinario, u otros medios (ensayos, reportes de actividades experimentales) e instrumentos (calculadoras, computadoras) para exponer sus ideas; piensa crítica y reflexivamente al construir hipótesis; diseña y aplica modelos
teóricos, evalúa argumentos o elige fuentes de información para analizar o resolver situaciones y problemas de su entorno;
aprende de forma autónoma cuando revisa sus procesos de construcción del conocimiento (aciertos, errores) o los relaciona
con su vida cotidiana; trabaja en forma colaborativa al aportar puntos de vista distintos o proponer formas alternas de solucionar
un problema; participa con responsabilidad en la sociedad al utilizar sus conocimientos en la solución de diversos problemas
considerando el cuidado del medio ambiente y el desarrollo sustentable.
Víctor Manuel Ramírez Regalado
V
Competencias genéricas del Bachillerato General
Competencias genéricas del Bachillerato General
Las competencias genéricas son aquellas que todos los bachilleres
deben estar en la 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 convi-
vencia adecuada en sus ámbitos social, profesional, familiar, etc.,
por lo anterior estas competencias construyen el Perfil del Egresado del Sistema Nacional de Bachillerato.
A continuación se enlistan las competencias genéricas:
1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.
2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.
3. Elige y practica estilos de vida saludables.
4. 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.
7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.
8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.
9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.
10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.
11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.
VI
Grupo Editorial Patria®
Competencias disciplinares básicas
del campo de Ciencias Experimentales
Competencias disciplinares básicas
Bloques de aprendizaje
1
2
1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales
específicos.
3
4
X
2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo
consideraciones éticas.
X
X
5
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
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
9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.
X
X
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
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.
11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e
impacto ambiental.
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.
X
X
X
X
X
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
X
X
VII
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
20 horas
Aplicas la noción de mol
en la cuantificación de procesos
químicos de tu entorno
Objetos de
aprendizaje
1.1 Mol
1.2 Leyes ponderales:
– Ley de Lavoisier
– Ley de Proust
– Ley de Dalton
– Ley de Richter-Wenzel
1.3 Implicaciones
ecológicas,
industriales y
económicas
de los cálculos
estequiométricos
Competencias a desarrollar
n
n
De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula
preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para
responderlas.
Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener,
registrar y sistematizar información para responder preguntas de carácter
científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos
pertinentes.
n
n
n
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista
con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.
Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del
conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de
problemas cotidianos.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo
que los fenómenos que se desarrollen en los ámbitos local, nacional e
internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro de la izquierda.
Parte de la química que estudia las relaciones de masa en las reacciones químicas:
a) Termodinámica
b) Cinética química
c) Estequiometría
d) Equilibrio químico
El enunciado “cuando dos o más elementos se unen para formar un mismo
compuesto, lo hacen siempre en una relación ponderal constante”, se refiere
a la ley de:
a) Proust
b) Dalton
c) Lavoisier
d) Richter
En el fosfato de calcio (Ca3(PO4)2), el porcentaje en peso del fósforo es de:
a) 44.8%
b) 20.0%
c) 36%
d) 68.4%
El valor 6.023 3 1023 corresponde al número de:
a) Charles
b) Avogadro
c) Boyle
d) Gay-Lussac
Un compuesto contiene 36.5% de Na, 0.8% de H, 24.6% de P y 38.1% de O.
La fórmula más simple del compuesto es:
a) Na2HPO3
b) NaH2PO4
c) NaPO3 • H2O
d) Na2P2O3 • 5H2O
En la reacción SO2 1 O2
SO3 se utilizan 16 g de SO2 y se producen 20 g
de SO3. ¿Cuántos gramos de oxígeno se necesitan en la reacción?
a) 32 g
b) 8 g
c) 4 g
d) 64 g
¿Cuántas moles hay en 100 g del compuesto CO(NH2)2?
a) 3.01
b) 1.66
c) 2.37
d) 1.67
Es un contaminante en el aire:
b) N2
a) O2
d) H2O
c) CO
En la reacción C2H4 1 O2
C2H4O se obtienen 180 g de óxido de etileno a
partir de 120 g de eteno (C2H4). ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción?
a) 73.5%
b) 99.7%
c) 80.6%
d) 95.5%
n
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.
Desempeños por alcanzar
n
n
n
Aplica el concepto de mol al interpretar reacciones que se realizan
en diferentes ámbitos de su vida cotidiana y en la industria.
Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes
ponderales.
Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos
que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Situación didáctica
¿Cómo identificas el reactivo limitante
de una reacción química?
Para contestar esta pregunta es necesario presentar un ejemplo
cotidiano.
Para hornear un pastel tenemos la siguiente receta:
¿Cómo lo resolverías?
(dos tazas de harina por pastel), 6 huevos para 3 pasteles (dos huevos
por pastel) y hay azúcar suficiente para 9 pasteles (una por pastel).
Las existencias de polvo de hornear, agua y aceite alcanzan para 10
pasteles (confírmalo con la receta). No obstante, no podemos hacer
7, 9 o 10 pasteles con los ingredientes disponibles. ¿Por qué?
Comparando la receta propuesta con la existencia en la despensa
tenemos el siguiente cuadro comparativo:
2 tazas de harina
2 huevos
1 taza de azúcar
1 ½ cucharadas de polvo de hornear
1 taza de agua
1/3 de taza de aceite
Suponiendo que en la cocina tenemos únicamente 16 tazas de hari­
na, 6 huevos, 9 tazas de azúcar, 15 cucharadas de polvo de hornear,
10 tazas de agua y 3 1/3 tazas de aceite, ¿cuántos pasteles podemos
hornear?
Al comparar lo que tenemos en la despensa de la cocina con la receta
propuesta, tenemos que: 16 tazas de harina alcanzan para 8 pasteles
Tenemos sólo seis huevos, que son apenas suficientes para hacer
tres pasteles. La existencia de huevos limita el número de pasteles
que podemos hacer. Las cantidades que sobran de los otros reacti­
vos (harina, azúcar, polvo de hornear, agua, aceite) simplemente se
quedan sin usar. Si queremos hornear más pasteles tendremos que
comprar más huevos.
En términos químicos, en nuestro ejemplo de elaboración de pas­
teles los huevos serían el reactivo limitante. El reactivo limitante es
la sustancia de partida que se agota primero cuando ocurre una re­
acción química, y controla la cantidad de producto que puede for­
marse.
Cantidad
de la receta
Materia prima
o ingredientes
Existencia
en despensa
Número de pasteles
que se formarían
2
Tazas de harina
16
8
2
Huevos
6
3
1
Taza de azúcar
9
9
1 1/2
Cucharada de polvo de hornear
15
10
1
Taza de agua
10
10
/
Taza de aceite
3 1/3
10
1 3
Forman 1 pastel
Secuencia didáctica
¿Qué tienes que hacer?
A continuación se listan una serie de acciones que debes seguir para contestar la pregunta central. Es importante que reflexiones, seas claro y
objetivo a fin de que la información que obtuviste sea útil al reconocer tus debilidades para superarlas y tus fortalezas para lograr los objetivos
planteados.
1. Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus
respuestas en plenaria y analicen las formas de resolver los
ejercicios anteriores.
2. Diseña otro ejemplo semejante al de la situación didáctica de
los pasteles, pero suponiendo que se cuenta con 26 huevos.
3. ¿Cuántos pasteles pueden hornearse si los demás ingredientes
están presentes en las mismas cantidades?
4
4. ¿Cuál es el ingrediente que limita el número de pasteles que se
pueden hornear? ¿Es decir, cuál es el reactivo limitante?
5. Elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus re­
flexiones sobre el concepto de reactivo limitante.
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, resuelve el siguiente problema cotidiano:
Un restaurante prepara almuerzos para llevar. Cada paquete com­
pleto requiere: 1 sandwich, 3 pepinillos, 2 servilletas de papel, 1 en­
vase de leche y 1 recipiente. El inventario para hoy es: 60 sandwiches,
102 pepinillos, 38 servilletas, 41 envases de leche y 66 recipientes.
a)Al preparar los almuerzos para llevar, ¿qué componente se
agotará primero?
b) ¿Qué componente es el reactivo limitante?
c) ¿Cuántos almuerzos completos es posible preparar?
Instrucciones:
Con la orientación del maestro organicen un debate sobre la impor­
tancia de conocer el reactivo limitante de una reacción química.
Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus res­
puestas en plenaria y analicen el punto central de esta situación di­
dáctica.
Autoevaluación
1. ¿Leí todo el contenido del bloque?
2. ¿Puedo resolver la problemática que se me presente en un pro­
blema químico diferente, respecto al tema de reactivo limitante?
3. Establezco las conclusiones correspondientes y elaboro un
reporte en donde expreso de manera clara y objetiva mis re­
flexiones sobre esta actividad.
Portafolio de evidencias
Pasos para hacer el portafolio de evidencias
1.En una computadora crea una carpeta con el nombre Química2.
2.Crea un archivo en un procesador de textos con tu nombre_Química2.
3.Crea dentro de la carpeta Química2 otra carpeta con tu nombre_Bloque1.
4.Dentro de la carpeta Bloque1 guarda las evidencias que indique tu profesor.
5.Envía los archivos por correo electrónico a tu profesor.
5
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
1.1 Mol
En el laboratorio no es posible trabajar con partículas químicas individuales, por lo que se hizo necesario
establecer una unidad que permitiera
relacionar la masa de cualquier sustancia con su número real de partículas. Así para establecer esa relación se
emplea el mol, que es una unidad básica
del Sistema Internacional, donde se defi­ Figura 1.1
Un montón de lápices.
ne como la cantidad de sustancia de
un sistema que contiene tanto entidades elementales como átomos
en 0.012 kg de carbono 12. Así, al usar el mol debemos especificar
las entidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones,
electrones u otras partículas o grupos específicos de tales partículas.
El término mol proviene del latín y significa pila o montón, por
lo que, en términos comunes, se puede decir que un mol es un
montón de partículas (u, unidades correspondientes). Numéri­
camente, un mol se determina así: 1 g 5 6.023 3 1023.
Por razones históricas, este factor de conversión entre unidades recibe el nombre de número de Avogadro y se representa
por NA:
NA 5 6.023 3 1023 partículas
1 mol de átomos 5 6.023 × 1023 átomos
1 mol de moléculas = 6.023 × 1023 moléculas
1 mol de electrones = 6.023 × 1023 electrones
Es decir, un mol de cualquier sustancia equivale a su masa molecular expresada en gramos. Equivale a 6.023 × 1023 moléculas. Es
más común utilizar el concepto mol en lugar de peso molecu­
lar gramo.
Volumen molecular gramo. Se define como el volumen que ocupa
un mol de cualquier gas a 0 °C y 1 atmósfera, o en otras palabras, un
volumen que es igual a 22.4 litros.
Ejemplo
1 mol de H2 = 2 g = 6.023 × 1023 moléculas = 22.4 L
2 moles de H2 = 4 g = 12.046 × 1023 moléculas = 44.8 L
Para tu reflexión
¿Por qué las ollas se llenan de sarro?
El agua que obtenemos de la llave rara vez es pura. Las compañías que
suministran este líquido le agregan sustancias químicas cuando le dan
tratamiento. El agua misma disuelve, sobre todo, los sulfatos y carbo­
natos de calcio o magnesio presentes en el suelo. Estas sustancias
salinas son las que hacen que el agua dura forme sarro en ollas, plan­
chas de vapor, tuberías de agua caliente y alrededor de los orificios de
las regaderas.
Cuando pones a hervir agua en una olla, parte de las sales de magne­
sio y calcio que contiene esa agua se cristalizan en las áreas más ca­
lientes del recipiente y se adhieren al metal. Esto sucede porque las
sales que contiene el agua se concentran conforme ésta se evapora. Si
llenas la olla al máximo, agregas mayor cantidad de sustancias salinas
y el agua se satura de sales cristalizables. Por esta razón, al llenar fre­
cuentemente una olla con agua y hervirla una y otra vez, se forma una
gruesa capa de óxido en su interior.
Unidades químicas
Átomo-gramo. Se define como el peso atómico o masa atómica de
un elemento expresada en gramos.
Ejemplo
Un átomo gramo de sodio (Na) pesa 23 g y contiene 6.023 × 1023
átomos de sodio. Un átomo gramo de carbono pesa 12 g y contie­
ne 6.023 × 1023 átomos de carbono.
Molécula-gramo. Se define como el peso molecular de una sustancia (elemento o compuesto) expresado en gramos.
Ejemplo
Un mol de monóxido de carbono (CO) pesa 28 g y contiene 6.023
× 1023 moléculas del mismo. Un mol de agua (H2O) pesa 18 g y
contiene 6.023 × 1023 moléculas del mismo. Un mol de azufre (S)
pesa 32 g y contiene 6.023 × 1023 átomos del mismo.
Figura 1.2
Número de Avogrado
(NA = 6.023 × 1023).
6
Técnicas matemáticas
Figura 1.3
Equivalencia mol/gramo de un átomo de carbono.
Las operaciones matemáticas utilizadas en los cálculos químicos
emplean masas molares para establecer relaciones entre masa y
Grupo Editorial Patria®
moles, y relaciones molares para ecuaciones en que intervienen va­
rias especies. Como una analogía a los problemas de estequiome­
tría consideremos la siguiente relación: el peso promedio de una
gallina es de 2.250 kg.
2.250 kg / 1 gallina
Esta relación se puede usar como un factor para contar gallinas con
base en su peso. ¿Cuántas gallinas hay en 45 kg? Empleando el peso
de una gallina como factor de conversión tenemos:
(
)
1 gallina
= 20 gallinas
2.250 kg
Considerando la “fórmula” para una gallina, deducimos que hay
dos patas por cada ave.
(45 kg)
2 patas
1 gallina
Esta relación nos sirve para calcular, por ejemplo, cuántas patas hay
en 45 kg de gallinas. Primero se usa el peso para hallar el número de
gallinas y después la relación para encontrar el número de patas.
(
)(
)
1 gallina 2 patas
= 40 patas
(45 kg)
2.250 kg 1 gallina
Y podemos averiguar más. Por ejemplo, si conocemos el peso pro­
medio de una pata, podemos determinar el peso de cierto número
de patas dado un peso de gallinas. Suponiendo que una pata pesa
0.200 kg, entonces:
0.200 kg
1 pata
Si usamos esta relación junto con los factores mencionados ante­
riormente, podemos convertir el peso de las gallinas en peso de
patas. ¿Cuántos kilogramos de patas hay en 45 kilogramos de galli­
nas? Primero calculamos el número de gallinas, después el número
de patas, y finalmente el peso de las patas.
(
)(
)(
)
1 gallina
2 patas
0.200 kg
= 8.0 kg
2.250 kg
1 gallina
1 pata
Este tipo de razonamientos se siguen en el cálculo estequiométri­
co, excepto que se trabaja con masas y moles, no con gallinas.
(45 kg de gallina)
Para tu reflexión
¿Por qué el detergente blanquea
más la ropa blanca?
Con el tiempo, la mayoría de las telas blancas adquieren un tono ama­
rillento. Para combatir este proceso natural, muchos detergentes con­
tienen lo que los fabricantes llaman blanqueadores ópticos y químicos.
Los blanqueadores ópticos, que se conocen como abrillantadores de
telas, absorben la luz ultravioleta invisible y emiten luz azul visible. Esto
contrarresta cualquier tono amarillento de la tela y la vuelve blanca.
Durante el día, la luz que emiten las telas tratadas con blanqueadores
ópticos tienen un aspecto más brillante, y por la noche, en una habita­
ción iluminada sólo con luz ultravioleta, el blanqueador óptico hace que
las prendas resplandezcan levemente y evoquen el efecto sutil de una
escena de teatro negro.
Por otra parte, los blanqueadores químicos quitan las manchas y abri­
llantan el color de las telas blancas. Estos blanqueadores adicionan
oxígeno o cloro a las sustancias limpiadoras (blanqueador oxidante), o
bien, quitan el oxígeno directamente a las manchas (blanqueador re­
ductor). Así, esta reacción química convierte los agentes colorantes,
que ensucian, en sustancias incoloras. Los detergentes con blanquea­
dores químicos suelen tener la cantidad adecuada de sustancias para
quitar las manchas y no decolorar el resto de la prenda.
Masas atómicas
de los elementos
¿Es lo mismo decir masa ató­
mica que peso atómico? ¿Có­
mo puedes pesar un átomo si
no lo puedes tocar o ver?
¿Cómo calculó Dalton las
masas atómicas de los ele­
mentos? ¿Qué significa uma?
¿Por qué se le asignó al hidró­
geno una masa atómica con Figura 1.4
masa atómica se define como la
valor 1? ¿Quién inventó el La
cantidad de materia contenida en los
primer espectrógrafo de ma­ átomos de los elementos.
sas en 1919? ¿Cuál es la uni­
dad química que se define
como “un montón de sustancias”? ¿A cuántos átomos equivale un
mol? ¿Cuánto pesan las moléculas? ¿Para qué sirve la masa molar de
un elemento? ¿Será lo mismo decir masa molecular que masa molar
de una sustancia? ¿Cómo se calcula la masa molar de un compuesto
químico? ¿Qué unidades se utilizan para medir la masa molar?
Masas atómicas relativas
La masa o el peso de la mayoría de los objetos se mide tomando
como unidad el kilogramo. Así las cantidades que resultan de esta me­
dición son manejables, es decir no son muy grandes ni muy pequeñas.
Pero, ¿cómo utilizar el kilogramo para pesar cosas tan minúsculas
como los átomos? Resultarían cifras extraordinariamente pequeñas.
John Dalton estableció en sus postulados que cada átomo tiene un
peso o masa propia y distinta a la de otros átomos. Para determinar
esa masa escogió en forma relativa al átomo más ligero, que resultó
ser el átomo de hidrógeno, y se le asignó el valor 1. Así, si un ele­
mento tiene una masa de 40, quiere decir que sus átomos poseen
7
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
una masa 40 veces mayor que la del átomo de hidrógeno. A este
concepto se le conoce apropiadamente como masa atómica relativa, aunque de manera usual se le llama peso atómico.
Partiendo de lo anterior, Dalton estableció una tabla de masas atómi­
cas que incluía a la mayor parte de los elementos entonces conoci­
dos. En esta tabla, la masa atómica del hidrógeno era 1; la del
nitrógeno, 5; la del carbono, 5.4; la del oxígeno, 7; la del fósforo, 9; la
del azufre, 13; la del magnesio, 20; la del hierro, 50; la del oro, 190, etc.
Sin embargo, Dalton cometió un error fundamental al determinar
tales valores: supuso, en más casos de los debidos, que los átomos se
combinaban en la proporción 1 a 1. A pesar de esto, la tabla de Dalton
constituyó la base para designar la masa atómica de los elementos.
Sólo muchos años después, en lugar de tomar como referencia al hi­
drógeno, se seleccionó al oxígeno para establecer las masas atómicas.
Actualmente, por razones de precisión, para determinar las masas
atómicas de los elementos se toma como base el carbono 12 (el
isótopo más abundante de carbono), al cual se le asigna un valor
exacto de 12. Esto quiere decir que la unidad corresponde a la do­
ceava parte de la masa de dicho átomo.
1
(de la masa del isótopo del carbono 12) = 1 uma
2
uma = (unidad de masa atómica)
Tomando este valor, el hidrógeno tiene entonces una masa atómica relativa (peso atómico) de 1.00797, es decir, casi igual a la que
se le asignó antiguamente.
Como ya se mencionó, el valor de la uma se define igual a la docea­
va (1/12) parte de la masa del isótopo 12 del átomo de carbono y
su valor equivale aproximadamente a la masa de un protón (o un
átomo) de hidrógeno.
Entonces, cuando se muestra un valor como masa atómica de un
elemento, ese número está indicando cuántas veces la masa de
un átomo de ese elemento es mayor que la unidad de masa atómi­
ca. Recordemos que por eso es masa atómica relativa, pues se rela­
ciona con una unidad uma.
Para aclarar por qué es “relativa”, debemos tomar en cuenta que
para cualquier medición que realizamos diariamente siempre con­
sideramos una unidad de referencia, por ejemplo, cuando medi­
mos el largo de una calle nuestra unidad de referencia es el metro.
Elemento
Masa atómica relativa (uma)
Carbono (C)
12
Magnesio (Mg)
24
Oxígeno (O)
16
Azufre (S)
32
De acuerdo con lo anterior, el oxígeno tiene una masa de 16 uma y,
por tanto, su masa es 1 1/3 veces mayor que la del carbono.
En la actualidad, los valores de las masas atómicas se determinan
por medio de un espectrómetro de masa o espectrógrafo de
masa, el cual fue inventado en 1919 por Francis William Aston
(1877-1945). Con este aparato se midieron los isótopos de los di­
versos elementos y se encontró que sólo hay 25 elementos puros y
los demás son mezclas de isótopos. Fue así como se supo que el
oxígeno tiene tres isótopos:
17
18
16
O
O
O
8
8
8
1
2
3
H
H
H
1
Protio
1
Deuterio
1
Tritio
Y que el hidrógeno tiene tres:
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual
número atómico (protones o electrones) pero diferente masa ató­
mica (neutrones).
Tomando en cuenta los isótopos de un elemento y el porcentaje
de su presencia en la naturaleza, se obtiene un promedio que repre­
senta su masa atómica. Por ejemplo, se encontró que el galio, en una
muestra de 100 g, contiene 60.108% de un isótopo con masa atómi­
ca de 68.9256 y 39.892% de otro isótopo con masa atómica de
70.9247.
A continuación se presenta la masa atómica relativa de algunos ele­
mentos.
8
Elemento
Masa atómica relativa (uma)
Hidrógeno (H)
1
Helio (He)
4
Litio (Li)
7
Berilio (Be)
9
Boro (B)
11
Figura 1.5
Manejo de isótopos. El estudio de los isótopos ha coadyuvado a mejorar la
salud humana.
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Masa molar de los elementos
Masa atómica del galio (Ga)
=
(60.108 × 68.9256) + (39.892 × 70.9247)
= 69.72 uma
100
De la misma forma se calculan las masas atómicas de los demás ele­
mentos con isótopos.
Masa molecular
¿Cuánto pesan las moléculas? Las moléculas están formadas por
dos o más átomos, por esta razón, el peso de una molécula es la
suma de los pesos de los átomos que la forman. A ese peso se le
llama peso molecular o masa molecular, que representa cuántas
veces es mayor la masa de una molécula de un compuesto que la
masa del átomo de hidrógeno.
La masa molecular se obtiene sumando las masas atómicas de los
átomos que integran una molécula. Para ello es necesario tomar en
cuenta la fórmula molecular, pues en ella se indica el número
de átomos que tienen los elementos que la constituyen.
Ejemplos
Calcular la masa molecular de los siguientes compuestos:
a) Agua (H2O)
Elemento
Número de átomos
Masa atómica
(aproximada)
H
2
×
1 = 2
O
1
×
16 = 16
Masa molecular del H2O = 18 uma
b) Cloruro de sodio (NaCl)
Elemento
Número de átomos
Masa atómica
Na
1
×
23 = 23.0
Cl
1
×
35.5 = 35.5
Masa molecular del NaCl = 58.5 uma
c) Ácido sulfúrico (H2SO4)
Elemento
Número de átomos
Masa atómica
H
2
×
1 = 2
S
1
×
32 = 32
O
4
×
16 = 64
Masa molecular del H2SO4 = 98 uma
d) Sulfato férrico [ Fe2(SO4)3]
Elemento
Número de átomos
Masa atómica
Fe
2
×
56 = 112
S
3
×
32 = 96
O
12
×
16 = 192
Masa molecular del [ Fe2(SO4)3] = 400 uma
Como mencionamos, los átomos de cualquier elemento son tan
pequeños que, en la práctica, resulta imposible medir su masa ató­
mica con una balanza. Por ello se usa el número de Avogadro
(6.023 × 1023), el cual nos permite determinar la equivalencia en­
tre la masa en gramos y la masa atómica de un átomo. Así obtene­
mos un mol y, por tanto, la masa de un mol o masa molar. Como
esta masa es numéricamente igual a la masa atómica del elemento,
pero expresada en gramos, es posible determinarla por medio de una
balanza. Ejemplos:
Elemento
Masa atómica
Número
de moles
Masa molar
Sodio
23 uma
1
23 g
Azufre
32 uma
1
32 g
Hierro
56 uma
1
56 g
Zinc
65 uma
1
65 g
Para calcular la masa molar de un elemento es necesario conocer
su masa atómica, y para ello usamos la tabla periódica de los ele­
mentos, que estudiaste en el curso anterior. Como las masas atómi­
cas son números fraccionarios, para facilitar su manejo hay que
redondearlos al entero más próximo. Si el número está debajo
de 0.5 se redondea al inmediato inferior; si el número está arriba de
0.5 se redondea al inmediato superior.
Por ejemplo:
El silicio (Si) tiene una masa atómica de 28.09 uma y se aproxima a
28 g.
El galio (Ga) tiene una masa atómica de 69.72 uma y se aproxima a
70 g.
El cobre (Cu) tiene una masa atómica de 63.55 uma y se aproxima
a 63.5 g.
El cloro (Cl) tiene una masa atómica de 35.45 uma y se aproxima a
35.5 g.
Nota: Estos dos últimos elementos es conveniente dejarlos en .5
para evitar errores importantes en los cálculos, ya que están
muy próximos a la cantidad intermedia. Son los únicos dos
casos de este tipo en toda la tabla periódica.
Con estos datos podemos saber la cantidad en gramos de varios
moles. Para ello multiplicamos el valor de un mol por el número
de moles del elemento requerido. Ejemplos:
¿Cuál es el peso de 3 moles de sodio (Na)?
Como: 1 mol de Na = 23 g (véase dato en la tabla periódica)
(3 moles de Na)
(
)
23 g
= 69 g de Na
1 mol de Na
9
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
¿Cuántos moles hay en 34.5 g de sodio (Na)?
(34.5 g de Na)
(
)
1 mol de Na
= 1.5 moles de Na
23 g de Na
¿Cuántos moles de aluminio hay en 216 g de aluminio (Al)?
Como:
1 mol de aluminio = 27 g
(216 g de Al )
(
)
1 mol de Al
= 8 moles de Al
27 g de Al
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente cuadro con los datos que faltan. Utiliza la tabla periódica de los elementos.
Elemento
Símbolo
Masa atómica (aproximada)
Masa de un mol o masa molar
Número de moles
Nitrógeno
Titanio
Potasio
Plata
Plomo
Selenio
Masa de un mol de moléculas
La masa de un mol de moléculas se define como la masa molecular de esa medida expresada en gramos, equivalente a 6.023 × 1023 moléculas.
Ejemplo: un mol de cloruro de sodio (NaCl) pesa 58.5 g.
Na = (1 átomo) (23) = 23 g
Cl = (1 átomo) (35.5) = 35.5 g
1 mol = 58.5 g
23
1 mol de NaCl = 58.5 g = 6.023 × 10 moléculas de NaCl
Por tanto, la masa molecular del cloruro de sodio es igual a 58.5 uma, y la masa molar del cloruro de sodio es igual a 58.5 g.
Actividad de aprendizaje
Determina la masa molecular y la masa molar de los siguientes compuestos:
10
Elemento
Símbolo
Sulfato de cobre (II)
CuSO4
Carbonato de aluminio
Al2(CO3)3
Sacarosa
C12H22O11
Número de átomos 3
masa atómica
(aproximada)
Masa molecular
(uma)
Masa molar
(g)
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Volúmenes de combinación y moléculas
(ley de Avogadro)
Ley de las combinaciones volumétricas (Gay­Lussac­Humboldt)“En cualquier reacción química, los volúmenes de
las sustancias gaseosas que intervienen en ella, medidos en las mismas condiciones de temperatura y presión, guar­
dan entre sí una relación de números enteros sencillos”.
Conforme avanzó la ciencia química se estudió el volumen de las sustancias gaseosas en las reacciones químicas. En
1805 Joseph Louis Gay-Lussac (1778­1850), en colaboración con Alexander von Humboldt (1769-1859),
comprobó que al combinar 2 volúmenes de hidrógeno con 1 volumen de oxígeno se forman 2 volúmenes
de agua.
Figura 1.6
Joseph Louis Gay­Lussac.
+
2 volúmenes de hidrógeno
2 H2
+ 1 volumen de oxígeno
2 volúmenes de agua
=
1 O2
+
2 H2O
Relación 2:1:2
Posteriormente, en 1808, Gay­Lussac completó sus observaciones con otros gases:
+
1 volumen de hidrógeno +
1 H2
1 volumen de cloro
=
2 volúmenes de cloruro de hidrógeno
1Cl2
2 HCl
1 volumen de nitrógeno +
3 volúmenes de hidrógeno
=
1 N2
3 H2
+
Relación 1:1:2
+
+
2 volúmenes de amoniaco
2 NH3
Relación 1:3:2
Como vemos, estas reacciones muestran que la relación de los volúmenes es de números enteros y sencillos.
Ahora bien, la ley de Gay­Lussac se limita a describir los resultados de los experimentos de un modo resumido,
pero no los explica.
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente cuadro con los datos que faltan. Utiliza la tabla periódica de los elementos.
Elemento
Símbolo
Masa atómica
(aproximada)
Masa de un mol
o masa molar
Número de moles
Fósforo
Calcio
Oro
Mercurio
Arsénico
Uranio
11
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Actividad de aprendizaje
Determina la masa molecular y la masa molar de los siguientes compuestos:
Elemento
Símbolo
Sulfato de potasio
K2SO4
Carbonato de
calcio
CaCO3
Glucosa
C6H12O6
Número de átomos 3
masa atómica
(aproximada)
Masa molecular
(uma)
Masa molar
(g)
Actividad de aprendizaje
Realiza los cálculos correspondientes y completa el siguiente cuadro.
Fórmula
Masa
H2
10 g
Br2
20 g
PH3
30 g
HCl
40 g
H2SO4
50 g
KOH
60 g
H2O
100 g
Masa molecular
Moles
Moléculas
Ley de Avogadro
“Bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, volúmenes iguales de gases dife­
rentes contienen el mismo número de moléculas”.
Si tenemos por separado 3 litros de oxígeno y 3 litros de hidrógeno, y los sometemos a
las mismas condiciones de temperatura y presión, el número de moles de cada muestra
de gas debe ser igual.
De acuerdo con Dalton, la combinación de hidrógeno y oxígeno se representa gráfica­
mente de la siguiente manera:
Figura 1.7
Se observan tres gases diferentes que tienen el
mismo número de moléculas.
12
+
1 molécula
de hidrógeno
+
1 molécula
de hidrógeno
+
1 molécula
de oxígeno
1 molécula
de agua
1 molécula
de agua
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Esto significa que el átomo de oxígeno tendría que partirse, lo cual no es posible, pues el mismo Dalton determinó que el átomo permanece indi­
visible en las reacciones químicas.
Con la ley de Avogadro esta contradicción se resolvió ya que se pudo confirmar que los gases se combinan en relaciones de números enteros.
Además, Avogadro especificó que las moléculas de los elementos gaseosos debían ser diatómicas (H2, O2, Cl2, etcétera).
Aunque como hemos visto, esta idea entraba en conflicto con las ideas de Dalton.
2 moléculas +
2
+
1 molécula
H2
+
1 molécula
1
2 moléculas
2
+
1 molécula
H2
+
1 molécula
O2
2 moléculas de agua
H2O
H2O
Como vemos, el oxígeno, como molécula diatómica, se puede dividir en dos átomos, lo cual permite obtener dos moléculas de agua.
Conversiones masa-mol-volumen molar
Conversión a moles y gramos
¿A cuántos moles equivalen 2.15 × 1023 moléculas de NH3? ¿Qué masa corresponde a este número de moléculas?
(
1 mol
(6.023) (1023 moléculas)
= 0.357 moles NH3
(2.15) (1023 moléculas)
(0.357 moles NH3)
Conversión a átomos
(
)
)
17 g NH3
= 6.0684 g NH3
1 mol NH3
¿Cuántos átomos hay en una muestra de 20 g de oro?
(
1 mol Au
197 g Au
(6.023)(1023 átomos de Au)
(20 g Au )
1 mol Au
= (0.6114) (1023 átomos de Au)
)(
)
1.2 Leyes ponderales
Las leyes ponderales son la base fundamental de la química cuantitativa, pues mediante
ellas podemos determinar los pesos y volúmenes de las sustancias que intervienen en
una reacción química. Estas leyes son cuatro:
Ley de la conservación de la masa o ley de Lavoisier
Ley de las proporciones constantes o ley de Proust
Ley de las proporciones múltiples o ley de Dalton
Ley de las proporciones recíprocas o equivalentes o ley de Richter­Wenzel
Dichas leyes fueron enunciadas, en su mayoría, antes de que se dispusiera de un modelo
atómico sobre la constitución de la materia.
Figura 1.8
El hombre transforma la materia para obtener
mejores productos.
13
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Figura 1.9
Conocer las técnicas utilizadas antiguamente
permitió que fuesen mejoradas hasta llegar a los
espectaculares adelantos tecnológicos de hoy.
La estequiometría es la parte de
la química que basada en las le­
yes ponderales nos permite cal­
cular la cantidad de cada una de
las sustancias que se obtendrán
en una reacción química. Este
cálculo es indispensable ya que
no es suficiente con saber cuáles
son los componentes de una sus­
tancia o de un producto para po­
der producirlo. Por ejemplo casi
toda la gente que fabrica los re­
frescos y la mayoría de los cos­
Figura 1.10
méticos desconoce las fórmulas
La estequiometría es de gran
de esos productos; saben qué
importancia para los químicos, ya
que permite obtener teóricamente el sustancias los componen, pero
rendimiento de una reacción.
no en qué cantidades. Pequeñas
alteraciones en esas fórmulas
pueden ocasionar grandes pérdidas o demandas legales contra las
empresas fabricantes. Por ello, conocer la composición de las sustan­
cias y calcular sus reacciones es una tarea fundamental de los quími­
cos.
La estequiometría y sus recursos son el cimiento de prácticamente
todos los procesos químicos y un apoyo para el trabajo de la mayo­
ría de los profesionales de la química. La estequiometría ayuda al
químico orgánico o inorgánico a calcular la eficiencia de una nueva
síntesis, al ingeniero químico a planear procesos más económicos y
efi­cientes y al bioquímico a entender las relaciones ponderales en
los procesos metabólicos.
matizar obsesivamente sus ex­
perimentos. En 1772, Lavoisier
logró comprar un diamante al
que luego convirtió en mo­
nóxido de carbono tras expo­
nerlo a un fuerte calentamiento.
También calentó diversos me­
tales en recipientes cerrados
con una cantidad limitada de
aire; así observó que una capa
de la superficie del metal se cal­
cinaba, y que el peso del me­
Figura 1.11
tal, el aire y el recipiente era
Antoine Laurent Lavoisier.
igual al peso del recipiente y el
metal con la superficie calcinada. Estos experimentos le permitie­
ron establecer dos conocimientos importantes: que en el aire exis­
te un gas llamado oxígeno (formador de óxidos), y la ley de la
conservación de la masa. Estableció que: “En un sistema sometido
a un cambio químico, la masa total de las sustancias que intervie­
nen permanece constante”. O en otras palabras: la masa de los reac­
tivos es igual a la masa de los productos.
Ejemplo
El hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua.
2 H2 1 O2
Reactivos
2 H2O
Producto
ReactivosProducto
4 átomos de hidrógeno
producen
2 átomos de oxígeno
4 átomos de hidrógeno
2 átomos de oxígeno
Como se tienen átomos en igual número y de la misma clase en ambos
lados de la ecuación, ésta queda balanceada.
Los coeficientes anteriores nos proporcionan la siguiente información:
2 moléculas de hidrógeno 1 1 molécula de oxígeno 5 2 moléculas
de agua.
2 moles de hidrógeno 1 1 mol de oxígeno 5 2 moles de agua.
2 3 6.023 3 1023 moléculas de hidrógeno 1 1 3 6.023 3 1023
moléculas de oxígeno 5 2 3 6.023 3 1023 moléculas de agua.
2 volúmenes de hidrógeno 1 1 volumen de oxígeno 5 2 volúmenes
de agua.
Ley de Lavoisier
2 3 2 g 1 1 3 32 g 5 2 × 18 g
Esta ley es fundamental para realizar cualquier cálculo en una reac­
ción química. Fue establecida por Antoine Laurent Lavoisier
(1743-1794), químico francés que se caracterizó por medir y siste­
4 g de hidrógeno 1 32 g de oxígeno 5 36 g de agua
14
36 g de reactivos 5 36 g de productos
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Reacciones químicas y estequiometría
Paso 4. Realiza el cálculo de acuerdo con lo planteado en este caso:
Las ecuaciones nos dan información cualitativa y cuantitativa. Cada
símbolo y cada fórmula en una ecuación representan una cantidad
específica de elementos y compuestos.
170
143.5
25
X
Las relaciones de masa entre los reactivos y los productos de una
reacción química son de gran interés para los científicos, pues per­
miten determinar qué cantidad de reactivos se necesita combinar, y
qué cantidad de producto se formará a partir de esos reac­tivos. Es
decir, con el estudio de las relaciones de masa podemos saber qué
cantidad de producto se formará con una cantidad específica de
reactivo.
(25 g)(143.5 g/mol)
= 21.10 g AgCl
170 g/mol
Otro ejemplo: ¿Cuántos gramos de Cu2S se producen cuando re­
accionan 10 g de CuCl?
Relación masa a masa
Paso 1. Balancea la ecuación:
Los coeficientes de una ecuación balanceada nos dan las cantida­
des relativas (en moles) de los reactivos y de los productos. Los
cálculos que se realizan para buscar las masas de las sustancias que
toman parte en una reacción se llaman problemas de masa a masa.
Por ejemplo:
Calcula los gramos de cloruro de plata (AgCl) que se obtienen a
partir de 25 g de nitrato de plata (AgNO3) con la siguiente reacción:
AgNO3 + NaCl
En este caso la ecuación ya está balanceada.
Paso 2. Calcula la masa molecular de las sustancias participantes
en el problema:
AgNO3
AgCl:
2 CuCl + H2S
Cu2S + HCl
?
Cu2S + 2HCl
Paso 2. Calcula la masa molecular de las sustancias participantes
en el problema:
Cu: 2 × 63.5 = 127
CuCl
Cl: 2 × 35.5 = 71
MM = 198 g/mol
Cu: 2 × 63.5 = 127
Cu2S
S: 1 × 32
= 32
MM = 159 g/mol
Ag: 1 × 108 = 108
Paso 3. Establece entre qué sustancias se está verificando el pro­
blema:
N: 1 × 14
= 14
O: 3 × 16
= 48
198 g/mol
CuCl + H2S
10 g
AgCl + NaNO3
Paso 1. Balancea la ecuación química.
X=
MM = 170 g/mol
Ag: 1 × 108 = 108
Cl: 1 × 35.5 = 35.5
2CuCl + H2S
Cu2S + 2HCl
10 g
?
Paso 4. Realiza el cálculo de acuerdo con lo planteado en este caso:
MM = 143.5 g/mol
Paso 3. Establece entre qué sustancias se está verificando el pro­
blema.
En este caso es entre el cloruro de plata (AgCl) y el nitrato de plata
(AgNO3).
159 g/mol
X=
198
159
10
X
10 × 159
= 8.030 g de Cu2S
198
170 g/mol
143.5 g/mol
Relación mol a mol
AgNO3 + NaCl
AgCl + NaNO3
25 g
?
Conocido el número de moles de una especie, encuentra el núme­
ro de moles correspondientes a otras especies.
15
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Ejemplo
Cuántos moles de hidrógeno se combinan con 0.276 moles de oxígeno
mediante la reacción:
2 H2 1 O2
X (moles)
Dada la masa de una especie, halla el volumen de otras especies ga­
seosas en condiciones específicas.
2 H2O
Ejemplo
0.276 moles
Solución:
Cuántos litros de oxígeno se necesitan para combinarse con 8.08 g de
hidrógeno a 25 °C y 780 mmHg en la reacción:
2 moles de H2
1 mol de O2
X moles de H2
0.276 moles de O2
X5
Relación masa a volumen
2 × 0.276
1
2 H2 1 O2
2 H2O
Para resolver este problema se recomienda efectuar las siguientes
conversiones:
5 0.552 moles de H2
g H2
moles H2
Relación masa a mol
moles O2
litros O2 TPN
Dada la masa de una especie, determina el número de moles
correspondiente a otras especies.
(8.08 g)
(
Ejemplo
(
)(
1 mol H2
2.02 g
298 K
273 K
)(
litros O2
1 mol O2
2 moles H2
760 mmHg
780 mmHg
)
)(
22.4 L
1 mol O2
)
5 47.6 L
Cuántos moles de hidrógeno se combinan con 16 g de oxígeno me­
diante la reacción:
2 H2 1 O2
2 H2O
n cantidad de sustancia
X (moles) 16 g
Solución:
Convertimos los gramos de oxígeno a moles:
Moles de oxígeno 5
16 g
m5n•M
V 5 Vm • n
N 5 n • Na
m
masa
V
volumen
N
número de
partículas
5 0.5 mol
32 g/mol
Por tanto:
2 moles de H2
1 mol de O2
X moles de H2
0.5 moles de O2
X5
(2) (0.5)
1
5 1 mol de H2
2 moles
de H2
Relación volumen a volumen
Conocido el volumen de una especie gaseosa en condiciones de­
terminadas, encuentra el volumen de otras especies gaseosas que
se encuentren en las mismas condiciones. Ejemplo: Mediante la
siguiente reacción, ¿cuántos litros de oxígeno, en condiciones nor­
males de temperatura y presión, se combinarán con 30 litros de
hidrógeno que están en las mismas condiciones?
2H2 + O2
(30 L H2 )
16
(
2H2O
1 L O2
2 L H2
)
= 15 L de O2
M52
V 5 22.4 L
Na 5 6.023 3 1023
m5232
v 5 22.4 3 2
N 5 2 3 6.023 3 1023
4g
44.8 L
(en condiciones normales,
273 K y 1 atm)
1.2 3 1024 móleculas
Figura 1.12
Mapa que muestra la relación entre las magnitudes masa, volumen, cantidad
de sustancia y número de partículas.
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Relación mol a volumen
Conocido el número de moles de una especie gaseosa en condicio­
nes definidas, encuentra el volumen de otras especies gaseosas que
se encuentren en las mismas condiciones.
Ejemplo
En la reacción: 2H2 1 O2
2H2O, 5 moles de hidrógeno gas
a TPN, ¿qué volumen de litros de agua en estado gaseoso se produci­
rán en las mismas condiciones de temperatura y presión?
En la reacción anterior 2 moles de H2 producen 2 moles de H2O, por
tanto, 5 moles de H2, producirán 5 moles de H2O.
(5 moles H2)
(
22.4 L H2
1 mol H2
(5 moles de H2O)
(
)(
1 mol H2O
22.4 L H2O
22.4 L
1 mol H2O
)
)
5 5 moles de H2O
5 112.0 L de H2O
Ley de Proust
Composición porcentual y su relación con
las fórmulas mínima y molecular
Joseph Proust (1754-1826) realizó
numerosos análisis para demostrar la
composición constante de las sustan­
cias químicas. En 1799, por ejemplo,
analizó muestras de carbonato de co­
bre provenientes de diversas fuentes
naturales y de la síntesis de labora­
torio, y encontró que todas ellas te­
nían la misma composición. Como
observó que esto sucedía con otras
Figura 1.13
sustancias,
Proust expresó sus con­
Joseph Louis Proust, químico
clusiones
más
o menos de la siguien­te
francés.
manera: Cuando dos o más elementos se
combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en la misma razón de masas.
Esta ley indica que la constitución de un compuesto es siempre la
misma y que, por tanto, el porcentaje o proporción en la que inter­
vienen los diferentes elementos es constante y característica de la
sustancia analizada. Así, por ejemplo, en la fórmula del agua:
H2O
Siempre se combinan 2 g de hidrógeno con 16 g de oxígeno para
obtener 18 g de agua. O también:
% de hidrógeno =
(
2 g de hidrógeno
18 g de agua
)
(100) = 11.11%
% de oxígeno =
(
)
16 g de oxígeno
(100) = 88.89%
18 g de agua
11.11% de hidrógeno + 88.89% de oxígeno = 100% de agua
Fórmula mínima
También se le denomina fórmula empírica y se define como
la más simple relación posible que existe entre los elementos o átomos que
forman un determinado compuesto o molécula.
Aplica lo que sabes
Determina la composición de cada uno de los elementos que forman
las siguientes sustancias:
H:
HNO3
N:
O:
H:
H2SO4
S:
O:
AlCl3
Al:
Cl:
Como para la determinación experimental de las fórmulas quími­
cas necesitamos contar con el análisis porcentual de la sustancia y
con el valor de su peso molecular, sugerimos el siguiente procedi­
miento para establecer la fórmula mínima:
Paso 1. Se determinan los átomos gramo de cada elemento pre­
sente:
% de A
Átomo gramo de A =
peso atómico de A
Átomo gramo de B =
% de B
peso atómico de B
% de C
peso atómico de C
Paso 2. De los cocientes obtenidos se toma el más pequeño como
común denominador.
Átomo gramo de C =
Paso 3. Si el resultado de la operación efectuada es fraccionario,
éste se aproximará al número inmediato superior cuando la frac­
ción sea mayor a 0.5, o al inmediatamente inferior cuando sea me­
nor a 0.5. Si alguno de los números contiene una fracción igual a
0.5, todos los números se multiplicarán por 2. Posteriormente se
procederá a aproximar.
Paso 4. Los números así obtenidos serán los subíndices de cada
elemento en la fórmula buscada o fórmula mínima.
17
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Ejemplo
Determina la fórmula mínima entre 0.72 g de magnesio (peso atómico 5 24) y 0.28 g de nitrógeno (peso atómico 5 14).
Elemento
Peso atómico
Peso (g)
Peso/Peso atómico
Relación
Subíndices
Mg
24
0.72
0.72/24 5 0.03
0.03/0.02 5 1.5
1.5 × 2 5 3
N
14
0.28
0.28/14 5 0.02 *
0.02/0.02 5 1
1×252
* Cociente mínimo
Fórmula mínima 5 Mg3N2
Nitruro de magnesio
Ejemplo
Determina la fórmula mínima para la siguiente composición: Ca 5 18.3%, Cl 5 32.4%, H 5 5.5%, y O 5 43.8%.
Elemento
%
Peso (g)
Peso atómico
Átomos-g
Relación
Subíndices
Ca
18.3
18.3
40.0
18.3/40 = 0.45*
0.45/0.45 = 1
1
Cl
32.4
32.4
35.5
32.4/35.5 = 0.91
0.91/0.45 = 2
2
H
5.5
5.5
1.0
5.5/1 = 5.5
5.5/0.45 = 12.2
12
O
43.8
43.8
16.0
43.8/16 = 2.7
2.7/0.45 = 6.06
6
Total: 100%
* Relación mínima
Fórmula mínima 5 Ca1Cl2H12O6 o CaCl2. 6H2O
Cloruro de calcio hexahidratado
Fórmula molecular o verdadera
Paso 2. Se determina el peso fórmula de la fórmula mínima.
Es la relación que existe entre los átomos de los elementos de una
sustancia real o verdadera. Para su determinación es necesario con­
tar con el análisis porcentual y con el peso molecular de la sustancia.
Paso 3. Se encuentra la relación del peso molecular respecto al
peso fórmula.
El procedimiento para obtener esta fórmula es el siguiente:
Paso 1. Se determina la fórmula mínima o empírica.
Paso 4. El resultado de la relación obtenida en el paso anterior será
el número de fórmulas mínimas de la molécula; es decir, la fórmu­
la mínima se multiplicará por dicho número para encontrar así la
fórmula molecular o verdadera.
Ejemplo
El análisis de una sustancia pura, blanca y cristalina es C 5 26.7%, H 5 2.2% y O 5 71.1%. Si su peso fórmula es de 90 g/mol, determina su
fórmula molecular.
18
Elemento
%
Peso (g)
Peso atómico
Átomos-g
Relación
Subíndices
C
26.7
26.7
12
26.7/12 5 2.22
2.22/2.2 5 1.01
1
H
2.2
2.2
1
2.2/1 5 2.2
2.2/2.2 5 1
1
O
71.1
71.1
16
71.1/16 5 4.44
4.44/2.2 5 2.02
2
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Fórmula mínima 5 CHO2
Fórmula molecular o verdadera 5 ?
Peso molecular 5 45 g/mol
(fórmula mínima)
Dividiendo el cociente del CO (3/4) entre el cociente del CO2
(3/8), resulta:
3
4
3
8
Peso molecular 5 90 g/mol
(fórmula verdadera)
Dividiendo los pesos moleculares se obtiene la siguiente relación:
90/45 5 2.
Por tanto se multiplica la fórmula mínima por 2 para obtener la fórmu­
la verdadera:
Fórmula molecular 5 2 (CHO2) 5 C2H2O4
24
=2
12
De acuerdo con los cálculos anteriores la relación es 2 entre el CO
y el CO2. El número 2 representa que el oxígeno aumenta en un
múltiplo entero y pequeño (2).
Otro ejemplo de esta ley lo constituye el agua (H2O) y el peróxido
de hidrógeno; mientras que en el agua oxigenada existen 16 g de
oxígeno por cada átomo de hidrógeno, en estos compuestos se en­
cuentra la proporción de un número entero pequeño, en este caso el
2. Por tanto, el peróxido de hidrógeno tiene dos veces más oxígeno
por unidad de masa de hidrógeno que lo que contiene el agua.
Ley de Dalton
De acuerdo con su teoría atómica,
Dalton formuló una segunda ley que
dice: “Las masas de un elemento que
se combinan con una cantidad cons­
tante de otro elemento lo hacen en ra­
zones de números enteros pequeños”.
En otras palabras: “Cuando dos o más
elementos se unen para formar una
serie de compuestos, las cantidades de
un mismo elemento que se combinan
con una cantidad fija de otro, guardan
entre sí una relación que corresponde
a números enteros sencillos”.
=
Analizando dos óxidos del nitrógeno: el N2O y el NO, se tiene lo
siguiente:
Para el N2O:
28 gramos de nitrógeno se combinan con 16 g de oxígeno, lo cual
implica que con 1 gramo de nitrógeno se combinarán 0.571 g de
oxígeno.
Figura 1.14
John Dalton.
Para ilustrar el significado de esta ley, Dalton consideró el caso de
los óxidos de carbono: distintas experiencias de síntesis indican que
es posible conseguir dos combinaciones diferentes de carbono y
oxígeno. En una de ellas, las masas de oxígeno y carbono que se
combinan están en una relación de 4 a 3, es decir, O/C = 4/3 ;
se trata del monóxido de carbono (CO). En la otra, dicha relación es
de 8 a 3, O/C = 8/3 ; se trata, en este caso, de dióxido de carbono
(CO2). Ambos cocientes representan la cantidad de oxígeno que se
combina por unidad de masa de carbono para formar los óxidos.
De acuerdo con esta ley, tales cantidades guardan entre sí una rela­
ción sencilla: ¾ / 3/8 = 2.
Para el monóxido de carbono (CO):
CO: 1 átomo de carbono (12 g) se combina con 1 átomo de oxíge­
no (16 g); por tanto:
12 6
3
= =
16 8
4
Para el dióxido de carbono (CO2):
CO2: 1 átomo de carbono (12 g) se combina con 2 átomos de oxí­
geno (32 g), por lo tanto:
12 6
3
= =
32 16 8
14 g de nitrógeno se combinan con 16 g de oxígeno, lo cual implica
que con 1 g de nitrógeno se combinarán 1.142 g de oxígeno.
La relación de oxígeno que se combina con 1 g de nitrógeno en
cada uno de estos elementos, es la siguiente:
Masa de oxígeno en el N2O 0.571 1
=
=
Masa de oxígeno en el NO
1.142 2
O sea que la relación es ½. Si continuamos con este razonamiento,
se encuentran los siguientes datos para los óxidos del nitrógeno.
Óxido
N
O
N(g)
O(g)
Relación
N2O
28
16
1
0.571
1:1
NO
14
16
1
1.142
1:2
N2O3
28
48
1
1.714
1:3
NO2
14
32
1
2.285
1:4
N2O5
28
80
1
2.858
1:5
19
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Aplica lo que sabes
De acuerdo con los postulados anteriores, imagina el modelo de Dalton y dibújalo en el espacio siguiente. Después investiga en los libros de física o
química cuál es el modelo establecido por Dalton. Dibújalo y compáralo con el primero que hiciste.
Observa los dibujos realizados y anota:
Semejanzas:
Diferencias:
Actividad de aprendizaje
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro
de la izquierda.
El análisis de un compuesto presenta la siguiente composición
porcentual: 32.79% de Na, 13.02% de Al y 54.19% de F. ¿Cuál
es su fórmula empírica?
a) NaAlF
b) Na3AlF6
c) Na2AlF5
d) Na2Al2F4
Actividad de aprendizaje
Determina la composición porcentual de las siguientes sustancias:
a) Aspirina: C9H8O4
C:
% H:
% O:
% H:
20
% H:
Por ejemplo, en los compuestos: Cl2O y H2O, las cantidades de
cloro e hidrógeno que se combinan con 16 g de oxígeno son 71 g y
2 g, respectivamente. Según esta ley, cuando reaccionan el cloro
(Cl) y el hidrógeno (H) para formar el ácido clorhídrico (HCl), lo
hacen en proporción de 71:2.
Dos átomos de cloro (Cl2, 71 g) reaccionan con un átomo de oxí­
geno (½ O2, 16 g) para formar el compuesto anhídrido hipocloro­
so (Cl2O, 87 g):
Cl2 + ½ O2
% O:
%
% O:
%
c) Azúcar: C12H22O11
C:
“Las masas de dos elementos diferentes que se combinan con una
misma cantidad de un tercer elemento, guardan la misma relación
que las masas de aquellos elementos cuando se combinan entre sí”.
%
b) Colesterol: C27H46O
C:
Ley de Richter-Wenzel
71 g + 16 g
Cl2O
=
87 g
Dos átomos de hidrógeno (H2, 2 g) reaccionan con un átomo de
oxígeno (½ O2, 16 g) para formar el compuesto agua (H2O, 18 g):
H2 + ½ O2
2 g + 16 g
H2O
=
18 g
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Por tanto, dos átomos de cloro (Cl2, 71 g) reaccionan con dos átomos de hidrógeno (H2,
2 g) para formar dos veces el compuesto ácido clorhídrico (2HCl, 73 g).
En conclusión:
Cl2 + ½ O2
71 g + 16 g
H2 + ½ O2
2 g + 16 g
Cl2O
87 g
H 2O
18 g
=
=
Cl2 + H2
71 g + 2 g
2HCl
=
73 g
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual.
LA ESTEQUIOMETRÍA
se basa en cuatro leyes
LAVOISIER
se enuncia
DALTON
se enuncia
se enuncia
se enuncia
las reacciones químicas
Jeremías Benjamín Richter
nació en 1762 en Hirsch­
berg (Silesia). Fue hijo de un
comerciante. Estudió en la
universidad de Königsberg y
se graduó en 1789.
En 1792 publicó su primer
trabajo sobre estequiome­
tría, término que él acuñó.
Descubrió la ley que lleva su
nombre. En 1795 fue quími­ Figura 1.15
Jeremías
co en la Dirección de Mi­ Benjamín Richter.
nas de Silesia y al año si­
guiente de la Real Fábrica de porcelana de Ber­
lín; de esta manera creó una importante industria
de pigmentos y primeras materias para la fabri­
cación y decorado de la porcelana.
En 1802, Fisher formó la primera tabla de equi­
valentes con los datos de Richter. Por su parte,
Berzelius equivocó el origen de los trabajos
de Richter y los atribuyó a Charles Frederick
Wenzel, pero este error fue aclarado por Hess
en 1840.
Richter fue el primero en obtener, en 1804, el
metal níquel puro, que Cronsted descubrió en
1750.
cuando dos o
más elementos
se combinan lo
hacen siempre en
la misma razón
de masas
se aplica en
Para tu reflexión
La obra de Richter no fue estimada en su valor
hasta muchos años después, pero fue induda­
blemente el fundador de la estequiometría. Mu­
rió en Berlín en 1807.
permite obtener
la Fórmula
Mínima y la
mol
mediante
relaciones
masa-masa
se aplica en
el cálculo de
masa-mol
Masa-Molar
Reactivo limitante
Cuando se desea obtener un compuesto en el laboratorio, la cantidad de producto resul­
tante está limitada por una de las sustancias que intervienen en la reacción. A esa sustan­
cia se le conoce como reactivo limitante. Para saber cuánto producto se obtendrá, hay
que determinar cuál de los reactivos se habrá consumido por completo cuando termine
la reacción. Así sabremos también cuál reactivo estará en exceso y no se usará para for­
mar el producto. En otras palabras, se debe determinar primero cuál de las sustancias será
el reactivo limitante en una reacción.
21
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Sin embargo, si se usa el número de ruedas como base, la fábrica
sólo puede armar 20 vehículos. Así, la compañía tiene 5 carrocerías
(ya que 80/4 = 20) a las que no podrá poner ruedas, y en conse­
cuencia, el número de automóviles que puede produ­cirse se verá
reducido a 20. En este caso, el “reactivo limitante” fueron las rue­
das, y las carrocerías son el “reactivo” que se tiene en exceso.
Para ejemplificar lo anterior con una analogía, digamos que, para
fabricar un automóvil, se necesitan una carrocería y cuatro ruedas,
es decir:
1 carrocería + 4 ruedas
1 automóvil
Si se tienen 25 carrocerías y 80 ruedas en la línea de montaje, ¿cuán­
tos automóviles podrán producirse? Usando el número de carro­
cerías como base para el cálculo se pueden producir 25 automóviles.
Ejemplo
En la reacción del hidróxido de magnesio, Mg(OH)2 con el ácido clorhídrico (HCl) se producen cloruro de magnesio, MgCl2 y agua, H2O. Si utilizamos 250
g de hidróxido de magnesio, Mg(OH)2 y 150 g de ácido clorhídrico, HCl, ¿cuánto cloruro de magnesio, MgCl2 se produce y cuánta agua se forma?
Paso 1. Se escribe la ecuación química y se balancea:
Mg(OH)2 1 2HCl
MgCl2 1 2H2O
Paso 2. Se escriben las cantidades de sustancias utilizadas y se plantean las incógnitas o sustancias por calcular estequiométricamente:
58 g/mol
2(36.5) g/mol
Mg(OH)2 1 2HCl 250 g
MgCl2 1 2H2O
150 g
?g
?g
Paso 3. Se determina el número de moles de cada una de las sustancias iniciales, dividiendo la masa entre el peso molecular:
Moles de Mg(OH)2 5 (250 g de Mg(OH)2)
Moles de HCl 5 (150 g de HCl)
(
(
1mol de Mg(OH)2
)
58 g de Mg(OH)2
1 mol de HCl
36.5 g de HCl
)
5 4.31 moles de Mg(OH)2
5 4.10 moles de HCl
Al calcular el número de moles de los reactivos Mg(OH)2 y HCl, resultó menor el del HCl, por lo que éste ya se utilizó completamente, por tanto, es el
reactivo limitante a esta reacción. Para saber cuál sustancia se usa por completo, se realiza lo siguiente:
Paso 4. a) Se escribe la ecuación balanceada y después se coloca el número de moles de cada sustancia debajo de su fórmula:
58 g/mol
2(36.5) g/mol
95 g/mol
Mg(OH)2 1 2HCl 250 g
2(18) g/mol
MgCl2 1 2H2O
150 g
?g
?g
4.31 moles 4.10 moles
b) Se determina la cantidad de HCl que se necesitaría para usar todo el Mg(OH)2.
Moles de HCl necesarios 5 (4.31 moles de Mg(OH)2)
(
2 moles de HCl
1 mol de Mg(OH)2
)
= 8.62 moles de HCl
Moles de HCl necesarios 5 8.62 moles, pero como sólo tenemos 4.10 moles nuestro reactivo limitante es el HCl y, en consecuencia, el Mg(OH)2
es el reactivo en exceso. Se puede verificar esto al calcular la cantidad de Mg(OH)2 necesaria para reaccionar con todo el HCl.
Moles de Mg(OH)2 necesarios 5 (4.10 moles de HCl)
(
1 mol de Mg(OH)2
2 moles de HCl
)
Moles de Mg(OH)2 necesarios 5 2.05 moles
Tenemos 4.31 moles de Mg(OH)2, así que hay un exceso de 4.31 moles de Mg(OH)2 2 2.05 moles de Mg(OH)2 necesarios 5 2.26 moles de Mg(OH)2
sobrantes o sin reaccionar.
22
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Paso 5. Al saber que el HCl es nuestro reactivo limitante, calculamos el número de moles de MgCl2 y de H2O que se obtendrán:
1 mol de MgCl2
(
(
Moles de MgCl2 5 (4.10 moles de HCl)
Moles de H2O 5 (4.10 moles de HCl)
2 moles de HCl
2 moles de H2O
2 moles de HCl
)
)
5 2.05 moles
5 4.10 moles
Paso 6. Finalmente, se calcula la cantidad en gramos de las sustancias producidas en la reacción.
Gramos de MgCl2 5 (2.05 moles de MgCl2)
Gramos de H2O 5 (4.10 moles de H2O)
(
(
95 g de MgCl2
1 mol de MgCl2
18 g de H2O
1 mol de H2O
)
)
5 194.75 g MgCl2
5 73.8 g de H2O
Ejemplo
MgCl2 1 H2 se utilizan 8 3 1023 átomos de magnesio (Mg) y 40 g de ácido clorhídrico (HCl) determina:
Si en la reacción: Mg 1 2HCl
a) ¿Cuál es el reactivo limitante?
b) ¿Cuál es el reactivo en exceso y en qué tanto se excede?
c) ¿Cuál es la máxima cantidad de cloruro de magnesio (MgCl2) que puede obtenerse?
Solución:
a) Para determinar el reactivo limitante se procede de la siguiente manera:
Paso 1. Se transforman a moles las cantidades iniciales de los reactivos:
Para el magnesio (Mg):
(8 3 1023 átomos de Mg)
(
(40 g de HCl)
(
1 mol de Mg
6.023 3 1023 átomos de Mg
)
5 1.32 moles de Mg
Para el ácido clorhídrico (HCl):
1 mol de HCl
36.5 g de HCl
)
5 1.09 moles de HCl
Paso 2. Se calculan los moles de un mismo producto que se obtendrán por cada reactivo. En este caso, se calculan los moles del cloruro de magne­
sio (MgCl2):
Para el magnesio (Mg):
(1.32 mol de Mg)
(
1 mol de MgCl2
1 mol de Mg
)
5 1.32 moles de MgCl2
Para el ácido clorhídrico (HCl):
(1.09 mol de HCl)
(
1 mol de MgCl2
2 moles de HCl
)
5 0.547 moles de MgCl2
Paso 3. De acuerdo con los resultados obtenidos en el paso anterior, el ácido clorhídrico (HCl) es el reactivo limitante debido a que tiene el menor
número de moles de producto: 0.547 moles es menor que 1.32 mol.
Para calcular la cantidad del reactivo en exceso, que en este caso es el magnesio (Mg), se procede de la siguiente manera:
23
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Paso 4. Se calcula la cantidad de magnesio (Mg) que reacciona a partir de la cantidad del reactivo limitante, el HCl, presente:
1 mol de Mg
(1.09 mol de HCl)
5 0.545 moles de Mg
2 moles de HCl
Paso 5. Se resta la cantidad del reactivo limitante, el HCl, al magnesio presente en la reacción inicial:
(
)
(1.32 mol de Mg)inicio 2 (0.547 mol de Mg)reaccionan 5 0.775 moles de Mg sin reaccionar
A partir de la cantidad del reactivo limitante, se calcula la máxima cantidad de cloruro de magnesio (MgCl2) que puede formarse:
(1.09 mol de HCl)
(
1 mol de MgCl2
2 moles de HCl
)(
95 g de MgCl2
1 mol de MgCl2
Rendimiento de una reacción
)
5 51.775 g de MgCl2
A la máxima cantidad posible de producto formado en una reac­
ción química se le denomina rendimiento teórico. Como la can­
tidad de producto que se forma suele ser menor a la que predice el
rendimiento teórico, es necesario definir la relación entre el rendi­
miento real y el rendimiento teórico.
De acuerdo con lo anterior, la cantidad de productos que se for­
man en una reacción está determinada por el reactivo limitante que
se consume por completo.
Cuando se produce una reacción en la que se forman cantidades
máximas de productos, se dice que la reacción tiene un rendimien­
to de 100%.
Rendimiento de una reacción =
Rendimiento real
× 100%
Rendimiento teórico
Ejemplo
El nitrobenceno (C6H5NO2) se prepara mediante la siguiente reacción:
C6H6 1 HNO3
C6H5NO2 1 H2O
Si se utiliza una muestra de 98.6 g de benceno (C6H6) para que reaccione con ácido nítrico (HNO3) y produzca 138.2 g de nitrobenceno (C6H5NO2),
¿cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción?
Paso 1. Se calculan los pesos moleculares de las sustancias involucradas: el C6H6 y el C6H5NO2.
MC6H6 5 78 g/mol MC6H5NO2 5 123 g/mol
Paso 2. Se calcula la cantidad teórica estequiométrica que se obtiene del producto nitrobenceno (C6H5NO2):
MC6H6
MC6H5NO2
98.6 g
g de C6H5NO2 5 (98.6 g)
(
X
123 g/mol
78 g/mol
)
5 155.48 g de C6H5NO2 al 100%
Paso 3. Se determina el rendimiento real de la reacción:
Por tanto: X 5
(
155.48 g de C6H5NO2
100%
138.2 g de C6H5NO2
X
138.2 g de C6H5NO2
155.48 g de C6H5NO2
)
(100) 5 88.88% (rendimiento de la reacción)
Este rendimiento corresponde a la fórmula anteriormente mencionada:
Rendimiento de una reacción 5
24
(
Rendimiento real
Rendimiento teórico
)
(100%)
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Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual:
Los cálculos en las
reacciones químicas
están basados en dos
tipos de reactivos
exceso
Se define
como
Se define
como
sirve para
sirve para
1.3 Implicaciones ecológicas,
industriales y económicas
de los cálculos
estequiométricos
El hombre ha vivido sobre la Tierra por decenas de miles de años,
¿vamos acaso a poner ahora un límite a dicha posesión mediante la
intromisión persistente en los ecosistemas de nuestro planeta?
O bien, ¿avanzamos acaso hacia fuentes de energía cada vez más
abundantes, en especial a la energía potencialmente obtenible de la
fusión nuclear de los átomos de hidrógeno, accesible de manera
inagotable en el agua y que promete ser, en esencia, no contami­
nante?
En los últimos años, tanto las sociedades civiles como los gobiernos
de muchas naciones han empezado a fomentar y desarrollar entre
sus pobladores una conciencia o cultura ecológica, con la inten­
ción de preservar lo más importante que tiene el planeta: el medio
ambiente. Con la aplicación de estas políticas, han surgido algunas
disciplinas científicas cuyo objeto de estudio básicamente es la
contaminación ambiental y su problemática. Con base en estas dis­
ciplinas se encuentra perfectamente localizada una serie de com­
ponentes que sin duda representan riesgos para la salud de las
personas, así como para la flora y la fauna de cualquier región del
mundo.
Uno de los principales contaminantes que afectan severamente el
medio ambiente es el petróleo y sus derivados. Esta industria (pe­
troquímica), sin duda ha sido, durante muchos años, la principal
25
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
actividad económica del país. Esto a partir de 1958 cuando por
precepto legal, la industria petroquímica mexicana se dividió en
dos grandes áreas: la básica y la secundaria. Corresponde al Estado,
a través de Petróleos Mexicanos (PEMEX), la obtención de los
productos petroquímicos básicos, entre los que se encuentran: ole­
finas, aromáticos, amoniaco y, en general, todos aquéllos que se
emplean en la transformación de los hidrocarburos del petróleo y
que, por ende, representan mayor interés económico y social para
el país. Es oportuno mencionar que se ha modificado la legislación
constitucional para concesionar a la empresa privada la produc­
ción y procesamiento de los productos derivados de la petroquími­
ca secundaria.
La estequiometría tiene un papel muy importante en la produc­
ción de un gran número de sustancias químicas, las cuales deben
estar al cien por ciento en la calidad de su formulación, es decir “pu­
ras”, ya que una alteración de la composición original provocaría
daños al beneficiario, por ejemplo en la fabricación de medicamen­
tos, o en la elaboración de fertilizantes, los cuales dañarían el suelo
y los alimentos que de él se obtienen.
Por otro lado, las plantas necesitan elementos esenciales (nutrien­
tes) desde que se siembran hasta que logran un buen desarrollo.
Los elementos más importantes para el crecimiento de una planta
son el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K), aunque tam­
bién necesita una cantidad pequeña de otros nutrientes. En la tabla
1.1 se presenta esquemáticamente el papel de los tres elementos
básicos para el crecimiento de una planta.
Los fertilizantes de nitrógeno más ampliamente usados son las sa­
les de nitrato de amonio, NH4NO3 (“Nitram”), por su gran solubi­
lidad y porque puede ser almacenado y transportado en forma
sólida y con un alto porcentaje de nitrógeno. Otro fertilizante deri­
vado del nitrógeno es el sulfato de amonio ((NH4)2SO4). A conti­
nuación se muestran los fertilizantes comúnmente utilizados para
proveer de nitrógeno al suelo. Es necesario mencionar que se debe
Tabla 1.1 El papel de tres elementos
muy importantes en el crecimiento
de una planta
Nutriente
Papel que desempeña en el
crecimiento de la planta
Efecto de su escasez o
deficiencia
Nitrógeno (N)
Esencial para la síntesis
de proteínas y clorofila
Las plantas no crecen y se
ponen amarillas por la
escasez de clorofila
Fósforo (P)
Esencial para la síntesis
de ácidos nucleicos (ADN)
El crecimiento es lento.
Las semillas y las frutas son
pequeñas
Potasio (K)
Toma parte en la síntesis
de carbohidratos y proteínas
Las hojas y los rizos internos
son amarillos
proveer únicamente el porcentaje adecuado de fertilizante ya que
el exceso puede generar problemas como:
1. Alteración del pH del suelo.
2. Perjudicar a las plantas, animales y suelo.
3. Acumular elementos no requeridos por las plantas y el suelo.
4. Contaminación de ríos.
En la actualidad, el mundo con sus 6 800 millones de personas tiene
severos problemas de alimentación. Aproximadamente 3 000 millo­
nes de esas personas no se alimentan en forma adecuada y 1 000 mi­
llones están en pobreza extrema, es decir, sólo sobreviven. Esta
problemática sugiere que se debe incrementar la producción de ali­
mentos, sin embargo, este problema no tiene una solución sencilla:
n En Europa y Norteamérica hay “montañas” de alimentos que
muchos países pobres en el mundo no pueden comprar.
n En algunos países pobres, los ricos que habitan en ellos tienen
forma de comer bien.
n Algunos países pobres tienen que exportar los alimentos que
producen, ya que sus habitantes no tienen dinero para com­
prarlos.
Tabla 1.2 Porcentaje de nitrógeno
en diferentes fertilizantes
Figura 1.16
Del cultivo del maiz actualmente se obtiene el biodisel.
26
Fertilizante
Fórmula
Masa de
un mol
Masa de
nitrógeno
en un mol
% de
nitrógeno
Nitrato
de amonio
NH4NO3
80 g
28 g
35%
Amoniaco
NH3
17 g
14 g
82%
Sulfato
de amonio
(NH4)2SO4
132 g
28 g
21%
Urea
N2H4CO
60 g
28 g
47%
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Asimismo, en el año 25 a. C., Vitrubio señaló que el agua debía es­
tar libre de sustancias tóxicas y perjudiciales. En 79 d. C., Plinio el
Viejo murió envenenado por óxidos de azufre al estar observando
una erupción del Vesubio.
Aunque el dióxido de azufre es conocido desde el siglo xvii como
agente químico que provoca irritaciones en la garganta y en la na­
riz, el desarrollo industrial —sobre todo el metalúrgico— y el in­
cremento de los vehículos de combustión interna, han provocado
concentraciones mayores de este contaminante, especialmente en
las grandes zonas urbanas.
Figura 1.17
El fertilizante de nitrato de amonio enriquece el subsuelo.
Para reducir esta problemática, se puede realizar lo siguiente:
1. Incrementar el control natal. Se calcula que para el año 2020
seremos mucho más de 7 700 millones. Mucha gente piensa
que la problemática que enfrentamos es de población y no de
alimentación.
2. Innovar y prever métodos del cuidado del medio ambiente,
que incluyan llevar agua a los desiertos, prevenir la erosión del
suelo, usar pesticidas adecuados, entre otros.
3. Encontrar nuevos alimentos.
Reacciones químicas y su
repercusión en el medio ambiente
Muchas de las reacciones químicas producen sustancias que con­
taminan nuestro entorno. La contaminación ambiental, como se
conoce a este proceso, es una problemática del mundo moderno.
Grandes cantidades de gases tóxicos permanecieron suspendidos
en la atmósfera primitiva de nuestro planeta. También es posible ima­
ginar los productos de las inmensas erupciones volcánicas que se
sucedieron en el transcurso de la evolución geológica de la Tierra.
Como consecuencia de las primeras evidencias de contaminación,
en épocas anteriores se habló de humos o sustancias venenosas, de
intoxicaciones o envenenamientos colectivos, de nieblas envene­
nadas, de contaminantes en mares y ríos, etc., pero los efectos e in­
fluencias nocivas de algunas sustancias no se extendían más allá de
ciertos niveles locales que alteraban regiones relativamente peque­
ñas, salvo algunos casos que pudieron afectar a una gran parte del
mundo, por ejemplo, la erupción en 1883 del Perbuatan en Kraka­
toa, que no sólo hundió la isla con este nombre, provocando la
muerte de decenas de personas, sino que arrojó a las capas superio­
res de la atmósfera tal cantidad de humos y polvos, producto de
reacciones químicas terrestres internas, que durante algunos meses
oscurecieron una parte del planeta.
Obviamente, el desarrollo industrial, con su creciente compleji­
dad, engendra otros contaminantes no menos peligrosos, como el
ácido sulfúrico, los óxidos de nitrógeno, los aldehídos, el fluoruro
de hidrógeno, el sulfuro de hidrógeno, el arsénico y algunos ele­
mentos derivados de ciertos metales pesados, como el plomo, zinc,
mercurio y cobre.
Pero existen otros contaminantes importantes en los oxidantes, como
el ozono (O3) y el nitrato de pracetilo (PAN). El primero se forma
en las descargas eléctricas de las tormentas y es un componente
normal de la atmósfera en altitudes del orden de los 20 kilómetros.
Sin embargo, al comparar este ozono con el que se forma en las reac­
ciones fotoquímicas donde intervienen los hidrocarburos, este úl­
timo se considera más contaminante. Por tanto, la exposición
prolongada al ozono provoca en las personas modificaciones en la
función pulmonar, fatiga general y falta de coordinación motora,
así como irritación de la mucosa ocular, entre otras alteraciones.
Por otro lado, tanto el ozono como el PAN son muy agresivos para
los tejidos vegetales.
Como podemos apreciar, el avance tecnológico y su complejidad
han traído aparejados nuevos problemas de contaminación, uno
de ellos, con graves consecuencias, es el de los metales pesados. Por
ejemplo, en 1932, una corporación instalada en Minamata, peque­
ña ciudad situada en una bahía al sur del Japón, empezó a producir
Figura 1.18
Contaminación en una gran ciudad.
27
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Figura 1.19
La contaminación industrial provoca daños o desequilibrios en los
ecosistemas.
acetaldehído a partir de acetile­
no. La fábrica había estado elimi­nando sus desechos en el
agua durante algunos años; el
mercurio utilizado como catali­
zador fue acumulándose y ad­
hiriéndose a las algas y al plancton en forma de clorometil
mercurio y, finalmente, se inte­
gró a la cadena alimentaria.
Figura 1.20
La contaminación de los ríos no
sólo se debe a la descarga de las
industrias.
Aunque en 1986 se ordenó el
cierre de la empresa se sabe que
antes de ello fueron muchas las
personas afectadas por esa for­
ma rara de contaminación, cuyo origen fue el mercurio.
México también tiene, desafor­
tunadamente, episodios trági­
cos en cuanto a contaminación se refiere, debido al nulo control de
los procesos químicos utilizados. Por ejemplo, en 1959, un escape de
sulfuro de hidrógeno (H2S), en el centro de refinación de Poza Rica,
Veracruz, ocasionó varias pérdidas humanas y materiales. Asimismo,
en 1974, en la comarca lagunera de Torreón, Coahuila, hubo una se­
rie de intoxicaciones por los plaguicidas utilizados en actividades
agropecuarias.
Sin embargo, no todo es desgracia y afortunadamente diferentes
países empezaron a promulgar normas que regulan la contamina­
28
Figura 1.21
Algunas industrias han tratado de reducir sus emisiones contaminantes y
apegarse a las normas que se promueven a nivel internacional.
ción y existe gran apoyo para el cuidado del medio ambiente que se
promueve en el seno de las Naciones Unidas.
Desde luego, los progresos tecnológicos y de la ciencia por lo regu­
lar traen problemas junto con sus beneficios, por ejemplo: la do­
mesticación del fuego nos dio calor… e incendios. La agricultura
nos trajo una provisión confiable de alimentos… y un suelo empo­
brecido. El uso de combustibles nos trajo energía… y una socie­
dad contaminada. Por tanto, los progresos de la ciencia no deben
ser aplicados negligentemente y sin previsión.
Es indudable que el conocimiento también conduce a caminos pe­
ligrosos, pero la respuesta debe ser conocer mejor los procesos
efectuados a nuestro alrededor para lograr los mayores beneficios.
En conclusión, podemos decir que la ciencia y la tecnología no per­
manecen inmóviles y que si somos inteligentes, tendremos al al­
cance de la mano los avances que nos ayudarán a resolver todo tipo
de problemas.
Uso de las TIC
Investiga en Internet el significado de la palabra estequiometría. Seña­
la su importancia en el estudio de la química, así como las implicacio­
nes ecológicas y económicas de los cálculos en las reacciones.
Envía por correo electrónico las respuestas a tu profesor.
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Actividades complementarias/Ejercicios adicionales
I. Instrucciones: Resuelve los siguientes problemas.
1. ¿Cuál será la masa de un gas que ocupa un volumen de 0.66 L
con un peso molecular de 64 g/ mol en C.N.T. y P?
2. La fructosa es un azúcar muy dulce que se encuentra en la
miel, las frutas y los jugos. Tiene una masa molar de
180 g/mol y una composición de 40.00% de C, 6.7% de H y
53.3% de O. Determina su fórmula molecular.
3. La hidracina (N2H4) emite gran cantidad de energía al reac­
cionar con oxígeno, por lo cual se emplea como combustible
de cohetes, la reacción es:
N2H4 + O2 → N2 + 2H2O
a)¿Cuántos moles de N2 se obtienen cuando se efectúa ig­
nición de 40.0 g de hidracina N2H4 pura en presencia de
20 g de oxígeno O2 puro?
b)¿Cuál es el reactivo limitante?
c)¿Cuántos gramos de reactivo en exceso quedan sin reaccionar?
II. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el pa­
réntesis de la izquierda.
1. ( ) Es la unidad correspondiente a la temperatura absoluta.
a) °C b) °R c) K d) °F
2. ( ) El valor 6.023 × 1023 corresponde al número de:
a) Charles
b) Avogadro
c) Boyle
d) Gay Lussac
3. ( ) La ley de la conservación de la masa se cumple en:
a) H2 + O2 → H2O + O2 b) 2SO2 + O2 → 2SO3
c) 2NH3 → H2 + N2 d) KClO3 → KCl
4. ( ) ¿Qué cantidad de cloro se obtendrá de 150 g de una sus­
tancia que contiene 60.37% de cloro?
a) 80.83 g b) 90.55 g c)100.1 g d)143.4 g
5. ( ) El porcentaje de nitrógeno en peso de un mol (H2N)2CO es:
a) 23.3% b) 31.3% c)38.0% d)46.7%
6. ( ) Un compuesto contiene 36.5% de Na, 0.8% de H, 24.6% de
P y 38.1% de O. La fórmula más simple del compuesto es:
a) Na2HPO3
b) NaH2PO4
c) NaPO3 ∙ H2O
d) Na2P2O3 ∙ 5H2O
7. ( ) Un compuesto contiene un peso de 40% de carbono,
6.7% de hidrógeno y 53.3% de oxígeno. Una muestra de
0.10 moles de este compuesto pesa 6.0 g. La fórmula mo­
lecular del compuesto es:
a) C3H8O
b) C2H4O
c) C4H4O
d) H2CO3
8. ( ) En la reacción SO2 + O2 → SO3 se utilizan 16 g de SO2 y se pro­
ducen 20 g de SO3. ¿Cuántos gramos de oxígeno se necesitan?
a) 32 g b) 8 g c) 4 g d) 64 g
9. ( ) Si se equilibra la siguiente expresión:
4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O, la ecuación resultante mues­
tra que 1 mol de NH 3 requiere ______ moles de O2.
a) 1.25 b) 1.33 c) 2.67 d) 1.75
10. ( ) ¿Cuántos gramos de Al2O3 pueden producirse a partir de
9 g de Al y 9 g de oxígeno?
a) 17 g b) 18 g c) 19 g d) 34 g
11. ( ) Para la reacción SO2 + O2 → SO3 se utilizan 100 ton de oxíge­
no con 21% de pureza ¿Qué cantidad de SO2 reaccionará?
a) 72 ton b) 84 ton c) 64 ton d) 128 ton
12. ( ) En la reacción C2H4 + O2 → C2H4O se obtienen 180 g de
óxido de etileno a partir de 120 g de eteno, ¿cuál es el por­
centaje de rendimiento de la reacción?
a) 73.5% b) 99.7% c) 80.6% d) 95.5%
13. ( ) De acuerdo con las siguientes reacciones: C + O2 → CO2 y
H2 + O2 → H2O, ¿cuántos gramos de carbono (C) reaccio­
nan con 4 g de hidrógeno (H)?
a) 4 b) 3 c) 32 d) 12
14. ( ) ¿Cuántas moles hay en 100 g de una CO(NH2)2?
a) 3.01
b) 1.66
c) 2.37
d) 1.67
15. ( ) Es un contaminante en el aire:
a) O2 b) N2 c) CO d) H2O
16. ( ) Cuántos litros de CO2 se producen al quemarse 4 litros de
gasolina:
a) 23 L b) 9.75 L c) 32 L d) 45 L
Evaluación sumativa
I. Selecciona la opción que consideras correcta y anótala en el pa­
réntesis de la izquierda.
1. ( ) Es la parte de la química que estudia las relaciones de masa
en las reacciones químicas.
a) Termodinámica
b) Cinética química
c) Estequiometría
d) Equilibrio químico
2. ( ) El enunciado “cuando dos o más elementos se unen para
formar un mismo compuesto, lo hacen siempre en una
relación ponderal constante”, se refiere a la ley de:
a) Proust b) Dalton c) Lavoisier d) Richter
29
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
3. ( ) En el fosfato de calcio (Ca3(PO4)2), el porcentaje en peso
del fósforo es:
a) 44.8% b) 20.0% c) 36% d) 68.4% e) 14.2%
4. ( ) El porcentaje que corresponde a cada uno de los elemen­
tos que constituyen la glucosa (C6H12O6) es, respectiva­
mente:
a) 25%, 50%, 25% b) 32.3%, 45.12%, 22.58%
c) 56.1%, 41.2%, 2.7% d) 40%, 6.66%, 53.33%
e) 32.3%, 26.4%, 41.3%
5. ( ) El peso molecular igual a 252 g/mol corresponde al com­
puesto químico:
a) Na2MnO4 b) Bi(NO3)3
c) C12H22O11
d) CuSO4 ∙ 5H2O
e) (NH4)2Cr2O7
6. ( ) De los siguientes compuestos, ¿cuál posee mayor canti­
dad de oro?
a) AuCl3 b) AuCl c) Au2O3
d) Au(NO3)3 e) AuNO3
7. ( ) Es la fórmula que especifica la relación más simple entre el
número de átomos de los elementos constitutivos de un
compuesto:
a) desarrollada
b) condensada c) mínima
d) molecular
e) estructural
8. ( ) El agua que bebemos contiene una gran cantidad de ele­
mentos químicos disueltos. ¿Cuál de las siguientes frases
es incorrecta? En el agua potable:
a) el sodio está presente en forma de cationes
b) es frecuente encontrar algunos iones de calcio (Ca2+)
c) no debe haber iones cloruro (Cl1-)
d)una pequeña cantidad de iones fluoruro (F1-) puede
ser benéfica
9. ( ) En la siguiente ecuación, si se tiene un mol de “A”, dos mo­
les de “B” y cuatro moles de “C”, ¿cuál es el reactivo limi­
tante?
A + B → 2C + 3D
a) A b) B c) C d) A y B e) B y C
10. ( ) La polución fotoquímica está asociada con la presencia en
el aire de:
a) Partículas suspendidas
b) Hidrocarburos
c) Óxidos de nitrógeno d) Óxidos de azufre
e) Monóxido de carbono
II. Resuelve los siguientes problemas:
1. ¿Cuántos moles de potasio son 12.046 × 1023 átomos de di­
cho elemento?
3. En la siguiente reacción química se representa la electrólisis
del agua:
2H2O → 2H2 + O2
¿Cuántos gramos de dióxido de azufre (SO2) pueden prepa­
rarse a partir de 100 g de azufre y 200 g de oxígeno?
2. ¿Cuántos moles de nitrógeno son 6.02 × 1023 átomos de nitróge­
no?
9. Con un rendimiento de reacción de 90%, ¿cuántos gramos de
nitrato de calcio (Ca(NO3)2) se obtendrán con 200 g de áci­
do nítrico (HNO3)?
Agua
Hidrógeno
Oxígeno
¿Cuántos moles de hidrógeno se forman a partir de 2 moles de agua?
¿Cuántos moles de oxígeno se obtienen a partir de 2 moles de agua?
¿Cuántos moles de agua se necesitarán para obtener 15 moles de
hidrógeno?
¿Cuántos moles de oxígeno se obtendrán a partir de 12 moles de agua?
4. La nicotina, sustancia que se encuentra en las hojas de tabaco
en una concentración de 2 a 8%, presenta la siguiente compo­
sición: 74% de carbono, 8.7% de hidrógeno y 17.3% de nitró­
geno. Si su masa molecular es igual a 162 uma, ¿cuál es su fór­
mula molecular?
5. Después de terminar tu almuerzo reciclaste la hoja de papel
aluminio (Al) en la cual estaba envuelto. Si la hoja pesaba 3 g,
¿cuántos átomos de aluminio reciclaste?
6. El colesterol, sustancia capaz de causar endurecimiento de las
arterias, tiene una masa molecular de 386 g y su composición
es: 84% de C; 11.9% de H y 4.1% de O. ¿Cuál es la fórmula
molecular del colesterol?
7. El acetileno (C2H2) es un compuesto que se usa como com­
bustible para soldar. Se obtiene al reaccionar el carburo de cal­
cio (CaC2) con el agua:
CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + C2H2
¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y acetile­
no (C2H2) se obtienen al reaccionar 128 g de carburo de cal­
cio y 144 g de agua?
8. El dióxido de azufre (SO2) se usa para conservar frutas y vege­
tales, y como desinfectante en cervecerías y fábricas de ali­
mentos. Se produce a partir de la reacción de azufre y gas oxí­
geno. De acuerdo con la siguiente reacción:
S + O2 → SO2
Ca(OH)2 + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
30
Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­
vas. En esta sección encontrarás una serie de actividades que están diseñadas para valorar los conocimientos y actitudes del proceso de apren­
dizaje adquirido durante el desarrollo del bloque, las cuales te permitirán mejorar tu desempeño a lo largo del curso.
Heteroevaluación
Propósitos:
1. Identificar los métodos de solución a preguntas de carácter científico para resolverlas correctamente y, a partir de ello, contrastar los resul­
tados obtenidos con los de sus compañeros de clase.
2. Explicar los procesos teóricos que dan solución a los problemas planteados, así como demostrar su utilidad e identificar la importancia
que tiene su aplicación en actividades de la vida cotidiana.
3. Reconocer los aspectos teóricos que aporta el estudio de la Química como ciencia para la solución de problemas cotidianos.
4. Valorar el progreso del aprendizaje sobre las nociones científicas, así como el desempeño mostrado durante la actividad.
Instrucciones:
Analiza las preguntas y problemas que se plantean para ser resueltos de forma individual, posterior a ello comenta tus dudas e intercambia el
trabajo con un compañero y valida los resultados obtenidos.
I. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro de la izquierda.
1. El valor 6.023 3 1023 corresponde al número de:
a) Charles
b) Gay-Lussac
c) Boyle
d) Avogadro
2. La ley de la conservación de la masa se cumple en:
a) H2 1 O2
c) 2NH3
H2Ob) 2SO2 1 –12 O2
H2 1 N2d) KClO3
2SO3
KCl 1 O2
3. ¿Qué cantidad de cloro se obtendrá de 150 g de una sustancia que contiene 60.37% de cloro?
a) 80.83 g
b) 90.55 g
c) 100.1 g
d) 143.3 g
4. El porcentaje de nitrógeno en peso de un mol de (H2N)2CO es:
a) 23.3%
b) 31.3%
c) 38.0%
d) 46.7%
5. Un compuesto contiene 36.5% Na, 0.8% H, 24.6% P y 38.1% O. La fórmula más simple o mínima es:
a) Na2HPO3
6. En la reacción SO2 1 O2
b) NaH2PO4
c) Na2P2O3•5H2O
d) NaPO3 • H2O
SO3 se utilizan 8 g de SO2 y se producen 30 g de SO3, ¿cuántos gramos de oxígeno se necesitan?
a) 32 gb) 6 gc) 8 gd) 32 g
7. Si se equilibra la siguiente expresión:
4NH3 1 7O2
resultante muestra que 1 mol de NH3 requiere
4NO2 1 6H2O, la ecuación
moles de O2.
a) 1.25b) 1.33c) 2.67d) 1.75
31
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
8. Para la ecuación: SO2 1 O2
a) 120 Ton
SO3 se utilizan 100 toneladas de oxígeno con 21% de pureza, ¿qué cantidad de SO2 reaccionará?
b) 64 Ton
c) 60 Ton
d) 30 Ton
9. El enunciado “cuando dos o más elementos se unen para formar un mismo compuesto, lo hacen siempre en una relación ponderal
constante”, se refiere a la ley de:
a) Proust
b) Dalton
c) Lavoisier
d) Richter
10. En el fosfato de sodio Na3(PO4)2, el porcentaje en peso del sodio es:
a) 39%b) 19%c) 42%d) 60%
11. El porcentaje que corresponde a cada uno de los elementos que constituyen la glucosa (C6H12O6), es respectivamente:
a) 25%, 50%, 25%
b) 32.3%, 45%, 12%, 22.58%
c) 40%, 6.66%, 53.33%
d) 56.1%, 41.2%, 2.7%
12. El peso molecular igual a 250 g/mol corresponde al compuesto químico:
a) Na2MnO4
b) Bi(NO3)3
c) C12H22O11
d) CuSO4•5H2O
13. De los siguientes compuestos, ¿cuál posee mayor cantidad de oro?
a) AuCl3b) AuClc) Au2O3
d) Au (NO3)3
14. Es la fórmula que especifica la relación más simple entre el número de átomos de los elementos constitutivos de un compuesto:
a) Desarrollada
b) Condensada
c) Mínima
d) Molecular
15. En la siguiente ecuación, si se tiene un mol de “A”, dos moles de “B” y cuatro moles de “C”, ¿cuál es el reactivo limitante?
A1B
2C 1 3D
a) Ab) Bc) Cd) A y B
II. Resuelve los siguientes problemas:
1.La fructosa es un azúcar muy dulce que se encuentra en la miel, las frutas y los jugos. Tiene una masa molar de 180 g/mol y una compo­
sición de 40% de C, 6.7% de H y 53.3% de O. Determina su fórmula molecular.
2.La hidracina (N2H4) emite una gran cantidad de energía al reaccionar con oxígeno, por lo cual se emplea como combustible de cohetes.
La reacción es:
N2H4 1 O2
N2 1 2 H2O
a)¿Cuántos moles de N2 se obtienen cuando se efectúa ignición de 40 g de hidracina pura N2H4 en presencia de 20 g de oxígeno
puro O2?
b) ¿Cuál es el reactivo limitante?
c) ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso quedan sin reaccionar?
d) ¿Cuántos moles de potasio son 12.046 3 1023 átomos de dicho elemento?
3.La nicotina, alcaloide que se encuentra en las hojas de tabaco en una concentración de 2 a 8%, presenta la siguiente composición: 74% de
carbono (C) 8.7 % de hidrógeno (H) y 17.3% de nitrógeno (N). Si su masa molecular es igual a 162 uma, ¿cuál es su fórmula molecular?
32
Grupo Editorial Patria®
4.Después de terminar tu almuerzo reciclaste la hoja de papel aluminio (Al) en la cual estaba envuelto. Si la hoja pesaba 3 g, ¿cuántos átomos
de aluminio reciclaste?
5.El colesterol, sustancia capaz de causar endurecimiento de las arterias, tiene una masa molecular de 386 g y la siguiente composición:
84.0% de C, 11.9% de H, y 4.1%de O, ¿cuál es la fórmula molecular del colesterol?
6.El acetileno (C2H2) es un compuesto que se usa como combustible para soldar. Se obtiene al reaccionar el carburo de calcio (CaC2) con
el agua:
CaC2 1 H2O
Ca(OH)2 1 C2H2
¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y acetileno (C2H2) se obtienen al reaccionar 128 g de carburo de calcio y 144 g de
agua?
7.El dióxido de azufre (SO2) se usa para conservar frutas y vegetales, y como desinfectante en cervecerías y fábricas de alimentos. Se produ­
ce a partir de la reacción de azufre y gas oxígeno. De acuerdo con la siguiente reacción:
S 1 O2
SO2
¿Cuántos gramos de dióxido de azufre (SO2) pueden prepararse a partir de 100 g de azufre y 200 g de oxígeno?
8.Con un rendimiento de reacción de 90%, ¿cuántos gramos de nitrato de calcio, (Ca(NO3)2) se obtendrán con 200 g de ácido nítrico
(HNO3)?
Ca(OH)2 1 HNO3
Ca(NO3)2 1 H2O
9.Si 4.44 g de óxido de calcio (CaO) reaccionan con 7.77 g de agua (H2O), ¿cuántos gramos de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) se for­
marán?
CaO 1 H2O
Ca(OH)2
10.¿Cuántos gramos de sulfuro de níquel II (NiS) se pueden producir por la reacción de 5.75 g de níquel con 5.22 g de azufre?
Ni 1 S
NiS
11.¿Cuántos gramos de sulfuro de aluminio (Al2S3) se forman si 9 g de aluminio reaccionan con 8 g de azufre?
2Al 1 3S
Al2S3
Nombre del estudiante:
Revisado por:
Fecha:
33
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Lista de cotejo
Lista de cotejo para verificar el resultado de la actividad de la página 20 (modelo de Dalton).
Propósito:
Verificar el grado de precisión y profundización que adquirió sobre la teoría de Dalton, mediante la elaboración de un dibujo que represente
su modelo.
Intrucciones:
P
en el que consideres hayas logrado el aprendizaje, de ser
Analizar los criterios que a continuación se establecen e ir marcando con una
necesario, realiza un comentario sobre ello; una vez terminada, aclara dudas e intercambia el trabajo con un compañero, a fin de retroalimentar
y validar los resultados obtenidos.
Criterio
Sí
Cumple
No En proceso
Observaciones
Presentación
1. El dibujo representa claramente el modelo de Dalton.
2. Integra los conceptos básicos sobre la Ley de Dalton y los
relaciona correctamente con los dibujos que elabora.
3. Especifica las fórmulas y datos que debe considerar el modelo
establecido.
Desarrollo
4. Reconoce los aspectos teóricos que se relacionan con el modelo y los especifica en el dibujo.
5. Investigó en libros de Química o de Física el modelo de Dalton
y lo explicó con sus propias palabras evitando la copia textual
del material.
6. Realizó los dos dibujos pedidos del modelo de Dalton,
el imaginado y el investigado.
Resultados y
conclusiones
7. Realizó una comparación de los dibujos.
8. Los dibujos presentados corresponden al modelo de Dalton.
9. Indica las semejanzas y diferencias entre el modelo investigado
y el imaginado.
10. Comenta sus resultados y conclusiones con el resto de sus
compañeros.
Aportación a la actividad:
Nombre del estudiante:
34
Fecha:
Grupo Editorial Patria®
Coevaluación
Coevaluación para verificar los resultados obtenidos en las actividades de aprendizaje de las páginas 10, 11 y 12.
Propósito:
Verificar el manejo de los conceptos de mol, masa atómica, masa molecular y número de Avogadro, mediante el uso correcto de la tabla perió­
dica.
Intrucciones:
1. En pares revisen las actividades de aprendizaje que se indican al inicio y analicen los resultados de cada una.
2. Revisen los criterios que se establecen en este instrumento y comenten sus dudas con el profesor.
3. Observa si lo solicitado en las actividades lo realizó tu compañero y marca con una
miento.
O
la opción que corresponda según su cumpli­
4. Realiza comentarios acordes con cada criterio, a fin de retroalimentar el desempeño de tu compañero.
Acciones a evaluar
Cumple
Sí
No
Observaciones
1. Conoce los símbolos de los elementos químicos y sabe localizarlos en la
tabla periódica.
2. Sabe consultar la masa atómica de un elemento en la tabla periódica.
3. Sabe determinar la masa molecular de la molécula de un compuesto y
en qué unidades se expresa.
4. Sabe determinar la masa molar de un elemento o compuesto y en qué
unidades se expresa.
5. Sabe el número de Avogadro y las unidades en que se expresa.
6. Sabe determinar el número de átomos o moléculas que contiene una
masa dada de un elemento o compuesto.
Comentarios generales:
Nombre del estudiante que verifica el desempeño de las actividades:
Fecha:
35
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
Rúbrica de autoevaluación
Rúbrica para evaluar el reporte sobre el reactivo limitante en una reacción química de la página 4.
Nombre del alumno o del equipo a evaluar:
Propósito:
Evaluar el aprendizaje adquirido para identificar el reactivo limitante de una reaccón química y el desempeño que muestran los estudiantes al
realizar la actividad que se plantea en la secuencia didáctica, sea de manera individual o en equipo.
Instrucciones:
1. Analiza detalladamente cada aspecto a evaluar e indica en la última columna qué nivel (4, 3, 2 o 1) logró alcanzar el estudiante o el equipo
al que se esté evaluando.
2. Revisa la guía de criterios que se enlistan para calificar el nivel que obtuvieron en cada aspecto a evaluar.
3. Elabora comentarios de acuerdo con los resultados que obtuvieron, a fin de retroalimentar el desempeño de sus compañeros.
Desarrollo
Trabajo en equipo
Resultados y
conclusiones
Aspecto a evaluar
Presentación
Niveles
Excelente (4)
Bueno (3)
Satisfactorio (2)
Deficiente (1)
Elabora un reporte usando un
procesador de texto con una buena
impresión, bien redactado y sin faltas
de ortografía.
Expone al grupo el trabajo realizado de
manera clara, completa y
organizadamente y atrae el interés de
todo el grupo.
Analiza el problema de los pasteles
(pero con 26 huevos), diseñando una
tabla en donde se determina la
cantidad de cada material para
elaborar un pastel, la existencia de
cada material en la despensa y el
número de pasteles que se formarían.
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
realización y presentación del trabajo,
distribuyéndose las diferentes
actividades equitativamente.
Elabora el reporte a mano con buena
caligrafía, bien redactado y sin faltas
de ortografía.
Expone al grupo el trabajo realizado
completo y bien organizado que sólo
atrae el interés de una parte del grupo.
Elabora el reporte a mano con
regular caligrafía, redacción regular
pero sin faltas de ortografía.
Expone en plenaria al grupo el
trabajo realizado completamente
que no levanta el interés del grupo.
Analiza el problema de los pasteles
(pero con 26 huevos) diseñando una
tabla en donde sólo se determina la
cantidad de cada material para
elaborar un pastel, la existencia de
cada material en la despensa.
Análisis del problema de los pasteles
(pero con 26 huevos), sin la
construcción de una tabla.
Elabora el reporte a mano con
mala caligrafía, mal redactado
y con faltas de ortografía.
Expone en plenaria el trabajo
realizado de manera
incompleta y mal organizado
que no levanta el interés del
grupo.
No se hizo un análisis del
problema, sólo se presentan
resultados sin ninguna
justificación.
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
realización y presentación del trabajo,
pero no se distribuyeron las diferentes
actividades equitativamente.
Calcula de manera correcta el número
de pasteles que pueden hornearse,
manteniendo los demás ingredientes
en las mismas cantidades.
Determina correctamente el
ingrediente que limita el número de
pasteles que se pueden hornear.
Extrae conclusiones originales sobre el
concepto de reactivo limitante.
Calcula de manera correcta el número
de pasteles que pueden hornearse,
manteniendo los demás ingredientes
en las mismas cantidades.
Determina correctamente el
ingrediente que limita el número de
pasteles que se pueden hornear.
Copia conclusiones de libros o Internet
sobre el concepto de reactivo
limitante.
Algunos integrantes del equipo no
participaron en la realización y
presentación del trabajo, pero los
demás lo hicieron activamente y se
distribuyeron las diferentes
actividades equitativamente.
Calcula de manera correcta el
número de pasteles que pueden
hornearse, manteniendo los demás
ingredientes en las mismas
cantidades.
Determina correctamente el
ingrediente que limita el número de
pasteles que se pueden hornear.
No presenta conclusiones sobre el
concepto de reactivo limitante.
Guía de criterios para usar en la interpretación del nivel obtenido.
1. Se aproxima a las expectativas que se plasman en la actividad.
2. Reúne las expectativas que demanda la actividad.
3. Cumple con la meta establecida.
4. Sobrepasa las metas para la resolución de la pregunta central de
la situación didáctica.
36
Total
Sólo uno o dos integrantes del
equipo participaron
activamente en la realización y
presentación del trabajo.
Calcula de manera incorrecta
el número de pasteles que
pueden hornearse,
manteniendo los demás
ingredientes en las mismas
cantidades y/o del ingrediente
que limita el número de
pasteles que se pueden
hornear.
Intervención docente:
Se deben identificar los criterios en los que se obtuvo menor puntaje,
pues éstos son los que se van a reforzar mediante las técnicas que es­
tablezca el profesor.
Comentarios generales:
Grupo Editorial Patria®
Portafolio de evidencias
El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:
n
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 de tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de
aprendizaje en este curso.
n
No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere más
significativos en el proceso de aprendizaje.
n
Te permiten reflexionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.
Fases para operar el portafolio de evidencias
Instrucciones de selección de evidencias
1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su rela­
ción con los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar,
desempeños esperados, entre otros elementos; se acordará el
periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre,
semestre).
1. Realiza todas las evidencias y podrás incluir las que elaboraste de
manera escrita, audiovisual, artística, entre otras.
2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccio­
nar tus evidencias de aprendizaje.
3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósi­
to del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.
2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, compe­
tencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexio­
nar 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
2o
Nombre del alumno:
Criterios de reflexión sobre las evidencias
Comentarios del estudiante
¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?
¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas a este portafolio?
¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas?
¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en el
curso?
¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas?
Monitoreo de evidencias
Núm.
Título
Fecha de elaboración
Comentarios del profesor/a
1
2
3
4
5
37
1
BLOQUE
Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno
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
O, en cada espacio donde se presente el atributo.
Estructura
Desempeño
1. Cuenta con una carátula con datos generales del estudiante.
2. Cuenta con un apartado de introducción.
3. Cuenta con una sección de conclusión.
4. Cuenta con un apartado que señala las fuentes de referencia utilizadas.
Estructura interna
Desempeño
5. Parte de un ejemplo concreto y lo desarrolla hasta generalizarlo.
6. Parte de una situación general y la desarrolla hasta concretizarla en una situación específica.
7. Los argumentos a lo largo del documento se presentan de manera lógica y son coherentes.
Contenido
Desempeño
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. Jerarquiza la información obtenida, destaca aquella que considera más importante.
12. Hace uso de imágenes o gráficos de apoyo, sin abusar del tamaño de los mismos.
Aportaciones propias
Desempeño
13. Cuenta con una carátula con datos generales del estudiante.
14. Cuenta con una sección de conclusión.
15. Cuenta con un apartado que señala las fuentes de referencia utilizadas.
Interculturalidad
Desempeño
16. Las opiniones emitidas en el documento promueven el respeto a la diversidad.
Total
38
Grupo Editorial Patria®
Escala de clasificación
La escala de clasificación sirve para identificar la presencia de determinado atributo y la frecuencia que 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: Indica con qué frecuencia se presentan los siguientes atributos durante la dinámica a realizar. Encierra en un círculo el número
que corresponda si: 0 no se presenta el atributo; 1 se presenta poco el atributo; 2 generalmente se presenta el atributo; 3 siempre
presenta el atributo.
Frecuencia
Contenido
0
1
2
3
1. Desarrolla los puntos más importantes del tema.
2. Utiliza los conceptos y argumentos más importantes con precisión.
3. La información es concisa.
Frecuencia
Coherencia y organización
0
1
2
3
4. Relaciona los conceptos o argumentos.
5. Presenta transiciones claras entre ideas.
6. Presenta una introducción y conclusión.
Frecuencia
Aportaciones propias
0
1
2
3
7. Utiliza ejemplos que enriquecen y clarifican el tema.
8. Incluye material de elaboración propia (cuadros, gráficas, ejemplos) y se apoya en ellos.
Frecuencia
Material didáctico
0
1
2
3
9. El material didáctico incluye apoyos para presentar la información más importante del tema.
10. La información la presenta sin saturación, con fondo y tamaño de letra idóneos para ser consultada por la audiencia.
11. Se apoya en diversos materiales.
Frecuencia
Habilidades expositivas
0
1
2
3
12. Articulación clara y el volumen de voz permite ser escuchado por todo el grupo.
13. Muestra constante contacto visual.
14. Respeta el tiempo asignado con un margen de variación de más o menos dos minutos.
Total
Puntaje Total
39
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación
del aire, del agua y del suelo
6 horas
Objetos de
aprendizaje
2.1 Contaminación
del aire, del agua
y del suelo
2.2 Origen:
Contaminantes
antropogénicos
primarios y
secundarios
– Reacciones químicas
– Contaminantes del
agua de uso industrial y
urbano
2.3 Inversión térmica
2.4 Esmog
2.5 Lluvia ácida
Competencias a desarrollar
n
n
n
Elige las fuentes de información más relevantes para establecer 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 de su comportamiento
y decisiones, participando con una conciencia cívica y ética en la vida de su
comunidad, región, México y el mundo.
De manera individual o colaborativa, identifica problemas, formula
preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para
responderlas.
n
n
n
n
Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener,
registrar y sistematizar la información para responder preguntas de
carácter científico.
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista
con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
fenómenos naturales a partir de evidencias científicas, dialogando y
aprendiendo de personas con distintos puntos de vista y tradiciones
culturales.
Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del
conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de
problemas cotidianos.
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta
y anótala en el recuadro de la izquierda.
La contaminación fotoquímica está asociada con la presencia en el aire de:
a) Partículas suspendidas
c) Óxidos de azufre
b) Óxidos de nitrógeno
d) Monóxido de carbono
Es un contaminante en el aire:
a) O2
b) N2
c) CO
d) H2O
Es una de las principales causas contaminantes del aire:
a) Óxidos de fósforo
c) Arrojar basura a la calle
b) Quemar llantas
d) Óxidos de carbono
Es un agente limpiador de origen natural de los contaminantes del aire, el radical:
a) Carbonilo (CO2) b) Hidroxilo (OH2)
c) Sulfuro (S22)
d) Carburo (C22)
Cuando el aire frío (más denso) queda atrapado entre el aire caliente (menos
denso) y cerca del suelo, se produce el fenómeno llamado:
a) Inversión térmica
c) Efecto invernadero
b) Lluvia ácida
d) Del niño
En la actualidad están ocurriendo desastres naturales de gran impacto como:
cambios en los climas regionales y una elevación del nivel del mar, debido
al efecto:
a) Calentamiento global
c) Térmico
b) Invernadero
d) Ozono
¿Cuál de los siguientes tipos de desechos contaminantes del agua es el más
perjudicial?
a) Desechos industriales
c) Derrames petroleros
b) Desechos caseros
d) Desechos radiactivos
Son dos sustancias que están disueltas en el agua “pura” natural por contacto
con el aire y con las formaciones rocosas.
a) CO y CO2
b) CO2 y HCO32
c) HCO32 y CO
d) Pb y Fe
¿Cuál es la mayor fuente de agua potable?
a) Agua subterránea
c) Lluvia
b) Mares y ríos
d) Plantas purificadoras
¿En qué consiste la demanda bioquímica (o biológica) de oxígeno (DBO)?
n
n
n
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del
medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto
ambiental, advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en
los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un
contexto global interdependiente.
Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su
cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias,
intrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida
cotidiana enfrentando las dificultados que se le presentan siendo
consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.
a)
b)
c)
d)
Es el oxígeno que producen los vegetales
Es la cantidad de oxígeno que se libera
Es la cantidad de oxígeno requerido disuelto en el agua
Es el consumo del material orgánico por los microorganismos
Desempeños por alcanzar
n
n
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología
química en la contaminación ambiental.
Propone estrategias de prevención de la contaminación del agua, del
suelo y del aire.
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Situación didáctica
¿El calentamiento global perjudica al
planeta? ¿Cierto o falso? ¿Tú qué opinas?
Ante los acontecimientos actuales (2016), surge la pregunta: ¿cuál es
la proyección de los efectos del calentamiento global? Suponien­
do que todo sigue igual se predice que el nivel de los océanos se
elevará alrededor de 6 cm por década en el transcurso del siglo
xxi, lo que llevaría a un incremento aproximado de 20 cm para el
año 2030. Podrían presentarse cambios regionales de clima, in­
cluida una reducción en las precipitaciones de verano y en la hu­
medad del suelo en América del Norte. Los mayores incrementos
de temperatura se pronostican para latitudes mayores de 40°,
donde la quema de combustibles fósiles y los cambios estaciona­
les en el crecimiento de las plantas son de mayor magnitud. Esto
podría tener un impacto considerable en áreas importantes de
producción de alimentos.
Ciertas regiones podrían perder terreno cultivable, y tener cam­
bios en la ubicación de las mejores zonas agrícolas.
Aunque el aumento en el dióxido de carbono (CO2) produciría un
calentamiento del planeta, nadie puede predecir con exactitud lo
Secuencia didáctica
¿Cómo lo resolverías?
que ocurrirá con el clima. Son
demasiados los factores que
influyen sobre él, y la mayoría
de ellos se afectan mutua­
mente, a menudo en formas
que todavía no se compren­
den bien. Los asentamientos
humanos calientan la Tierra al
reducir su reflec­tividad, oscu­
reciéndola con ciudades y
granjas que sustituyen a bosques y llanuras. Los automóviles y la
contaminación afectan las temperaturas locales; las partículas de
esmog pueden hacer al clima más cálido o más frío. Por añadidura,
el clima del planeta sufre ciertas alternancias entre edades de hielo
y periodos de calor; podría ser el caso que nos hallemos en la parte
alta cálida de un ciclo.
De hecho, muchos científicos predicen que, lejos de acercarnos a
un periodo de calentamiento global, nos aproximamos a otra edad
de hielo. En tal caso, un incremento de CO2 podría ser lo que el
mundo necesita para contrarrestar esa tendencia. Pero no pode­
mos estar seguros de ello.
¿Qué tienes que hacer?
Con la orientación de tu maestro, reúnete con dos o tres compañeros de clase y realicen la siguiente actividad; comparen los resultados obte­
nidos con otros alumnos. Contesten las preguntas y anoten sus conclusiones.
1. Grafica los datos de niveles de CO2 de la tabla siguiente, la cual
muestra mediciones promedio realizadas en el observatorio
Mauna Loa en Hawai.
esos puntos (no dibujes una línea recta ni intentes conectar
todos los puntos; la curva continua indica una tendencia
general).
Prepara el eje horizontal de manera que incluya los datos de
1870 a 2050. El eje vertical representará niveles de CO2
de 280 a 600 ppm. Grafica los puntos apropiados y dibuja
una curva suave y continua que represente la tendencia de
2. Suponiendo que la tendencia de tu curva continua prosigue
de 1990 a 2050, extiéndela con una línea punteada hasta el
año 2050. Esta extrapolación es una predicción para el futuro,
con base en tendencias del pasado.
42
Grupo Editorial Patria®
Año
Nivel aproximado de CO2 (ppm por volumen)
Año
Nivel aproximado de CO2 (ppm por volumen)
1870
291
1976
332
1900
287
1978
335
1920
303
1980
338
1930
310
1960
317
1982
341
1965
320
1984
344
1970
325
1986
347
1972
328
1988
351
1974
330
3.Con la gráfica elaborada, contesta las siguientes preguntas:
c) El año 2030:
¿Qué indica tu gráfica respecto al cambio general en los nive­
les de CO2 desde 1870?
d) El año 2050:
Con base en tu extrapolación, predice los niveles de CO2 para:
a) El año en curso:
Ten en cuenta que las extrapolaciones de este tipo son siempre
tentativas. En el futuro pueden surgir factores del todo im­
previstos.
¿Qué predicciones de las anteriores tienen más posibilidades
de ser acertadas?
b) El año 2020:
43
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
¿Por qué?
¿Qué suposiciones implica realizar extrapolaciones a partir de
datos conocidos?
Describe los factores que podrían hacer que tus extrapolacio­
nes sean incorrectas.
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Instrucciones: Con la orientación del maestro organicen un de­
bate sobre la importancia de conocer el problema del calentamien­
to global.
Intégrate a un equipo de compañeros para que presenten sus res­
puestas en plenaria y analicen el punto central de esta situación
didáctica.
Autoevaluación
1. ¿Leí todo el contenido del bloque?
2. ¿Puedo resolver la problemática que se me presente en otro
problema relacionado con la química ambiental?
3. Establezco las conclusiones correspondientes y elaboro un re­
porte en donde expreso de manera clara y objetiva mis reflexio­
nes sobre el tema del calentamiento global.
Portafolio de evidencias
Pasos para hacer el portafolio de evidencias
1.En una computadora crea una carpeta con el nombre Química2.
2.Crea un archivo en un procesador de textos con tu nombre_Química2.
3.Crea dentro de la carpeta Química2 otra carpeta con tu nombre_Bloque2.
4.Dentro de la carpeta Bloque2 guarda las evidencias que indique tu profesor.
5.Envía los archivos a tu profesor por correo electrónico.
44
2.1 Contaminación del aire,
del agua y del suelo
Origen de la contaminación del aire
Los griegos no aceptaban la noción de vacío y, por tanto, no creían
que el espacio que hay entre la tierra y el cielo estuviera libre de
sustancias. Como en las diferentes altitudes habitadas por el hom­
bre había aire, parecía razonable suponer que también hubiese oxí­
geno más arriba. Quizá este razonamiento llevó a Anaxímenes de
Mileto a concluir, hacia el año 570 a. C., que el aire era el elemento
constituyente del universo, y quizá por eso también pensó que éste
se comprimía al acercarse al centro del planeta, formando así sus­
tancias más densas como el agua y la tierra.
Ahora sabemos que una mezcla de varios elementos y compues­
tos conforman la atmósfera, esa capa de aire que rodea a la
Tierra. La palabra atmósfera proviene del griego atmos, aire, y
sfaira, esfera. Para que tengas una idea de qué tan importante es la
atmósfera terrestre para el hombre, piensa que la Luna, aunque in­
comparablemente bella, carece de aire; Mercurio es desolador des­
de los primeros kilómetros de altura; Venus tiene una atmósfera
abrasadora e inhóspita, y los científicos ya nos han pro­porcionado un
acercamien­to fotográfico del sofocante Júpiter.
Hasta hoy, el hombre sigue buscando un lugar en el espacio que
pueda servirle como hogar en caso de un fulminante aumento de la
población mundial. Como no sabemos cuál será el resultado de esa
búsqueda, debemos darnos cuenta de que la Tierra es una pequeña
isla verde y azul suspendida en la inmensidad del espacio. Es nues­
tra isla, y por ello debemos prodigarle los cuidados necesarios para
mantenerla habitable, pues es el único sitio que tenemos para vivir.
Lo que hace tan especial a nuestro planeta es su sistema de manteni­
miento de la vida, el cual consta, en parte, de esa delgada capa de ga­
ses a la que llamamos atmósfera. Sin ella, sería imposible vivir en la
Grupo Editorial Patria®
Tierra, pues una persona
puede sobrevivir algu­
nos días sin agua, pero
sin aire, moriría en unos
minutos. Por eso el hom­
bre se ha ocupado en es­
tudiarla, aunque todavía
hay cosas que no se expli­
ca. Por ejemplo, es difícil
determinar con exacti­
tud su espesor, pues la
atmósfera no tiene un lí­ Figura 2.2
mite definido sino que se La atmósfera de la Tierra está contaminada
desvanece a medida que por el descuido del hombre.
asciende desde la superficie de la Tierra. Sólo sabemos que 99% de
ella abarca 30 km a partir del suelo. Es decir, si comparamos a la Tie­
rra con una manzana, la atmósfera sería más delgada que la piel de
ésta. ¿Te imaginas? Esa fina capa de aire es todo lo que existe entre
nosotros y el espacio sideral.
Ahora bien, como el aire nos es tan familiar y tan desconocido al
mismo tiempo, es difícil considerarlo como materia, pero lo es.
Todos los gases, incluido el aire, tienen masa y ocupan espacio,
además, como otras formas de materia, se rige por ciertas leyes
físicas.
El aire tiene las siguientes propiedades físicas y químicas:
Propiedades físicas
n
Es de menor densidad que el agua.
n
Tiene volumen definido (debido a que forma parte de la tro­
posfera, región que comprende aproximadamente los prime­
ros 12 km de la atmósfera).
n
No se presenta en el vacío.
n
Es incoloro, inodoro e insípido.
Propiedades químicas
Figura 2.1
Cada planeta tiene su propia atmósfera.
n
Está compuesto por varias sustancias: nitrógeno (78% en
volumen), oxígeno (21% en volumen) y el restante 1% está
formado por muchos gases de vital importancia para noso­
tros, entre ellos el dióxido de carbono (CO2) y el vapor de
agua.
n
A bajas temperaturas, el aire se cristaliza o se puede congelar.
n
De acuerdo con la altitud, composición, temperatura y otras
características, la atmósfera comprende las siguientes capas o
regiones:
1. Troposfera. Alcanza una altura media de 12 km (7 km en los
polos y 16 km en los trópicos). En ella encontramos, junto con
45
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
el aire, polvo y vapor
de agua, entre otros
componentes.
2. Estratosfera. Zona bas­
tante fría que se ex­
tiende entre los 12 y
los 50 km de altura. En
su capa superior (en­
tre los 20 y 50 km)
contiene gran canti­
dad de ozono (O3), el
cual es de enorme im­
portancia para la vida
en la Tierra, ya que ab­
sorbe la mayor parte
de los rayos ultraviole­
ta proveniente del Sol.
Figura 2.3
Capas constituyentes de la atmósfera
terrestre (con su espesor aproximado).
3. Mesosfera. Zona que
se sitúa entre los 50 y
100 km de altitud. Su
temperatura aumenta
hasta 10 000 ºC, y los
rayos “X” y ultraviole­
ta del Sol ionizan el
aire enrarecido, pro­
duciendo átomos y
moléculas con carga
eléctrica (que reciben
el nombre de “iones”)
y electrones libres.
4. Exosfera. Está a 500 km de altura y se extiende más allá de los
1 000 km. Está formada por una capa de helio y otra de hidró­
geno. Después de esta capa se halla una enorme banda de ra­
diaciones (conocida como magnetosfera) que se extiende
hasta unos 55 000 km de altura, aunque no constituye propia­
mente un estrato atmosférico.
Para tu reflexión
Una nube es una masa de gotas de agua (o cristales de hielo) que está
suspendida en el aire. Se forma cuando el aire asciende y, debido a que
la presión atmosférica disminuye con la altura, se expande; al expan­
dirse, el aire se enfría y no puede mantener tanto vapor de agua como
cuando está caliente. Por ejemplo, a una temperatura de 20 ºC el aire
puede retener una cantidad de vapor de agua cuatro veces mayor que
cuando se encuentra cerca del punto de congelación.
Al enfriarse, el aire alcanza una temperatura en la que está saturado el
vapor, es decir, está a punto de rocío. Por debajo de esa temperatura
no retiene más humedad vaporizada, así que ésta se condensa alrede­
46
dor de las pequeñas partículas que siempre existen en el aire. Así se
forman las gotas de agua. Luego esas gotas son elevadas por una
corriente de aire cálido y, como sobre una partícula se condensan mu­
chas moléculas de vapor de agua, se forma una nube de gotas, cuyo
volumen es mucho mayor que la suma de los volúmenes de las mo­
léculas. Existen dos tipos de nubes, las cumuliformes (cúmulos) y las
estratiformes (estratos) y su formación depende de la velocidad de la
corriente de aire ascendente.
Figura 2.4
Estratos.
Figura 2.5
Cúmulos.
Composición del aire
El aire limpio y puro forma una capa de aproximadamente 5 000 billo­
nes de toneladas que rodea a la Tierra. Su composición es la si­
guiente:
Componente
Símbolo
Concentración aproximada
en % en volumen
Nitrógeno
N
78.03
Oxígeno
O
20.99
Dióxido de carbono
CO2
0.03
Argón
Ar
0.94
Grupo Editorial Patria®
Componente
Símbolo
Concentración aproximada
en % en volumen
Neón
Ne
0.00123
Helio
He
0.0004
Criptón
Kr
0.00005
Xenón
Xe
0.000006
Hidrógeno
H
0.01
Metano
CH4
0.0002
Óxido nitroso
N2O
0.00005
Vapor de agua
H2O
Variable
Ozono
O3
Variable
Partículas
Variable
Separación de gases en una mezcla
El aire no sólo es una mezcla de gases que protege a los seres vivos,
también es una fuente prácticamente inagotable de recursos natu­
Figura 2.6
Los sopletes industriales requieren oxígeno líquido.
rales. Por ejemplo, las plantas y los animales extraen de él, mediante
diversos procesos bioquímicos, el oxígeno y el nitrógeno que nece­
sitan para vivir.
Por su parte, el hombre ha aprendido a separar los componentes
del aire utilizando medios químicos como la licuación, que consis­
te en comprimir el aire a una presión muy alta para convertirlo en
líquido. Después, ese líquido se calienta y se enfría sucesivamente
para obtener nitrógeno de alta pureza, oxígeno líquido y otras frac­
ciones como el neón (Ne), el argón (Ar), el criptón (Kr) y el xenón
(Xe). El oxígeno líquido se envasa en recipientes de acero a presio­
nes de 100 atmósferas o más, y se utiliza, por ejemplo, en sopletes
industriales y en respiradores caseros.
Fueron muchos los descubrimientos científicos que tuvieron que
realizarse antes de que la separación del aire y otros gases fuese po­
sible. Varios de ellos estuvieron relacionados con el propósito de
alcanzar la temperatura del cero absoluto: 2273 °C. Sin embargo,
este valor, que equivale al cero absoluto de la escala Kelvin (0 K) es
inalcanzable, ya que se necesitaría un proceso casi interminable
para obtenerlo. Hasta hoy, la temperatura más baja alcanzada es de
0.000055% sobre el cero absoluto.
Una sociedad industrial como la nuestra produce enormes can­
tidades de gases contaminantes, pues muchos de los procesos
indu­striales generan subproductos gaseosos que no son útiles y se
desechan. Por ejemplo, la mayoría de los procesos de manufactura
producen gases de desecho, pero también los automóviles y la
com­bustión de la basura los producen. Cuando esos productos ga­
seosos se mezclan con la atmósfera, pueden convertirse en compo­
nentes semipermanentes en ella. El hecho de liberar tales productos
al aire no significa que van a desaparecer, en realidad, como son li­
berados a la atmósfera, pueden producir una grave contaminación,
sobre todo si se acumulan en determinadas zonas geográficas.
Figura 2.7
En gran cantidad de ciudades los gases contaminantes son un problema y
continúan dañando la salud humana.
47
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Actividad experimental
Recolección de un gas obtenido a partir
de diferentes sustancias.
Con la guía de tu profesor, intégrate en un equipo de cuatro o cinco
compañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas corres­
pondientes. Luego elaboren un informe escrito con sus conclusiones y
compárenlo con los informes de otros equipos.
Propósito
¿Qué gas se desprende del matraz generador?
Laven el matraz generador y repitan el experimento, pero ahora,
para producir el gas, utilicen el polvo de hornear y el vinagre.
¿Qué ocurrió en el tubo de ensayo?
Separar el dióxido de carbono de una mezcla de gases.
Material
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
Vaso de precipitados de 25 mL
1 agitador de vidrio
hidróxido de calcio (Ca(OH)2)
Agua destilada o de la llave
1 matraz Erlenmeyer de 250 mL
1 tapón monohoradado
2 botellas iguales de plástico
(pueden ser de refresco)
1 tubo de vidrio con manguera
de hule
Pastillas efervescentes
1 cucharada de polvo de hornear
3 mL de vinagre
3 tubos de ensayo de 15 × 150 mm
4 popotes
¿Qué gas se desprende del matraz generador?
El dióxido de carbono (CO2), presente en el aire que exhalamos,
puede separarse de los otros gases con los que se mezcla, por
medio del siguiente procedimiento:
Viertan disolución de hidróxido de calcio (preparada en el paso 1)
hasta la mitad de una de las botellas de plástico y marquen con
un plumón el nivel alcanzado. Luego viertan el agua de la llave en
otra botella igual y hasta el mismo nivel.
Introduzcan dos popotes en cada botella y soplen a través de ellos
por lo menos durante un minuto. Burbujeen de forma suave y
continua. Procuren no salpicar.
Comparen las dos botellas y contesten las siguientes preguntas:
¿Qué sucedió en cada botella?
Procedimiento
1. Agreguen 5 g de hidróxido de calcio en un vaso de precipitados
que contenga 200 mL de agua de la llave o destilada.
2. Mezclen ambas sustancias con el agitador y déjenlas reposar
hasta que se precipite el hidróxido de calcio.
3. Preparen su generador de gases colocando el tapón monohora­
dado al tubo de vidrio, y luego pongan éste dentro del matraz Er­
lenmeyer, como se observa en la figura.
4. Viertan en un tubo de ensayo parte de la disolución que prepara­
ron en el paso 1. Procuren llenar el tubo de ensayo hasta la mitad.
5. Añadan un poco de agua y las pastillas efervescentes al matraz
generador de gases. Tápenlo rápido e introduzcan la manguera en
el tubo de ensayo para que entre en contacto con la disolución de
hidróxido de calcio.
¿Qué ocurrió en el tubo de ensayo?
48
¿De qué otros gases se separa el dióxido de carbono en este ex­
perimento?
Conclusiones:
Grupo Editorial Patria®
Clase de contaminantes
Clase de contaminantes
Ejemplos
Óxidos de carbono
Monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2)
Óxidos de azufre
Dióxido de azufre (SO2), trióxido de azufre (SO3)
Óxidos de nitrógeno
Óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2)
Compuestos orgánicos volátiles
Metano (CH4), propano (C3H8), benceno (C6H6), compuestos clorofluorocarbonados (CFC)
Partículas suspendidas
Partículas sólidas (polvo, cenizas, hollín, asbestos, plomo, sales de nitratos y sulfatos), gotas líquidas (ácido sulfúrico, bifenilos
policlorinados (BPC), dioxinas, pesticidas)
Sustancias radiactivas
Radón-222, yodo-131, estroncio-90, plutonio-239
Compuestos tóxicos
Trazas de, al menos, 600 sustancias tóxicas (muchas de las cuales son compuestos orgánicos volátiles, de los que, a su vez, se sabe
que 60 causaron cáncer en pruebas con animales)
Oxidantes fotoquímicos
Ozono (O3), nitratos de peroxiacilo (NPA, por sus siglas en inglés), peróxido de nitrógeno (H2O2), aldehídos
Origen de la contaminación
del agua
Como se mencionó, el agua se contamina fácilmente porque tiene
la propiedad de disolver gran cantidad de sustancias. Si considera­
mos que el agua dulce que hay en la Tierra no es una fracción im­
portante del total de agua existente, entendemos por qué es uno
de nuestros recursos más preciados. Al caer la lluvia, el agua corre
por la superficie terrestre disolviendo numerosas sustancias a su
Figura 2.8
El ciclo hidrológico.
paso, por lo que el agua dulce contiene gran variedad de metales:
sodio, potasio, magnesio, calcio y hierro; no metales: cloruros, sul­
fatos y bicarbonatos; gases disueltos: oxígeno, nitrógeno y dióxido
de carbono.
Las aguas dulces son soluciones diluidas que contienen muchos
compuestos químicos. El agua natural contiene también diversas
materias suspendidas y partículas coloidales. En el siguiente cua­
dro se lista la composición del agua “pura natural”.
Figura 2.9
Los seres vivos necesitan agua potable.
49
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Sustancia
Fórmula
Observaciones
Por contacto con el aire
CO2
Dióxido de carbono
Hace al agua ligeramente ácida
A veces pueden ser grandes cantidades
Partículas de polvo
Nitrógeno
N2
Junto con el oxígeno forma burbujas en el agua
Dióxido de nitrógeno
NO2
Formado por relámpagos
Por contacto con las formaciones rocosas
Ca12
Iones calcio
De carbonato de calcio
De tierras, arcillas y rocas
Iones cloruro
Cl
Iones hierro (II)
Fe12
De tierras, arcillas y rocas
12
De tierras, arcillas y rocas
Mg
Iones magnesio
Figura 2.10
El tratamiento del agua natural es fundamental
para el hombre.
2
K1
Iones potasio
De tierras, arcillas y rocas
1
Iones sodio
Na
Iones sulfato
SO422
2
Iones bicarbonato
HCO3
De tierras, arcillas y rocas
De tierras y rocas
De tierras y rocas
Normas químicas para el agua potable
Especie química
Máxima concentración
permisible en ppm* (mg/L)
Especie química
Máxima concentración
permisible en ppm* (mg/L)
Arsénico (iónico)
0.05
Sulfonato de alquilo lineal (detergente)
0.5
Ion bario
1.0
Manganeso (iónico)
0.05
Ion cadmio
0.01
Ion nitrato más ion nitrito
Ion cloruro
250.0
Selenio (iónico)
0.01
Cromo (iónico)
0.05
Ion plata
0.05
Cobre (iónico)
1.0
Ion sulfato
250
Ion cianuro
0.2
Ion fluoruro
Sobre 2.0
Compuestos químicos orgánicos
sintéticos (extracto de carbonocloroformo)
0.15
10.0 (es N)
Hierro (iónico)
0.3
Total de sólidos disueltos
500
Plomo (iónico)
0.05
Ion zinc
5.0
*ppm (partes por millón).
A las sustancias orgánicas que las bacterias son capaces de oxidar se les denomina biodegradables (también se llaman desperdicios que deman­
dan oxígeno). Los desperdicios industriales de las plantas procesadoras de alimentos y fábricas de papel, y los afluentes de las plantas empaca­
doras de carne, son ejemplos de estas sustancias.
Los nutrientes de los vegetales, particularmente el nitrógeno y el fósforo, contribuyen a la contaminación del agua porque estimulan el creci­
miento excesivo de las plantas acuáticas. Sus resultados más visibles son las algas flotantes y el agua turbia. A medida que el crecimiento de las
50
Grupo Editorial Patria®
que lo habitan debido al uso desmedido de plaguicidas y herbici­
das que, además de contaminar el agua y el aire, afectan la cadena
alimentaria.
Para tu reflexión
El agua contaminada mata vacas
El 19 de febrero de 1996 apareció en un periódico de circulación na­
cional, una noticia relacionada con el problema de la contaminación del
agua que ocasiona el procesamiento del café en los estados de Puebla
y Veracruz. El artículo explicaba que el café se procesa antes de ser
consumido, y que este proceso se lleva a cabo por vía húmeda en los
lugares conocidos como “beneficios húmedos”. Por supuesto, este pro­
ceso requiere grandes cantidades de agua.
Figura 2.11
Debemos conservar limpios y atractivos los ríos que nos brinda la naturaleza.
plantas se hace excesivo, se incrementa la cantidad de materia vegetal
muerta y en descomposición. Estos ve­getales consumen oxígeno al
tiempo que son biodegradados, lo que provoca el agotamiento del
oxígeno del agua.
El agua necesaria para uso doméstico, la agricultura y los procesos
industriales se toma de los lagos y ríos, así como de las fuentes sub­
terráneas naturales o de los depósitos. Gran parte del agua que llega a
los sistemas municipales es “usada” y ya ha pasado por uno o más
sistemas de drenaje o por plantas industriales.
La contaminación excesiva del agua ha alterado el equilibrio ecoló­
gico, provocando la extinción de especies animales y vegetales. Las
aguas residuales arrastran los
desechos domésticos, portado­
res de materia orgánica en des­
composición. Por su parte, los
residuos industriales contienen
espumas e hidrocarburos clora­
dos que no son solubles en el
agua, se fijan a los residuos gra­
sos, contienen restos de meta­
les, y se convierten en sustancias
tóxicas que afectan la fauna y la
flora acuáticas.
Figura 2.12
El agua contaminada provoca graves
daños a la naturaleza.
El petróleo y sus residuos, que
son vertidos en el agua de mar,
han terminado ya con la vida
marina en diversas zonas y, fre­
cuentemente, ocasionan las lla­
madas mareas negras. El mar se
ha convertido también en un
sitio peligroso para las especies
El hecho más preocupante es que, cerca del río Amizatlán, que pasa por
los estados de Puebla y Veracruz, las vacas mueren por diarrea durante
la época en que se cosecha el café. Este suceso se ha repetido duran­
te varios años, pues el agua de desecho de los beneficios húmedos se
tira precisamente en el río Amizatlán.
La presencia de casi todas las impurezas del agua se debe a procesos
naturales y es imposible eliminarlas. Sin embargo, la calidad del agua dul­
ce se puede afectar negativamente por adición de las impurezas que re­
sultan de las actividades del hombre. Puesto que el agua superficial, junto
con la de los pozos, sirve para uso y consumo públicos, se han estable­
cido normas químicas en el país para mantener el agua potable. Estas
normas, junto con los reglamentos bacteriológicos, sirven como guías para
quienes abastecen de agua a la población. Su objetivo es evaluar la ca­
lidad del agua potable en función de su color, aspecto, sabor y olor.
Por supuesto, el agua también se contamina biológicamente, pues mi­
croorganismos como virus, bacterias y parásitos, suelen vivir en la ma­
teria fecal proveniente de las aguas domésticas. Además, los seres
humanos contaminamos el agua arrojando a ella todo tipo de basura,
desperdicios y sustancias tóxicas. En el agua potable se vierten des­
cargas de origen industrial y agrícola, plaguicidas, fertilizantes, restos
animales y desechos domésticos.
De acuerdo con lo anteriormente expuesto, ¿qué entiendes por agua
residual? Es agua utilizada que experimentó cambios de tipo químico,
físico o biológico, y que, por eso mismo, ya no puede ser utilizada en el
proceso que la generó. El agua que sale de las casas e industrias hacia
el sistema de drenaje, es ejemplo de aguas residuales.
Figura 2.13
Los animales no deben consumir aguas
residuales.
51
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Fuentes más comunes
de contaminación del agua
Aguas
residuales
Vienen de los hogares y de los desechos de las industrias
procesadoras, hacen disminuir la cantidad de oxígeno disuelto
en el agua. El agua adquiere un color oscuro y olor fétido.
Organismos
patógenos
Provienen de las heces humanas y animales, de ciertas industrias (como curtidurías) y del agua contaminada procedente
de basureros. Sin embargo, la mayoría de los cuerpos
acuíferos están protegidos por vallas y el agua de éstos se
purifica con mucho cuidado antes de abastecerse
a casas y fábricas.
Fertilizantes
Los fertilizantes que se usan en la agricultura llegan a ríos
y lagos. Sus altas concentraciones de nitratos y fosfatos
aumentan el crecimiento de algas y de maleza en el agua.
Estos seres vivos u organismos consumen el oxígeno disuelto
en el agua y asfixian a las otras formas de vida. Confieren mal
olor y sabor al agua.
Sedimentos
La lluvia acarrea a los abastecimientos de agua sedimentos
de fango, los cuales pueden ocasionar problemas
en las plantas de purificación al bloquear las tuberías.
Sustancias
químicas
orgánicas
Los detergentes y pesticidas contaminan el agua. Al formar
espuma, los detergentes impiden que el oxígeno se disuelva
con facilidad en el agua. Los pesticidas se acumulan en
los seres vivos e incluso en pequeñas cantidades pueden ser
fatales para los peces. Es mejor usar productos biodegradables.
Sustancias
químicas
inorgánicas
Los minerales solubles, así como los ácidos y álcalis, llegan
desde las fábricas y minas hasta los abastecimientos de agua.
Los óxidos de azufre y nitrógeno llegan a la atmósfera desde
las chimeneas de las fábricas, la lluvia los arrastra
y los lleva a ríos y lagos.
Materiales
radiactivos
Son descargados por las industrias sin protección contra
las radiaciones, provocan cáncer o mutaciones en una amplia
variedad de organismos, incluyendo al hombre.
Calor
Las centrales eléctricas emplean grandes cantidades de agua
para enfriamiento, después regresan agua pura un poco más
caliente, lo que provoca que se disuelva menos oxígeno.
Aplica lo que sabes
Para evitar la contaminación del agua es conveniente tomar algunas
medidas preventivas:
n
Mantener cerrados y con tapa los depósitos del agua.
n
Asear por lo menos una o dos veces al año las cisternas, así como
los tinacos cuando estén conectados a la cisterna.
n
No arrojar desechos de ningún tipo a los depósitos o cubetas de
agua.
n
Mantener limpios y aseados los bebederos.
n
Evitar las fugas de agua manteniendo llaves y muebles sanitarios
en buen estado.
n
52
Lavar la ropa y los trastos con jabones biodegradables.
n
Utilizar detergente biodegradable y sólo usar la cuantía necesaria
para así evitar grandes cantidades de espuma.
n
No arrojar al drenaje ni al suelo solventes o residuos de aceites,
petróleo, etcétera.
n
Usar el cloro necesario para lavar la ropa.
n
No arrojar basura en el drenaje.
Purificación del agua
El agua para consumo humano debe ser potable, es decir, no conta­
minada. Existen varios métodos de purificación del agua que son
sencillos: ebullición, ozonización (pasarla a través de ozono, O3),
cloración, etcétera. Podemos escoger el más adecuado a nuestras
necesidades y posibilidades, según la zona donde habitemos. Por
ejemplo, al hervir el agua durante 10 o 15 minutos se elimina la ma­
yoría de los microorganismos perjudiciales para el ser humano.
Claro, el recipiente donde se hierva el agua debe taparse para que
no se vuelva a contaminar.
La ozonización se basa en
el hecho de que el ozono
tiene una actividad quími­
ca potente y mata a las
bacterias y a los microorga­
nismos que se encuentran
en el agua. Recuerda que
cuando el ozono reacciona
con los componentes del
agua, deja oxígeno como
residuo. Otro método sen­
cillo es la cloración, que
consiste en agregar hipo­ Figura 2.14
clorito de sodio (cloro ca­ Los lirios crecen muy bien en aguas
contaminadas con fertilizantes.
sero) al agua para eliminar
bacterias.
La filtración es otra alterna­
tiva para purificar el agua.
En este caso ha de usarse
un filtro doméstico cuyos
poros sean tan finos o pe­
queños que no permitan el
paso de las bacterias, como
el filtro de Pasteur, elabora­
do con porcelana sin es­
maltar.
Una forma muy antigua de
filtrar el agua es mediante
un tamiz (filtro) de arena y
Figura 2.15
En la casa se pueden utilizar estos tipos
de filtros domésticos.
Grupo Editorial Patria®
grava, que se construye colocando primero una capa de grava y lue­
go una de arena. Posteriormente se hace circular agua por el filtro,
el cual retiene las partículas en suspensión. Es conveniente aclarar
que mediante este proceso no se eliminan las bacterias.
Para tu reflexión
Tratamiento de agua
¿Sabías que 99.9% de las aguas negras es agua recuperable?
Las aguas negras proceden de las descargas de baños, cocinas, lavan­
derías, lavado de autos y drenajes. Las plantas purificadoras de las ciu­
dades tratan esta agua según la cantidad y tipo de contaminante. Como
el objetivo es que sean reutilizadas, les dan dos tipos de tratamiento:
primario y secundario.
El tratamiento primario consiste en separar mediante un cribado (selec­
ción por medio de una malla) las partículas grandes, como cáscaras de
naranjas, bolsas de plástico, tejas, piedras, palos, etcétera. El agua pasa
después a un desarenador, a un estanque donde la velocidad de flujo
disminuye lo suficiente para permitir que las partículas suspendidas (ma­
yores de 100 nm) sedimenten como arena. Luego esta arena se recolec­
ta y se utiliza como relleno sanitario.
El tratamiento secundario es un proceso biológico en el que se utilizan
bacterias aeróbicas para desintegrar los desechos orgánicos restan­
tes. El método más usado es el lodo activado, que consiste en verter
una mezcla de microorganismos en el agua, luego se hace burbujear
aire en ella y se espera a que las bacterias digieran el material orgáni­
co y formen dióxido de carbono (CO2) y agua.
Para que no se desperdicien los microorganismos, se pasa el agua a
un tanque de sedimentación o clarificador secundario, y tanto las bac­
terias como el material no descompuesto se regresan a un tanque de
aireación. La mayoría de las plantas municipales cloran el agua des­
pués del tratamiento secundario. Las aguas tratadas contienen 10% de
la materia orgánica original, 50% o más de los fosfatos y iones metá­
licos, así como pesticidas. El uso de cloro con esta agua puede ser
riesgoso.
Figura 2.17
Las plantas purificadoras de aguas negras son fundamentales para las
comunidades.
Es indispensable que el agua se encuentre libre de impurezas a fin de
que sea apta para consumo humano. No existe un método universal
para purificar el agua, pero, en términos generales, la mayoría de las
plantas purificadoras de agua funcionan de la siguiente manera:
1. Tamizado: se usa una malla de alambre para eliminar desde ra­
mas de árbol hasta partículas de arena fina.
2. Aireación: para mantener un nivel adecuado de oxígeno disuelto
en el agua, ésta se bombea en cascadas pequeñas para que cir­
cule en forma rápida y aumente así la cantidad de agua que hace
contacto con el aire.
3. Filtración: el agua se hace pasar a través de varias capas de are­
na gruesa y una capa de grava.
4. Esterilización: consiste en hacer pasar el agua a través de cloro u
ozono para destruir las bacterias.
Actividad experimental
Preparación de agua residual artificial
y su tratamiento
Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o cinco com­
pañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspon­
dientes. Después elaboren un informe escrito y expónganlo al resto del
grupo.
Propósito
Purificar el agua residual.
Material
Figura 2.16
Tratamiento primario de aguas negras.
n
1 litro de agua de la llave
n
1 cucharada de sal de mesa
n
½ cucharadita de polvo de ajo o ajo molido
n
½ taza de café molido
53
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
7. Desecha el aceite como te indique tu profesor.
n
3 cucharadas de aceite
vegetal
n
100 g aproximadamente
de arena
n
100 g aproximadamente
de grava o tezontle
n
50 g aproximadamente
de carbón en polvo
n
1 vaso desechable
de poliuretano
n
1 embudo de tallo largo
o corto
n
3 trozos de papel filtro
n
soporte universal o tripié
n
1 triángulo de porcelana
n
1 pedazo de 3 cm de manguera de hule
n
1 agitador de vidrio o un palito de madera
n
unas pinzas, un clip o un pasador para el pelo
8. Observa las características del agua del primer recipiente y guár­
dala para la siguiente etapa.
9. Realiza pequeñas perforaciones en la parte inferior del vaso dese­
chable de poliuretano, como se ilustra en la figura.
10. Coloca una capa de grava, después una de arena y termina con
una de grava (véase figura).
11. Vacía lentamente la muestra que va a ser filtrada en el vaso pre­
parado. Recíbela en un frasco.
Figura 2.18
Etapas del experimento.
Procedimiento
1. Al agua de la llave agrégale la sal, el polvo de ajo, el café molido
y el aceite vegetal. Mézclalos con el agitador.
¿Qué color se obtuvo?
¿Se mezclaron todos los componentes?
¿Por qué?
¿Qué olor tiene esta agua sucia?
¿Tiene sólidos y grasas no disueltos?
¿Por qué?
2. En un vaso común, toma una muestra de aproximadamente 100 mL
de agua sucia y fíltrala, como se muestra en la figura.
3. Aprieta la manguera con unas pinzas, un clip o un pasador para
el pelo. Agrega la mitad del contenido del vaso. Deja reposar has­
ta que se formen dos capas.
4. Abre cuidadosamente las pinzas (el clip o pasador para el pelo) y
permite que salga la capa inferior de sedimento. Recógela en un
vaso de 150 mL aproximadamente. Cuando pase toda la capa
vuelve a cerrar la pinza.
5. Drena en otro recipiente lo que haya quedado en el papel filtro.
6. Repite las etapas 2, 3, 4 y 5 con el resto del agua sucia. Coloca
cada líquido por separado.
¿Qué sustancia se eliminó en esta etapa de purificación?
54
12. Mide el volumen obtenido de agua filtrada. Compara sus nuevas
características con las que tenía inicialmente. Llena la tabla de
registro.
Características
Agua “sucia”
Agua tratada
Volumen
Olor
Color
Sólidos
Aceite
¿Qué sustancia se eliminó en esta etapa de purificación?
13. Dobla el papel filtro de acuerdo con las instrucciones de tu maes­
tro y colócalo en el embudo.
14. Agrega el carbón vegetal (una cucharadita) al agua obtenida en el
paso 11 y mezcla perfectamente estos componentes con un agi­
tador.
15. Filtra la mezcla anterior y, si el agua queda turbia, vuelve a filtrar
hasta que quede incolora e inodora. Utiliza un nuevo papel filtro
cada vez que repitas la operación.
16. Mide el volumen final de la muestra obtenida. Esta agua puedes
usarla para lavarte las manos, ¡no te la tomes, ya que te puede
causar daño!
Origen de la contaminación del suelo
Como sabemos, el alimento fundamental para el reino animal se ob­
tiene de las plantas, que constituyen el reino vegetal. Por medio de la
fotosíntesis, cuya energía proviene del Sol, la población de plantas
verdes proporciona el alimento que sostiene la vida en la Tierra. No­
sotros podemos alimentarnos de plantas o animales, y estos últimos
a su vez se nutren de plantas. Para que las plantas puedan crecer se
requiere de una temperatura adecuada, nutrientes, aire, agua y estar
libres de enfermedades, plagas y pestes. La productividad agrícola de
los últimos años ha descansado en los productos agroquímicos, que
ayudan a la naturaleza proporcionando a las plantas los nutrientes
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adecuados y librarlos de enfermedades. Sin embargo, utilizar de pro­
ductos agroquímicos implica riesgos para el ambiente y la salud hu­
mana; por tanto, es importante medir los riesgos frente a los
beneficios en el uso de estos productos químicos.
En el primer tipo, el hombre está implicado de manera directa; es aquel
tipo de contaminación en que el hombre es parte activa de la de­
gradación del suelo como puede ser la transformación de culti­
vos, la urbanización del medio o la construcción de grandes vías
de comunicación.
Estructura de un suelo típico
En el segundo tipo, el hombre está implicado de manera indirecta. Es
la contaminación causada por efectos naturales como puede ser la
erosión y desertificación. Decimos que el ser humano está implica­
do de manera indirecta ya que sus acciones ayudan a reforzar la
contaminación de los efectos naturales o a que éstos se produzcan.
Por ejemplo, un bosque tiene más probabilidades de sufrir un in­
cendio si está sucio de los desechos humanos, que otro bosque que
esté limpio.
Antes de tratar la contaminación del suelo propiamente dicha, va­
mos a hacer una pequeña introducción a la estructura del suelo.
Nos referiremos a los suelos en los que arraiga la vida vegetal y hay
importante presencia de la animal. En estos suelos se distinguen las
distintas capas u horizontes:
n Horizonte A (suelo
superior): es la capa
más externa, más me­
teorizada, (la meteori­
zación es la desintegra­
ción y descomposición
de una roca en la super­
ficie terrestre o próxima
a ella como consecuen­
cia de su exposición a
los agentes atmosféri­
cos, con la participa­
ción de agentes biológi­
cos), y rica en humus,
también es la capa que
más sufre la contamina­
ción por ser la que está
más próxima al entorno
humano.
n Horizonte B: es la capa
intermedia, menos alte­
rada y con menos humus
pero a ella llegan las raíces Figura 2.19
de los vegetales, el oxíge­ Perfil del terreno. El clima (Sol, lluvia,
no y el anhídrido carbóni­ vientos, etcétera), las plantas y su
basura, los gusanos y otros organismos,
co atmosféricos y, por tan­ así como la topografía, interaccionan
to también sufre la con­ para formar el suelo.
taminación.
n Horizonte C: está compuesto por fragmentos de la roca madre,
más o menos alterados pero sin humus, donde las aguas pe­
netran y donde difícilmente llegan las raíces y los gases atmos­
féricos.
n Horizonte D: es la roca madre inalterada, por lo que más
que pertenecer al suelo marca su límite.
Podemos clasificar los orígenes de la contaminación del suelo en
dos grandes tipos: contaminación de la mano del hombre y
contaminación por efectos naturales.
El primer tipo, la contaminación en la que el hombre está presente
de manera directa, ocurre cuando el ser humano explota en dema­
sía el suelo como productor de alimentos. Para proteger estos ali­
mentos de agentes externos el hombre usa plaguicidas, lo cual trae
por consecuencia una mayor calidad de estos alimentos y de igual
manera la contaminación de tres medios fundamentales: suelo,
aire y agua (es interesante hacer notar que la contaminación de uno
de estos tres medios repercute, tarde o temprano, en los otros dos).
Parte del producto aplicado sobre un cultivo puede quedar reteni­
do o inmovilizado en el suelo; por ejemplo:
1. Los plaguicidas pueden quedar retenidos en el complejo de
cambio, esto es en las arcillas y en la materia orgánica, lo que
puede provocar la pérdida de fertilidad del suelo. Esta pérdida
es más acusada en suelos con poca materia orgánica, o arcilla
de tipo caolinítico.
2. Pueden también ser digeridos por el metabolismo enzimático
de los microorganismos del suelo, los cuales se degradan a
moléculas sencillas, perdiendo de este modo sus posibilida­
des de contaminación.
3. Otra posibilidad es la de pasar a la disolución del suelo, que­
dando a disposición de las plantas o fauna o para su lavado en
profundidad o lateralmente en aguas freáticas.
Los plaguicidas tienen graves efectos sobre las comunidades de la
microfauna y flora de los suelos. Dichos cambios en los ecosiste­
mas del suelo pueden ocasionar aumentos o disminuciones de nu­
trientes disponibles por las plantas, disminución de la nitrificación,
entre otras consecuencias.
Nutrientes esenciales de las plantas
En el caso concreto de la utilización de herbicidas, que alteran la
cubierta vegetal, pueden provocar cambios en el microclima del
propio suelo, lo que produce su degradación, erosión y disminu­
ción en su capacidad de retención del agua.
55
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
No minerales
Primarios
Secundarios
Micronutrientes
Carbono (C)
Nitrógeno (N)
Calcio (Ca)
Boro (B)
Hidrógeno (H)
Fósforo (P)
Magnesio (Mg)
Cloro (Cl)
Oxígeno (O)
Potasio (K)
Azufre (S)
Cobre (Cu)
Hierro (Fe)
Manganeso (Mn)
Molibdeno (Mo)
Sodio (Na)
Vanadio (V)
Zinc (Zn)
El depósito incontrolado de vertidos por parte del hombre también
causa la contaminación de suelos. Los lixiviados de los vertidos
contaminan los acuíferos subterráneos ya que en muchos casos no
se consideran los factores de impermeabilidad del terreno.
recuperación. Esta pérdida de cubierta vegetal también deja des­
protegido al suelo frente a la erosión producida a causa de las llu­
vias y las aguas de escorrentía.
Por otro lado, la instalación de una central nuclear en algún munici­
pio siempre es polémica, pues puede ser causante de la contamina­
ción del suelo, en concreto, debido a los residuos nucleares. Estos
residuos son vertidos al aire (en forma de gases) o a los ríos (en
for­ma líquida). Después, el agua contaminada de estos ríos puede
ser usada para el riego de campos y deteriorar así campos y cultivos.
Incendios forestales
Aunque en menor medida, otro agente contaminante del suelo
proveniente de la industria es el plomo. Cierto es que este tipo de
contaminación sólo afecta zonas próximas a focos contaminantes
de plomo puesto que éste se deposita en la roca madre.
En consecuencia, las tierras fér­tiles, que son los cimientos para que
las plantas crezcan y pueda haber producción de alimentos, se con­
taminan cada vez más. Asimismo y muy a nuestro pesar, casi de
manera irreversible, los suelos en todo el planeta se están degra­
dando por la erosión, y las tierras que solían ser de pastura se están
volviendo en desiertos; las tierras irrigadas se están convirtiendo
demasiado salinas para las cosechas; los suministros de agua se es­
tán agotando, y millones de hectáreas de tierra agrícola se sacrifi­
can en aras de la urbanización de áreas adicionales para satisfacer
las demandas de habitación debido al crecimiento de poblaciones
y ciudades.
Si hay algo con un fuerte impacto medioambiental sobre el suelo,
son los incendios forestales, y las razones son varias. En primer lu­
gar, un incendio destruye la flora y fauna del terreno. La desapari­
ción de la flora, esto es la deforestación, conlleva grandes catástrofes
para el suelo ya que ésta es una de las principales protectoras del
suelo. Es el principal escudo contra la erosión sobre todo contra las
aguas de escorrentía y la lluvia puesto que la vegetación “sujeta” el
terreno. Todos los tallos de las plantas, desde las hierbas hasta los
árboles, constituyen una barrera de obstáculos para que el agua no
se estructure en cauces de mayor poder de arrastre. Otra razón del
desastroso impacto que producen los incendios, es la inutilidad de
estos suelos respecto a su fertilidad; suelos fértiles y ricos en mate­
ria orgánica quedan destruidos e inutilizados, aunque es cierto que
Por desgracia, el uso de los plaguicidas refuerza la resistencia de
hongos patógenos y malas hierbas, de tal forma que la plaga au­
menta y debe ser tratada con más dosis; es, por tanto, como el pez
que se muerde la cola, lo cual afecta cada vez más a nuestros suelos.
Esta resistencia obliga también a cambiar los productos químicos,
lo que hace que el suelo sufra nuevos daños.
Los herbicidas pueden alterar la cubierta vegetal y los microorga­
nismos del suelo, dejándolo pobre y estéril, haciendo muy difícil su
56
Figura 2.20
Los incendios contaminan la atmósfera.
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esto no es irreversible pero el tiempo para recuperar la riqueza del
terreno es de varias décadas.
El impacto de las vías de los medios
de transporte
diante la difusión de propaganda en forma de pósters, pelícu­
las, videos,... de tal manera que llegue la información necesaria
en relación con el riesgo de los incendios a todas las capas de
la población).
n
Prevención infraestructural: entendida como la suma de me­
dios materiales permanentes que cumplen funciones preventi­
vas por su propia existencia; éstos son: carreteras y caminos que
faciliten el acceso de los vehículos, cortafuegos, pistas de aterri­
zaje, red de puntos de tomas de agua, red de puestos fijos de vi­
gilancia, red de comunicaciones radiotelefónicas, entre otros.
n
Prevención operativa: es la actividad que desarrollan los me­
dios personales, utilizando medios materiales para tales efec­
tos preventivos. Estas actividades pueden realizarse a través de
voluntariado, vigilancia desde puestos fijos o móviles, trabajos
de las cuadrillas de retén, tratamientos silvícolas, tratamientos
químicos.
n
Prevención imperativa: es el conjunto de medidas reguladoras,
limitativas y prohibitivas, que se imponen por decretos, órde­
nes, bandos, circulares, y más.
Al ampliarse las comunidades por la construcción de nuevas vías
de comunicación, se incrementa la población y el gran movimien­
to de personas hace que necesitemos grandes vías, lo que implica la
degradación de amplias zonas de cultivo y la alteración del medio
físico.
Medidas de prevención para
la contaminación del suelo
Las soluciones, aunque en muchos casos no son fáciles, existen
pero para encontrarlas hemos de concienciarnos del mal que esta­
mos haciendo al medio ambiente; a veces, la solución simplemente
consiste en una buena educación ambiental y en el respeto por el
entorno que nos rodea.
Para evitar utilizarse plaguicidas en la agricultura tradicional pode­
mos hacer uso de la agricultura biológica, es decir, agricultura en la
que no se utilizan productos químicos en todo el proceso de culti­
vo, recolección, manipulación y conservación. Todos los produc­
tos que se emplean como fertilizantes y plaguicidas son de origen
natural. Algunos métodos son enterrar los rastrojos para reutilizar
sus elementos nutritivos o quemarlos si existen enfermedades, ha­
cer rotaciones de cultivos, implantación del barbecho, etc. Algunos
de ellos son antiquísimos pero resultan innovadores por haberse
dejado de utilizar desde hace años. Por otra parte, también es justo
recalcar que no podemos dejar de aplicar fertilizantes y plaguicidas
para evitar sus efectos contaminantes, si queremos seguir mante­
niendo la producción actual de alimentos, pero sí podemos apren­
der a usarlos de forma más racional, disminuyendo su consumo y
utilizando las técnicas adecuadas para su empleo.
En el caso de residuos radiactivos, la solución está en manos de las
autoridades y la administración. Conscientes del peligro que estos
residuos suponen para el medio ambiente, ya existen leyes que re­
gulan la producción de energía para que los residuos sean míni­
mos. Por su parte, la solución para reducir los residuos sólidos
urbanos, evidentemente es el reciclaje.
Existen varios métodos de defensa frente a los incendios forestales:
Métodos preventivos
n
Prevención sociocultural: es el conjunto de medidas tenden­
tes a la mentalización de la sociedad en cuanto a la necesidad
de preservar nuestros bosques. Esta prevención puede ser
educativa (mediante campañas en colegios, institutos y uni­
versidades, conferencias formativas…) o informativa (me­
Métodos de extinción
En el peor de los casos, cuando el incendio ya se ha producido, la
única solución es extinguir el fuego. Para ello, lo primero es locali­
zar el incendio; de la rapidez de su detección depende la eficacia en
la extinción. Seguidamente hay que trasladar hasta la línea del fue­
go las brigadas de extinción del fuego en un tiempo no superior a
los 20 minutos. Una vez que todo el equipo llegue para apagar el
fuego, sus elementos deben de coordinarse para trabajar lo más
efectivamente posible. Deben estar coordinados por un buen siste­
ma de telecomunicaciones y por un único centro de toma de deci­
siones. Finalmente, se da por extinguido el siniestro cuando a las
12 horas de su control no ha habido ningún tipo de reproducción.
2.2 Origen: Contaminantes
antropogénicos primarios
y secundarios
Los contaminantes del aire se clasifican en primarios y secunda­
rios, según la fuente que los emite. Pueden ser de origen natural o
resultado de la actividad humana, también pueden haber llegado a
la atmósfera indirectamente como resultado de los procesos quí­
micos que ocurren en ella.
Los contaminantes primarios son los productos químicos que la
atmósfera recoge directamente de: 1) los fenómenos naturales, por
ejemplo, tormentas de polvo o emisiones volcánicas, y 2) los que
resultan de la actividad humana, por ejemplo, combustión en vehícu­
los, chimeneas de las fábricas, evaporación de solventes, etcétera.
57
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Figura 2.21
Fuentes y tipos de contaminantes. La emisión producida por las actividades humanas puede provenir de fuentes móviles (automóviles), y fuentes estacionarias
(plantas de energía e industriales).
Los contaminantes secundarios son aquellos compuestos inde­
seables que se forman como resultado de las reacciones entre ellos
mismos, o bien, como resultado de las reacciones entre los compo­
nentes básicos del aire. Ejemplos de contaminantes secundarios
son el ozono (O3), el ácido nítrico (HNO3), el ácido sulfúrico
(H2SO4), el peróxido de hidrógeno (H2O2), la mayoría de las sales
de NO32 y SO422 y los NPA (nitratos de peroxiacilo).
Es conveniente mencionar que, en las áreas densamente pobladas,
los niveles de la mayoría de los contaminantes primarios están de­
terminados por la actividad humana, es decir, somos responsables
del deterioro o la conservación ambiental en esas áreas. Esto, desde
luego, sin olvidar que la naturaleza es también un generador de lo
que hemos llamado “contaminantes”.
La contaminación atmosférica se origina por la emisión de sustan­
cias contaminantes que pueden ser debidas a fuentes naturales bio­
lógicas, volcánicas y geológicas; si éstos se emiten directamente a la
atmósfera se les llama contaminantes primarios, mientras que si
se forman en ella como productos de reacciones químicas entre los
contaminantes primarios, se les da el nombre de contaminantes
secundarios.
Principales contaminantes químicos
En el transcurso de la historia, al hombre le han afectado los diver­
sos tipos de humos que se desprenden al quemar combustibles. A
medida que se fueron desarrollando las grandes urbes y se puso en
marcha la Revolución Industrial, la contaminación del aire debida
58
a la combustión del carbón se fue haciendo común en las ciudades
europeas, principalmente en Inglaterra.
En la actualidad, éste no es el único país que sufre la contaminación
del aire, ya que en el orbe existen cientos de ciudades industria­
les que padecen este fenómeno, entre ellas podemos mencionar
a la Ciudad de México, Río de Janeiro, Milán, Ankara, Nueva Delhi,
Melbourne, Tokio, Moscú, y más de 300 ciudades de Estados
Unidos.
En algunos viajes espaciales, los astronautas, a 1 610 km sobre la
superficie terrestre, han observado concentraciones amarillentas
de esmog.
Se sabe que la contaminación del aire afecta la salud de cualquier
ser viviente en el planeta; además los días con mucho esmog tienen
efectos psicológicos en los humanos, de hecho se sabe que durante
esos días hay un incremento en la depresión e irritabilidad, y en ge­
neral en las actividades del hombre.
Existen cinco clases principales de contaminantes primarios en la
atmósfera, que son:
Monóxido de carbono
CO
Óxidos de azufre
SOx
Dióxido de azufre
SO2
Trióxido de azufre
SO3
Óxidos de nitrógeno
NOx
Monóxido de nitrógeno
NO
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Dióxido de nitrógeno
NO2
Hidrocarburos
HC
Macropartículas
Es conveniente observar que además cada uno de estos contami­
nantes se produce en grandes cantidades, debido a fuentes natura­
les biológicas, volcánicas y geológicas.
Algunos compuestos que contienen azufre se encuentran en cierto
grado en la atmósfera natural, no contaminada, y se originan por la
descomposición de la materia orgánica realizada por las bacterias,
en los gases volcánicos, y en otras fuentes como incendios foresta­
les, combustión de combustibles fósiles, procesos industriales
(tostación de minerales y otros).
Fuentes que originan
los contaminantes
Monóxido de carbono (CO)
Es un producto de la combustión de materiales fósiles; se forma
por un proceso incompleto de combustión del carbono o de sus
compuestos.
Fuentes de emisión: Es común que se forme en los vehículos con
motores de combustión interna, en consecuencia, este producto
se acumula en las zonas urbanas, cerca de las vías rápidas y de las
calles de gran movimiento y su concentración varía conforme au­
menta o disminuye la circulación.
Efectos: A los niveles de concentración en que se encuentra en el
aire urbano, no parece afectar a las plantas pero es venenoso para
los seres humanos, ya que interfiere con el transporte de oxígeno
en la sangre.
Los efectos en la salud se hacen más graves mientras mayor sea la
cantidad de monóxido de carbono en el aire y el tiempo de la expo­
sición.
Óxidos de azufre (SOx)
El dióxido de azufre es el derivado de azufre que con más frecuen­
cia contamina el aire. Es un contaminante de tipo primario que se
produce en la combustión de carbón y petróleo que lo contienen.
Algunos procesos industriales emiten trióxido de azufre (SO3), el
cual se forma también en la atmósfera en pequeñas cantidades.
Los óxidos de azufre se eliminan del aire mediante su conversión
en ácido sulfúrico y sulfatos. De esta forma se depositan sobre la
tierra o en el mar, ya sea con la precipitación pluvial o sedimentán­
dose en forma de partículas.
Efectos: Los óxidos de azufre pueden inhibir el crecimiento de las
plantas y ser letales para algunas de ellas. Cuando están expuestas a
concentraciones moderadas de óxido de azufre durante largos pe­
riodos, el follaje muere y se seca.
Los efectos tóxicos de los óxidos de azufre para el hombre son:
Dificultad para respirar, debido al espasmo o contracción de los
bronquios, irritación de la garganta y en los ojos, y tos. En cantida­
des elevadas puede llegar a ser mortal.
A pesar de que no existen pruebas concluyentes de que este gas pro­
voque enfermedades respiratorias, se ha encontrado una correlación
específica entre la presencia de óxidos de azufre en la atmósfera y el
aumento de muertes por enfermedades crónicas, cardiovasculares
y respiratorias.
Óxidos de nitrógeno (NOx)
El monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2)
son contaminantes primarios del aire. El NO, también llamado óxi­
do nítrico, es un gas incoloro e inodoro, en tanto que el NO2 es un
gas color rojizo, de olor fuerte y asfixiante, parecido al del cloro.
El óxido nítrico se forma mediante la reacción de oxígeno con el
nitrógeno en el aire. Esta reacción ocurre a altas temperaturas du­
rante el uso de combustibles fósiles. El dióxido se forma, a su vez,
por la reacción del monóxido con el oxígeno.
Fuentes de emisión: Algunas bacterias emiten grandes cantida­
des de óxido nítrico hacia la atmósfera, por lo que constituye una
fuente natural que es difícil de controlar.
La mayor parte de los óxidos de nitrógeno derivan de las plan­
tas generadoras de energía eléctrica, en las que la alta temperatura
de la combustión de los energéticos facilita la formación de estos
óxidos.
Los óxidos de nitrógeno participan en la formación de contami­
nantes secundarios del aire, lo que tiende a eliminar una pequeña
porción de la atmósfera. La mayor parte se convierte finalmente en
ácido nítrico (HNO3). En esta forma se depositan sobre la tierra o
en el mar, como consecuencia de las lluvias o por sedimentación.
Fuentes de emisión: La mayor parte proviene de las plantas gene­
radoras de electricidad (carboeléctricas y termoeléctricas).
Efectos: No se conocen con certeza los efectos de los óxidos de
nitrógeno. Sin embargo, algunos de los contaminantes secundarios
que se forman a partir de ellos son mortales para las plantas.
Otros procesos industriales que contribuyen con la presencia de
sulfatos en la atmósfera son la calcinación de los minerales de sulfu­
ro, la refinación del petróleo, la producción de óxido sulfúrico y de
coque a partir del carbón.
El dióxido de nitrógeno afecta los pulmones y es tóxico. Actual­
mente se investiga qué daños produce en la población humana que
está expuesta durante largos periodos a bajas concentraciones de
estos óxidos.
59
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Como se puede observar en la siguiente tabla la mayor parte de los
óxidos de nitrógeno de origen no natural se deriva de las plantas de
energía eléctrica, en donde la alta temperatura de la combustión
de carburantes fósiles induce la formación de estos óxidos.
Fuentes de óxido de nitrógeno
Macropartículas
Porcentajes del total
anual de emisiones de NOx
Fuente
Transporte
39.3
Vehículos motorizados (gasolinas)
32
Vehículos motorizados (diesel)
2.9
Ferrocarriles
1.9
Uso de combustibles de motor para
fines distintos al uso de transporte
Vehículos marinos
1.5
1.0
Combustión de carburantes (fuentes
estacionarias-plantas de energía,
calefacción de espacios industriales, etc.)
48.5
Gas natural
23.3
Carbón
19.4
Aceite combustible
4.8
Madera
1.0
Procesos industriales (plantas
de ácido nítrico, etc.)
1.0
Eliminación de desechos sólidos
2.9
Diversos
8.3
Incendios forestales
5.8
Quema agrícola
1.5
Combustión de desechos de carbón
1.0
Total
Otros contaminantes muy importantes son elementos como el
plomo, el cadmio y el flúor, de origen industrial y a los que se ha
relacionado con afecciones cardiacas, hipertensión arterial, arte­
rioesclerosis, cáncer broncopulmonar, anormalidades en los hue­
sos y afección de los riñones.
100 partes por millón (ppm)
Además de los contaminantes antes mencionados, el aire puede
tener partículas sólidas y líquidas suspendidas y dispersas. A ellas se
debe el aspecto nebuloso y brumoso del aire contaminado. Las
partículas se estudian de acuerdo con su tamaño, el cual a su vez
está relacionado con su capacidad de sedimentar.
Fuentes: Se producen junto con los contaminantes gaseosos del
aire, debido a diferentes actividades. Los principales emisores in­
dustriales son la fabricación de hierro y acero, la producción de ce­
mento, la extracción de rocas y minerales, el almacenamiento y la
manipulación de granos, y la elaboración de pulpa de papel.
Las partículas líquidas se encuentran presentes como suspensio­
nes coloidales, en las que la fase dispersante, en este caso el aire, es
gaseosa y la fase dispersa es un líquido, y constituyen lo que se co­
noce como aerosoles, que se manifiestan en forma de vapores nie­
bla o vahos.
Tiene importancia la carga eléctrica de la capa o cubierta de es­
tas pequeñas esferas líquidas, debido a que pueden absorber mo­
léculas de gases tóxicos como el anhídrido sulfuroso (SO2) y los
óxidos de nitrógeno; una neblina inofensiva puede llegar a trans­
formarse en un agente letal. En 1940, 1950 y 1952, se produjeron
en Londres miles de muertes debido a la presencia de estas nieblas
tóxicas.
Por otro lado, los aerosoles son verdaderas nebulizaciones y, por su
tamaño tan pequeño, penetran en los bronquios y los irritan. Las
partículas mayores son detenidas por la mucosa nasal, la laringe, y
causan síntomas irritativos en estos sitios.
Hidrocarburos
Reacciones químicas
Se consideran contaminantes primarios; su importancia radica en
la gran cantidad de fuentes y el volumen de sus emisiones al aire.
La concentración en la atmósfera de compuestos que contienen
azufre y que provienen de fuentes naturales es muy pequeña, com­
parada con la concentración en ambientes urbanos e industriales,
resultado de las actividades del hombre.
Fuentes de emisión: Los hidrocarburos se forman por la com­
bustión de productos como la gasolina, el petróleo, el carbón y la
madera.
La mayor producción se debe a las actividades de la industria pe­
trolera, así como a los vehículos de motor.
Efectos: Algunos hidrocarburos son tóxicos para las plantas y ani­
males a concentraciones relativamente altas pero no se ha demos­
trado qué efectos tóxicos y daños provoca en vías respiratorias en
los humanos a concentraciones bajas.
60
Los compuestos de azufre, en especial el bióxido de azufre, SO2, se
encuentran entre los gases contaminantes más desagradables y pe­
ligrosos. En la siguiente tabla se presentan las concentraciones de
varios gases contaminantes en un ambiente urbano característico
(no afectado por el esmog). De acuerdo con estos datos, el nivel de
bióxido de azufre es de 0.008 ppm (partes por millón o mg/L),
concentración que es inferior a la de otros contaminantes, sobre
todo el monóxido de carbono.
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Concentración de contaminantes
atmosféricos excedidos en el 50%
del tiempo en una atmósfera urbana
característica
Contaminante
Concentración
(ppm)
Monóxido de carbono
10
Hidrocarburos
3
Bióxido de azufre
0.008
Óxidos de nitrógeno
0.05
Oxidantes totales (ozono y otros)
0.02
A pesar de que la concentración es muy pequeña en relación con
los componentes mencionados, el bióxido de azufre se considera
el más peligroso para la salud, especialmente para las personas con
dificultades respiratorias.
En la siguiente tabla se indican los efectos fisiológicos de varios ni­
veles de dióxido de nitrógeno en los seres humanos, a los cuales
afecta sus pulmones y es tóxico. Por otro lado, existen muy pocos
datos disponibles acerca de los efectos en los seres humanos de los
niveles de dióxido de nitrógeno inferiores a una parte por millón.
ción de su atmósfera, perjudicando posiblemente la vida y alte­
rando los materiales. Esto se conoce como contaminación del
aire. Hay que tener en cuenta que no todos los contaminantes
del aire son gases. Algunos son partículas sólidas o pequeñas gotas
líquidas transportadas por el aire, que son cuerpos mucho más
grandes que las moléculas individuales. Por ejemplo, el diámetro
de una par­tícula de polvo puede ser 100 000 veces mayor que el de
una mo­lécula de gas.
El estudio de las reacciones de oxido-reducción nos permite prede­
cir lo que ocurre en nuestro medio ambiente y así tratar de remediar
los males que nos producen en la actualidad las grandes cantidades
de emanaciones de gases contaminantes hacia la atmósfera.
Entre los contaminantes gaseosos tenemos el dióxido de carbono
(CO2), cuyas reacciones son las siguientes:
(combustión del carbono) C
Efectos en los seres humanos
Concentración en ppm
(partes por millón)
Concentración mínima para que su olor sea
detectable
1-3
Inicia la irritación en nariz, garganta
y ojos
13
Causa congestión y enfermedades
pulmonares
25
Puede ser mortal, incluso tras una
exposición breve
100-1 000
CO2
(combustión del gas natural) CH4 1 2 O2
CO2 1 2 H2O
El CO2 posee la propiedad de absorber la radiación infrarroja (ca­
lor) del Sol. Por consiguiente, cuanto más CO2 haya en la atmósfe­
ra, tanto más calor puede ésta absorber.
Otro gas, el monóxido de carbono (CO), no es un componente del
aire seco normal, sino un producto de la combustión incompleta
del carbono o de compuestos de carbono:
2C 1 O2
Efectos del dióxido de nitrógeno
en la salud (NO2)
1 O2
2CO
El monóxido de carbono es incoloro, inodoro, no irritante y muy
tóxico. La fuente principal de CO a la que la gente se halla expuesta
en la atmósfera al aire libre es el escape de los automóviles.
Otro contaminante es el dióxido de azufre (SO2), que es el conta­
minante más significativo de la atmósfera y que se ha relacionado
con los principales desastres de contaminación del aire, como en la
ciudad de Londres, donde causó numerosas muertes.
La reacción es la siguiente:
En la actualidad se está investigando la relación entre la salud públi­
ca y la exposición prolongada a niveles bajos de óxidos de nitrógeno.
Hay ciertos tipos de bacterias que liberan una gran cantidad de óxi­
do nítrico hacia la atmósfera y esto constituye una emisión natural
que no se puede controlar o frenar.
Ozono y alotropía
El aire es indispensable para la vida sobre la Tierra. Sin embargo, la
adición de materia indeseable, como el humo, cambia la composi­
S 1 O2
SO2
El otro óxido de azufre importante es el (trióxido de azufre, SO3),
que se produce en la atmósfera por oxidación de SO2 bajo la in­
fluencia de la luz solar:
2SO2 1 O2
2SO3
Además, algo de SO3 es introducido de manera directa a partir del
proceso de combustión conjunta con SO2. La humedad del aire
reacciona de manera rápida con SO3 para formar una niebla de áci­
do sulfúrico.
SO3 1 H2O
H2SO4
El ácido sulfúrico es un ácido muy fuerte, corrosivo, que destru­
ye el tejido viviente, telas hechas de nylon y los monumentos de
mármol.
61
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
El nitrógeno también produce otros contaminantes en el aire, de
acuerdo con las siguientes reacciones:
N2 1 O2
2NO
2NO 1 O2
2NO2
Cualquier proceso de combustión que tenga lugar en el aire produ­
ce los dos gases (NO y NO2) porque ocurre que alguna oxidación
del nitrógeno atmosférico tiene lugar a las temperaturas de la fla­
ma. El gas de escape de los autos es una fuente significativa de óxi­
do de nitrógeno.
En la actualidad sabemos que está ocurriendo la desintegración
de la capa de ozono en la atmósfera. Se tiene conocimiento de que
nuestra atmósfera primitiva estaba formada principalmente de
amoniaco, metano y agua; había muy poco oxígeno libre presente.
Conforme pasaron los años, la concentración de oxígeno aumentó
como resultado de la fotosíntesis y la descomposición bioquímica
del vapor de agua. El ozono se forma en la atmósfera mediante un
proceso que requiere de oxígeno (O2) y radiación solar de longitud
de onda de 260 nm (nanómetros).
O2(g) 1 hy
2O(g)
O(g) 1 O2(g)
O3(g)
donde hy es la energía de un fotón. El ozono se encuentra localiza­
do en la estratosfera, donde su concentración es de aproximada­
mente 10 ppm (partes por millón) en volumen. El ozono tiene una
importante propiedad fotoquímica para absorber la radiación solar
de longitudes de onda de 200 a 300 nm:
O3(g) 1 hy
O(g) 1 O2(g)
Este oxígeno monoatómico formado es muy activo y cuando esto
ocurre se recombina con el oxígeno molecular para formar el ozo­
no, completando así el ciclo del ozono. Al absorber la radiación
solar ultravioleta de onda corta, la capa de ozono actúa como escu­
do protector en la estratosfera. Los efectos dañinos de la radiación
ultravioleta pueden ser, entre otros, cáncer en la piel y mutaciones.
Sin el ozono, la vida en la Tierra desaparecería en forma gradual.
Actualmente los clorofluorocarbonos (CFC) están destruyendo la
capa de ozono. Estos compuestos comercialmente se conocen
como freones y tienen la siguiente estructura:
CFCl3
(Freón 11)
CF2Cl2
(Freón 12)
C2F3Cl3
(Freón 113)
C2F4Cl2
(Freón 114)
Los freones se licuan fácilmente, son poco inertes, no combusti­
bles, volátiles y se utilizan como propelentes para aerosoles en las
latas de rociadores, también se usan como enfriadores en la refrige­
ración para aire acondicionado, como disolventes para limpiar ta­
bletas de circuitos electrónicos y en la elaboración de espumas
62
plásticas. Los clorofluorocarbonos una vez que son liberados a
la atmósfera, se difunden lentamente hacia la estratosfera, donde la
radiación ultravioleta de longitudes de onda de 175 nm a 220 nm
provoca que se descompongan:
CFCl3
CFCl2 1 Cl
CF2Cl2
CF2Cl 1 Cl
los átomos de cloro activo que se forman entonces participan en
las siguientes reacciones:
Cl 1 O3
ClO 1 O
ClO 1 O2
Cl 1 O2
El resultado global es la remoción de moléculas de O3 de la estra­
tosfera:
O3 1 O
2O2
En 1986 se descubrió un “agujero en la capa de ozono” en el polo
Sur. En el invierno las temperaturas en la estratosfera del Antártico
llegan a bajar hasta 280 °C, es decir, lo suficientemente frías para
condensar el agua aun en la extremadamente seca estratosfera y
formar cristales de hielo, los cuales actúan como catalizadores he­
terogéneos que convierten el ácido clorhídrico (HCl) producido
por el hombre y el cloronitrato (ClONO2) en cloro molecular y
ácido hipocloroso (HOCl), que son liberados en la fase gaseosa (el
HNO3, que es liberado en la fase gaseosa permanece en la fase con­
densada, esto es, en el hielo):
HCl 1 ClONO2
HNO3 1 Cl2
H2O 1 ClONO2
HNO3 1 HOCl
Tanto el Cl2 como el HOCl pueden ser fácilmente fotolizados a
átomos de Cl los cuales pueden participar en la destrucción del
ozono. Se cree que esta es la principal causa del agujero observado
en la capa de ozono.
Actualmente está prohibido el uso de los freones en los rociado­
res en aerosol, pero aún se siguen usando en otras formas. Los efec­
tos de la contaminación del aire se pueden clasificar de la siguiente
manera: a) reducción de la visibilidad y otros efectos atmosféricos;
b) daños causados a la vegetación; c) efectos directos sobre el hom­
bre; d) daños causados a los animales, y e) deterioro de materiales.
Contaminantes del agua
de uso industrial y urbano
La calidad del agua se mide en función de la cantidad de partículas
contaminantes que tiene. Por ejemplo, el agua que, por su nivel
de contaminantes, se juzga adecuada para la irrigación, ya no tiene
la calidad apropiada para usarse como agua potable. En un caso ex­
tremo, si el agua está demasiado contaminada, no tiene la calidad
necesaria para ninguno de los usos comunes: agua potable, de lavado,
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para irrigación o para uso de plantas industriales (donde se usa para
generar vapor o como agua de enfriamiento).
El agua puede contaminarse con metales tóxicos, aniones, molécu­
las orgánicas, ácidos, álcalis, radio isótopos e incluso la contamina­
ción puede ser calorífica. La contaminación intensa puede provenir
tanto de fuentes derivadas de la actividad humana como de la acti­
vidad industrial.
Para tu reflexión
La cuenca del Valle de México es un sistema endorreico; esto quiere
decir que el agua llega a él por los ríos que bajan de las montañas, y
tiende a asentarse formando lagos. En la época prehispánica el valle de
México era un complejo lacustre construido por seis lagos: Texcoco,
Zumpango y Xaltocan (Norte); Chalco, Xochimilco (Sur) y Chapultepec.
Generalmente no pensamos que la basura que sale de nuestras ca­
sas pueda afectar la calidad de las aguas naturales casi de la misma
forma en que la afectan los desechos industriales. Sin embargo, los
desechos urbanos, que por lo general son incinerados en los tira­
deros a cielo abierto, contribuyen a la contaminación atmosférica.
Paradójicamente, la limitada capacidad de incineración en los ba­
sureros hace que gran cantidad de desechos urbanos permanezca
ahí estancada y contamine, en un corto o mediano plazos, los con­
ductos de agua subterránea, los ríos, corrientes y lagos.
El siguiente cuadro muestra algunos productos urbanos y la clase
de contaminantes que tienen.
Tipo de producto
Ingredientes dañinos
Manera de
eliminarlo*
En aquella época, los lagos proporcionaban los medios de subsisten­
cia para los pobladores. La gente se transportaba en canoas y, durante
la época de lluvias, se construían diques de contención que evitaban la
contaminación de las aguas dulces; es decir, existía un equilibrio. No
obstante, todo esto cambió con la llegada de los españoles y la con­
quista de México-Tenochtitlan, pues para favorecer el crecimiento de la
ciudad se secaron los lagos.
Insecticida en aerosol
para cucarachas
Pesticidas, solventes orgánicos
Especial
Limpiadores para
estufas y hornos
Álcalis
Drenaje
Limpiadores para baño
Ácidos o álcalis
Drenaje
Abrillantador de muebles
Solventes orgánicos
Especial
El Centro para Asentamientos Humanos (Hábitat), que forma parte de la
Organización de las Naciones Unidas (ONU), realizó un estudio en el que
se prevé que, para el año 2030, habrá escasez mundial de agua. Se
menciona que la Ciudad de México será una de las más afectadas de­
bido al desmesurado crecimiento de la población, la contaminación y
desperdicio de este preciado líquido, desperdicio que en nuestro país
es de 50%.
Botes de aerosol (vacíos)
Solventes, gases y propulsores
Basura
Removedores de
esmalte de uñas
Solventes orgánicos
Especial
Esmalte de uñas
Solventes
Basura
Anticongelante
Solventes orgánicos, metales
Especial
Insecticidas
Pesticidas, solventes
Especial
Acumuladores para
automóvil
Ácido sulfúrico, plomo
Especial
Medicina (expirada)
Compuestos orgánicos
Drenaje
Pintura de emulsión
Polímeros
Especial
Gasolina
Solventes orgánicos
Especial
Aceite para motor
Compuestos orgánicos,
metales
Especial
Destapacaños
Álcalis
Drenaje
Abrillantador para zapatos
Ceras, solventes
Basura
Pinturas (de aceite)
Solventes orgánicos
Especial
Baterías de mercurio
Mercurio
Especial
Bolitas de naftalina
Compuestos orgánicos
clorados
Especial
Baterías
Metales pesados (mercurio)
Especial
Figura 2.22
El valle de México en la época prehispánica.
Uso urbano
Conforme las actividades humanas se han incrementado, también
lo ha hecho la contaminación del agua, por esa razón, se han esta­
blecido leyes para mantenerla “limpia”. Dichas leyes tienen como
objetivo que, en las ciudades urbanizadas, se dé un tratamiento al
agua ya usada para que tenga la calidad necesaria para reutilizarla,
por ejemplo, en el riego de parques, el lavado de calles, etcétera,
usos donde no se requiere una calidad potable.
* Especial: manejo profesional del desecho peligroso. Drenaje: tirar en el
lavabo del baño o el fregadero de la cocina. Basura: manejo de basura
normal; no daña el agua subterránea. En la mayoría de las casas, lo
marcado como especial se maneja como basura común, que a la larga
contaminará el agua subterránea.
63
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Dado que nosotros consumimos los productos de la industria,
también participamos en su eliminación y en la probable contami­
nación del agua con esos productos. Las amas de casa tienen un
problema mayor para la eliminación de desechos. Aunque existe
un proyecto de reciclado activo para vidrio, papel, metales y plásti­
cos, no existe un procedimiento para recolectar productos quími­
cos, los cuales deberían ser separados de la basura ordinaria antes
de llegar a los basureros. Si estos productos químicos se mezclan
con la basura ordinaria, irán a parar al basurero o al incinerador, o si
se tiran al drenaje, en la calle o en el patio, llegarán tarde o temprano
a las aguas naturales.
Aplica lo que sabes
Si la tarifa por metro cúbico es de aproximadamente $ 2.50, ¿cuál será
la cuota anual familiar por consumo de agua? $
¿En qué actividad se consume más agua?
¿Por qué?
¿En qué actividad se gasta menos agua?
¿Por qué?
Realiza esta actividad con la ayuda de tus familiares. Compara tus re­
sultados con los de tus compañeros y compañeras de clase y discúte­
los. En caso de dudas consulta a tu profesor.
Suponiendo que cada persona de tu familia gasta 200 L de agua cada
día, elabora un registro, durante dos días, de los valores de consumo
reales de cada quien.
Luego determina el volumen total promedio del agua que realmente
consumen. Utiliza una tabla por cada miembro de la familia.
Actividad
en casa
Valor
aproximado
Bañarse
50 L
Lavar
los trastos
50 L
Lavar
la ropa
70 L
Limpiar
la casa
10 L
Regar
el jardín
10 L
Beber
13 L
Cocinar
7L
Total
1er. día
(L/día)
2º día
(L/día)
Promedio
1er. día 1
2º día/2
¿Quién gasta más agua?
¿Por qué?
Si hay fugas de agua en tu casa, ¿se reparan inmediatamente?
¿Quién lo hace?
¿Se puede reciclar el agua que se utiliza en tu casa?
¿Cómo se realizaría?
200 L
Contesta lo siguiente:
¿El agua es un recurso renovable o no renovable?
Promedio diario de consumo de agua por persona 5
L
Promedio mensual 5 promedio diario 3 30 5
L
Promedio anual 5 promedio mensual 3 12 5
L
Consumo promedio familiar 5 promedio anual por persona 3 número de
personas 5
L5
m3
64
¿Cómo puedes ahorrar este preciado líquido?
¿Por qué?
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Reúne a tu familia y analicen los resultados obtenidos para que, en
conjunto, propongan cuando menos tres formas de ahorrar agua
en casa y, en consecuencia, se favorezca la economía familiar.
2.3 Inversión térmica
Uso industrial
Los procesos industriales, ya sea la manufactura de papel, automó­
viles, televisores o cualquier otro producto, generan materiales de
desecho. Durante muchos años, la eliminación de desechos sóli­
dos utilizados como material de relleno fue considerada una buena
práctica de ingeniería. Sin embargo, muchas de las sustancias pre­
sentes en esos desechos fueron parcialmente disueltos por el agua
de lluvia y llegaron a formar parte del agua subterránea, contami­
nando de manera grave a esta fuente de agua.
A continuación se muestra una tabla con algunos contaminantes
industriales que resultan de la producción de artículos de consu­
mo que nos son necesarios.
Productos
plásticos que eviten que los desechos lleguen a los suministros de
agua de los alrededores. Estos terrenos tienen pozos espaciados
que son monitoreados constantemente para detectar y evitar cual­
quier fuga de sustancias contaminantes.
Contaminantes
Plásticos
Solventes, compuestos orgánicos clorados
Pesticidas
Compuestos orgánicos clorados y fosfatados
Medicinas
Solventes, metales (mercurio y zinc)
Pinturas
Metales, pigmentos, solventes, residuos orgánicos
Derivados del petróleo
Aceites, solventes orgánicos, ácidos, álcalis
Metales
Metales, fluoruros, cianuros, ácidos, aceites
Piel
Cromo, zinc
Textiles
Metales, pigmentos, compuestos orgánicos clorados,
solventes
Como resultado de las fluctuaciones climatológicas y de los vien­
tos, las masas de aire se desplazan horizontalmente de una región,
en que se estacionan, hacia otras regiones de la atmósfera. Cuando
este movimiento horizontal de las masas de aire no es obstaculiza­
do, los contaminantes suspendidos en determinadas zonas de la
atmósfera se dispersan con gran rapidez. Sin embargo, los factores
topográficos, como valles, colinas y montañas pueden restringir
este movimiento y provocar una masa estancada de aire, la cual pue­
de permanecer así durante horas, días o semanas.
Las colinas y montañas tienden a reducir el flujo de aire en los
valles que rodean, causando el incremento de los niveles de conta­
minantes en la troposfera. Además, los grandes edificios en las ciu­
dades reducen, por lo general, la velocidad del viento e impiden la
dilución y eliminación de contaminantes.
Como durante el día el Sol calienta el aire cercano a la superficie de
la Tierra, ese aire se expande y se eleva, arrasando contaminantes. A
su vez, el aire frío de las áreas de alta presión, que es más denso, se
“hunde” hacia las áreas de baja presión originadas por la elevación
del aire caliente. El aire tibio, por su parte, también sube hacia re­
giones más elevadas de la atmósfera; en este caso, el aire caliente se
eleva verticalmente y dispersa los contaminantes. Así, y gracias a
esta continua mezcla por convección, el aire ayuda a evitar que las
No hace mucho tiempo, era común colocar los desperdicios y los
productos químicos no utilizables en tambores metálicos que eran
enterrados directamente en el suelo; los tambores, después de al­
gunos años y por efecto de la corrosión, presentaban fugas que per­
mitían que su contenido se derramara en el agua subterránea o
llegara a las aguas superficiales.
De acuerdo con las normas mundiales, y a partir de los tratados fir­
mados por casi todos los países, los desechos industriales peligro­
sos deberán depositarse en lugares seguros, ser incinerados o, en
última instancia, tratarse química o físicamente para contrarrestar
su peligrosidad. En la actualidad, los desechos industriales peligro­
sos deben ser depositados en terrenos recubiertos con materiales
Figura 2.23
El fenómeno de la inversión térmica.
65
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Por los nombres de las ciudades donde estos tipos de esmog se han
presentado de manera característica, se les han denominado, res­
pectivamente, esmog tipo Londres y tipo Los Ángeles. En el si­
guiente cuadro se presentan las características principales de estos
dos tipos de esmog.
Diferentes tipos de esmog
Características
Figura 2.24
En la Ciudad de México se acumulan contaminantes atmosféricos que, al
no dispersarse, forman una nube espesa llamada “polución” (esmog). Esto
sucede porque la ciudad está rodeada por montañas.
macropartículas, que son las que ocasionan el aspecto nebuloso y
brumoso del aire contaminado, alcancen un peligroso nivel de
concentración cerca del suelo.
Comúnmente, la temperatura del aire disminuye con la altitud. Por
esta razón, la masa de aire cercana a la superficie terrestre es más tibia,
aunque a veces entra alguna masa de aire fresco y se coloca debajo de
la masa de aire tibio. La capa de aire tibio queda entonces atrapada
entre la masa baja de aire frío y el aire, todavía más frío, de las alturas.
Esto hace que el aire caliente, estancado arriba del aire frío, impida
que asciendan las corrientes de aire que dispersan y diluyen los con­
taminantes. Este fenómeno se denomina “inversión térmica”.
Este estancamiento de aire, por lo general, dura unas cuantas horas,
hasta que el Sol calienta el aire frío que está atrapado. Sin embar­
go, cuando el día es nublado, el Sol no calienta lo suficiente, y si
además aparece una masa de aire de alta presión y se instala sobre
esta área, la inversión térmica puede durar varios días, provocando
que los contaminantes aumenten a niveles peligrosos y hasta letales.
Cuando se produce una inversión, la temperatura del aire disminu­
ye con la altura hasta llegar a la capa tibia. En ese nivel, la tempera­
tura comienza a aumentar con la altura hasta que se llega a la capa
de aire más frío, que está por encima. Más allá de este punto, la tem­
peratura vuelve a disminuir con la altitud, como es normal.
Cuando hay inversión térmica, los contaminantes primarios del
aire quedan atrapados y se acumulan en zonas localizadas. Si dicha
inversión ocurre durante un día tibio y sin nubes, los contaminan­
tes primarios pueden producir contaminantes secundarios en pre­
sencia de la luz solar.
2.4 Esmog
A la contaminación atmosférica de las áreas urbanas se le designa
comúnmente con el nombre de esmog; sin embargo, se pueden
distinguir dos tipos de esmog que presentan características dife­
rentes y, de cierto modo, contrastantes.
66
Ciudad tipo
Condiciones
meteorológicas
Causas contaminantes
Ambiente químico
Esmog clásico
Esmog
fotoquímico
Londres
Los Ángeles
Baja insolación
Alta insolación
Baja velocidad
del viento
Baja velocidad
del viento
Temperatura ≈ 0 °C
Temperatura > 18 °C
Combustiones
industriales y domésticas
Tránsito automovilístico
Partículas
Óxidos de nitrógeno,
ozono, monóxido
de carbono, aldehídos,
hidrocarburos
Reductor
Oxidante
Dióxido de azufre
Estación característica
Invierno
Verano
Horario
Cerca del amanecer
Al medio día
Efectos sobre la salud
Irritación de las vías
respiratorias
Irritación de los ojos
Las emisiones de contaminantes están concentradas en el hemisfe­
rio norte, debido a que allí se encuentra la mayoría de los países
industrializados. A pesar de que las fuentes naturales están distri­
buidas de manera más o menos uniforme, el área continental es el
doble en el hemisferio norte que en el sur.
El esmog clásico presenta características químicas reductoras, es
decir, las sustancias químicas que están presentes en la atmósfera
tienden a permanecer en una forma correspondiente a un conteni­
do de oxígeno más bajo. Por ejemplo, en una atmósfera reductora el
dióxido de azufre tiende a transformarse en trióxido de azufre (SO3)
o en los derivados de éste, como el ácido sulfúrico (H2SO4).
En comparación con el esmog clásico, el fotoquímico se caracteri­
za por una actividad química mucho más intensa, y presenta una
compleja cadena de reacciones que tienen lugar gracias a la presen­
cia de la luz.
Un ejemplo de reacción fotoquímica es la fotosíntesis, cuyo proce­
so puede expresarse de la siguiente manera:
Dióxido de carbono 1 agua
azúcares 1 almidones
1 luz solar 1 oxígeno
Grupo Editorial Patria®
Otro ejemplo es la reacción que ocurre en las películas fotográfi­
cas, cuando el obturador de la cámara se abre (una fracción de
segundo).
Las reacciones químicas inducidas por la luz solar se denominan
reacciones fotoquímicas. Durante la inversión térmica, la capa de
aire caliente actúa como un gran recipiente en el que las reacciones
fotoquímicas y otras reacciones subsecuentes producen gran canti­
dad de contaminantes secundarios, conocidos en conjunto como
polución.
La polución fotoquímica es una compleja mezcla de compues­
tos químicos producidos por los gases contaminantes del aire,
los cuales tienen su principal origen en los motores de los auto­
móviles. En este sentido, los contaminantes secundarios que
causan mayores problemas son los denominados oxidantes fo­
toquímicos.
El dióxido de nitrógeno (NO2) es un contaminante primario que,
en presencia de la luz solar, forma parte de un ciclo fotoquími­
co en el cual la radiación ultravioleta del Sol hace que el dióxido de
nitrógeno (NO2) se divida en monóxido de nitrógeno (NO) y en
átomos de oxígeno (O). Estos átomos de oxígeno reaccionan con
las moléculas de oxígeno (O2) de la atmósfera y producen ozono
(O3), que, como sabes, es un contaminante secundario. Este ci­
clo fotoquímico se completa cuando el ozono reacciona con el áci­
do nítrico (HNO3) y produce dióxido de nitrógeno (NO2) y
oxígeno molecular (O2).
Para reducir la contaminación del aire y controlar la emisión de los
contaminantes debes considerar: 1) sustitución de combustibles,
2) cambios para minimizar las emisiones nocivas, 3) eliminación
de contaminantes en las emanaciones, 4) sustituir los procesos in­
dustriales tóxicos por alternativas que produzcan menor contami­
nación, 5) reubicación de fuentes estacionarias, 6) cambios en los
medios de transporte, y 7) cambios en los procesos de utilización
del suelo.
Figura 2.25
Se debe evitar el uso de aerosoles que contengan clorofluorocarbonos (CFC).
Para tu reflexión
Valores propuestos por la Organización Mundial
de la Salud (OMS) para la calidad del aire
Contaminante
Valor
(μg/
m3)
Tiempo
Concentración en
de
el aire ambiental
exposición
anual (µg/m3)
500
10 min
125
24 h
50
1 año
100 000
15 min
60 000
30 min
30 000
1h
10 000
8h
200
1h
40
8h
120
8h
100-150
24 h
40-60
1 año
150-230
24 h
60-90
1 año
(PM10)
70
24 h
Plomo
0.5
1 año
Dióxido de azufre
(SO2)
Monóxido de
carbono (CO)
Dióxido de nitrógeno
(NO2)
Ozono (O3)
5-400
500-700
10-150
10-100
Material particuloide
suspendido
Negro de humo
Particuloides
suspendidos totales
Partículas respirables
0.001-2
Existen cuatro términos importantes relacionados con la materia
en forma de partículas que está en la atmósfera: 1) humo: mate­
rial en forma de partículas que se clasifican no en función de su
masa, sino en función de su negrura o reflectancia cuando se reco­
gen en un filtro. El tamaño de las partículas recolectadas es de me­
nos de 10 µm (1µm 5 1 3 1026 m). 2) Total de material
suspendido en forma de partículas (TSP, por sus siglas en in­
glés). Se determina mediante su concentración, recolectándolo y
67
2
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
BLOQUE
pesándolo en muestras de aire, sus partículas llegan hasta 20 µm,
dependiendo de la velocidad del aire. 3) PM10, siglas en inglés del
material en forma de partículas con un diámetro menor de 10 µm
y que corresponde a partículas que son inhaladas por el sistema
respiratorio. 4) PM2.5, siglas en inglés del material en forma de
partículas con un diámetro menor de 2.5 µm, y que identifica al
material que se respira y penetra hasta los pulmones.
Reacciones:
Cl
Cl
C
Cl
luz
F
Cl
Triclorofluorocarbono
Cl
C
C
1
Cl
•
Diclorofluorocarbono Ion cloro
Cl
Cl
F
2
Cl
F
Dicloro­
fluorocarbono
1
Cl2
Ion cloro
luz
F
C
F
1 Cl2
Clorodifluoro­ Ion cloro
carbono
El radical cloro reacciona con el ozono:
Cl2
1
Ion cloro
Ozono
ClO
1
O2
Monóxido de cloro Oxígeno
El monóxido de cloro inicia la destrucción del ozono.
Se estima que si el ozono estratosférico disminuyera 1%, el número
de casos de cáncer en la piel aumentaría 2%. Desafortunadamente,
se ha estimado que el nivel de ozono mundial decrece 0.5% por
año en la estratosfera.
En la región Antártica el nivel de ozono ha disminuido más rápi­
do, cerca de 2.5% por año, y ya hay una zona en la que este gas prác­
ticamente ha desparecido. A esa zona se le conoce como agujero
en la capa de ozono, y su estado podría ocasionar que nuestra cu­
bierta protectora comience a destruirse. En 1990, en Londres,
representantes de la mayoría de las naciones de la comunidad eu­
ropea y de Estados Unidos, decidieron prohibir completamente
las emisiones de CFC desde el año 2000. Después de todo, los pro­
gresos de la ciencia no deben ser aplicados negligentemente y sin
previsión.
El conocimiento tal vez nos lleve por caminos peligrosos, pero hay
que responder con más y mejor conocimiento de los procesos que
Figura 2.26
Comportamiento vertical de la temperatura en la troposfera y en la estratosfera.
68
O3
Grupo Editorial Patria®
En nuestro país, la contaminación atmosférica se limita a las zonas
de alta densidad demográfica o industrial. Anualmente, las emisio­
nes contaminantes son superiores a 16 millones de toneladas, y
65% es de origen automotriz. En la Ciudad de México se genera
23.6% de dichas emisiones, en Guadalajara 3.5%, y en Monterrey
3%. Los demás centros industriales del país generan el resto: 70%
de emisiones contaminantes.
Para tu reflexión
Relación entre el calentamiento global
y la reducción de la capa de ozono
Figura 2.27
La basura de la ciudad se deposita en tiraderos a cielo abierto, contaminando
el suelo, el aire y los mantos acuíferos del subsuelo.
se producen a nuestro alrededor. Por ejemplo: la contaminación
del aire es uno de los problemas ambientales más importantes, y en
gran parte es resultado de las actividades del hombre. Las activida­
des industriales, comerciales, domésticas y agropecuarias se en­
cuentran entre las principales causas de la contaminación, si bien
éstas son diversas.
Aunque se tiende a generalizar los problemas climáticos del planeta y se
asocia el agujero de la capa de ozono con el calentamiento global; lo cierto
es que ambos fenómenos no están directamente ligados. El calentamiento
global ha sido provocado por las emisiones de gases de efecto invernade­
ro, principalmente el dióxido de carbono (CO2), mientras que la reducción
de la capa de ozono (03), que protege a la Tierra de las radiaciones más
peligrosas del Sol, fue consecuencia del uso de una clase de ellos, los
clorofluorocarbonos (CFC). Estos gases fueron ampliamente utilizados en
todo el mundo, ya que formaban parte de la composición de productos de
uso cotidiano como aerosoles, pinturas, desengrasantes y otros.
Figura 2.28
Las imágenes de la evolución del “agujero” de ozono sobre la Antártida, enviadas por el satélite Nimbus­7; muestran que por cada 1% que disminuye la capa de
ozono, aumenta 2% la radiación ultravioleta que llega a la Tierra. Actualmente se sabe que las pérdidas de ozono acumuladas desde 1969 suman 10%. Si este ritmo
de pérdida continuara, hacia el año 2016 se alcanzaría un punto máximo: entre 12% y 30% por encima del nivel actual.
69
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Aplica lo que sabes
Soluciones domésticas para reducir
la emisión de CO2
Reúnete con cuatro o cinco compañeros de grupo y apliquen encues­
tas vía internet a unas 50 personas sobre las cuestiones siguientes, en
el sentido de si estarían dispuestos o no en aplicar las propuestas de
solución que se plantean para disminuir la emisión de CO2 al medio
ambiente. Elaboren sus conclusiones correspondientes.
Algunas de las soluciones que cada individuo de las sociedades más
industrializadas pueden aplicar para controlar la producción de CO2,
siempre que sea posible, son:
tentar mantener el número de revoluciones del motor tan bajo
como sea posible?
11.¿Evitarías circular en horas pico?
12.¿Usarías menos el automóvil? Caminar, ir en bicicleta, compartir
el vehículo y usar el transporte público. Reducir el uso del vehícu­
lo propio en 15 kilómetros semanales evita emitir 230 kilos de
dióxido de carbono al año.
13.¿Elegirías una vivienda cerca del centro de trabajo o de educación
de tus hijos?
1.¿Cambiarías las bombillas tradicionales por otras de bajo consumo
(compactas fluorescentes o de LED)? Estas consumen 60% me­
nos electricidad que una bombilla tradicional, con lo que este
cambio reduciría la emisión de dióxido de carbono en 140 kilos
al año.
14.¿No viajarías frecuentemente ni a lugares lejanos por puro placer?
Desde hace unos 20 años el hábito de viajar en avión se ha exten­
dido de tal forma, y en ocasiones a precios tan bajos, que las
emisiones de gases debidas a los aviones se han incrementado
en más de 200%.
2.¿Pondrías el termostato con dos grados menos en invierno y dos
grados más en verano? Ajustando la calefacción y el aire acondicio­
nado se podrían evitar generar unos 900 kilos de dióxido de car­
bono al año.
15.Revisar frecuentemente los neumáticos. Una presión correcta
de los neumáticos mejora la tasa de consumo de combustible
hasta 3%. Cada litro de gasolina ahorrado evita la emisión de
tres kilos de dióxido de carbono.
3.¿Evitarías el uso de agua caliente? Se puede usar menos agua
caliente instalando una ducha de baja presión y lavando la ropa
con agua fría o tibia.
16.¿Plantarías árboles? Una hectárea de árboles elimina, durante un
año, la misma cantidad de dióxido de carbono que producen cua­
tro familias en ese tiempo. Un solo árbol elimina una to­nelada de
dióxido de carbono durante su vida.
4.¿Utilizarías un colgador/tendedero en vez de una secadora de
ropa? Si se seca la ropa al aire libre la mitad del año, se reduce
en 320 kilos la emisión de dióxido de carbono al año.
5.¿Comprarías productos de papel reciclado? La fabricación de pa­
pel reciclado consume entre 70% y 90% menos energía y evita
que continúe la desforestación mundial.
6.¿Comprarías alimentos frescos? Producir comida congelada con­
sume 10 veces más energía.
7.¿Evitarías comprar productos envasados? Si se reduce en 10% la
basura personal se puede evitar generar 540 kilos de dióxido de
carbono al año.
8.¿Utilizarías menos los aparatos eléctricos; al menos, los encami­
nados exclusivamente al ocio? Desconectar los aparatos de radio,
televisión, juegos, etcétera, a los que no se esté prestando aten­
ción en ese momento.
9.¿Elegirías un vehículo automotor de menor consumo? Un vehícu­
lo nuevo puede evitar generar 1 360 kilos de dióxido de carbono
al año si éste rinde dos kilómetros más por litro de combustible
(aunque lo mejor sería comprar un vehículo híbrido o impulsado
por biocombustible).
10.¿Conducirías de forma eficiente: utilizando la marcha adecuada a
la velocidad, no frenar ni acelerar bruscamente, y en general in­
70
17.Un certificado ambiental de edificios contribuye a la reducción de
emisiones, ya que se estima que 50% del problema es originado
por la construcción y funcionamiento de edificios y ciudades. Esto
implica que al momento de adquirir o rentar una vivienda o edifi­
cio debemos exigir una certificación o etiquetado que indique el
contenido energético del bien y el necesario para funcionar, esto
es, de manera similar a la que ya se implementa en refrigerado­
res, motores eléctricos, lámparas eléctricas y otros. ¿Exigirías di­
cho certificado ambiental?
Conclusiones:
Grupo Editorial Patria®
Para tu reflexión
Protocolo de Kioto sobre el cambio climático
El Protocolo de Kioto sobre el cambio climático es un acuerdo inter­
nacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases cau­
santes del calentamiento global: 1. dióxido de carbono (CO2), 2. gas
metano (CH4) y 3. óxido nitroso (N2O), además de tres gases industria­
les fluorados: 4. hidrofluorocarbonos (HFC), 5. perfluorocarbonos (PFC)
y 6. hexafluoruro de azufre (SF6), en un porcentaje aproximado de 5%,
dentro del periodo que va desde el año 2008 al 2012, en comparación
con las emisiones del año 1990. Por ejemplo, si la contaminación de
estos gases en 1990 alcanzaba 100%, al término del año 2012 debe­
rá ser de 95%. Es preciso señalar que esto no significa que cada país
deba reducir sus emisiones de gases regulados en un 5%, sino que
este es un porcentaje a nivel global y, por el contrario, cada país obli­
gado por el Protocolo de Kioto tiene sus propios porcentajes de emisión
que debe disminuir.
Este instrumento se encuentra dentro de la Convención Marco de las
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático 1992 dentro de lo que se
conoció como la Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro. El protocolo
vino a dar fuerza vinculante a lo que en ese entonces no pudo hacer la
CMNUCC.
Antecedentes
El 11 de diciembre de 1997 los países industrializados se compro­
metieron, en la ciudad de Kioto, a ejecutar un conjunto de medidas
para reducir los gases de efecto invernadero. Los gobiernos signata­
rios de dichos países pactaron reducir en un 5% de media las emi­
siones contaminantes entre 2008 y 2012, tomando como referencia
los niveles de 1990. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de
2005, después de la ratificación por parte de Rusia el 18 de noviem­
bre de 2004.
El objetivo principal es disminuir el cambio climático de origen antropo­
génico cuya base es el efecto invernadero. Según cifras de la ONU, se
prevé que la temperatura media de la superficie del planeta aumente
entre 1.4 y 5.8 °C de aquí a 2100, a pesar de que los inviernos son
más fríos y violentos. Este fenómeno se conoce como calentamiento
global. “Estos cambios repercutirán gravemente en el ecosistema y en
nuestras economías”, señala la Comisión Europea sobre Kioto.
Una cuestión que hay que tener en cuenta respecto a los compromisos
en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero es que la
energía nuclear queda excluida de los mecanismos financieros de in­
tercambio de tecnología y emisiones asociados al Protocolo de Kioto,
pero es una de las formas de reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero en cada país. Así, el IPCC en su cuarto informe, recomien­
da la energía nuclear como una de las tecnologías clave para la mitiga­
ción del calentamiento global.
Entrada en vigor
Se estableció que el compromiso sería de obligatorio cumplimiento
cuando lo ratificasen los países industrializados responsables de, al
menos, un 55% de las emisiones de dióxido de carbono CO2. Con la
Figura 2.29
Posición de los diversos países en 2009 respecto del Protocolo de Kioto.
71
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
ratificación de Rusia en noviembre de 2004, después de conseguir que
la UE (Unión Europea) pague la reconversión industrial, así como la
modernización de sus instalaciones, en especial las petroleras, el pro­
tocolo ha entrado en vigor.
Además del cumplimiento que estos países han hecho en cuanto a la
emisión de gases de efecto invernadero se promovió también la gene­
ración de un desarrollo sostenible, de tal forma que se utilice también
energías no convencionales y así disminuya el calentamiento global.
Respecto de los países en desarrollo, el Protocolo no exige bajar sus
emisiones, aunque sí deben dar señas de un cambio en sus industrias.
El gobierno de Estados Unidos firmó el acuerdo pero no lo ratificó Bill
Clinton, ni George W. Bush, por lo que su adhesión sólo fue simbólica
hasta el año 2001 en el cual el gobierno de Bush se retiró del proto­
colo, según su declaración, no porque no compartiese la idea de fon­
do de reducir las emisiones, sino porque considera que la aplicación
del Protocolo es ineficiente (Estados Unidos, con apenas el 4% de la
población mundial, consume alrededor de 25% de la energía fósil y es
el mayor emisor de gases contaminantes del mundo) e injusta al invo­
lucrar sólo a los países industrializados y excluir de las restricciones a
algunos de los mayores emisores de gases en vías de desarrollo (Chi­
na e India en particular), lo cual consideró perjudicaría gravemente la
economía estadounidense.
La Unión Europea y España
en el Protocolo de Kioto
La Unión Europea, como agente especialmente activo en la concreción
del Protocolo, se comprometió a reducir sus emisiones totales medias
durante el periodo 2008-2012 en 8% respecto de las de 1990. No
obstante, a cada país se le otorgó un margen distinto en función de
diversas variables económicas y medioambientales según el principio
de ”reparto de la carga”, de manera que dicho reparto se acordó de
la siguiente manera: Alemania (221%), Austria (213%), Bélgica
(27.5%), Dinamarca (221%), Italia (26.5%), Luxemburgo (228%),
Países Bajos (26%), Reino Unido (212.5%), Finlandia (22.6%), Fran­
cia (21.9%), España (115%), Grecia (125%), Irlanda (113%), Por­
tugal (127%) y Suecia (14%).
Por su parte, España, que, como vemos, se comprometió a aumentar sus
emisiones un máximo del 15% en relación al año base, se ha con­vertido
en el país miembro que menos posibilidades tiene de cumplir lo pactado.
En concreto, el incremento de sus emisiones en relación con 1990 du­
rante los últimos años ha sido como sigue: 1996: 7%; 1997: 15%;
1998: 18%; 1999: 28%; 2000: 33%; 2001: 33%; 2002: 39%; 2003:
41%; 2004: 47%; 2005: 52%; 2006: 49%; 2007: 52%; 2008: 42.7%.
El problema que supone para España esta distribución de compromi­
sos de umbrales de emisiones es que implica techos económicos
72
dife­rentes para cada país de la Unión Europea. España, desde 1990,
obtuvo un crecimiento económico espectacular, traduciéndose en un
aumento del transporte y el consumo energético de las familias y la
industria. Esta explicación de los techos económicos diferentes se
complementa con el hecho de que el consumo energético es directa­
mente proporcional al desarrollo económico, y el nivel de emi­siones de
CO2 es proporcional al consumo energético. Por ello, dentro de un
mercado libre y competitivo en la Unión Europea, España está en des­
igualdad de condiciones respecto al resto de países. Además, España,
bastante alejada de sus compromisos, es el segundo país mundial en
producción de energía eólica y el país referencia en % de energía reno­
vable sobre la total consumida. El objetivo de España debe ser seguir este
camino de aumento de energías renovables, aumentar la eficiencia y
razonabilidad de los consumos y exigir igualdad en límites de cantida­
des de CO2 por habitante y año con los demás países de la Unión
Europea. Quizás también aumentar la generación de energía nuclear,
siempre barata aunque con el problema de los residuos nucleares, en
los términos en los que se limitan las energías renovables. Estas limi­
taciones, concretamente para el caso de la energía eólica, radican en
su irregularidad generadora, las inestabilidades que producen en la
Red Eléctrica Española, y su incapacidad para regular la carga gene­
rada. Recordemos que la generación de la energía volcada a la red
debe ser igual a la que se consume en cada momento. Ya que esta
segunda oscila constantemente, la energía generada debe adaptarse
mediante la regulación y la planificación horaria.
Después de Kioto
Las llamadas “partes” (miembros de la CMNUCC) se reunieron por pri­
mera vez para su seguimiento en Montreal, Canadá, en 2005, donde se
estableció el llamado Grupo de Trabajo Especial sobre los Futuros Com­
promisos de las Partes del Anexo I en el marco del Protocolo de Kioto
(GTE-PK), orientado a los acuerdos a tomar para después de 2012.
En diciembre de 2007, en Bali, Indonesia, se llevó a cabo la tercera
reu­nión de seguimiento, así como la 13ª cumbre del clima (CdP 13 o
COP13), con el foco puesto en las cuestiones que ocurrirán después de
2012. Se llegó a un acuerdo sobre un proceso de dos años, u “hoja
de ruta de Bali”, que tiene como objetivo establecer un régimen des­
pués de 2012 en la XV Conferencia sobre Cambio Climático, (también
“15ª cumbre del clima”, CdP 15 o COP15) de diciembre de 2009, en
Copenhague, Dinamarca.
Esa “hoja de ruta” se complementa con el Plan de Acción de Bali, que
identifica cuatro elementos clave: mitigación, adaptación, finanzas y
tecnología. El Plan también contiene una lista no exhaustiva de cues­
tiones que deberán ser consideradas en cada una de estas áreas y
pide el tratamiento de “una visión compartida para la cooperación a
largo plazo”.
Grupo Editorial Patria®
Actividad experimental
Efecto invernadero
Con la guía de tu profesor, intégrate en un equipo de cuatro o cinco com­pañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas correspondien­
tes. Luego elaboren un informe escrito y expónganlo al resto del grupo.
Propósito
Identificar cómo se produce el efecto invernadero.
Material
n
1 bolsa de plástico
n
1 liga
n
2 termómetros
Procedimiento
1.Introduzcan su mano en una bolsa de plástico transparente, de tal forma que la abertura de la bolsa quede hacia abajo. Luego expongan la
mano al Sol durante 5 minutos.
¿Aumentó la temperatura?
¿A qué se debe?
2.Introduzcan un termómetro en la bolsa de plástico, ciérrenla con una liga y expónganla al Sol durante 2 minutos. En el mismo lapso expongan
al Sol el otro termómetro, cerca de la bolsa. Anoten las temperaturas obtenidas.
Temperatura del termómetro en el interior de la bolsa 5
Temperatura del termómetro a la intemperie 5
ºC
ºC
¿A qué se debe la diferencia de temperaturas?
Comparen este experimento con el efecto invernadero en el planeta.
¿A qué corresponde la bolsa de plástico?
Comparen sus resultados con otros compañeros, anoten su resumen y conclusiones:
73
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
2.5 Lluvia ácida
Todos los gases de óxidos no metálicos, producidos por los combustibles fósiles, son anhídridos ácidos. Por tanto, cuando entran en contac­
to con el vapor de agua o con las gotas del agua que hay en la atmósfera, reaccionan para producir los siguientes ácidos:
SO2
1
Dióxido de azufre
SO3
1
Trióxido de azufre
2NO2
1
Dióxido de nitrógeno
CO2
Dióxido de carbono
1
H2O
H2SO3
agua
ácido sulfuroso
H2O
H2SO4
agua
ácido sulfúrico
H2O
HNO2
agua
ácido nitroso
H2O
H2CO3
agua
ácido carbónico
1
HNO3
ácido nítrico
La lluvia que se forma de estas gotas es ácida y tiene un sinnúmero de efectos dañinos, como la disminución del tiempo en que se deterioran
las piedras de los edificios.
El arte y los tallados que decoran los edificios y las áreas públicas se dañan, y los detalles finos de las esculturas se destruyen con ese tipo de
lluvia. Su acidez es tal que disuelve algunos compuestos, como los carbonatos en la piedra, de los cuales deja sólo una capa polvorienta. Además,
la lluvia ácida corroe la piedra y le ocasiona pequeñas ranuras. Cuando el agua penetra por estas ranuras y se congela, la piedra se rompe y se raja
porque el agua se expande.
La lluvia ácida también tiene efectos adversos en los organismos vivos. Ha aumentado la acidez de muchos lagos y tiende a disolver mine­
rales vitales para la tierra, pues al caer, arrastra estos minerales fuera del suelo y lo convierte en un terreno que no puede cultivarse o que da
Transformación a ácido sulfúrico (H2SO4)
y ácido nítrico (HNO3)
Figura 2.30
Formación de la lluvia ácida.
74
Grupo Editorial Patria®
cidad de reacidificación parece depender de la calidad del agua de
los afluentes.
Figura 2.33
La lluvia ácida afecta las construcciones.
Figura 2.31
El tránsito vehicular de la Ciudad de México es muy intenso todos los días y
contribuye a la contaminación atmosférica.
muy poco o ningún rendimiento. Cuando el arrastre del agua áci­
da llega hasta los ríos, interfiere con el crecimiento y el desarrollo
de los peces.
Prevenir estos problemas aplicando preservativos a las estatuas
y usando en los lagos compuestos básicos como la cal, no es la me­
jor solución. Es preferible remover de los escapes de los automó­
viles esos óxidos dañinos que tienen adhe­ridos, y utilizar otras
fuentes de energía.
Figura 2.32
Es conveniente tener una atmósfera
limpia en las áreas urbanas para
gozar de buena salud.
En 1985, algunos de los lagos
norteamericanos más afectados
por la acidificación fueron trata­
dos por los científicos de la Uni­
versidad de Cornell, y gracias a
ello han vuelto a tener vida bioló­
gica: Los investigadores vertie­
ron toneladas de piedra caliza en
los lagos, con lo que neutraliza­
ron la acidez del agua para
permitir que hubiera truchas
nuevamente. Los ex­perimentos
llevados a cabo en Cornell de­
muestran que una dosis de antiá­
cido puede hacer que los lagos
vuelvan a ser aptos para soportar
vida, aunque el efecto tiene corta
duración, ya que se vuelven a aci­
dificar debido a la lluvia. La velo­
Otro problema es que la piedra caliza, el agente neutralizador más
barato, a veces se deposita sobre el fondo de los lagos y se cubre
de sedimento antes de disolverse. Como alternativa, los investi­
gadores probaron verter en el Wolf Pond, un pequeño lago del con­
dado de Franklin, estado de Nueva York, 14 toneladas de
bicarbonato de sodio (NaHCO3) donado por una empresa fabri­
cante. El lago tenía un grado de acidez 100 veces superior al nor­
mal, pero se recuperó a los pocos días, luego de que el bicarbonato
se disolvió como si fuera una tableta efervescente gigante y neutra­
lizó la acidez del agua.
Como el bicarbonato es mucho más caro que la piedra caliza,
los científicos esperan que quienes lo fabrican les hagan descuen­
tos, teniendo en cuenta las espectaculares cantidades que se necesi­
tarían para el tratamiento de los lagos si este método resulta
efectivo.
Figura 2.34
El bicarbonato de sodio neutraliza la acidez.
75
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Actividad experimental
Frasco con la hoja de una planta:
Efectos de la lluvia ácida
Con la guía de tu profesor, intégrate en un equipo de cuatro o cinco
com­
pañeros. Realicen esta actividad y contesten las preguntas
correspondien­tes. Elaboren un informe escrito y expónganlo al resto del
grupo.
Comparen sus resultados con otros compañeros, anoten su resumen y
conclusiones:
Propósito
Estudiar algunos efectos de la lluvia ácida: la destrucción del carbona­
to que contienen las estatuas de mármol; los efectos en las estructuras
de yeso, y la pérdida de coloración de las hojas de los árboles debido a
la destrucción de la clorofila.
Material
n
3 frascos limpios de vidrio
n
300 mL de disolución de ácido nítrico (HNO3) 0.1M
n
trozos de yeso, de mármol y la hoja de una planta
¡Precaución! Tengan mucho cuidado al manejar el ácido nítrico,
pues puede producirles quemaduras graves.
Procedimiento
1.Viertan en cada frasco 50 mL de la disolución ácida y coloquen en
ellos un trozo de yeso, uno de mármol y la hoja, respectivamente.
Observen y anoten los cambios que se produzcan durante un lap­
so de 20 minutos.
Frasco con yeso y ácido nítrico:
Frasco con mármol y ácido nítrico:
76
Uso de las TIC
Investiga en cualquiera de los buscadores de Internet y encuentra las
respuestas a las siguientes preguntas:
• ¿Qué se entiende por contaminación?
• ¿Cuál es el origen de la contaminación del aire?
• ¿Cuál es el origen de la contaminación del agua?
• ¿Cuál es el origen de la contaminación del suelo?
A continuación emite una propuesta, en una cuartilla como máximo,
sobre qué acciones cotidianas podrías desarrollar para combatir la
contaminación ambiental. Contesta el ejercicio de la página 79 La química y tu comunidad y envía por correo electrónico a tu profesor las
respuestas propuestas.
Grupo Editorial Patria®
Actividad complementaria
La química y tu comunidad
Forma un equipo de trabajo y acudan con los vecinos solicitándoles bolsas de plástico que no ocupen, córtenlas en tiras intentando que tengan
el mismo tamaño, conformen un rectángulo con las dimensiones adecuadas para conformar un tapete de entrada al hogar, posteriormente
cosan a lo ancho las tiras hasta terminar el tapete.
Contesta brevemente las siguientes preguntas:
a) ¿Qué es el aire?
¿Qué es un contaminante secundario del aire? Nombra tres de
ellos
b) ¿Qué es la atmósfera?
¿En qué consiste la inversión térmica?
c)¿Cuáles son las capas que forman a la atmósfera?
d) Escribe tres propiedades físicas del aire:
¿Qué es la polución y cuántos tipos hay?
1.
2.
3.
e) Escribe tres propiedades químicas del aire:
1.
2.
3.
f) ¿Cómo se licua un gas?
Escribe tres propiedades que debe tener el agua potable:
1.
2.
3.
¿Qué es el agua dura?
Ejercicios
Escribe contaminantes del agua de uso urbano:
I. Representa en una gráfica circular a los tres principales gases
que componen el aire.
1.
¿Cuáles son los seis gases que componen más de 99% de la atmósfera?
3.
2.
Escribe tres contaminantes del agua de uso industrial:
1.
¿Qué es un contaminante primario del aire? Nombra tres de ellos.
2.
3.
¿Por qué es tóxico el monóxido de carbono para los seres huma­
nos?
Actividad experimental
Consulta con tus familiares para contestar las siguientes preguntas.
Anota tus conclusiones.
Compáralas con tus compañeros.
77
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Pregunta
Respuesta
Para lavar la ropa en casa, ¿usan
jabón o detergente?
n
Pueden almacenarse por mucho tiempo sin que se descom­
pongan.
n
Son compuestos fáciles de mezclar con otras sustancias que
ayudan en el proceso de limpieza.
¿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?
¿Qué 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?
Entre algunas desventajas de los detergentes se cuentan las siguien­
tes:
n
Son más caros que los jabones.
n
A diferencia de éstos, se obtienen de recursos naturales no re­
novables como el petróleo.
n
Son más contaminantes que los jabones; muchas de sus venta­
jas 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.
La química y tu comunidad
Conclusiones:
Reúnete con dos o tres compañeros y contesten las siguientes pre­
guntas:
1. ¿Cuáles contaminantes producen efectos negativos en la salud
de las personas?
Una ventana al conocimiento
Jabones o detergentes
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 reaccio­
nes se extraen de aceites vegetales (maíz, coco, palma y oliva) y de
grasa animales (manteca de cerdo). Las bases utilizadas para elabo­
rar el jabón son el hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de
potasio (KOH).
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 preservar­
lo por más tiempo.
Actualmente los jabones han sido desplazados por los detergentes.
Un detergente se define como una sustancia con capacidad limpia­
dora. Muchos detergentes son derivados del petróleo y poseen
ciertas ventajas respecto a los jabones, como las siguientes:
n
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 efec­
tos que con el jabón.
n
No dejan residuos en la ropa como la mayoría de los jabones.
78
2. ¿Cuáles son las principales fuentes de contaminación en una
ciudad como el Distrito Federal?
3. Menciona cinco estrategias que puedan desarrollar en la fami­
lia, escuela y comunidad para evitar el consumismo y preser­
var el medio ambiente.
4. Mencionen cinco acciones que puedan realizar, en su casa o
en la escuela, relacionadas con el ahorro de agua.
Grupo Editorial Patria®
5. Mencionen tres acciones que permitan reducir el consumo de
plástico.
Actividad experimental
Corrosión
I. Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o
cinco compañeros. Realicen esta actividad y contesten las pre­
guntas correspondientes. Elaboren un informe escrito con sus
conclusiones y compárenlo con el resto del grupo.
La química y tu comunidad
Propósito
Reúnete con tu familia y realicen las siguientes actividades como
medidas preventivas para evitar la contaminación del agua. Con­
testen la acción a tomar personal y familiar en la columna respecti­
va, comparen sus acciones y evalúen periódicamente cómo están
mejorando la limpieza y contaminación del agua.
Observar el grado de corrosión de los metales en diferentes condi­
ciones.
Acción como
medida preventiva
Personal
Familiar
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
No arrojar desechos de
ningún tipo a los depósitos
o cubetas con agua.
Mantener limpios y
aseados los bebederos.
Evitar fugas de agua,
manteniendo llaves y
muebles sanitarios en
buen estado.
Lavar la ropa y 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, etc.;
tampoco al suelo.
Usar el cloro necesario
para lavar la ropa.
Conclusiones y
comentarios de esta
actividad.
Materiales
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
1. Numeren los tubos de ensayo y separen tres clavos que servi­
rán como referencia de comparación.
2. En el primer tubo, coloquen tres clavos sumergidos hasta la mi­
tad 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 par­
te superior quedará el aceite comestible.
Dejen transcurrir dos días y anoten lo que observen en cada uno de
los tubos.
Tubo1
Tubo 2
Tubo 3
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?
¿Qué afecta más a los clavos, el aire húmedo o el seco?
¿Por qué?
Sugerencia: es conveniente designar a cada miembro una tarea es­
pecífica a realizar.
Conclusiones:
79
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Cálculo del consumo de energía
¿Sabes cuánta energía gastas al realizar diversas actividades coti­
dianas?
Valores
energéticos
en calorías
Gastados
después de
1 manzana
6
2 min de podar el pasto
1 huevo
8
8 min de trotar
Alimentos
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 de
Gruyére
210
60 min de caminata
vigorosa (a 3 km/h)
½ litro de cerveza
235
40 min de caminar
1 rebanada de pastel de
cerezas
290
50 min de caminar
150 g de helado
300
60 min de juego de
pelota (futbol, voleibol,
basquetbol)
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
565
85 min de andar en
bicicleta
Con la información anterior, realiza lo siguiente:
Anota a continuación los alimentos que consumes durante el día y
calcula el número de calorías adquiridas. En el segundo recuadro
anota las actividades que realizaste y tu consumo de calorías.
Puedes realizar este ejercicio con algunas de las personas con quie­
nes vives.
80
Alimentos consumidos
durante un día
Calorías adquiridas
Actividades realizadas
durante un día
Calorías consumidas
¿Es igual el número de calorías que consumiste y el que gastaste?
¿Por qué?
¿Qué sugieres para que el número de calorías sea igual?
¿Qué beneficios tendrías?
Conclusiones:
Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­
vas. En esta sección encontrarás una serie de actividades que están diseñadas para valorar los conocimientos y actitudes del proceso de apren­
dizaje adquirido durante el desarrollo del bloque, las cuales te permitirán mejorar tu desempeño a lo largo del curso.
Autoevaluación
5.¿Qué capas o regiones constituyen la atmósfera?
Propósitos:
1. Analizar y sistematizar la información que se desarrolló en el
bloque, a fin de responder a las preguntas que se plantean a
continuación.
2. Reconocer los factores que contaminan el aire, el agua y el sue­
lo, así como el impacto que esto genera en la atmósfera.
3. Plantear conclusiones que enmarquen acciones que ayuden a
solucionar problemas del medio ambiente.
Instrucciones:
Intercambia el trabajo realizado con un compañero, contrasta los
resultados y obtén retroalimentación del profesor para contar con
la información de manera clara y correcta.
Contesta brevemente las siguientes preguntas:
1. ¿Por qué es importante el aire para los seres vivos?
6.¿Cuál es la composición del aire puro?
7.¿Cuáles son los contaminantes antropogénicos primarios?
8.¿Cuáles son los contaminantes antropogénicos secundarios?
9.¿Qué importancia tiene el dióxido de carbono para la vida?
10.¿Qué es la lluvia ácida?
11.¿Qué es el efecto invernadero?
12.¿Qué es el cambio climático?
13.Escribe tres propiedades físicas del aire:
a)
2. ¿Qué es la atmósfera?
b)
c)
3.¿A qué se le llama aire puro?
14.Escribe tres propiedades químicas del aire:
4.¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas del aire?
a)
b)
c)
15.Las siguientes reacciones se verifican en las estatuas de piedra al dañarlas; complétalas:
Reacción 1: CaO
1
H2O
Reacción 2: Ca(OH)2
1
CO2
¿Cuál es el nombre de los productos obtenidos?
Reacción 1:
Reacción 2:
81
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
16.En la atmósfera se verifican las siguientes reacciones. Complétalas, según se indica con el nombre del producto obtenido.
2 C(s)
1
O2(g)
Monóxido de carbono
C(s)
1
O2(g)
Dióxido de carbono
N(g)
1
O2(g)
Dióxido de nitrógeno
S(s)
1
O2(g)
Dióxido de azufre
2 S(s)
1
3 O2(g)
Trióxido de azufre
17.Estos óxidos producen ácidos al combinarse con el agua; entonces también es posible nombrarlos anteponiendo la palabra anhídrido,
seguida del nombre del ácido que formarían. Escribe la fórmula correspondiente al nombre del ácido:
CO2(g)
1
H2O(l)
Ácido carbónico
NO2(g)
1
H2O(l)
Ácido nítrico
SO2(g)
1
H2O(l)
Ácido sulfuroso
SO3(g)
1
H2O(l)
Ácido sulfúrico
18.¿Qué significan los IMECA?
b)
c)
19.¿Cómo se miden los IMECA?
24.¿Qué significa el término biodegradable?
20.¿Cómo participan las plantas en el ciclo del carbono?
25.Menciona cuáles son los componentes principales del suelo:
21.¿Cuál es el papel de las diversas bacterias y otros microorga­
nismos en el ciclo del nitrógeno?
22.Menciona tres de los contaminantes del agua de uso industrial:
a)
b)
c)
26.¿Cuáles son los tres principales nutrientes del suelo?
27.Menciona cuáles son las fuentes principales de los siguientes
fertilizantes:
a) Fertilizantes que contienen nitrógeno:
b) Fertilizantes que contienen fósforo:
23.Menciona tres de los contaminantes del agua de uso doméstico:
c) Fertilizantes que contienen potasio:
a)
Comentarios sobre los resultados de los reactivos:
Revisado por:
Comentarios del profesor:
82
Grupo Editorial Patria®
Lista de cotejo
Lista de cotejo para verificar el resultado de la actividad de las páginas 64 y 65.
Propósito:
Verificar los factores que determinan el consumo de agua en el hogar, mediante un registro que se realizará por cada integrante de la familia
durante dos días.
Intrucciones:
P
en el que consideres hayas logrado el aprendizaje, de ser necesa­
Analiza los criterios que a continuación se establecen y marca con una
rio, realiza un comentario sobre ello; una vez terminada, aclara las dudas e intercambia el trabajo con un compañero, a fin de retroalimentar y
validar los resultados obtenidos.
Criterio
Sí
Cumple
No En proceso
Observaciones
Resultados y conclusiones
Originalidad
Conocimientos
1. Presenta las tablas por cada integrante de su familia.
2. Obtiene el promedio diario, mensual y anual de consumo de
agua por persona.
3. Especifica el consumo del promedio familiar.
4. Especifica la cuota anual familiar por el consumo de agua.
5. Es claro sobre las actividades en las que consumen más
cantidad de agua.
6. Establece las acciones para ahorrar agua dentro de su hogar.
7. Describe varias medidas para reciclar.
8. El trabajo se elaboró con un procesador de texto como Word o
bien se hizo a mano con buena caligrafía o por lo menos
entendible.
9. Las tablas solicitadas se hicieron con regla o bien por
computadora (usando Word, Excel, etc.).
10. Responde todas las preguntas dando argumentos que las
justifiquen en aquellas que así lo soliciten.
11. Investiga la tarifa actualizada que se cobra por concepto de
consumo de agua en su municipio o delegación.
12. Realiza una investigación en Internet sobre las campañas de
ahorro de agua y los muebles para baño ahorradores de agua
que se encuentran disponibles en su localidad.
13. Recolectó las opiniones sobre los resultados obtenidos y las
propuestas de ahorro de cada uno de los miembros de su
familia.
14. Presentó al menos tres propuestas para reducir el consumo de
agua en su casa.
15. Comparó y discutió los resultados con sus compañeros de
clase.
16. Tomando como base sus resultados y los de sus compañeros
concluyó en qué actividades se consume (o en su caso se
desperdicia) más agua en su localidad.
17. Presentó propuestas para reducir el consumo de agua en su
localidad.
Aportación a la actividad:
Nombre del estudiante:
Fecha:
83
2
BLOQUE
Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Coevaluación
Guía de observación para la actividad experimental de la página 73.
Propósito:
Verificar el desempeño que muestran los integrantes del equipo al elaborar la actividad sobre el efecto invernadero.
Nombre de los integrantes:
1.
2.
3.
4.
5.
Instrucciones
O
Analicen los reactivos de la actividad e indiquen si fueron realizadas por el equipo a evaluar, marcar con una
en la casilla que corresponda
al cumplimiento de la misma. Es importante que realicen anotaciones acordes con lo que se solicita y sea para retroalimentar la información.
Acciones a evaluar
Cumple
Sí
Observaciones
No
1. Formaron equipos de cuatro o cinco personas y todos participaron
activamente en la realización de la práctica.
2. Interpretan correctamente lo que sucede cuando introducen su mano en
la bolsa de plástico y la exponen al Sol.
3. Interpretan correctamente la diferencia en temperaturas que se obtiene al
registrar la temperatura a la intemperie y en el interior de la bolsa de
plástico.
4. Asocian correctamente la bolsa de plástico con un componente de
nuestro planeta que produce el efecto invernadero.
5. Elaboraron un informe por escrito de la práctica desarrollada.
6. Expusieron sus resultados y conclusiones al resto del grupo.
Comentarios generales:
Nombre del equipo que evalúa:
Revisado por el profesor:
84
Fecha:
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica de heteroevaluación
Rúbrica para evaluar la actividad realizada sobre el calentamiento global en las páginas 42 y 43.
Nombre del alumno:
Propósito:
Evaluar el aprendizaje alcanzado al identificar los niveles del dióxido de carbono (CO2) y saber que su aumento produciría calentamiento del
planeta.
Instrucciones:
1. Analiza detalladamente cada aspecto a evaluar e indica en la última columna qué nivel (4, 3, 2, o 1) logró alcanzar el estudiante o el equipo
al que se esté evaluando.
2. Revisen la guía de criterios que se enlinstan para calificar el nivel que obtuvieron en cada aspecto a evaluar.
3. Elaboren comentarios de acuerdo con los resultados que obtuvieron, a fin de retroalimentar el desempeño de sus compañeros.
Trabajo en equipo
Resultados y conclusiones
Aspecto a evaluar
Desarrollo
Presentación
Niveles
Excelente (4)
Bueno (3)
Satisfactorio (2)
Deficiente (1)
Elabora la gráfica pedida en
papel milimétrico uniendo los
puntos de manera que se
obtenga un trazo suave y
continuo.
Elabora la gráfica pedida en
papel de cuadrícula chica,
uniendo los puntos de manera
que se obtenga un trazo suave y
continuo.
Dibuja la gráfica pedida en papel
de cuadrícula grande, uniendo
los puntos de manera que se
obtenga un trazo suave y
continuo.
Dibuja la gráfica pedida uniendo
los puntos con rectas.
Expone al grupo el trabajo
realizado de manera clara,
completa y bien organizada y
atrae el interés de todo el grupo.
Grafica e interpreta los niveles
de CO2 para el intervalo de 1870
a 2050 con la información
proporcionada y extrapolación
de los niveles de CO2 hasta el
2050.
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
realización y presentación del
trabajo, distribuyéndose las
diferentes actividades
equitativamente.
Expone al grupo el trabajo
realizado completo y bien
organizado que sólo atrae el
interés de una parte del grupo.
Grafica los niveles de CO2 para
el intervalo de 1870 a 2050 con
la información proporcionada y
extrapolación de los niveles de
CO2 hasta el 2050.
Expone al grupo el trabajo
realizado completo que no atrae
el interés del grupo.
Predice los niveles de CO2 para
el año en curso, 2030 y 2050.
Predice los niveles de CO2 para
el año en curso, 2030 y 2050.
Indica con argumentos qué
proyecciones tienen mayor
posibilidad de ser acertadas e
identifica los factores que
podrían hacer que fueran
incorrectas.
Argumenta qué proyecciones
tienen mayor posibilidad de ser
acertadas e identifica los
factores que podrían hacer que
fueran incorrectas.
Indica qué suposiciones implica
realizar extrapolaciones de
datos conocidos.
Extrae conclusiones originales
sobre el calentamiento global.
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
realización y presentación del
trabajo, pero no se distribuyeron
las diferentes actividades
equitativamente.
Expone al grupo el trabajo
realizado incompleto y mal organizado que no atrae el interés
del grupo.
Grafica los niveles de CO2 para
el intervalo de 1870 a 2050, con
la información proporcionada.
Graficación de los niveles de
CO2 para el intervalo de 1870 a
2050, sin emplear toda la
información proporcionada.
Algunos integrantes del equipo
no participaron en la realización
y presentación del trabajo pero
los demás lo hicieron
activamente y se distribuyeron
las diferentes actividades
equitativamente.
Predice los niveles de CO2 para
el año en curso, 2030 y 2050.
Sólo uno o dos integrantes del
equipo participaron activamente
en la realización y presentación
del trabajo.
Copia conclusiones de libros o
Internet sobre el calentamiento
global.
Total
Predice incorrectamente los
niveles de CO2 para el año en
curso, 2030 y 2050.
No presenta conclusiones sobre
el calentamiento global.
Indica qué suposiciones implica
realizar extrapolaciones de
datos conocidos.
Copia conclusiones de libros o
Internet sobre el calentamiento
global.
85
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad
de los sistemas dispersos
17 horas
Objetos de
aprendizaje
3.1 Clasificación de la
materia:
– Elemento
– Compuesto
– Mezclas
3.2 Sistemas dispersos:
– Disoluciones
– Coloides
– Suspensiones
3.3 Métodos de separación
de mezclas
3.4 Unidades de concentración
de los sistemas dispersos:
– Porcentaje
– Molar
– Normalidad (N)
3.5 Ácidos y bases
Competencias a desarrollar
n
n
n
n
n
Establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el
ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
n
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su
vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas y contribuyendo a alcanzar
un equilibrio entre el interés y bienestar individual y general de la sociedad.
n
Indentifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea
hipótesis para contribuir al bienestar de la sociedad.
n
Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener,
registrar y sistematizar información que permita responder preguntas
de carácter científico y/o realizar experimentos pertinentes, consultando
fuentes relevantes.
n
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones, aportando puntos de vista con
apertura, y considerando los de otras personas de manera reflexiva.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos
naturales a partir de evidencias científicas, dialogando y aprendiendo
de personas con distintos puntos de vista.
Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento
explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos.
Diseña, aplica y prueba la validez de modelos o prototipos para resolver
problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.
Expresa ideas y conceptos mediante representaciones gráficas que le permitan
relacionar 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 recuadro de la izquierda.
Partícula más pequeña que no puede descomponerse en otra más sencilla:
a) Molécula
b) Átomo
c) Mezcla
d) Elemento
Las sustancias puras que pueden descomponerse en otras más simples se llaman:
a) Elementos
b) Compuestos
c) Electrones d) Átomos
Método que se usa para separar una mezcla de dos sustancias que tienen diferente
punto de ebullición:
a) Evaporación
b) Destilación
c) Sublimación d) Filtración
Las mezclas se caracterizan porque:
a) Sus componentes tienen propiedades físicas y químicas diferentes.
b) Su composición es definida.
c) Se separan sus componentes por medios mecánicos.
d) Se requiere una gran energía para separar sus componentes.
La diálisis, la cromatografía y la centrifugación son ejemplos de métodos
de separación de:
a) Elementos
b) Compuestos
c) Mezclas
d) Coloides
Los coloides presentan las siguientes características:
a) Sedimenta la fase dispersa y sus partículas son grandes.
b) Tienen movimiento browniano y presentan el efecto Tyndall.
c) No presentan fase dispersa, pero sí dispersora.
d) La fase dispersora se mueve en forma especial y la fase dispersa no.
En un solvente puede disolverse mayor cantidad de soluto a una temperatura
mayor que la ambiental; la disolución es:
a) Saturada
b) Concentrada
c) Diluida
d) Sobresaturada
¿Cuál es el porcentaje en masa de una disolución que se ha preparado al disolver
15 g de cloruro de sodio en 150 mL de agua?
a) 11.73%
b) 9.09%
c) 6.83%
d) 30.63%
¿Qué masa de CuSO4 es necesaria para preparar 3 litros de una disolución 0.5 M?
a) 310 g
b) 120 g
c) 80 g
d) 240 g
n
n
n
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del
medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto
ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollen en
los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un
contexto global interdependiente.
Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento
de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece
asumiendo las consecuencias de sus comportamientos y
actitudes.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias,
instrumentos y equipo en la realización de actividades de su
vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan
siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.
¿Cuál de los siguientes valores de pH corresponde a un ácido débil?
a) 1
b) 5
c) 7
d) 9
Desempeños por alcanzar
n
n
n
n
Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos
(disoluciones, coloides y suspensiones).
Realiza cálculos sobre la concentración de las disoluciones.
Comprende la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas
biológicos y en su entorno.
Identifica las características de los ácidos y bases y las relaciona con
ejemplos de la vida cotidiana.
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿Cómo te ayuda el efecto Tyndall, mediante un análisis experimental, a diferenciar entre una dispersión coloidal y una disolución?
Secuencia didáctica
¿Qué tienes que hacer?
Con la presentación de tu maestro, reúnete con dos o tres compañeros de clase y realicen la siguiente actividad; comparen los resultados ob­
tenidos con otros alumnos. Contesten las preguntas y anoten sus conclusiones.
Material
n 2 vasos de precipitados
n 1 lámpara de mano
n 1 tarjeta con orificio
n Disolución de sulfato de cobre
n Suspensión de tierra o lodo en agua
1.Agrega una disolución de sulfato de cobre en un vaso de preci­
pitados.
2. Agrega la suspensión de tierra y agua en otro vaso de precipi­
tados.
3. Coloca los vasos sobre una mesa, lo más cerca posible uno de
otro.
4. Agítalos brevemente.
¿Por qué?
5. Prende la lámpara y haz atravesar un rayo de luz sobre los dos
vasos, utilizando la tarjeta perforada para concentrar el rayo.
6. Contesta brevemente las siguientes preguntas:
a) ¿Puedes ver las partículas en la disolución líquida?
c) ¿Qué clase de mezclas muestra el efecto Tyndall?
¿Por qué?
d) ¿Qué clase de mezclas no muestra el efecto Tyndall?
b) ¿Puedes ver las partículas en la suspensión?
88
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Autoevaluación
1. ¿Ejecuté los pasos del experimento en el orden indicado?
2. ¿Investigué acerca del efecto Tyndall?
3. ¿Qué efecto produce la luz de la lámpara en la disolución?
4. ¿Qué efecto produce la luz de la lámpara en la suspensión?
5. ¿El resultado de los pasos del experimento me lleva a una con­
clusión? ¿Cuál?
6. ¿Puedo aplicar correctamente el experimento anterior a otras
sustancias comunes como las siguientes y diferenciarlas en di­
soluciones o dispersiones por el efecto Tyndall?
Instrucciones:
I. Anota en el espacio correspondiente la palabra “disolución” o
dispersión, según corresponda:
II. Completa el siguiente cuadro, anotando sí o no según corres­
ponda:
Pregunta
Disoluciones
Dispersiones
¿Las partículas se disuelven?
¿Las partículas sedimentan?
¿La mezcla es transparente?
¿La mezcla es turbia?
¿Las partículas reflejan la luz?
¿Puedes ver las partículas?
a) Refresco:
b) Agua de la llave:
c) Acetona:
d) Alcohol:
e) Agua con azúcar:
f ) Agua con sal:
g) Miel:
h) Clara de huevo:
i) Vinagre:
j) Agua mineral:
k) Café:
l) Leche:
m) Yogur:
Figura 3.1
La disolución es una mezcla homogénea
de dos o más especies químicas
que no reaccionan entre sí.
n) Rompope:
o) Chocolate:
Portafolio de evidencias
Pasos para hacer el portafolio de evidencias
1. En una computadora crea una carpeta con el nombre Química2.
2. Crea un archivo en un procesador de textos con tu nombre_Química2.
3. Crea dentro de la carpeta Química2 otra carpeta con tu nombre_Bloque3.
4. Dentro de la carpeta Bloque3 guarda las evidencias que indique tu profesor.
5. Envía los archivos por correo electrónico a tu profesor.
89
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
3.1 Clasificación
de la materia
Las sustancias son los materiales con los que trabaja un químico u
otro profesionista y pueden ser puras o no. Las sustancias puras se
clasifican en elementos y compuestos. Las mezclas se consideran
no puras ya que resultan de la combinación de elementos y/o com­
puestos.
En la naturaleza nos encontramos muchas sustancias: algunas se
encuentran solas y otras combinadas. Muchas de estas sustancias
simples no pueden dividirse por métodos físicos en otras más sim­
ples; en cambio, otras se pueden transformar por medio de reaccio­
nes químicas, ya sean combinadas o por descomposición. Por
ejemplo, observamos que algunas formas de materia parecen cons­
tar de una sola sustancia; por ejemplo, un trozo de azúcar refinado
o un trozo de metal de cobre. Estas sustancias, llamadas puras, se
caracterizan por una composición definida y constante; identifi­
camos una sustancia pura por sus propiedades físicas (color, olor,
sabor, densidad, dureza, etc.) y químicas (combustión, acidez, alca­
linidad, etc.). Aunque es posible identificar una sustancia sólo por
sus propiedades físicas, frecuentemente es necesario corroborar
investigando también sus propiedades químicas.
Elemento
Los elementos son sustancias simples que no pueden descomponerse por
métodos químicos ordinarios en algo más sencillo.
Algunos ejemplos son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O),
nitrógeno (N), paladio (Pd), oro (Au).
De acuerdo con la teoría atómica, la materia se compone de par­
tículas muy pequeñas llamadas átomos. Las sustancias que están
compuestas de un mismo tipo de átomos se llaman elementos.
Los elementos químicos son cuerpos simples
con los que está consti­
tuida la materia, es decir,
los elementos son sustan­
cias formadas por una
sola clase de átomos, es
decir, átomos con el mis­
mo número atómico.
Como ya se explicó en el
curso de Química 1, el ori­
gen de los nombres de los
elementos químicos, en al­
gunos casos, se remonta a
la Antigüedad; por ejem­
Figura 3.3
plo: cobre, del latín, cuAristóteles (384-322 a. C.), el más
prum; en otros casos se
influyente de los filósofos griegos
refiere el sitio de su descu­
aceptó la doctrina de los 4 elementos.
brimiento, por ejemplo,
americio descubierto en América. Otros más toman el nombre de
su descubridor o lo llevan en honor a un científico célebre, por
ejemplo einstenio en honor a Albert Einstein.
Los símbolos de los elementos son la representación de su nombre
y éstos se forman haciendo combinaciones de las primeras letras
de la palabra, a fin de diferenciar entre elementos que empiezan
con la misma letra; por ejemplo:
S 5 azufre (sulphur)
Sb 5 antimonio (stibium)
Sn 5 estaño (stannum)
En 1979 la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Apli­
cada) emitió una serie de recomendaciones para nombrar a los
elementos con número atómico mayor de 100.
1. Los nombres de los elementos deben relacionarse con su nú­
mero atómico.
2. Los símbolos consistirán de tres letras (para evitar duplicidad
con aquéllos de número atómico menor a 100).
3. Todos los nombres terminarán con la letra (o), se usarán las
raíces numéricas siguientes:
Figura 3.2
Un químico manejando sustancias químicas.
90
0 5 nil
4 5 quad
8 5 oct
1 5 un
5 5 pent
9 5 enn
2 5 bi
6 5 hex
3 5 tri
7 5 sept
Las raíces deberán colocarse juntas en el orden de los dígitos que
forman el número atómico. Como ejemplos tenemos:
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Número atómico
Nombre
Símbolo
104
rutherfordio
Rf
105
dubnio
Db
106
seaborgio
Sg
107
bohrio
Bh
108
hassio
Hs
109
metnerio
Mt
110
ununilio
Uun
111
unununio
Uuu
112
unumbio
Uub
113
ununtrio
Uut
114
ununquadio
Uuq
115
ununpentio
Uup
Er
La
I
116
ununhexio
Uuh
Dy
In
Ag
117
ununseptio
Uus
Dy
Eu
Lr
118
ununoctio
Uuo
Al
En la actualidad se conocen 118 elementos diferentes, 88 de los cua­
les son naturales y el resto son artificiales. El uranio es el elemento natu­
ral que tiene los átomos más complejos. Los elementos tecnecio y
prometio tienen átomos más simples que los del uranio, pero no se
encuentran en la naturaleza. El astato y el francio sí se han detectado
en la naturaleza. Sin embar­go,
existen cantidades tan peque­
ñas que no pueden ser separa­
dos con facilidad del mineral.
Estos cuatro elementos nor­
malmente no se cuen­tan entre
los elementos naturales.
La mayoría de los elementos
son sólidos, cinco líquidos en
condicio­
nes ambientales y
doce gaseosos.
Figura 3.4
Elemento químico.
Oro natural y en lingotes.
Varios de ellos se conocen
desde tiempos muy antiguos,
unos son abundantes, otros
extremadamente raros; algu­
nos son radiactivos y otros se
han sintetizado en laborato­
rios con una vida promedio
muy corta.
Elementos:
Aluminio
(Al)
Calcio
(Ca)
Cobre
(Cu)
Nitrógeno
(N)
Oro
(Au)
Yodo
(I)
Fósforo
(P)
Oxígeno
(O)
Uranio
(U)
La mínima unidad de material que puede existir representando las
características de un elemento es el átomo. Un elemento tiene áto­
mos iguales entre sí y diferentes a los de otro elemento.
Aplica lo que sabes
Descubre el mensaje oculto formado con los símbolos de los elementos químicos y escríbelo en el renglón correspondiente.
Fe
Zn
Mg
O
Re Y La
Am
Mn
I
S
Te
As
Am
Dy
Mensaje oculto:
Compuestos
Los compuestos son sustancias que resultan de la unión química de dos
o más elementos en proporciones definidas: se combinan de tal manera
que ya no es posible identificarlos por sus propiedades originales e individuales y sólo una acción química los puede separar.
Los compuestos se expresan por fórmulas y la mínima unidad ma­
terial que puede existir para representar las características del com­
puesto es la molécula.
Algunos ejemplos de compuestos son: agua (H2O), amoniaco (NH3),
óxido de calcio (CaO), azúcar (C12H22O11), sal común o cloruro
de sodio (NaCl), sulfato de amonio (NH4)2SO4.
Los primeros metales se encontraron en forma de pepitas y posi­
blemente fueron trozos de cobre o de oro, ya que éstos son de los
pocos metales que se encuentran libres en la naturaleza. Tales de
Mileto (640-546 a. C.) filósofo nacido en Mileto (Jonia), se plan­
teó lo siguiente: si una sustancia puede transformarse en otra, por
ejemplo, un trozo de mineral azulado puede transformarse en co­
bre rojo, ¿cuál es la naturaleza de la sustancia? ¿Es de piedra o de co­
bre? ¿O quizá es de ambas cosas a la vez? ¿Puede, cualquier
sustancia transformarse en otra mediante un determinado número
de pasos, de tal manera que todas las sustancias no sean sino dife­
rentes aspectos de una materia básica?
91
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Para Tales la respuesta era “sí”, porque de esta manera podía intro­
ducirse en el Universo un orden y una simplicidad básica. Quedaba
entonces por determinar cuál era esa materia básica o elemento.
Tales decidió que este elemento era el agua. De todas las sustan­
cias, el agua es la que parece encontrarse en mayor cantidad. El agua
rodea la Tierra, impregna la atmósfera en forma de vapor, corre a
través de los continentes y la vida es imposible sin ella. Posterior­
mente, Empédocles (490­430 a. C.), nacido en Sicilia, comentó:
“pero, ¿por qué un solo elemento? ¿Y si fueran cuatro?” Podían ser
el fuego de Heráclito, el aire de Anaxímenes, el agua de Tales, y
la tierra, que añadió el propio Empédocles.
Aristóteles (384­322 a. C.), el más influyente de los filósofos grie­
gos, aceptó la doctrina de los cuatro elementos. No obstante, no
consideraba que los elementos fuesen las mismas sustancias que
les daban nombre; es decir, no pensaba que el agua que podemos
tocar y sentir fuese realmente el elemento “agua”, simplemente era
la sustancia real más estrechamente relacionada con dicho elemento.
Aristóteles concibió los elementos como combinaciones de dos par­
tes de propiedades opuestas: frío y calor, humedad y sequedad. Las
propiedades opuestas no podían combinarse entre sí. De este
modo, se forman cuatro posibles parejas distintas, cada una de las
cuales dará origen a un elemento: calor y sequedad originan el fuego; calor y humedad el aire; frío y sequedad, la tierra; frío y humedad, el agua. Aristóteles supuso que los cielos deberían estar
formados por un quinto elemento, que llamó éter (que significa ”res­
plandecer”). Como los cielos no parecían cambiar nunca. Aristóte­
les consideró al éter como perfecto, eterno e incorruptible, lo que lo
hacía muy distinto de los cuatro elementos imperfectos de la Tierra.
Esta teoría duró dos mil años.
En el año de 1661 se marca el fin de la Alquimia, cuando Robert
Boyle publicó en su libro El químico escéptico la palabra química,
suprimiendo la primera sílaba
de “alquimia”. También definió
los elementos de una forma
real y práctica. Si una sustancia
podía descomponerse en sus­
tancias más simples, no se trata­
ba de un elemento, pero las
sustancias más simples si po­
dían serlo, hasta el momento
en que los químicos aprendie­
sen a descomponerlas en sus­
tancias aún más sencillas.
Además, dos sustancias que
fuesen sendos elementos po­
dían unirse íntimamente para
formar una tercera sustancia,
llamada compuesto, y en ese caso el compuesto debería poder
descomponerse en los dos elementos originales.
Figura 3.5
Robert Boyle revolucionó
el concepto de la Química.
92
La pureza es una de las ideas más antiguas y recurrentes dentro de la
química, pues el grado de pureza de una sustancia y su determinación
es fundamental en esta ciencia. La mayoría de las veces, en el laborato­
rio es indispensable trabajar con sustancias puras, para que alguna
impureza no eche a perder todo el experimento planeado. Pero en
ocasiones tendremos que trabajar con las sustancias impuras para no
desperdiciarlas o desecharlas, y entonces se determinará la pureza con
la que se utilizan las sustancias en una reacción específica.
En la fabricación de medicamentos, alimentos y otros productos
químicos, la pureza de las sustancias es fundamental.
Obtener una sustancia pura
significa haber eliminado otras
que la acompañan, pero esta
eliminación implica separar
sustancias que estaban mezcla­
das o combinadas de la que
nos interesa en su estado puro.
Y entonces debemos utilizar
métodos físicos, químicos o
ambos para separarlas.
Una sustancia pura es una
forma de materia que se ca­
racteriza por tener una com­
posición definida y constante Figura 3.6
de elementos: objetos
y posee propiedades que la Ejemplo
de oro, cobre y estaño.
distinguen de otras.
Se dice que una sustancia es pura cuando todas sus partes tienen la
misma composición y las mismas propiedades físicas y químicas;
además de que no se puede separar en otras sustancias por méto­
dos físicos.
Una sustancia pura puede estar formada por un elemento o por un
compuesto. Ejemplos de elementos son el carbono, el cinc, el esta­
ño, el cobre, etc.; algunos compuestos conocidos son la sal común
(cloruro de sodio, NaCl), el agua (H2O), el amoniaco (NH3), y la
sosa cáustica (hidróxido de sodio,
NaOH). De estos últimos, por
ejemplo, la sal común está formada
por un átomo de sodio (Na) y un
átomo de cloro (Cl); el agua por dos
átomos de hidrógeno (H) y uno de
oxígeno (O); el amoniaco, por un
átomo de nitrógeno (N) y tres de
hidrógeno (H); la sosa o hidróxido
de sodio, por un átomo de sodio
(Na), un átomo de oxígeno (O) y
Figura 3.7
un átomo de hidrógeno (H). Los
Ejemplo de compuesto:
compuestos presentan las siguien­
agua y alcohol.
tes características:
Grupo Editorial Patria®
n Los
elementos que los constituyen no se pueden distinguir;
son sustancias homogéneas.
n La proporción en que se combinan los elementos siempre es
la misma.
n Los elementos no se pueden separar por métodos físicos.
n Sus propiedades son diferentes de las de los elementos que les
dieron origen.
Mezclas
La característica fundamental de una mezcla es que su composición es
variable, está compuesta por más de una sustancia (elementos o compuestos,
que al hacerlo conservan sus propiedades individuales) y sus componentes
siempre podrán separarse por medios físicos o mecánicos. Por ejemplo, la
madera es una mezcla de diversas sustancias, cuyas proporciones va­
rían dependiendo del tipo de vegetación de la que provenga.
Ejemplos de mezclas, según su estado físico:
Sólidas
Líquidas
Gaseosas
cemento
alcohol de madera
gas natural
bronce
petróleo
aire
granito
agua de mar
gas doméstico
papel
tinta china
anestésicos
madera
refrescos
pólvora
agua mineral
tierra
Figura 3.8
Capas constituyentes de la atmósfera terrestre con su espesor aproximado.
acero
La mezcla se define como la unión física de dos o más sustancias en
proporciones variables, en la que cada una conserva sus propieda­
des originales. A su vez, las mezclas pueden ser homogéneas (una
fase): agua con sal, petróleo, aire, alcohol con agua; y heterogéneas
(dos o más fases): arena y tierra; agua y aceite; azufre y carbono.
Las mezclas, ya sean disoluciones, coloides o suspensiones se di­
viden en homogéneas y heterogéneas. Las mezclas homogé­
neas, también denominadas disoluciones, se presentan en una sola
fase. Una fase es la región de un sistema químico que presenta sus­
tancias con características físicas y químicas definidas, que se en­
cuentra separada de otras regiones por interfases en las cuales hay
cambios súbitos en las propiedades físicas y químicas.
¿Qué es el aire?
La delgada capa compuesta por una mezcla de gases que rodea a la
Tierra se conserva allí por el efecto de la gravedad. El aire que se
encuentra hasta unos 30 kilómetros de altura representa 99% del
peso total de la atmósfera. Asimismo, el aire tiene menor peso y
menor densidad que el agua y no existe en el vacío.
Dos características fundamentales de una mezcla son las siguien­
tes: su composición es variable y está compuesta por más de una sustancia.
Para tu reflexión
¿Por qué no se mezclan
el agua y el aceite?
Si viertes vinagre, vino o jugo de frutas en un recipiente con agua, estas
sustancias se mezclan fácilmente entre sí. Pero si agregas gotas de
aceite al agua, verás cómo flotan sobre ella. La clave de este fenómeno
93
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
son las moléculas de ambas sustancias, ya que las del agua tienen una
fuerte atracción entre sí, pero no atraen igualmente a las del aceite,
que son diferentes. En términos químicos, las moléculas del aceite son
no polares y, por tanto, no tienen carga eléctrica para ser atraídas por
las moléculas del agua.
En la industria se resuelve este problema agregando un emulsificante
que modifica las moléculas del aceite para que puedan integrarse. Las
cremas protectoras, por ejemplo, combinan ambas sustancias: son emulsiones de aceite y agua.
Figura 3.11
Por sus propiedades y abundancia en la superficie terrestre, el
agua determina el ambiente físico y biológico del hombre.
a)
b)
Figura 3.9
a) Mezcla homogénea (agua y sal).
b) Mezcla heterogénea (aceite y agua).
Un ejemplo de mezcla homogénea es el agua de mar, en la que es­
tán disueltas diversas sales como el cloruro de magnesio (MgCl2),
cloruro de sodio (NaCl) y cloruro de calcio (CaCl2). Aunque las
disoluciones líquidas son las más comunes, no hay que olvidar que
el aire es una disolución homogé­
nea formada por varios gases, y
que las aleaciones son disolucio­
nes de sólidos en sólidos, como las
amalgamas que usan los dentistas.
También el bronce es una disolu­
ción de un sólido en otro, formada
por cobre y zinc.
Las mezclas heterogéneas presen­
tan varias regiones, es decir, tienen
dos o más fases con propiedades
diferentes, las cuales dependen,
a su vez, de las propiedades de cada
componente. Por ejemplo, una
mezcla de agua y aceite presenta
dos fases, al igual que la mezcla de
arena con azúcar. En esta última,
94
Figura 3.10
El vino es un ejemplo de mezcla.
los granos de arena y los cristales de azúcar se distinguen por medio de
una lupa, además de que conservan algunas propiedades de ambos
componentes y éstos pueden separarse sin que haya un cambio quí­
mico, basta lavar la mezcla con agua suficiente para que el azúcar se
disuelva.
El siguiente cuadro muestra algunos ejemplos de mezclas homo­
géneas y heterogéneas:
Mezcla
Tipo
Número
de fases
Leche
Homogénea
Una
Agua de mar
Homogénea
Una
Agua y aceite
Heterogénea
Dos
Refresco con hielo
Heterogénea
Dos
Figura 3.12
Mezcla homogénea
(agua y sal, una fase).
Figura 3.13
Mezcla heterogénea
(aceite y agua, dos fases).
Grupo Editorial Patria®
Ejemplos de mezclas:
Sólidas
Líquidas
Gaseosas
Cemento
Alcohol
de madera
Gas natural
Bronce
Petróleo
Aire
Granito
Agua
de mar
Gas
doméstico
Papel
Tinta china
Anestésicos
Madera
Refrescos
Oxiacetileno
Pólvora
Agua mineral
Freón
A continuación se presentan actividades experimentales que com­
prueban cómo se pueden separar los componentes de una mezcla
de acuerdo con su estado físico y propiedades.
Actividad experimental
Mezcla de dos líquidos
Con la orientación de tu maestro, integren equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y escriban
un informe, luego anoten sus conclusiones y expónganlas ante el
grupo.
Figura 3.14
El bronce es una disolución
de un sólido en otro,
formado por cobre y zinc.
Actividad de aprendizaje
Escribe si cada una de las siguientes mezclas es homogénea o heterogénea, según corresponda:
a) Sal disuelta en agua
b) Agua con arena
c) Agua con aceite
d) Agua con hielo
e) Agua con hielo y aceite
Propósito
Preparar una mezcla homogénea
de dos líquidos para comprobar
que se forma una sola fase o componente.
Material
n
acetona
n
agua
n
vaso
Figura 3.15
Acetona y agua.
Procedimiento
1. Viertan un poco de acetona en un vaso desechable y huélanla indirectamente (esto lo deben hacer moviendo una mano sobre el
vaso).
2. Agreguen un poco de agua. Traten de que sea en la misma proporción que la acetona, aunque no las midan con exactitud. Luego huelan indirectamente la mezcla, tal como lo hicieron con la
acetona.
Contesten las siguientes preguntas:
f) Agua carbonatada
a) ¿Qué estado físico se obtuvo al mezclar agua con acetona?
b) ¿Cuántas fases o capas se observan?
Hay un tipo de mezcla intermedia entre las mezclas homogéneas y
heterogéneas que se llama coloide. La diferencia básica entre un co­
loide y una disolución es el diámetro de las partículas. Los diáme­
tros de casi todas las partículas que forman una disolución oscilan
entre 0.5 ångströms y 3.0 ångströms (1 ångström 5 1028 cm). En
cambio, el tamaño del coloide varía entre 10 y 1000 angstroms. A
pesar de su tamaño, las partículas coloidales son demasiado peque­
ñas para sedimentar y tampoco pueden separarse por filtración.
Para ello se utiliza la técnica de diálisis, en la cual una membrana
semipermeable permite el paso de los coloides y moléculas de ma­
yor tamaño. El coloide dispersa la luz, pero las disoluciones no. El
aire contiene partículas coloidales que dispersan la luz. Otros
ejemplos son: el humo del cigarro, la niebla, las emulsiones, la clara
de huevo y la espuma de jabón.
c) ¿Por qué?
d) ¿A qué huele la acetona?
e) ¿A qué huele la mezcla de acetona y agua?
95
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
f) ¿Crees que se puedan recuperar la acetona y el agua por separado? ¿Cómo crees que pueda hacerse?
Conclusiones:
¿Cómo?
e) Al estar separado, ¿el hierro conservará todas sus propiedades?
¿Por qué?
g) ¿El azufre conserva sus propiedades después de mezclado?
Actividad experimental
¿Por qué?
Mezcla de dos sólidos
Con la orientación de tu maestro, integren equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y escriban
un informe, luego anoten sus conclusiones y expónganlas ante el grupo.
Conclusiones:
Propósito
Preparar una mezcla heterogénea de dos sólidos para comprobar que
se obtienen dos fases o componentes.
Material
n
limadura de hierro
n
hoja blanca de papel
n
azufre en polvo
n
espátula o cuchara
Procedimiento
1. Tomen un poco de limadura de hierro y colóquenla en la hoja
blanca.
2. Con una espátula tomen un poco de azufre en polvo y colóquenlo
en la misma hoja.
3. Mezclen bien.
Contesten las siguientes preguntas:
a) ¿Qué color toma la mezcla?
Figura 3.16
Forma de colocar los dos sólidos antes de mezclarlos.
b) ¿A qué huele el azufre?
Actividad experimental
c) ¿A qué huele la mezcla formada?
d) ¿Podríamos separar el hierro?
96
Mezcla de un sólido y un líquido
Con la orientación de tu maestro, integren equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y escriban
un informe, luego anoten sus conclusiones y expónganlas ante el
grupo.
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Aplica lo que sabes
Propósito
Preparar una mezcla homogénea de un sólido (sal de cocina) y un líquido (agua) y comprobar la formación de una sola fase o componente.
Material
n
sal de cocina (cloruro de sodio, NaCl)
n
agua de la llave
n
matraz Erlenmeyer de 250 mL
n
agitador
n
cuchara o espátula
Reúnete con dos o tres de tus compañeros y resuelvan las siguientes
preguntas. Consulten libros, visiten bibliotecas, o pregunten a un dentista, albañil, etcétera, incluso pueden recurrir a Internet. Compartan
sus respuestas con el resto del grupo.
1. ¿De qué sustancias están formadas las amalgamas que utilizan
los dentistas para arreglarnos la dentadura?
2. ¿Qué material plástico o resinoso es el que utilizan los dentistas
actualmente en lugar de las amalgamas?
Figura 3.17
Forma correcta de mezclar
agua y sal de cocina.
Procedimiento
1. Viertan aproximadamente 50 mL de agua de la llave en el matraz
Erlenmeyer.
2. Tomen un poco de sal con la cuchara o la espátula y agréguenla
al matraz.
3. Agiten vigorosamente el agua con la sal.
3. ¿Cómo prepara un yesero el material para que no quede quebradizo al aplicarlo en las paredes?
4. ¿Cuáles son los componentes de la mezcla de concreto con que
se cuelan los techos?
5. ¿Qué sustancias contiene el líquido para los frenos de los automóviles?
4. Observen detenidamente y contesten las siguientes preguntas:
a) ¿Qué tipo de mezcla prepararon al unir la sal y el agua?
6. ¿Cómo se fabrica la grasa o crema para calzado?
b) ¿Qué le pasó a la sal cuando agitaron la mezcla?
Actividad de aprendizaje
c) ¿Podrían recuperar la sal nuevamente? ¿Cómo?
d) ¿Creen que de ser recuperada la sal conserva sus propiedades?
Analiza si las siguientes mezclas son homogéneas o heterogéneas e indica la fase o componentes que se presentan en cada caso.
a) Agua con aceite
b) Acetona con agua
c) Arena de mar y agua
¿Por qué?
d) Leche con agua
e) Limadura de hierro y azufre
f) Alcohol y agua destilada
Conclusiones:
g) Refresco con hielo
Para tu reflexión
¿Cómo detectamos una mezcla de sabores?
En 1754 Carolus Linnaeus (conocido como Carlos Linneo) planteó la
existencia de once tipos de sabores; actualmente sólo se consideran
97
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
cuatro: salado, ácido, dulce y amargo. Aún no se conoce bien la natura­
leza molecular de los receptores de la lengua, pero cuando las sustancias entran en contacto con ellos, provocan una reacción sensorial que
el cerebro traduce o separa. Esto es lo que conocemos como “sabor”.
La geometría de las moléculas nos ayuda a percibir el mundo. Así, las formas
estructurales de las moléculas que nues­
tra lengua reconoce como “dulces”, son
diferentes de las “saladas”. Aunque no
está claro cómo nuestro cerebro identifi­
ca los sabores de las sustancias, nuestro
sentido del gusto es de gran importancia, pues se trata de una interacción ac­
tiva de naturaleza química, que es una
de las cinco maneras que tenemos para
percibir nuestro medio ambiente.
El sabor, al igual que el olor, es un senti­
do químico. La lengua, con sus más de
9 000 papilas gustativas, es sensible a
los cuatro sabores básicos, por lo que el
sabor de los alimentos es una mezcla
exacta de los cuatro. En el chocolate,
por ejemplo, se han reconocido más de
47 compuestos y ninguno, separadamen­
te, tiene “sabor a chocolate”.
La leche y el agua de mar son sustancias físicamente homogéneas que se
presentan en una sola fase. En cambio,
la mezcla de aceite y agua es heterogénea y en ella se observan dos fases. Lo
mismo sucede con el refresco y los cubos de hielo.
Figura 3.18
Es muy agradable disfrutar
el sabor de los alimentos.
3.2 Sistemas dispersos
¿Por qué el agua se mezcla con la sal y con el aceite no? ¿Qué tipo
de disolución es el latón? ¿Qué función tiene un riñón artificial?
¿De qué está compuesta la leche? ¿Por qué en ciertos medicamen­
tos aparece el letrero que dice “agítese antes de usarse”? ¿De qué
depende el que una suspensión sea una mezcla homogénea o hete­
rogénea? ¿El agua de horchata es una disolución, una suspensión o
un coloide? ¿El esmog es una disolución, una suspensión o un co­
loide? ¿Por qué cuaja la gelatina? ¿Qué usamos en la piel para ver­
nos mejor? ¿Sabes de qué está compuesta la leche?
La mayoría de las sustancias con las que tenemos contacto a diario,
consisten de mezclas de sustancias puras. La madera, el papel, la
gasolina, los perfumes, el vino, la tierra y el aire son mezclas; algu­
nas como la naranjada o el agua de mar, son llamadas disoluciones, otras son sistemas coloidales como la gelatina o la leche que
tomamos todos los días y otras más son denominadas suspensiones como una atmósfera contaminada o polvorienta
Ejemplos de sistemas de dispersión:
Figura 3.19
Con pocos ingredientes
se puede elaborar
leche condensada.
Coloidales
Suspensiones
Gelatina
Mayonesa
Jalea
Medicamentos líquidos
Espuma
Sangre
Merengue
Emulsiones
Neblina
Pinturas
Aerosol
Humo
Aplica lo que sabes
Realiza esta actividad en tu casa. Sigue las instrucciones y elabora un in­
forme escrito con tus conclusiones. Exponlo ante tus compañeros de grupo.
Consigue cinco vasos y una cucharadita de las siguientes sustancias:
sal, talco, arena, alcohol y aceite, además de agua de la llave.
Numera los vasos, agrega agua de la llave hasta la mitad y vierte cada
una de las sustancias sólidas mencionadas anteriormente, agítalas y
anota si la mezcla resultante es homogénea o heterogénea y por qué:
Vaso 1 (agua-sal):
Vaso 2 (agua-talco):
Vaso 3 (agua-arena):
Vaso 4 (agua-alcohol):
Vaso 5 (agua-aceite):
98
Figura 3.20
Una atmósfera contaminada es muy perjudicial para la salud.
Grupo Editorial Patria®
Para tu reflexión
Pinturas prehispánicas
En el México prehispánico, se empleaba un buen número de minerales
en la fabricación de colores para pintura: mezclas elaboradas con óxidos de hierro, negro de humo y arcillas mineralizadas. Los españoles
exportaron el color rojo que los habitantes prehispánicos obtenían de la
cochinilla (nocheztli), o sangre de tunas.
Los seres humanos hemos teni­
do que investigar las propieda­
des de las mezclas desde hace
mucho tiempo, ya que éstas
abundan en nuestro planeta, y
las sustancias puras en la su­
perficie terrestre son muy po­
cas, tal vez por esto, la búsqueda
y el hallazgo del oro en tiem­
Figura 3.21
Una atmósfera contaminada es
pos pasados era todo un acon­
un ejemplo de suspensión.
tecimiento. Hemos tenido que
sepa­rar las mezclas y mejorar
cada día los métodos para hacerlo; también ha sido necesario apren­
der a producirlas con determinadas características.
Las mezclas tienen la siguiente clasificación: disoluciones, coloides y suspensiones, considerando el tamaño de las partículas de
la fase dispersa.
Las mezclas homogéneas, o aparentemente homogéneas, forman
sistemas de dispersión, en los cuales una sustancia se extiende en
el seno de otra cuando se disgregan algunas de sus partículas por
entrar en contacto con otras. Por ejemplo, cuando dejamos caer un
terrón de azúcar en un vaso con agua, las moléculas de agua se en­
cargan de dispersar las del azúcar, de tal manera que esta última se
distribuye o dispersa en el líquido.
En este caso, las moléculas de agua constituyen la fase dispersora,
y por lo general se encuentran en mayor cantidad; por su parte, las
moléculas de azúcar son la fase dispersa y se hallan en menor can­
tidad. Al sistema completo se le denomina sistema de dispersión. Este
tipo de sistema se clasifica en: disoluciones, coloides y suspensiones, según el tamaño de las partículas de la fase dispersa.
En otras palabras, el tamaño de las partículas de un coloide se en­
cuentra entre las disoluciones y las suspensiones. Es decir, cuando
las partículas de una mezcla homogénea tienen aproximadamente
un tamaño de 10 a 10 000 veces mayor que los átomos y las mo­
léculas, tenemos un sistema coloidal y en lugar de hablar de disolvente se emplea el término fase dispersora. Para el soluto se usa el
término fase dispersa. Con el tiempo las dos fases pueden separar­
se; cuando esto ocurre se dice que el coloide ha floculado. Los
coloides también presentan un movimiento permanente y desor­
denado característico de sus partículas, llamado browniano (en
honor del botánico escocés Robert Brown, quien lo descubrió).
Comparación entre disolución,
suspensión y coloide de acuerdo
con el tamaño de la partícula
Nombre
Tamaño de
la partícula
Permanencia
Disolución
< 1 nm
Estable
Suspensión
> 100 nm
Se sedimenta
Coloide
< 100 nm pero > 1 nm
Permanente
Nota: nm 5 nanómetro; 1 nm 5 1029m.
Para tu reflexión
¿Por qué el agua se considera
el disolvente universal?
El agua no disuelve todo, pero se esfuerza por lograrlo. Casi la mitad de
las sustancias químicas del mundo pueden disolverse en agua. Esto es
una ventaja, aunque al mismo tiempo representa un problema, pues los
residuos de metales pesados que contienen los desechos industriales
contaminan el agua potable, envenenan a los peces y se infiltran en la
cadena alimentaria. Sin embargo, quizá nuestra sobrevivencia y la de
plantas y animales dependa del poder de disolución del agua, ya que al
agregar un fertilizante a un sembradío, éste absorberá los nutrientes sólo
si están disueltos en agua.
Figura 3.22
Debemos ayudar a preservar el medio ambiente no contaminando el agua.
Disoluciones
Cuando las partículas de la fase dispersa en una mezcla homogé­
nea tienen el tamaño de átomos o moléculas, y no se pueden ver a
simple vista porque forman una sola fase, se dice que la mezcla es
una disolución. Al componente o componentes que se encuentran
99
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
en exceso y constituyen la fase dispersora se les denomina disolvente o disolventes. Al compo­
nente o componentes que se encuentran en menor proporción y forman la fase dispersa se les
llama soluto o solutos.
De acuerdo con su estado de agregación, las disoluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas
y dentro de las características cualitativas de las disoluciones se pueden observar las siguientes:
a) En general son transparentes y homogéneas.
b) No sedimentan.
c) Pueden atravesar cualquier tipo de filtro (excepto las sólidas).
Figura 3.23
Ejemplos de disoluciones.
d) Las partículas del soluto miden menos de 0.001 de micra.
Tipos de disoluciones*
Soluto
Disolvente
Ejemplos
Gas
Gas
Aire (oxígeno en nitrógeno)
Gas
Líquido
Soda en agua (CO2 en agua)
Líquido
Gas
Aire húmedo (agua en aire)
Líquido
Líquido
Anticongelante (etilenglicol en agua)
Líquido
Sólido
Amalgama dental (mercurio en plata)
Sólido
Gas
Hollín o tizne en aire (carbón en aire)
Sólido
Líquido
Agua de mar (sal de mesa)
Sólido
Sólido
Collar de oro (cobre en oro)
* De acuerdo con el estado físico del disolvente, las disoluciones se dividen en sólidas, líquidas y gaseosas.
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente cuadro:
¿Cuáles de las siguientes diez mezclas son disoluciones?
Número
Mezcla
1
Azúcar en agua
2
Tierra en agua
3
Sal en agua
4
Piedras en agua
5
Bebida de café
instantáneo
6
Jugo de naranja
7
Aceite y agua
8
Bebida de té
9
Agua de mar
10
Sopa de vegetales
100
Se disuelve la sustancia
(sí o no)
Soluto
(en caso de disolución)
Solvente
(en caso de disolución)
Grupo Editorial Patria®
Disoluciones sólidas
Entre las más comunes se encuentran
las aleaciones de dos o más metales,
por ejemplo, bronce (cobre y estaño);
latón (cobre y zinc); acero (hierro, car­
bono, níquel, vanadio); duraluminio
(aluminio, cobre, manganeso, magne­
sio, etcétera). En odontología, se utili­
zan las amalgamas, que son aleaciones
de un metal plata o estaño (sólido) alea­
do con el mercurio (líquido).
Para tu reflexión
¿Qué tipo de disolución es el latón?
Figura 3.24
Las aleaciones se utilizan
en la acuñación de monedas.
El latón es una disolución de sólidos, pues en él se mezclan el cobre
con el zinc. Las disoluciones sólidas son llamadas comúnmente aleaciones, porque los metales se adhieren o se unen entre sí de manera
ordenada. Esta aleación puede variar según las proporciones de los
metales que la componen, por ello adquiere diferentes colores que
pueden ir del rojo al amarillo intenso, ejemplos:
n
Es rojo si contiene entre 91% y 94% de cobre.
n
Es amarillo-rojizo si contiene de 89% a 90% de cobre.
n
Es de color oro si contiene entre 70% a 90% de cobre, 8.33% de
zinc y 0.97% de oro.
n
Es amarillo intenso si contiene 60% de cobre y 40% de zinc.
Disoluciones Iíquidas
Ejemplos de disoluciones líquidas son el café, pues está prepara­
do con agua (disolvente líquido), café y azúcar (solutos sólidos), el
refresco (disolvente líquido) que contiene azúcar, colorante, sabori­
zante (solutos sólidos) y dióxido
de carbono (soluto gaseoso);
otro ejemplo son las aguas re­
frescantes, que constan de agua
(disolvente líquido) y del polvo
de sabor (soluto sólido). Mu­
chos medicamentos también son
disoluciones líquidas, como el
Figura 3.25
suero, las gotas para los ojos, na­
El café es un ejemplo de
riz y oídos, los jarabes, y otros.
Las llaves y los grifos para el agua pueden estar hechos de una aleación formada por 81% de cobre, 3% de estaño, 13% de zinc y 3% de
plomo.
Para soldar los objetos de oro se emplean soldaduras de color que
tienen 50% de oro, 30% de plata y 20% de cobre.
Si tomamos muestras iguales de la aleación, cada muestra tiene los
mismos componentes y en la misma cantidad, sin importar de qué
parte se hayan tomado. Observa si en tu casa tienes objetos decorativos de latón ya que se elaboran muchos objetos de este material, y
verifica el color que tienen. Así sabrás qué contienen.
disolución líquida.
Disoluciones gaseosas
Todos los gases son solubles entre sí, de hecho, la mezcla de gases
más importante para los seres vivos es la atmósfera. Esta capa actúa
como disolvente de muchos gases tóxicos, que emanan de las fábri­
cas, los transportes y los hogares.
Figura 3.27
Objeto artesanal elaborado con latón.
Ósmosis
La difusión y la ósmosis son propiedades coligativas importantes
en las disoluciones. Las propiedades coligativas se refieren a algu­
nas disoluciones ideales, como la presión de vapor, la presión os­
mótica, así como la temperatura de ebullición y congelación,
relacionadas con la presión de vapor, que sólo dependen del núme­
ro de partículas disueltas y no de la naturaleza de la disolución.
Figura 3.26
Nuestra atmósfera es un ejemplo de disolución gaseosa.
Por ejemplo, al colocar unas gotas de tinta en un vaso de agua, ésta
se empieza a dispersar por el agua. Al transcurrir el tiempo suficien­
te, la tinta se distribuirá uniformemente por toda el agua.
101
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Figura 3.28
Gotas de tinta antes de
caer en el agua.
Figura 3.29
Difusión de la tinta en el agua.
El proceso anterior se conoce como difusión, el cual se lleva a
cabo porque la tinta se mueve de un área de alta concentración
a una de baja concentración de tinta. Como analogía equivalente,
cuando se transmite calor, éste se desplazará de manera espontá­
nea del cuerpo más caliente al que tiene menor temperatura (hay
un gradiente de temperatura). En otras palabras, hay un gradiente
de concentración, o una diferencia de cambio gradual en concen­
tración, entre el lugar en el agua donde la tinta se deja caer y el resto
del agua. El proceso de difusión se detiene cuando la tinta está dis­
tribuida de manera uniforme por toda el agua, es decir, existe la
misma concentración y ya no hay gradiente de concentración. Es
mediante este proceso de difusión que se trasladan la mayoría de
las sustancias en nuestro cuerpo.
La ósmosis se define como un proceso de difusión que implica el paso
de agua a través de una membrana semipermeable, como el celofán o
las paredes celulares. En este proceso, el agua se mueve desde un
área de concentración de soluto baja (hipotónica) hasta un área
de concentración de soluto alta (hipertónica). La membrana se­
mipermeable sólo permite que pase por ella el agua, no el soluto. A
la presión necesaria para contrarrestar el paso del agua se le llama
osmótica. En otras palabras, la presión osmótica se define como
la cantidad de presión que se debe aplicar para prevenir el paso del agua
a través de una membrana. En relación con este último concepto
cuando los dos medios o áreas de difusión tienen la misma concen­
tración y por tanto la misma presión osmótica, no hay difusión y se
dice que son isotónicas.
Figura 3.30
Un vaso de precipitados con una membrana
semipermeable y las dos disoluciones.
Figura 3.31
Proceso de ósmosis mediante la difusión del agua al
moverse, desde un área de concentración de soluto baja,
hasta un área de concentración de soluto alta.
Un ejemplo es cuando en un vaso de precipitados se coloca una
membrana semipermeable que separa a dos disoluciones: una con
concentración de 10% de sacarosa y otra con 30% de sacarosa.
¿Por qué la sacarosa en la disolución de 30% no se mueve a través
de la membrana semipermeable para igualar las concentracio­
nes de las dos disoluciones? Esto no ocurre porque una membrana
osmótica no permite que las partículas de soluto la atraviesen pero
sí permite que las partículas del disolvente la atraviesen libremente.
Al poco tiempo de observar el vaso de precipitados, el agua se mue­
ve desde la disolución al 10% a la de 30%, por medio del proceso de
ósmosis.
Una pregunta: Si colocamos dos disoluciones de NaCl (cloruro de
sodio), con una concentración de 15% del lado A y de 7.5% del lado
B, ¿en qué sentido se mueve el agua, desde A hacia B o viceversa?
102
Grupo Editorial Patria®
El agua se mueve del lado B al lado A. El disolvente se mueve desde
el lado de la concentración de soluto bajo hacia el lado de la con­
centración de soluto alto.
Disoluciones isotónicas
Cuando en un sistema dos disoluciones ejercen la misma presión osmótica por tener la misma concentración de partículas, éstas no se pueden difundir a ambos lados de la membrana semipermeable y son denominadas
isotónicas.
Como se mencionó en párrafos previos, este tipo especial de disolu­
ciones se definen como aquéllas que presentan una concentración
molar idéntica y, por consiguiente; una misma presión osmótica. Es
decir, cuando en una difusión el medio hipertónico (mayor concen­
tración) y el hipotónico (menor concentración) se igualan, no ocurre
el fenómeno de la ósmosis a través de la membrana.
Es conveniente mencionar que se pueden tener dos disoluciones
diferentes en ambos lados de una membrana semipermeable y,
sin embargo, ambas ser isotónicas entre sí. Por ejemplo, si en un
lado de una membrana semipermeable tenemos una disolución
0.1 molal de glucosa y en el otro lado una disolución 0.1 molal de
fructosa, ambas disoluciones son diferentes, pero tienen el mismo
número de partículas de soluto por unidad de volumen y por lo
tanto ambas ejercerán la misma presión osmótica
la concentración de solutos y por tanto la presión osmótica. Circulan
alrededor de 1 900 litros diarios de flujo sanguíneo a través de los riñones, los cuales tienen la forma de frijoles y pesan unos 140 g y miden
3.8 cm de grosor, con 6.4 cm de largo.
Cuando hay bastante líquido en el cuerpo, los riñones excretan más
agua y si hay poco, la retienen. En épocas calurosas, excretan menos
orina, porque se pierde más líquido sudando a través de la piel y ocurre
lo contrario cuando hace frío. A través de los riñones se filtran 170 litros de agua diariamente, excretándose sólo un litro y medio en forma
de orina; es decir, se reabsorbe el 99% del agua.
Figura 3.33
Los riñones filtran la sangre del aparato circulatorio.
Aplica lo que sabes
Forma un equipo de trabajo con algunos de tus compañeros y elaboren
carteles que informen acerca de la importancia de tomar suficiente
cantidad de agua como medida preventiva para el buen funcionamiento de los riñones. Después acudan con sus vecinos y distribuyan los
carteles.
Coloides
Un coloide es una mezcla en la que
el soluto está formado por partícu­
las muy pequeñas que se encuen­
tran suspendidas en un líquido sin
precipitar y tienen un diámetro in­
ferior al de una suspensión, pero
mayor que las partículas de una
disolución.
Figura 3.32
Disoluciones isotónicas.
Para tu reflexión
¿Para qué sirven los riñones?
Los riñones son órganos especializados que tienen como función principal extraer agua y sales del plasma sanguíneo para mantener estable
En el momento en que un rayo de
luz pasa a través de una disolución,
parte de la luz será absorbida y otra
parte será transmitida. Las partícu­
Figura 3.34
John Tyndall dando una
las en la disolución no son lo sufi­
conferencia. Grabado
cientemente grandes para dispersar
contemporáneo. The
la
luz. Sin embargo, si la luz incide a
Gránger Collections.
través de un coloide, es dispersada
por las partículas coloidales más grandes y el haz de luz se hace visi­
ble por los lados. Este efecto, llamado efecto Tyndall (en honor de
103
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
John Tyndall, quien lo descubrió en 1869), lo puedes observar cuan­
do se proyecta una película y, a través del rayo de luz, aparece una serie
de pequeñas partículas que flotan en el aire. También es posible que
lo hayas visto en los rayos del Sol que pasan a través de las persianas de
una ventana (partículas de polvo suspendidas en el aire).
n
Sus partículas no sedimentan y son visibles sólo en conjunto.
n
S us partículas están dotadas de movimiento vibratorio en zig­
zag, llamado browniano.
n
Pueden separarse por centrifugación o diálisis.
El término coloide significa parecido a la cola (del griego kola, pega­
mento; y eidos, forma). La ciencia de los coloides representa hoy
día una de las ramas más importantes de la fisicoquímica. Los co­
loides se encuentran entre las suspensiones y las disoluciones.
n
Presentan el efecto Tyndall.
Tipos de dispersiones
o sistemas coloidales
Fase
dispersa
Medio
dispersor
Nombre
Ejemplos
Sólido
Gas
Aerosol
Humos, esmog
Sólido
Líquido
Sol
Puré, cerveza
Sólido
Sólido
—
Vidrios coloreados
Líquido
Gas
Aerosol
Nubes, niebla
Líquido
Líquido
Emulsión
Aderezos, mayonesa,
mantequilla
Líquido
Sólido
Gel
Gelatinas, ópalos
Gas
Gas
—
Gas doméstico
Gas
Líquido
Espuma
Crema batida
Gas
Sólido
—
Merengue, pan, piedra
pómez
Uno de los coloides más representati­
vos que se encuentra en la cocina es la
gelatina. Cuando está dispersa en
agua caliente forma lo que se llama
sol. Al enfriarse forma un gel, un lí­
quido disperso en un sólido. En la
Ciudad de México y otras grandes
ciudades padecemos un coloide muy
perjudicial que conocemos como esmog, formado por partículas sólidas
dispersas en un gas (aire).
104
Con la orientación de tu maestro integren equipos de cuatro
o cinco alum­nos y realicen la
siguiente actividad.
Hagan pasar un rayo de luz,
como se muestra en la figura,
por medio de una lámpara de
mano a través de las siguientes sustancias. Anota en el es­
pacio correspondiente si son
disoluciones, coloides o suspensiones.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Figura 3.36
Efecto Tyndall. Proyección de la luz
de una lámpara sobre diferentes
sustancias de uso cotidiano.
Refresco
Agua de la llave
Acetona Alcohol Agua con azúcar
Agua con sal
Miel Clara de huevo
Vinagre Agua mineral
Café Leche Yogur Rompope
Chocolate
En seguida, contesten las siguientes preguntas:
De las sustancias anteriores, ¿qué características tienen las disoluciones?
Figura 3.35
Movimiento browniano.
Características cualitativas
de los coloides
n
Aplica lo que sabes
Sus partículas de 0.1 micras aproximadamente atraviesan fil­
tros, mas no membranas.
¿Los coloides?
¿Las suspensiones?
Conclusiones. De acuerdo con las actividades realizadas, anoten sus con­
clusiones acerca de las diferencias entre las disoluciones, coloides y sus­
pensiones. Comparen y discutan sus conclusiones con el resto del grupo.
Grupo Editorial Patria®
Para tu reflexión
Actividad experimental
¿En qué consiste la pasteurización de la leche?
¿Qué es el efecto Tyndall?
Es un tratamiento que consiste en calentar la leche a una temperatura comprendida entre 60 ºC y 70 ºC, a la cual mueren gran número
de bacterias, y en dejarla enfriar después para impedir el desarrollo de
otras. A mayores temperaturas se conseguiría la destrucción total de las
bacterias, pero la leche cambia de sabor y de color, y sobre todo parece que pierde alguna de sus propiedades nutritivas.
Con la orientación de tu maestro reúnete en equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad experimental. Contesten las preguntas y compárenlas con las de otros equipos. Discutan las respuestas en las que tengan dudas. Anoten sus conclusiones. Adicionalmente
realicen una investigación en diversos libros de Química sobre el efecto Tyndall y entreguen un reporte con los resultados.
Es muy recomendable la pasteurización
de la leche destinada a los niños, ya que
a la leche en mal estado puede atribuirse la tercera parte de la mortalidad de
los niños menores de tres años. Con
este tratamiento, aunque la leche no
quede purificada por completo, sus
efectos perjudiciales quedan altamente
reducidos. Para practicar esta operación
en casa procede de la siguiente manera:
llena casi por completo una o varias botellas con leche, tápalas con algodón o
con cualquier otra sustancia absorbente y colócalas en una vasija adecuada
Figura 3.37
que contenga agua en cantidad tal que
La leche pasteurizada sufre
pase un poco por encima del nivel de la
un proceso térmico, el cual
leche. Calienta entonces el agua hasta
tiene el objeto de reducir
los 65 ºC, o hasta el punto de ebullición
los agentes patógenos que
pueden contener: bacterias,
(100 ºC) para mayor purificación. Es
mohos y levaduras.
preciso que retires la vasija del fuego y
la cubras con una franela durante media
hora para que conserve bien el calor. Al cabo de este tiempo saca las
botellas y enfríalas lo más rápidamente que se pueda, ya sea en agua fría
o en hielo; después consérvalas en un sitio fresco hasta su consumo, que
debe hacerse dentro de las 24 horas siguientes a su pasteurización.
Propósito
Aplicar el efecto Tyndall para la
identificación de coloides.
Material
n
2 vasos de precipitados
n
1 lámpara de mano
n
1 tarjeta con un orificio
n
disolución de sulfato
de cobre (CuSO4)
n
suspensión de tierra
o lodo en agua
Figura 3.38
Proyección de la luz de una
lámpara sobre diferentes
sustancias de uso cotidiano.
Procedimiento
1. Agreguen la disolución de sulfato de cobre en un vaso de precipitados.
2. Agreguen la suspensión de tierra y agua en otro vaso de precipitados.
3. Coloquen los vasos sobre una mesa lo más cerca posible uno de
otro.
4. Agítenlos brevemente.
5. Prendan la lámpara y hagan atravesar un rayo de luz sobre los
dos vasos.
a) ¿Qué efecto tiene la lámpara prendida sobre las sustancias?
Actividad de aprendizaje
Responde las preguntas del siguiente cuadro:
b) ¿Qué tipo de mezclas muestra el efecto Tyndall?
¿Cuáles de las siguientes seis mezclas son disoluciones?
Pregunta
Disoluciones
Suspensiones
c) ¿Qué otra aplicación tiene el efecto Tyndall?
¿Las partículas se disuelven?
¿Las partículas sedimentan?
Anoten sus conclusiones
¿La mezcla es transparente?
¿Las partículas reflejan la luz?
¿La mezcla es turbia?
¿Puedes ver las partículas?
105
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Actividad experimental
Elaboración de agua de horchata
Con la orientación de tu maestro reúnete en equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad experimental. Contesten las preguntas y compárenlas con las de otros equipos. Discutan las respuestas en las que tengan dudas. Anoten sus conclusiones.
Propósito
Analizar qué ocurre con los componentes, verificar que algunos de
ellos sedimentan y que hay que moverla para que se homogenicen y se
beba el agua.
Figura 3.39
El riñón artificial ha logrado prolongar la vida de muchas personas.
Material
bor cilíndrico con una hoja de pergamino tirante en el fondo,
que se coloca sobre un recipiente con agua. El líquido que ha de
tratarse se vierte en el tambor o parte superior, y al cabo de cierto
tiempo toda la materia disuelta habrá pasado a través del diafragma
al agua; en el tambor se queda la parte coloidal no cristalizable.
n
1 lata de leche evaporada
n
1 licuadora
n
1 taza de arroz
n
1 cuchara
n
canela molida
n
suficiente agua
n
azúcar al gusto
n
1 lata de leche condensada
n
1 olla de tres litros
Procedimiento
1. En el vaso de la licuadora vacíen la leche evaporada, el arroz, la
canela, la leche condensada y un poco de agua.
2. Licuen los ingredientes.
3. Vacíen el licuado en la olla, la cual debe contener un poco de agua.
4. Enjuaguen el vaso de la licuadora con más agua y vacíenlo a la olla.
5. Pongan suficiente agua a la olla y agítenla con una cuchara. ¿Qué
ocurrió cuando mezclaste los ingredientes?
Contesten las siguientes preguntas:
Al agitar los ingredientes ¿éstos se disuelven en el agua?
¿Después de un tiempo se sedimentan los ingredientes?
¿Qué tipo de sistema de dispersión formaste?
Anoten sus conclusiones
Diálisis
Es la separación de dos o más sustancias mediante una membrana porosa en agua (diafragma), la cual divide las sustancias cristalizables de las
que no pueden efectuar dicho proceso. El aparato empleado para esta
operación se llama dializador, y consiste simplemente en un tam­
106
Las membranas que impiden el paso de los coloides se llaman dia­
lizantes, y como ejemplos tenemos al celofán, el pergamino, el algo­
dón mercerizado y algunos plásticos.
El riñón artificial que sustituye al riñón humano posee una mem­
brana de este tipo. Las sales de desecho disueltas en la sangre atra­
viesan la membrana, pero las proteínas y otros coloides no. Por lo
general el término diálisis denota la acción de separar coloides de
no coloides.
Desde su descubrimiento por T. Gram en 1861, su utilidad se reco­
noce como método de laboratorio. Su aplicación industrial no es
muy común debido a ciertas limitaciones, como son la lentitud del
proceso en comparación con otras operaciones químicas y la nece­
sidad de aparatos especiales.
Las membranas dializantes están presentes en animales y plantas, y el
fenómeno de la diálisis constituye un proceso biológico de gran im­
portancia. De hecho, las membranas de las células del cuerpo son de
tipo dializante. Estas membranas proporcionan el medio para la
transferencia del agua, de las moléculas de tamaño normal y de los
iones que entran y salen en las células del organismo, en tanto que las
partículas coloidales y las moléculas de gran tamaño se conservan
dentro de las paredes celulares o no se les excluye de ellas.
Los riñones humanos constituyen un sistema dializante complejo
que es el responsable de la separación de las toxinas de la sangre.
Estos productos son eliminados por la orina. Cuando los riñones
fallan, las toxinas se almacenan y, a la larga, envenenan el cuerpo.
Actividad experimental
Diálisis
Con la dirección de su maestro reúnanse en equipos de cuatro o cinco
alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas y
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elaboren un informe escrito con sus conclusiones; discútanlas con todo el grupo.
todas las cosas asquerosas que hubiera en la piscina y las sacarías,
colocándoles en el bote de la basura.
Propósito
Bueno, eso es más o menos lo que hacen nuestros riñones. Cuando se
acumulan en la sangre los desechos que sobran de descomponer los
alimentos y de las demás actividades de nuestro organismo, los riñones actúan como una espumadera y filtran los desechos de la sangre.
Luego, mezclan los desechos con algo de agua (eso es la orina: desechos corporales mezclados con agua) y la mandan al cubo de la basura personal, la vejiga, la cual vacías cuando vas al baño.
Conocer y aplicar este método en artículos
cotidianos.
Material
n
1 soporte universal
n
1 pinzas para matraz
n
hilo cáñamo
n
1 bolsita de celofán
n
gelatina en polvo
n
azúcar
n
1 vaso de precipitados de 200 mL con agua
Figura 3.40
En la bolsa de celofán
se coloca la mezcla de
gelatina con azúcar como
se observa en esta figura.
Procedimiento
1. Coloquen una mezcla de gelatina con azúcar en una bolsita de celofán.
2. Amarren la bolsita con el hilo cáñamo.
3. Cuélguenla de las pinzas que están en el soporte universal, de tal
manera que quede sumergida dentro del agua que está en el vaso.
4. Esperen 30 minutos aproximadamente.
¿Qué ocurre?
Tus riñones, sin embargo, no se parecen mucho a una espumadera. En
realidad, se parecen a dos frijoles del tamaño de un puño y se encuentran dentro de tu cuerpo, debajo de las costillas y hacia la espalda.
Floculación
La floculación es la precipitación de las sustancias que se hallan emulsionadas o en disolución coloidal. Este fenómeno puede ocurrir por diver­
sos factores, como: el calor, la electricidad, por sustancias o agentes
químicos, etcétera. El ejemplo más común de floculación es el de las
partículas arcillosas arrastradas por los ríos: cuando llegan a un estua­
rio las sales de agua marina las floculan o sea las precipitan en el fon­
do en forma de copos. Este proceso precede a la coagulación y
consiste en la precipitación de las partículas sólidas, las cuales, sin
fundirse unas con otras permanecen aprisionadas en la masa.
La floculación puede clasificarse en tres categorías, según el tama­
ño de las partículas en suspensión: a) sólidos en suspensión en el
agua; b) partículas coloidales (menos de 1 micra) y c) sustancias
disueltas (mucho menores que 1 micra). Las aguas naturales con­
tienen sustancias disueltas, tanto de origen orgánico, como inorgá­
nico. Algunas de las sustancias disueltas son tan pequeñas que no
se pueden eliminar por simple sedimentación.
¿Qué función tiene el papel celofán?
Conclusiones:
Para tu reflexión
¿Nadarías en una alberca sucia?
Cuando vemos una alberca limpia a la mayoría de nosotros se nos antoja nadar, pero imaginémonos que esa agua no fuera tan clara o limpia.
¿Qué pasaría si estuviera llena de hojas, cabellos, bichos ahogados y
otras cosas?
Seguramente que no te gustaría que esa piscina en la que te gusta
nadar se ensuciara tanto. Antes de zambullirte, buscarías algo como un
rastrillo o una red, una especie de espumadera para el agua, y quitarías
Figura 3.41
Fenómeno de la floculación.
107
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Las aguas naturales contienen sustancias tanto disueltas como en
suspensión, ambas pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las ma­terias
en suspensión pueden tener un tamaño y densidad tal que pueden
eliminarse del agua por simple sedimentación, pero algunas
partículas son de un tamaño tan pequeño (entre 1 µm y 0.2 µm) y
tienen una carga eléctrica superficial que las hace repelerse con­ti­
nuamente, impidiendo su aglomeración y formación de una par­
tícula más pesada para poder así sedimentar. Tanto la coagulación
como la floculación tienen lugar en etapas sucesivas para permitir la
formación de microflóculos, apenas evidentes a simple vista, hasta
obtener flóculos más grandes para someterlos a la siguiente etapa
que es la sedimentación. Es muy importante en estas etapas mante­
ner una agitación adecuada para dispersar el coagulante y obtener
una óptima coagulación. La floculación se ve mejorada con el em­
pleo de coadyuvantes de ésta, conocidos como polielectrolitos, que
suelen ser macromoléculas de polímeros orgánicos (tipo poliacrila­
midas).
En la actualidad las instalaciones de floculación son muy variadas,
pueden ser desde depósitos sencillos de floculación, con placas de­
flectoras, hasta aquéllas provistas de agitadores mecánicos de pale­
tas. También hay instalaciones llamadas floculadores-decantadores
en las se realizan simultáneamente el mezclado, la coagulación, la
floculación, la sedimentación y la eliminación de los precipitados.
contiene la leche, sin
dejar de mover la mezcla.
4.Dejar reposar durante
media hora, después
de este tiempo, colocar
en la superficie del
queso una cuchara pequeña de metal y si
ésta no se sumerge, la
cuajada está lista.
Figura 3.42
Queso panela, llamado también
queso canasta, es fresco y no
requiere de maduración, se produce
en cuajadas de la leche.
5.Cortar el cuajo en trozos de 1 cm2 y pasarlo
a la manta para que se
escurra el suero. (El suero será utilizado posteriormente.)
6.Una vez separado el suero del queso, agregar a este último 1.5 g
de cloruro de sodio y mezclar agitando continuamente.
7.Finalmente, moldeen el queso obtenido con el molde de canasta
para queso previamente mojado.
8.El suero extraído en el paso 5, se calienta hasta que hierva durante 40 minutos (en una olla de 6 litros), se deja reposar y separar
por decantación. El sólido formado es el requesón.
Actividad experimental
Elaboración de queso tipo canasta y requesón
Con la dirección de su maestro reúnanse en equipos de cuatro o cinco
alumnos y realicen la siguiente actividad.
Propósito
Observar el proceso de floculación en un producto alimenticio.
Material
n5L
de leche tibia
nagua
embotellada (250 mL)
n2.5 mL de cloruro de calcio al
50%
n2.5
mL de cuajo líquido
n1.5 g de cloruro de sodio (sal
común al gusto)
n1
olla de 6 L (de peltre)
2
n1m
de manta de cielo
n1
paleta de madera
n1
molde para queso
Procedimiento:
1.Vaciar 5 litros de leche en la olla de peltre y calentar a fuego
suave (aproximadamente a 37 °C).
2.En un recipiente de plástico colocar 100 mL de agua y disolver el
cloruro de calcio (CaCl2), cuando esté disuelto agregar a la olla
que contiene la leche.
3.En un recipiente de plástico colocar 100 mL de agua y agregar
2.5 mL de cuajo liquido. Esta preparación se agrega a la olla que
108
Superficie de absorción
Los sistemas coloidales tienen una característica muy importante:
tienen una gran superficie de contacto. Ya que las partículas son tan
pequeñas en comparación con la fase dispersante o superficie, se
presenta con frecuencia el fenómeno de absorción en el cual las
moléculas o átomos de una sustancia se unen a la superficie de
sólidos o líquidos. Es decir, ocurre una retención, adhesión o con­
centración en la superficie de un sólido de sustancias disueltas o
dispersas en un fluido (gas o líquido).
Por lo general cuando un sólido se encuentra en contacto con una
disolución, la sustancia disuelta tiende a concentrarse en la superfi­
cie de contacto. Lo mismo ocurre con los gases que contienen una
sustancia en suspensión.
Este fenómeno tiene muchas aplicaciones tanto en la vida cotidia­
na como en la industria, donde la separación del alquitrán en los
gases se efectúa por absorción y las tierras absorbentes se usan en
las refinerías para purificar aceites, gasolina y otros productos deri­
vados del petróleo.
La superficie de absorción es aquella que permite la acción de apode­
rarse de las moléculas de un tejido vivo de sustancias que entran en
contacto con él, ya sea en estado líquido o gaseoso, como ocurre
en la asimilación de los alimentos y en la respiración, en que la sangre
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absorbe oxígeno. Por ejemplo,
cuando se administra un fár­
maco vía intravenosa, éste se
deposita en la corriente circula­
toria y accede a todas las células
del organismo. Estos fármacos
sufren procesos de absorción
para poder llegar a la sangre.
La absorción de nutrientes se
presenta cuando las enzimas
Figura 3.43
digestivas han disociado a las
Las mascarillas antigases
contienen un carbón coloidal para
moléculas de alto peso mo­
absorber los gases tóxicos.
lecular, como son las proteínas,
polisacáridos, ácidos nucleicos
y lípidos; los productos son ab­
sorbidos por la pared del intesti­
no, especialmente el intestino
delgado. Los intestinos del
hombre y otros seres vertebra­
dos están muy plegados, para
aumentar la superficie por la
que se produce la absorción.
Además se presenta una serie
Figura 3.44
incontable de vellos, que cu­
Para blanquear el azúcar morena se
aplican tierras diatomeas, que
bren toda la superficie de la mu­
son algas microscópicas que
cosa intestinal, cada vello tiene
absorben los pigmentos.
una red de capilares sanguíneos
y un capilar linfático en su cen­
tro, al cual son transferidos los nutrientes. Una tercera adaptación para
aumentar la superficie es la presencia de numerosas prominencias ci­
líndricas estrechamente unidas, llamadas microvellos, ubicadas en la
superficie de cada célula epitelial del intestino. Juntos, los pliegues, ve­
llos y microvellos, proporcionan una enorme superficie por la que
puede producirse la absorción.
La absorción es un complejo proceso producido en parte por sim­
ple difusión física, en parte por difusión facilitada y en parte por
transporte activo.
Para tu reflexión
El intestino delgado
La función primordial del intestino delgado es la digestión y absorción de
los alimentos. Sin embargo, la absorción no es específica para nutrimentos, sino que cualquier otra sustancia, con estructura o propiedades similares a los nutrimentos, que llegue, ya sea por sí sola o presente como
contaminación de los alimentos, podrá también ser absorbida.
En el caso de todas las sustancias tóxicas que llegan al intestino delgado
y se absorben, éstas pasan al hígado por medio del sistema portal. Si el
Figura 3.45
El intestino delgado, tiene
como función absorber
los nutrientes necesarios
para el cuerpo humano.
organismo no tiene la capacidad de metabolizar rápidamente la sustancia absorbida, ésta podría originar toxicidad. Ya
en el hígado estas sustancias pueden
ser transformadas en metabolitos hidrosolubles que pueden ser eliminadas
por la orina o por las heces. El hígado
también puede transformar la sustancia
absorbida en otras sustancias más tóxicas. En el caso de la eliminación por
medio de la orina, la sustancia es transportada en la circulación sanguínea hacia los riñones, donde es filtrada a través
del glomérulo y transportada a través de
los túbulos hasta el túbulo colector, donde la orina ya formada es llevada a la
vejiga urinaria.
En el caso de la eliminación por heces,
la sustancia es secretada por medio de
la bilis hacia el intestino grueso.
Suspensiones
Una suspensión es una mezcla formada por un soluto en polvo o
en pequeñas partículas no solubles y sedimentables en el líquido
dispersor en que se encuentra.
Las suspensiones pueden ser homogéneas o heterogéneas depen­
diendo del tamaño de las partículas que constituyen en la fase disper­
sa. Cuando estas partículas son grandes, la fuerza de la gravedad las
obliga a sedimentarse o asentarse. Si son muy pequeñas, la acción de
la gravedad se compensa por la fuerza de flotación y las partículas
pueden permanecer suspendidas en la fase dispersante indefinida­
mente. Estas propiedades se aprovechan en muchos medicamentos.
Cuando las mezclas son entre dos líquidos no miscibles o insolu­
bles entre sí, se llaman emulsiones. El agua y el aceite es un ejem­
plo de dos líquidos que no se mezclan.
Una emulsión es una suspensión permanente de dos líquidos inmiscibles,
en presencia de un agente emulsificante. Las partículas en suspensión
son muy pequeñas, por lo ge­
neral de menos de una micra
de diámetro. Al agitar aceite en
agua, se forma una emulsión
temporal, para hacerla perma­
nente se agrega una disolución
de jabón, que impide que las
partículas de aceite se unan. La Figura 3.46
leche es una emulsión estabili­ Muchos medicamentos vienen
en forma de suspensiones.
zada por la caseína.
109
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Entre las principales características cualitativas de las suspensiones,
se tienen las siguientes:
n
Son partículas con dimensiones mayores a las de una solución.
n
Se pueden observar a simple vista o con un microscopio, debi­
do a que son de mayor tamaño que las que se encuentran so­
luciones y los coloides.
se prepara bien la suspensión, y queda como una mezcla heterogénea
con grumos y no homogénea, se puede tapar la aguja, haciendo muy
dolorosa la inyección.
Tipos de suspensiones
Fase
dispersora
Ejemplo
Agua
Antiácidos
Paquete globular
Suero
Sangre
Grasa y crema
Suero
Leche en descomposición
n
Las partículas sedimentan si se deja la suspensión en reposo.
Fase dispersa
n
Se pueden separar los componentes por medio de métodos
físicos sencillos: decantación, filtración, evaporación, centri­
fugación.
Hidróxido de aluminio con
n
n
Al agitar la suspensión ésta se enturbia, no se transparenta ni
es homogénea.
No atraviesan los filtros.
También existen suspensiones utilizadas como laxantes y lubrican­
tes intestinales, y antibióticos de amplio espectro para atacar diver­
sos microorganismos.
Como ejemplos de medicamentos en forma de suspensión está el
Pepto-Bismol, indicado para agruras, diarrea y malestar estomacal.
Asimismo, existe el Agarol, que es una suspensión laxante y lubri­
cante intestinal. El Ampil, que es un antibiótico de amplio espectro
para diversos microorganismos. En algunos casos, al comprar un
medicamento que viene en estado sólido, se le debe agregar cierta
cantidad de agua hasta que el soluto se dispersa de manera unifor­
me. Hay otros ya preparados, pero en ambos casos es conveniente
agitarlos antes de usarlos, como ya se mencionó.
Algo muy importante que debes tener en cuenta es que es delica­
do automedicarse, porque tomar un medicamento no adecuado
o en cantidad no requerida, puede agravar el malestar o causar
daño en las personas.
Gran cantidad de medicinas
para niños se presenta en forma
de suspensiones, para que los
infantes las ingieran por vía oral,
pero también hay muchas para
adultos y para cualquier edad,
en las que se tiene que preparar
la suspensión momento antes
de suministrarla; por ejemplo el
Benzetacil y la ampicilinas que
se inyectan. En estos casos, si no
Actividad de aprendizaje
Disoluciones, coloides y suspensiones
Instrucciones: Escribe, en el espacio, la palabra falso o verdadero,
según corresponda para cada uno de los enunciados siguientes:
1. Las suspensiones son mezclas.
2. Las partículas en las suspensiones se asientan.
3. Las suspensiones son transparentes.
4. Las suspensiones son turbias.
5. Las partículas suspendidas se asientan por gravedad.
6. En una suspensión las partículas pesadas se asientan al último.
Ejemplos de
suspensiones
en los
medicamentos
110
hidróxido de magnesio
7.Las partículas de una suspensión son del tamaño de las moléculas.
8. Las partículas en las suspensiones detienen la luz.
Para tu reflexión
Los antibióticos
Figura 3.47
Disolución del azúcar (soluto)
en agua (disolvente).
La penicilina es uno de los antibióticos más útiles: combate ciertas cla­
ses de infecciones, inclusive muchas que producen pus. Sin embargo,
no es útil en la mayoría de los casos de diarrea o infecciones de las vías
urinarias, ni sirve para dolor de espalda, golpes que no cortan la piel,
catarro, viruela loca u otras infecciones causadas por virus.
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La penicilina se mide en miligramos (mg) o unidades (U). Para penici­
lina G,
250 mg 5 400 000 U.
La penicilina es una de las medicinas más seguras. No hace daño tomar demasiada (solamente se malgasta el dinero). Además, si no se
usa la cantidad adecuada, no cura la infección completamente y las
bacterias se pueden hacer resistentes.
En ciertas personas, la penicilina provoca trastornos alérgicos. Las
reac­ciones más leves incluyen ronchas con comezón o sarpullidos.
Muchas veces éstos aparecen unas horas o días después de tomar
penicilina, y pueden durar varios días. Ra­ras veces, la penicilina causa
un trastorno peligroso, llamado choque anafiláctico. Las características
de este problema consisten en que poco tiempo después de que se
inyecta la penicilina, la persona de repen­te se pone pálida, tiene dificultad para respirar y cae en estado de choque. Es preciso inyectar adrenalina de inmediato. La pe­­nicilina tomada G o V (Pen-Vi-K) o Phenocil
K también viene en forma de suspensión o polvos para suspensión con
125 o 250 mg por cucharadita. La pe­nicilina V tiene mejores resultados que la penicilina G.
Se recomienda penicilina toma­da
(en vez de inyectada) para infecciones más o menos leves, inclusive para postemilla (infección o
absceso de muela), llagas o heridas infectadas, muchos granos
con pus, erisipela, infección de
oído, sinusitis, dolor de garganta
con calentura o fiebre alta (infección por estreptococo), algunos
casos de bronquitis y para evitar
tétano en personas que no han
sido vacunadas y que tienen heridas muy sucias o profundas. La
ampicilina es una penicilina de
amplio espectro y hay más de 70
marcas de ampicilina por ejemplo: Pentrexyl, Binotal, Penbritin,
entre otras.
informe escrito con resultados y conclusiones; compárenlo y discútanlo con los otros equipos.
Propósito
Distinguir cuál es el soluto y cuál el disolvente entre el aceite y el vinagre.
Material
n
aceite
n2
vasos comunes
n
vinagre
n
1 yema de huevo
Procedimiento
1.A 10 mL de aceite, agreguen una cantidad igual de vinagre.
¿Se disuelven los dos líquidos?
2.Agiten los líquidos y observen qué pasa inmediatamente.
¿Qué pasa después de algunos minutos?
3.Ahora agreguen una yema de huevo a la mezcla y agiten nuevamente. Anoten lo que ocurre.
4.¿Cuál es la diferencia entre un coloide y una suspensión?
5.¿En este experimento cuál es el coloide?
6. ¿Cuál es la suspensión?
Figura 3.48
La penicilina fue el primer
antibiótico empleado en medicina,
su descubrimiento fue en 1928
por Alexander Fleming.
7.¿Cuál es el nombre común para el producto final obtenido?
Anoten sus conclusiones
Actividad experimental
Acción emulsificante
Con la orientación de tu maestro
reúnete en equipos de cuatro o
cinco alumnos y resuelvan esta
actividad experimental. Contesten las preguntas y elaboren un
Figura 3.49
Mezcla de vinagre y aceite.
Para tu reflexión
¿Qué usamos en la piel para vernos mejor?
Hace 7 000 años, en Egipto se utilizaba antimonio y malaquita en polvo como sombra para párpados. Allí mismo, los faraones empleaban
aceites perfumados para el pelo. La creencia era que la belleza y en par­
ticular la apariencia externa, influían sobre las demás personas. Des­de
111
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
entonces y tal vez desde el hombre prehistórico, los cosméticos, sustancias que se emplean para “aumentar la belleza de una persona”, forman
parte de nuestra vida cotidiana por la misma cuestionable razón.
Todos los cosméticos se aplican sobre la piel y generalmente son sistemas coloidales, así que veamos primero qué es la piel: Es un órgano
muy importante que tiene una superficie total en el ser humano cercana
a 2 m2 y cuyo espesor varía entre 0.5 mm (párpados) y 3 mm (palmas de
las manos y plantas de los pies). Sus funciones principales son: cerrar
el cuerpo, impidiendo la entrada y salida de sustancias extrañas, además de que conserva la humedad, controla la temperatura corporal a
través del sudor y la penetración de la luz solar y transmite al cerebro
información sobre la temperatura y la presión externas.
La piel se compone de dos capas superpuestas: la superficial, llamada
epidermis, está integrada a su vez por dos capas, la externa y la interna.
La externa, que está compuesta por células muertas y queratina (que
es una proteína fibrosa), se va desprendiendo en capas (como sucede
por ejemplo con la caspa); la interna está integrada por células vivas que
reemplazan continuamente las exteriores. La queratina tiene un contenido de agua de 10%. Cuando el porcentaje es menor la piel se vuelve
seca y quebradiza y cuando es mayor se presentan condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos.
En la capa interior, la dermis, se encuentran los receptores táctiles, los
folículos pilosos, los vasos sanguíneos y las glándulas sudoríparas. El
sebo es una secreción aceitosa producida por las glándulas sebáceas
y protege la piel contra la pérdida de humedad.
En condiciones normales, el contenido de agua en la piel es mayor que en
el ambiente, por lo que ésta se evapora de nuestro cuerpo. El calor y el
viento facilitan este hecho, lo cual ocasiona que la piel se reseque, al igual
que el uso frecuente del jabón. La aplicación directa de agua a la piel no
la humidifica, ya que ésta es insoluble en agua (de lo contrario, nos disol-
veríamos al bañarnos). Se
requiere que una sustancia
aceitosa (y que contenga
agua) penetre al interior de
la epidermis y además impida la pérdida de humedad
por evaporación. Esta sustancia es una loción o una
crema, o sea, un tipo de
cosmético.
Figura 3.50
El objetivo de los cosméticos es lograr
que el usuario se vea más atractivo.
Una loción es una emulsión de aceite en agua, mientras que una crema es lo opuesto. Los aceites pueden ser de muy diversos tipos y
comúnmente se emplean mezclas de ellos. Así, tenemos la lanolina
(grasa purificada de la lana), la vaselina, el aceite de almendras, la cera
blanca de abejas, el espermaceti (cera obtenida del esperma de las
ballenas), el aceite de oliva, el de aguacate y el de cacahuate, entre otros.
Una parte básica de estos productos es el agente emulsificante, que
mantiene estable la emulsión.
Muchas cremas y lociones tienen gran diversidad de ingredientes que,
con excepción de la glicerina, son de dudoso valor para mejorar la calidad de la emulsión pero sí son un buen pretexto para incrementar su
precio. Entre éstos están los perfumes, colorantes, hormonas, emolientes (sustancias que ablandan la piel, como lo hace la vaselina), vitaminas y otras.
Los lápices de labios tienen una composición muy semejante a la de las
cremas, aunque en éstos se incrementa la proporción de ceras (abeja,
carnauba, candelilla, por ejemplo), con objeto de darles una consistencia
más sólida, Contienen además colorantes (el más usado es la tetrabromofluoresceína), perfumes para ocultar el olor de las grasas (lanolina y
otras) y antioxidantes para evitar que se vuelvan rancias.
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual:
SISTEMAS DISPERSOS
pueden ser
Disoluciones
112
Suspensiones
se definen como
se definen como
se definen como
tres ejemplos son:
tres ejemplos son:
tres ejemplos son:
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3.3 Métodos de separación
de mezclas
¿Con qué finalidad se separan los componentes de una mezcla?
¿Cómo seleccionas el champú con que te bañas? ¿Cómo puedes
separar el alcohol que está combinado con el agua? ¿Cómo separa­
rías los componentes de la tinta negra que contienen los bolígrafos
o marcadores? ¿Cómo separarías el aceite del agua? ¿De qué mate­
rial está hecho un fusible térmico?
Las mezclas son los materiales con los cuales más frecuentemente
trabaja el químico; además de prepararlas, debe separar o purificar
sus componentes. La separación de mezclas es una tarea funda­
mental en el laboratorio y en
el área industrial, ya que
en nuestro planeta la mayoría
de los materiales naturales se en­
en
cuentran mezclados y hay que pu­
pu
rificarlos.
Figura 3.51
A diario utilizamos una gran diversidad
de materiales modernos que
tienen su origen en la combinación
de diferentes sustancias.
Como ya mencionamos,
existen mezclas sólidas, ga­
seosas y líquidas. Las mez­
clas en estados intermedios
constituyen los sistemas de
dispersión.
La composición de las mez­
clas puede variar ampliamente, debido a que cada componente re­
tiene sus propiedades, sin embargo, podemos separar una mezcla
en los componentes originales, aprovechando las diferencias en
sus propiedades físicas. Por ejemplo una mezcla heterogénea de li­
maduras de hierro y de oro se puede separar individualmente por
su color. Un método idóneo sería utilizar un imán para atraer las
limaduras de hierro y hacer a un lado las de oro. También podría­
mos utilizar las diferencias en sus propiedades químicas para sepa­
rarlas, aunque alguno de los componentes sufriría un cambio en su
estructura. Por ejemplo, si a la mezcla anterior se le agrega ácido
clorhídrico (HCl), éste disolverá el hierro (Fe) formando el cloru­
ro férrico (FeCl3) y no ocurrirá nada al oro. La mezcla resultante se
lava y se filtra y nos quedará únicamente el oro.
Una gran diversidad de materiales modernos que utilizamos a dia­
rio tiene su origen en la combinación de diferentes sustancias, que
han permitido, entre otras cosas, prolongar la vida de muchas per­
sonas o hacerla más placentera e impedir que se sientan excluidos,
por ejemplo mediante el implante de prótesis, válvulas cardiacas
artificiales o lentes intraoculares.
La separación de las mezclas puede basarse en el equilibrio de fa­
ses. Algunas mezclas contienen sustancias en diferentes estados de
agregación, por ejemplo, sólido­líquido, líquido­vapor, o sólido­
vapor, y en cada caso se explican métodos de separación diferentes.
Veamos algunos de ellos.
Para la separación de mezclas, los métodos más comunes son: de­
cantación, filtración, centrifugación, destilación, cristalización,
evaporación, sublimación, imantación, solubilidad, y cromatogra­
fía. A continuación se explican dichos métodos.
Decantación
Este método es utilizado para separar un sólido
de grano grueso e insoluble mezclado con un líquido. Consiste en verter el componente líquido
después de que se ha sedimentado el sólido.
Este método también se aplica en la separa­
ción de dos líquidos que no se mezclan por
sus diferentes densidades; en este caso se utili­
za un embudo de separación. Un ejemplo, a
mayor escala, es la separación de petróleo y
agua de mar: en los yacimientos localizados
en aguas marinas, se extrae agua y petróleo
que son separados al decantarse; el petróleo,
por ser menos denso, perma­
nece en la parte superior del Figura 3.53
agua. Luego de la decantación, Decantación. Se coloca la mezcla y
se deja reposar. Cuando se separan
el agua se devuelve al mar y el los dos líquidos se abre la llave para
petróleo se almacena.
dejar salir el líquido más denso.
Actividad experimental
Separación de arena y agua
Con la orientación de tu maestro, integren equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y escriban
un informe. Anoten sus conclusiones y expónganlas ante el grupo.
Propósito
Figura 3.52
Las prótesis mejoran la calidad de vida. En su fabricación se utilizan
materiales resistentes que favorecen una masticación adecuada.
Aplicar el método de decantación para separar un sólido de un líquido.
113
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Actividad experimental
Separación del aceite y el agua
Con la orientación de tu maestro, integren equipos de cuatro o cinco alumnos
y resuelvan esta actividad. Contesten
las preguntas, discútanlas y analicen
sus comentarios. Comparen sus repuestas con las de otros equipos, elaboren un informe escrito con sus
conclusiones y expónganlas al grupo.
Figura 3.54
En un vaso se agrega agua y después arena. En otro
vaso se observa la arena ya decantada.
Material
n
2 vasos de precipitados de 100 mL
n
un poco de arena
n
un poco de agua (50 mL)
n
1 agitador de vidrio
Procedimiento
1. Mezclen la arena y el agua en uno de los vasos de precipitados.
2. Déjenla reposar unos minutos.
3. ¿Qué sucede?
Propósito
Aplicar el método por decantación para
separar dos líquidos inmiscibles (que no
se mezclan) y de diferente densidad.
Material
Figura 3.55
Separación de dos líquidos
no miscibles utilizando un
embudo de forma de pera.
n
1 probeta graduada de 100 mL
n
1 soporte universal con anillo de hierro
n
1 embudo de separación en forma de pera
n
50 mL de agua de la llave
n
50 mL de aceite de cocina
n
2 matraces Erlenmeyer de 250 mL
Procedimiento
1. Coloquen el embudo en el soporte universal.
2. Pongan 50 mL de aceite de cocina en el embudo.
3. Agreguen 50 mL de agua de la llave en el mismo embudo.
4. Vacíen en el otro vaso de precipitados el líquido reposado, cuidando que las partículas sólidas queden en el fondo.
4. Quiten el embudo del soporte universal, tápenlo y agiten vigorosamente la mezcla.
5. Si les es posible, escurran el líquido con ayuda del agitador para
tener un apoyo.
5. Coloquen de nuevo el embudo en el soporte universal y déjenlo reposar unos minutos, hasta que se separen los dos líquidos.
6. ¿Se separó completamente el agua de la arena? Justifiquen su
respuesta:
6. ¿Qué líquido quedó en la parte inferior?
7. Den otro ejemplo de este método de separación de mezclas.
7. ¿Por qué?
Conclusiones:
8. Destapen el embudo, abran la llave
que regula el paso de cada líquido y,
con cuidado, decanten cada uno en un
matraz Erlenmeyer.
114
Figura 3.56
Mezcla de aceite y agua
antes de separarse.
Grupo Editorial Patria®
Propósito
¿Para qué se destapa el embudo?
Separar un sólido fino (óxido de calcio, CaO) de un líquido (agua, H2O).
Es conveniente aclarar que al mezclar el óxido de calcio o cal con el
agua, se obtiene un compuesto llamado hidróxido de calcio (Ca(OH)2).
Material
¿Qué otros líquidos puedes separar
por este método?
n2
vasos de precipitados
de 100 mL
Conclusiones:
Filtración
Este método permite separar un sólido
insoluble de grano relativamente fino
que esté mezclado con un líquido. Para
tal operación se emplea un medio poro­
so de filtración o una membrana que
deje pasar el líquido y retenga al sólido.
Los filtros más comunes son: papel filtro,
fibra de asbesto, algodón, fibra de vidrio,
fibras vegetales, redes metálicas y cal.
n
1 embudo de tallo corto
n
1 soporte universal
n
1 anillo de hierro
n
1 triángulo de porcelana
n
1 g de óxido de calcio (CaO)
n
60 mL de agua
n
algodón o papel filtro
n
1 agitador de vidrio
Figura 3.58
Filtración simple
del agua de cal.
Procedimiento
1.
Viertan 60 mL de agua en un vaso de precipitados y agreguen
aproximadamente 1 g de óxido de calcio (CaO). Agiten vigorosamente.
2. ¿Qué ocurre?
Figura 3.57
En la filtración el
residuo sólido queda
en el papel filtro.
El material o equipo utilizado para la fil­
tración se basa en el tamaño de los sóli­
dos disueltos en un líquido. Otro ejemplo de las aplicaciones de la filtración se encuentra en el proceso de
obtención de cerveza, donde se emplea un filtro de forma circular,
construido con acero inoxidable, de unos cinco metros de diáme­
tro, para separar de la malta los sólidos restantes del arroz o del lú­
pulo. Después, el líquido o caldo ya filtrado, denominado mosto,
recibe tratamientos.
La filtración por vacío es una operación como la anterior, sólo que
en ella interviene una bomba para extraer aire y conseguir así un
filtrado más rápido.
3. F iltren esta mezcla a través de un algodón o de un papel filtro para
separar el sólido fino del líquido. Reciban el filtrado en el otro vaso
de precipitados.
4.
¿Qué sustancia quedó en el papel filtro?
5. ¿Qué estado físico presenta?
6. ¿Qué otro medio poroso puede utilizarse para filtrar?
7. ¿Dónde más se podría aplicar este método de separación?
Conclusiones:
Actividad experimental
Filtración simple
Con la conducción de tu profesor, reúnanse en equipos de cuatro o
cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas y preparen un informe escrito con sus conclusiones. Discútanlas
con el resto del grupo.
115
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Centrifugación
Es un método basado en la di­
ferencia de densidades y se
utiliza para separar un sólido
insoluble, de grano muy fino y
de difícil sedimentación que
esté mezclado con un líquido.
La centrifugación consiste en
someter la mezcla a un rápido
movimiento giratorio, sepa­
rando las sustancias por dife­
rencia de densidades.
Posteriormente, lleven el tubo a la centrifugadora y háganla funcionar
durante tres minutos aproximadamente*.
¿En qué parte del tubo quedó el sólido?
¿Por qué?
¿Y la parte líquida en dónde quedó?
Figura 3.59
Centrifugadoras de laboratorio.
¿Por qué?
La operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrifugadora,
en la que, por medio de un movimiento de traslación acelerado, se
aumenta la fuerza gravitacional, provocando la sedimentación del
sólido o de las partículas de mayor densidad. Los corpúsculos o el
paquete globular de la sangre se separan por centrifugación en un
suero.
¿Qué otro método utilizarían después para separar las dos fases?
Conclusiones:
Actividad experimental
Centrifugación
Con la conducción de tu profesor reúnanse en equipos de cuatro o
cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas y preparen un informe escrito con sus conclusiones. Discútanlas
con el resto del grupo.
* Si no cuentan con una centrifugadora pueden dejar reposar la mezcla por 10 mi­
nutos.
Propósito
Separar por este método un sólido insoluble de grano fino y de difícil sedimentación.
Material
n
1 g de cal (óxido de calcio, CaO)
n
1 tubo para centrifugadora
n
50 mL de agua de la llave
n
1 popote
n
1 vaso de precipitados de 250 mL
Destilación
La destilación es una forma de separar sustancias líquidas a partir
de la diferencia en sus puntos de ebullición. Por ejemplo, si quere­
mos separar una mezcla de alcohol y agua la ponemos al fuego, y
como el punto de ebullición del alcohol (76 °C) es menor que el
del agua a nivel del mar (100 °C), lo obtendremos primero. La des­
tilación se realiza, por tanto, calentando la mezcla de líquidos para
Procedimiento
1. Viertan 50 mL de agua de la llave en un vaso de precipitados y
añadan 1 g de cal. Agiten vigorosamente.
2. Pongan 5 mL de la mezcla en el tubo para centrifugadora.
3. Soplen con un popote dentro del tubo que contiene la disolución.
¿Qué observan?
Figura 3.60
El proceso de destilación es ampliamante utilizado en la industria.
116
Grupo Editorial Patria®
que éstos se evaporen. Después se condensan para recuperarlos en
forma líquida.
Existen diferentes tipos de destilación, los más comunes son: des­
tilación simple, fraccionada, por arrastre de vapor y destilación al va­
cío. En la industria, la destilación fraccionada se realiza en grandes
torres en las que se separan los hidrocarburos del petróleo (gasolina,
turbosina, queroseno, aceites lubricantes, asfalto, etc.). Por otra parte,
con la destilación por arrastre de vapor se separa el di­solvente que
extrae el aceite de las semillas. Así, luego de utilizar hexano como di­
solvente para extraer el aceite de ajonjolí, éste es separado mediante la
destilación por arrastre. Lo mismo sucede cuando se extraen esen­
cias como la de almendras amargas o la de agua de rosas.
Fracciones de destilación de petróleo
Producto
Gas natural
Destilados ligeros
Gasolina
Intervalo de
ebullición °C
Usos
244-20
Para cocina,
uso industrial,
calefacción,
combustible
27-193
Para vehículos
de transporte
Combustible
Naftas
82-232
Gasavión
82-232
Querosina
177-288
Aceites de calefacción ligeros
204-316
Destilados intermedios
249-399
Aceites combustibles
193-343
Aceites diesel
288-347
Aceite combustible pesado
Más de 247
Para aeronáutica
Lubricantes
Cosméticos
Aceites lubricantes
Más de 430
Asfalto
Más de 430
1 vaso de precipitados
n
2 soportes universales
n
tela de asbesto
Figura 3.61
Dispositivo para separar el alcohol
del agua aprovechando sus
n 1 mechero de Bunsen
diferentes puntos
n perlas o cuerpos de ebullición de ebullición.
n1
termómetro con tapón
de hule
n
1 refrigerante con mangueras de salida y entrada de agua
n
1 matraz de destilación
n
1 anillo metálico
n
1 matraz Erlenmeyer
n
1 pinza para refrigerante
n
1 embudo de tallo largo
n
50 mL de disolución 1:1 de alcohol-agua
n
pinzas para sujetar el matraz
Procedimiento
1.
Monten el equipo de destilación simple como se muestra en la figura.
Lubricantes
316-538
Más de 430
n
3.
Vuelvan a montar el matraz de destilación y tápenlo con el termómetro, cuidando que esté colocado de manera que el bulbo de
mercurio se encuentre a la salida del brazo del matraz de destilación y la escala se encuentre frente a ustedes.
Más de 330
Más de 330
Material
2.
Con ayuda de un embudo, pongan los cuerpos de ebullición y la
mezcla de alcohol-agua (50 mL) en el matraz de destilación.
Aceites lubricantes
Parafinas
Separar el alcohol del agua aprovechando sus diferentes puntos
de ebullición.
Lubricantes
Destilados pesados
Colas de destilación
Propósito
4.
Abran la llave del agua. Cuiden que ésta circule durante todo el
proceso de destilación.
5.
Prendan el mechero y observen lo que sucede.
Lubricantes
¿A qué temperatura empieza la destilación?
Pavimentos
T 5 _______ °C
¿Qué olor tiene el destilado?
Actividad experimental
Destilación simple
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 con sus conclusiones. Expónganlo al grupo
y analicen los comentarios.
¿Cuál es la apariencia del destilado?
117
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
¿A qué temperatura se destiló el agua?
¿Qué propiedad específica se utilizó para separar a estos dos líquidos?
¿Cuál es la función de los cuerpos de ebullición?
¿Qué tipo de mezclas se separan por este método?
Material
n
1 cristalizador de 3 cm de diámetro
n
1 lupa
n
1 vidrio de reloj
n
azufre en polvo (S)
n
polvo de limadura de hierro (Fe)
n
5 mL de disulfuro de carbono (CS2). Precaución: No lo huelan
directamente
n
1 probeta de 10 mL
Procedimiento
En un cristalizador mezclen el polvo de azufre (S), la limadura de hierro
(Fe), y 5 mL de disulfuro de carbono (CS2).
Conclusiones:
¿Qué ocurre?
Decanten y dejen cristalizar el azufre en el vidrio de reloj (tengan cuidado de que no haya fuego cercano), hasta que desaparezca completamente el disulfuro de carbono (CS2). Observen con una lupa lo que
queda en el vidrio de reloj.
Cristalización
¿Qué observan con la lupa?
La cristalización se refiere a la acción y efecto
de cristalizar o cristalizarse.. Por este método
se pueden obtener y utilizar muchas sus­
tancias en el laboratorio y en la industria.
Por ejemplo, si fundimos y luego
enfriamos lentamente el azu­
fre, éste se cristaliza. Tam­
bién, si sublimamos una
sustancia y luego condensa­ Figura 3.62
mos sus vapores en una su­ Cristalización del cloruro de sodio.
perficie fría, éstos se cristalizan, por ejemplo los cristales de yodo.
Otro método de cristalización se basa en la simple disolución y
evaporación de una sustancia, como se hace para obtener los crista­
les de la sal común o cloruro de sodio.
Actividad experimental
Cristalización
Con la conducción de su maestro reúnanse en equipos de cuatro o cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Escriban un reporte con
sus conclusiones y expóngalo al resto de sus compañeros.
Propósito
Separar dos sólidos mediante la cristalización de uno de ellos por acción de un disolvente.
118
¿Qué función tiene el disulfuro de carbono?
Conclusiones:
Evaporación
Es el método con el cual se separa un líquido de un sólido mediante el incremento
de la temperatura. El líquido hierve o bu­
lle y se transforma en vapor, quedando
el sólido como residuo en forma de pol­
vo seco; el componente líquido puede
o no recuperarse. Este método se em­
plea para concentrar sólidos en una di­
solución, pues con él se elimina parte
del líquido o solvente que la compone.
En el laboratorio, la evaporación se lle­
Figura 3.63
Evaporación de una
disolución acuosa de
cloruro de sodio.
Grupo Editorial Patria®
va a cabo en un crisol; en la
industria, se realiza en evapo­
radores.
2. Tapen el vaso con una cápsula de porcelana que contenga agua.
3. Calienten el vaso hasta que desaparezca la coloración violeta
(tengan precaución pues los vapores del yodo son tóxicos).
Sublimación
¿Qué observan a través del vaso de precipitados?
Es el paso de una sustancia en
estado sólido al estado gaseoso,
sin pasar por el estado líquido.
Por ejemplo, a presión at­
mosférica (760 mmHg a ni­
vel del mar), el hielo seco
Figura 3.64
(dióxido de carbono, CO2) Separación del yodo por sublimación.
se sublima. Este fenómeno
puedes verlo en el “humo” que sale de los carritos de paletas que
vemos por la calle. Otro ejemplo lo puedes observar en las pastillas
desodorantes para el baño, las cuales aromatizan el ambiente al pa­
sar del estado sólido al gaseoso. Al proceso inverso de la sublima­
ción (de gas a sólido, sin pasar por líquido) se le conoce como
deposición.
Actividad experimental
¿Cuál es color del gas?
¿Qué propósito tiene llenar con agua de la cápsula?
Sin quitar la cápsula, dejen enfriar el vaso y, cuando ya no vean vapores, destápenlo.
Desechen el agua cuidadosamente y volteen la cápsula para observarla.
¿Qué quedó en la base de la cápsula?
Sublimación del yodo
Con la conducción de tu profesor reúnanse en equipos de cuatro o
cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas y preparen un informe escrito con sus conclusiones. Discútanlas
con el resto del grupo.
¿De qué color es la sustancia obtenida?
Propósito
Separar el yodo de una mezcla arena-yodo, aprovechando que el yodo
se sublima.
Menciona tres sustancias que se puedan obtener por este método.
Material
n
1 g de yodo (I2). Precaución: No lo
toquen pues es tóxico
n
1 g de arena
n
agua de la llave
n
1 cápsula de porcelana
n
1 mechero de Bunsen
n
tela de asbesto
n
1 vaso de precipitados de 100 mL
n
1 espátula
n
1 tripié o soporte universal
con anillo de hierro
Conclusiones:
Figura 3.65
Cristales de yodo
sublimándose en forma
de vapores violeta.
Procedimiento
1. En un vaso de precipitados de 100 mL mezclen algunos cristales
de yodo con 1 g de arena (aproximadamente).
Imantación
En este método se aprovecha la propiedad de algunos materiales
para ser atraídos por un campo magnético. Los materiales ferrosos,
por ejemplo, pueden ser separados de la basura por medio de un
electroimán y así quedar listos para un tratamiento posterior.
119
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Figura 3.66
Materiales ferrosos atraídos por un imán.
Solubilidad
Permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos al contacto con un
solvente que reacciona con uno de los componentes de la mezcla. El compo­
nente soluble es arrastrado por el solvente para su posterior separa­
ción, la cual puede hacerse por decantación, filtración, vaporización,
destilación, etcétera. Este proceso habrá de dejar en estado puro a la
sustancia separada. Ejemplos de separación por solubilidad se pueden
encontrar en la preparación y análisis de productos farmacéuticos.
Cromatografía
Este método consiste en separar, con ayuda de solventes, mezclas de
gases o de líquidos al conducirlas a través de un medio poroso y ade­
cuado. El equipo para tal operación puede ser tan simple como una
columna rellena, un papel o una placa que contienen el medio poro­
so, o bien un equipo tan sofisticado como lo es un cromatógrafo.
Figura 3.68
Una mancha de tinta se
descompone en varios colores
si está en un medio poroso
que también absorbe agua.
Método de
separación
Con este proceso se separan y
analizan mezclas de aire, pro­
ductos extraídos de plantas, ani­
males y productos elaborados,
ya sea tintas, lápices labiales, en­
tre otros. Para ejemplificar fácil­
mente este tipo de separación se
usan un gis y agua: en la parte
media del gis se hace una marca
de tinta con, por ejemplo, un
plumón, luego el gis se coloca
en agua sin que ésta llegue a la
marca. Después de un tiempo se
verán los componentes de la tin­
ta. En este caso, el gis es el me­dio
y el agua es el solvente.
En seguida se presentan algunos
ejemplos de métodos de separa­
ción en la industria:
Aplicación industrial
Obtención de licores y de alcohol etílico de 96º.
Destilación
Extracción de aceites. Obtención de productos derivados del petróleo y aire líquido.
Cristalización
Producción de azúcar, sal y antibióticos.
Filtración
Purificación o clarificación de la cerveza y del agua.
Fabricación de filtros de aire.
Separación del petróleo mezclado en agua de mar.
Decantación
Tratamiento de aguas residuales.
Separación de metales.
Purificación de ácido benzoico, purificación de azufre.
Sublimación
Evaporación
Cromatografía
Separación de compuestos orgánicos. Fabricación
de hielo seco. Liofolización.
Concentración de jugos de frutas. Obtención de la sal
del mar y de otras sales, como la de magnesio.
Fabricación de leches concentradas. Deshidratación
de frutas.
Separación de pigmentos y de proteínas.
Obtención de colorantes para cosméticos.
Fabricación de azúcar. Separación de polímeros.
Centrifugación
Figura 3.67
La solubilidad es utilizada frecuentemente en productos farmacéuticos.
120
Separación de sustancias sólidas de la leche.
Separación del plasma de la sangre. En análisis
químicos y de laboratorio (sangre y orina).
Grupo Editorial Patria®
Aplica lo que sabes
Procedimiento
Reúnete con dos o tres compañeros y realicen el siguiente experimento.
1.
Deposita todas las sustancias en un frasco de vidrio y ciérralo
perfectamente.
Elaboración de enjuague
para cabello oscuro
2.
Deja reposar la mezcla durante 15 días.
3.
Al término de este tiempo, cuela la mezcla que está dentro del frasco. El líquido resultante constituye tu enjuague.
Material
n
1 frasco de vidrio
n
30 g de cáscara de limón
n
30 g de cáscara de naranja
n
1 litro de vinagre de manzana
4.
Para usarlo, dilúyelo con agua al 50%. Es decir, si obtuviste medio
litro de enjuague, tienes que usar medio litro de agua para diluirlo.
n
15 g de menta fresca
n
agua
5.
Usa el enjuague del champú.
n
15 g de romero fresco
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual
MEZCLAS
pueden ser
heterogéneas
sirven para
separar
sólidos de sólidos
sólidos de líquidos
por los métodos
por los métodos
líquidos miscibles
por los métodos
por los métodos
decantación
imantación
3.4 Unidades de concentración
de los sistemas dispersos
Como se ha mencionado previamente las sustancias puras que
pueden encontrarse en la superficie terrestre son muy escasas. Por
lo que el hombre ha tenido que conocer las propiedades de las
mezclas, que son las que más abundan en nuestro entorno cotidia­
no, ya sea para separarlas o para producirlas con ciertas característi­
cas. Algunas son disoluciones como la limonada o la naranjada o el
agua de mar; otras son sistemas coloidales como la leche o la gela­
tina, y otras más son suspensiones como una atmósfera con dema­
siado polvo.
121
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
En una mezcla homogénea, por lo general existe una sustancia que
se presenta en mayor cantidad y otra en menor proporción que se
encuentra dispersa en la primera. Es decir, hay una fase dispersora
y una fase dispersa. Se acostumbra clasificar las dispersiones en di­
soluciones, coloides y suspensiones, en función del tamaño de las
partículas de la fase dispersa.
Las disoluciones se presentan en una mezcla homogénea y las par­
tículas de la fase dispersa tienen el tamaño de átomos o moléculas.
El componente que está en exceso se denomina disolvente. El que
se encuentra en menor proporción se llama soluto.
Ejemplos cotidianos de disoluciones
Fase
Gaseosa
Líquida
Sólida
Las suspensiones, se presentan cuando el tamaño de las partículas
de la mezcla es mayor que en el caso de los coloides.
La fuerza de la gravedad domina sobre las interacciones entre
partículas, así que las suspensiones acaban por sedimentarse y pre­
sentar dos fases, en forma de mezcla heterogénea. Muchos medi­
camentos se presentan en forma de suspensiones; por eso tiene
sentido el letrero que dice: “agítese antes de usarse”.
Comparación de las propiedades de
las disoluciones, los coloides y las
suspensiones
Propiedad
Disolución
Coloide
Suspensión
Ejemplo
Tamaño de la
partícula
Menor que 1
nanómetro
Entre 10 y diez
mil nanómetros
Mayor que diez
mil nanómetros
Gaseosa
Aire
Homogeneidad
Homogénea
En el límite
Heterogénea
Líquida
Aire húmedo
Sólida
Algunos humos finos
Acción de la
gravedad
No sedimenta
Puede sedimentar
Sedimenta
Gaseosa
Agua gasificada
Líquida
Vinagre
Filtrabilidad
No filtrable
No filtrable
Filtrable
Sólida
Agua de mar
Ejemplos
sanguíneos
Sal
Albúmina
Células rojas
Urea
Fibrinógeno
Células blancas
Fase original
del soluto
Gaseosa
Hidrógeno adsorbido en metales
Líquida
Amalgama de mercurio
Sólida
Aleaciones
Los coloides se presentan cuando las partículas de una mezcla homo­
génea tienen aproximadamente un tamaño de 10 a 10 000 veces mayor
que los átomos y moléculas. En lugar de hablar de disolvente y soluto,
se acostumbra emplear los términos fase dispersora y fase dispersa.
Con excepción de los gases, que siempre forman disoluciones, pues se
mezclan íntimamente en todas proporciones, podemos tener siste­
mas coloidales con sustancias en los diversos estados de agregación.
Actividad de aprendizaje
Instrucciones: Clasifica los siguientes ejemplos en disoluciones, coloides y suspensiones.
Pinturas:
Aceite con agua:
Azufre en agua:
Azúcar en agua:
Acetona en agua:
Almidón en agua:
Gelatina en agua:
Ejemplos de sistemas coloidales
Medio
disperso
Gas
Líquido
Sólido
122
Aire:
Fase
dispersora
Nombre
común
Ejemplo
Líquido
Aerosol líquido
Nubes, “spray”
Sólido
Aerosol sólido
Humo
Gas
Espuma
Merengue, jabonadura
Líquido
Emulsión
Leche, mayonesa
Sólido
Sol
Gelatinas, pinturas
Gas
Espuma sólida
Malvavisco, piedra
pómez
Líquido
Emulsión sólida
Queso, mantequilla
Sólido
Sol líquido
Perlas
Tierra en agua:
Las disoluciones rodean nuestro mundo cotidiano, las vemos en
los alimentos, bebidas, líquidos de limpieza, cosméticos, etcétera.
Es de­cir las bebemos, las respiramos, nadamos en ellas, incluso esta­
mos compuestos por ellas. Al beber una taza de té o un vaso con
refresco, ingerimos una disolución. Cuando respiramos, inhalamos
una disolución: aire. Cuando vamos al mar a nadar, lo hacemos
en una disolución de sal en agua y nuestra sangre es una disolución.
Como las disoluciones siempre están compuestas de al menos
dos sustancias, necesitamos ser capaces de identificar el papel que
Grupo Editorial Patria®
desempeña cada sustancia. El soluto es la sustancia que está siendo
disuelta, mientras que el disolvente es la sustancia que está haciendo la disolución. Por ejemplo, en una disolución de agua de mar, la
sal es el soluto y el agua es el disolvente.
Cuando una disolución está compuesta por dos sustancias en el
mismo estado (como sucede en una disolución líquido­líquido),
es difícil establecer cuál sustancia es el soluto y cuál es el disolvente.
Una regla práctica es que la sustancia presente en la mayor cantidad
es el disolvente. En una disolución de 10 mL de alcohol etílico y
90 mL de agua, el alcohol etílico es el soluto y el agua es el disolvente.
Actividad de aprendizaje
Determina cuál es el soluto y cuál es el disolvente en cada una de las
siguientes disolucionesy descríbelo en la columna correspondiente.
Disolución
Soluto
Disolvente
oral para prevenir y combatir la deshidratación. La deshidratación
se origina cuando el cuerpo de una persona pierde más líquido del
que toma. Esto puede suceder en casos de diarrea severa, especial­
mente cuando hay vómito. También existe deshidratación en pre­
sencia de fiebre o alta temperatura o cuando no se puede beber o
comer a causa de alguna enfermedad. Ésta es una de las tantas apli­
caciones prácticas que tienen las disoluciones acuosas, por lo cual
es importante que conozcas sus características.
Azúcar en agua
Cloruro de hidrógeno, gas y
agua
75 mL de alcohol etílico
y 25 mL de agua
80 mL de nitrógeno y
20 mL de hidrógeno
Agua de soda
Alguna vez te has preguntado, ¿por qué cuando ponemos choco­
late en la leche hay que moverlo bien con la cuchara o batirlo en la
licuadora? Algunas sustancias se disuelven más fácilmente que otras;
esto se debe a que tienen diferente solubilidad, que es la propie­
dad que presentan algunas sustancias de poder disolverse en otras.
El grado de solubilidad se mide por la cantidad máxima de soluto
que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente.
Cuando existe una cierta cantidad de soluto en una determinada
cantidad de disolvente, se trata de la concentración.
Sal y agua
Trióxido de azufre y agua
Agua mineral carbonatada
Las disoluciones acuosas son
mezclas homogéneas, puesto
que por lo general se puede ob­
servar una sola fase formándo­
las. Como ya se mencionó, a la
fase dispersora se le denomina
disolvente, y a la fase dispersa
soluto.
Si preparamos una disolución
acuosa de dos cucharadas so­
peras de azúcar o miel, la cuarta
parte de una cucharadita de sal,
la cuarta parte de una cuchara­
dita de bicarbonato como solu­
to y las disolvemos en un litro
de agua tendremos un suero
Figura 3.70
Ejemplos de disoluciones diluidas, concentradas y sobresaturadas.
Puede existir una pequeña cantidad de soluto en una determina­
da cantidad de disolvente y tener una disolución diluida, pero si
aumenta la cantidad de soluto en esa determinada cantidad de di­
solvente, tendremos una disolución concentrada. Al seguir au­
mentando el soluto, la disolución se saturará y ya no podrá disolver
un poco más de soluto y obtener una disolución sobresaturada,
la cual no es estable, y el soluto se puede precipitar en cualquier
momento. Por ejemplo, a 20 ºC pueden llegar a disolverse, en un
litro de agua, 370 g de cloruro de sodio (sal común). Se dice enton­
ces que la solubilidad del cloruro de sodio en agua a esa tempera­
tura es de 370 g/L.
Figura 3.69
En los casos de deshidratación
se deben aplicar disoluciones
acuosas como el suero.
Por tanto una disolución acuosa se puede describir de acuerdo con
los diferentes tipos de solutos presentes. La concentración es un
término que expresa la cantidad de soluto contenida en una canti­
dad unitaria de la solución. Por ejemplo, la concentración de sal
123
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
disuelta en el agua de mar se puede expresar diciendo que hay 30
gramos de cloruro de sodio por litro de agua de mar. La concentra­
ción de una solución es independiente de la cantidad de ésta, es
decir, la concentración de un gran volumen de una solución dada
es la misma que la de un volumen pequeño. La concentración de la
sal disuelta en una taza de agua de mar es la misma que la de una
cubeta.
Las concentraciones de la solución proporcionan una base de com­
paración. El agua de mar contiene 30 gramos de sales disueltas por
litro y el agua potable típica contiene menos de 0.4 gramos de sal
disuelta por litro. El agua de mar está más concentrada en sales que
el agua potable. Las concentraciones se necesitan también para in­
dicar los niveles tolerables de los contaminantes químicos y otras
sustancias presentes en el agua.
Actividad de aprendizaje
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro
de la izquierda.
Las mezclas homogéneas también reciben el nombre de:
a) disoluciones
b) suspensiones
c) heterogéneas
d) soluto
Solución que contiene una cantidad relativamente menor de soluto en comparación con otra.
a) concentrada
b) saturada
c) sobresaturada
d) diluida
Si existe una cantidad relativamente grande de soluto por unidad
de volumen, la solución es:
a) sobresaturada
b) concentrada
c) diluida
d) saturada
Solución donde ya no se disuelve más soluto a una temperatura
dada.
a) concentrada
b) saturada
c) diluida
d) sobresaturada
Propósito
Determinar si el cloruro de sodio (NaCl) y el ácido benzoico (C6H5COOH)
son solubles en agua y/o en cloroformo (CHCl3). Precaución: hay que
tener cuidado de no oler directamente el cloroformo.
Material
gradilla
2 pipetas de 5 mL
n cloroformo 1 mL
n 1 espátula
n ácido benzoico
Procedimiento
n
n
n
n
n
n
n
4 tubos de ensayo
2 vidrios de reloj
agua destilada 1 mL
sal de mesa
cinta para enmascarar
1.
Midan 1 mL de cloroformo (CHCl3) y deposítenlo en un tubo de en­
sayo previamente etiquetado.
2.
En otro tubo de ensayo etiquetado, midan 1 mL de agua destilada
y tomen, con ayuda de la espátula del vidrio de reloj, una pequeña
cantidad de sal de mesa; viertan un poco en cada tubo y agítenlos.
3.
Repitan la operación de medir los líquidos en los otros tubos y lue­
go, con ayuda de la espátula, agréguenles una pequeña cantidad
de ácido benzoico (C6H5COOH).
¿En cuál disolvente se mezcló la sal de mesa o cloruro de sodio?
¿Por qué?
¿En cuál disolvente se disolvió el ácido benzoico?
¿Por qué?
Conclusiones:
En un solvente en el que puede disolverse mayor cantidad de
soluto a una temperatura mayor que la ambiental, la solución es:
a) saturada
b) concentrada
c) diluida
d) sobresaturada
Actividad experimental
Solubilidad de dos sustancias
Con la supervisión de tu maestro reúnete en equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y elaboren un informe escrito con sus resultados y conclusiones; expóngalo
ante el grupo.
124
Para tu reflexión
¿Qué ocurre en nuestro organismo cuando
tomamos bebidas alcohólicas?
Lo más probable es que hayas visto a la gente tomar bebidas alcohólicas, e incluso tú mismo hayas ingerido en alguna ocasión bebidas em­
briagantes. Debes saber que el alcohol es tóxico.
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Pero, ¿qué sucede dentro de nosotros, químicamente, cuando ingerimos una bebida alcohólica? Al tomarla, de inmediato se pone en marcha la “fábrica química” más eficaz: el hígado. Es en este órgano
donde se metaboliza el alcohol. La velocidad con la que el hígado es
capaz de metabolizar el alcohol, es la base para que una persona se
embriague o no. Si le damos al hígado el tiempo suficiente (entre copa
y copa) para metabolizar el alcohol, la persona no se embriagará. La
velocidad promedio a la que el hígado oxida el alcohol, para una persona adulta de aproximadamente 75 kg de peso, es de una bebida promedio cada 75 minutos. La ebriedad se producirá cuando aumente la
cantidad de alcohol en la sangre y llegue al cerebro, el cual registrará
diversos comportamientos anómalos.
Efecto de la concentración
alcohólica en el hombre
por 100 (la masa de la disolución es igual a la masa del soluto más
la masa del disolvente).
masa del soluto
Porcentaje en masa 5
3 100
masa de la disolución
también se puede escribir así:
masa del soluto
3 100
Porcentaje en masa 5
masa del disolvente 1 masa del soluto
Ejemplos
Una disolución de hidróxido de sodio (NaOH) al 20% indica que en cada
100 g de disolución, hay 20 g de NaOH y 80 g de agua.
Número de
bebidas
ingeridas
rápidamente
Volumen de
alcohol en la
sangre
(porcentaje)
Comportamiento
humano
2
0.05
Euforia, tranquilidad
4
0.1
Pérdida del control motriz
8
0.2
Descontrol de las emociones
12
0.3
Inconsciencia
20
0.4 a 0.5
Estado de coma
masa del soluto
32
0.6 a 0.7
Muerte
masa de la disolución
Hay que recordar que las múltiples bebidas tienen distintas cantidades
de alcohol.
Ejemplos
¿Cuál será el porcentaje en masa de una disolución que se ha preparado disolviendo 30 g de cloruro de potasio (KCl) en 120 g de agua?
Datos
Solución
% en masa = ?
m 5 120 g H2O disolvente
Porcentaje en masa 5
m 5 30 g KCl soluto
3 100
Porcentaje en masa de la disolución
5
30 g
120 g 1 30 g
3 100 5 20%
Porcentaje
Como se mencionó anteriormente las disoluciones son mezclas,
sus componentes pueden presentarse en diferentes proporciones.
Por ejemplo, podemos hacer muchas disoluciones diferentes de sal
y agua, cada una con una diferente concentración, o proporción de
soluto y disolvente. Las concentraciones o cantidades relativas
de las disoluciones pueden variar mucho, así que debemos tener
una forma para describirlas.
Un método para definir las concentraciones de las disoluciones se
basa en el porcentaje de soluto en la disolución. Este método pue­
de causar confusión, ya que puede haber dos tipos de concentra­
ciones de porcentaje:
a) Porcentaje por masa.
b) Porcentaje por volumen.
Disoluciones de porcentaje en masa
Para encontrar el porcentaje por masa, dividimos la masa del solu­
to entre la masa total de la disolución y multiplicamos el resultado
Disoluciones de porcentaje
en volumen
La concentración de disoluciones también puede expresarse en
términos de “porcentaje en volumen” del soluto dentro de una di­
solución y se define como:
Porcentaje en volumen 5
volumen del soluto
3 100
volumen de la disolución
como:
volumen de la disolución 5 volumen del soluto 1 volumen del
disolvente
entonces también se puede expresar:
% volumen del soluto 5
volumen del soluto
3 100
vol. soluto 1 vol. disolvente
125
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Ejemplos
¿Qué cantidad de agua y alcohol necesitamos para preparar 150 mL
de disolución acuosa de alcohol al 8%?
volumen del soluto 5 8% de 150 mL 5 0.08 3 150 mL 5 12 mL de alcohol
volumen del soluto 1 volumen del disolvente 5 volumen de la disolución
12 mL de alcohol 1 volumen del disolvente 5 150 mL de la disolución
Por tanto: volumen del disolvente 5 150 mL 2 12 mL 5 138 mL
Entonces, se necesitan 138 mL de agua y 12 mL de alcohol para preparar 150 mL de disolución alcohólica al 8%.
Densidad y gravedad específica
Con frecuencia, en las operaciones industriales se mide la composi­
ción de las disoluciones por su densidad debido a que es muy senci­
llo medir la densidad de una disolución por medio de la profundidad
hasta la cual se hundirá un dispositivo hueco y pesado, llamado den­
símetro (hidrómetro, si es para disoluciones acuosas).
Muchos manuales de química contienen tablas que dan la densi­
dad de disoluciones usuales en función de su composición. Con
esta información, siempre es posible transformar estos datos en las
unidades discutidas. Los ácidos y las bases comerciales de uso co­
mún en el laboratorio tienen las siguientes propiedades:
Densidad
La densidad de una sustancia expresa la relación entre la masa y su
volumen:
Masa
Densidad 5
Volumen
Las unidades más empleadas son: g/cm3 o g/mL.
En las tablas de densidades también se cita la temperatura a la cual
se determinaron, ya que los volúmenes de los objetos pueden cam­
biar con ella. La densidad de los gases es generalmente menor que
la de los líquidos y sólidos; incluso se utilizan unidades diferentes
para expresarlo. En el caso de los gases se mide la densidad en g/L,
mientras que en los sólidos y líquidos se expresa la temperatura, y
para los gases, además, la presión.
Densidad de sustancias comunes
a 20 ºC
Sustancias
Estado físico
Densidad
Gas
1.33 g/L
Gas
1.9 g/L
Alcohol etílico (100%)
Líquido
0.789 g/mL
Agua
Líquido
0.998 g/mL
Oxígeno a 1 atmósfera
Hielo seco (dióxido de carbono)
a 1 atmósfera de presión
Sustancia
Densidad
(g/mL)
% en peso
Cobre
Sólido
8.8 g/mL
HCl
1.19
38
Plata
Sólido
10.4 g/mL
HNO3
1.42
70
H2SO4
1.84
95
CH3COOH
1.05
99
NH3
0.90
28
Los diamantes se cotizan en quilates, y un quilate pesa 0.200 g. La
densidad del diamante es de 3.51 g/cm3. El diamante Hope pesa
44.5 quilates, ¿qué volumen ocupa esta famosa joya?:
V5
La densidad, tal como la hemos empleado, siempre se expresa en
unidades de masa dividida entre volumen. Es útil contar con una
escala de densidad relativa, en lugar de una escala de densidad ab­
soluta. En una escala de densidad relativa expresaríamos la densi­
dad de una sustancia diciendo cuántas veces fue más densa o
menos densa que otra sustancia.
(44.5 quilates)(0.20 g/quilate)
5 2.53 cm3
3.51 g/cm3
¿Cuántos gramos pesa una barra de oro de 20 cm de longitud,
10 cm de ancho y 3.5 cm de altura? La densidad del oro es de
19.3 g/cm3.
Volumen de la barra 5 (20 cm) (10 cm) (3.5 cm) 5 700 cm3.
Una escala de densidad relativa como ésta se emplea comúnmente
en la industria, y las unidades se conocen como gravedad específi­
ca. Se define respecto a la densidad del agua a 4 °C.
m
; DV 5 m ; m 5 (19.3 g/cm3) (700 cm3) 5 13 510 g
V
El ácido nítrico concentrado tiene una densidad de 1.42 g/mL y
69% en peso; ¿cuál es la concentración de esta disolución?
Densidad de la sustancia
Gravedad específica
5
de una sustancia
Densidad del agua a 4 °C
La densidad de 1.42 g/mL, significa que cada mililitro (mL) de di­
solución pesa 1.42 g.
126
D5
Grupo Editorial Patria®
El 69% en peso quiere decir que de cada 100 g de disolución, 69
son de ácido nítrico (HNO3).
CHNO3 5
(
1.42 g disolución
mL
(
)(
)(
1 mol
63 g HNO3
CHNO3 5 15.55
69 g HNO3
100 mol/L disolución
1 000 mL
1L
)
)
g disolución
L
Para tu reflexión
La importancia del oxígeno
Los peces y otros animales acuáticos requieren oxígeno disuelto en el
agua para vivir; éste entra al medio a través de la superficie, además
de ser un producto de la fotosíntesis de las plantas acuáticas. Una vez
en el agua, se entabla una fuerte competencia por su consumo entre
los peces y otras especies animales, y por las bacterias aeróbicas, que
lo utilizan también para su respiración. Estas bacterias se alimentan de
materia orgánica disuelta en el agua.
Propósito
Determinar de manera experimental la solubilidad variando la temperatura.
Material
n
3 vasos
n
sal
n
1 cuchara
Procedimiento
1.Coloca en tres vasos 100 mL de agua: uno con agua fría, el segundo con agua a temperatura ambiente y el tercero con agua caliente.
2.
Con la cuchara agrega sal a cada vaso y cuenta el número de cucharadas de sal que el agua puede disolver.
Completa lo siguiente y después contesta las preguntas:
Para el agua fría 5
cucharadas
Para el agua caliente 5
cucharadas
¿En cuál vaso con agua se disolvió más sal?
Actividad de aprendizaje
Contesta de manera breve cada una de las siguientes cuestiones:
¿Cómo se forma una disolución diluida?
¿A qué se debe esto?
¿Cuáles son los principales constituyentes de la sangre humana?
¿En cuál vaso con agua se disolvió menos sal?
¿Qué es una disolución saturada?
¿Por qué sucede esto?
¿Qué significa tener una disolución alcohol-agua al 60?
¿Qué propiedad de las sustancias se estudió en esta actividad experimental?
Actividad experimental
Solubilidad de una sustancia en función
de la temperatura
Reúnete con dos o tres de tus compañeros y realicen la siguiente actividad experimental, en relación con la solubilidad de las sustancias.
Molar
Es la unidad de concentración más utilizada por los químicos y se
define como el número de moles de soluto disueltos en un litro de
disolución. Matemáticamente:
127
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
n
moles
5
V Litros
Antes de estudiar el término de concentración denominado molaridad es necesario saber algo respecto al mol químico.
M5
Elemento
Masa
atómica
No. de
átomos
Masa molar
Na
23 uma
1
23 g
O
16 uma
1
16 g
H
1 uma
1
1g
Como ya se estudió al principio de este curso de Química 2, el mol
es la cantidad de una sustancia que contiene tantas partículas quí­
micas como átomos de carbono hay en exactamente 12 gramos de
carbono-12. Las partículas químicas se deben especificar, y pue­
den ser átomos, moléculas, iones o cualquier otro grupo especifi­
cado de entidades de esta índole.
La molaridad es un término químico que se emplea para propor­
cionar una definición de las concentraciones de una disolución, en
función de la cantidad de partículas de soluto contenidas en un li­
tro de solución.
La molaridad de una disolución se define como el número de
moles de soluto disueltos en un litro de disolución. Matemática­
mente:
Molaridad (M) 5
Moles de soluto (n)
Litros de disolución (V)
Ejemplos
¿Qué molaridad se obtiene al disolver 80 g de hidróxido de sodio (NaOH)
en medio litro de disolución?
Datos
M5?
Masa molar 5 40 g
Para calcular el número de moles de una cierta cantidad de sustan­
cia se divide la masa en gramos entre su masa molar. Por eso, en el
ejemplo anterior:
m
80 g
5
5 2 moles
n5
Masa molar 40 g/mol
Ejemplos
Calcula la molaridad de una solución, si se tienen 100 g de cloro (Cl2)
en 500 mL de agua.
Datos
M5?
m 5 100 g de cloro (Cl2)
P.M. Cl2 5 35.5 3 2 5 71 g/mol
V 5 500 mL 5 0.5 L
m 5 80 g
V 5 0.5 L
Masa molar 5 40 g/mol (NaOH)
Solución
M 5 n/V; M 5 2 mol/0.5 L 5 4 mol/L o M = 4 M de NaOH
n 5 m/M.M.
n 5 número de moles n 5 80 g/40 g/mol 5 2 moles
m 5 masa en gramos
P.M. 5 masa molar en g/mol
Para preparar las disoluciones molares, la masa del soluto se debe
transformar a moles. La masa molar del hidróxido de sodio, en
el ejemplo anterior, se obtiene sumando la masa de un átomo de
sodio, un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno. Y las unida­
des de la masa expresadas en uma (unidad de masa atómica) se
convierten a gramos. Así, la masa molar del hidróxido de sodio es
igual a 40 gramos.
128
Solución
n 5 m/P.M. 5 100 g/ 71 g/mol 5 1.408 moles de cloro
M 5 n/V
M 5 1.408 moles/ 0.5 L 5 2.816 moles/L o 2.816 M cloro
Cuando se disuelve un mol de soluto en la cantidad necesaria de
agua para obtener un litro de disolución, se obtiene una disolución
1 M (1 molar). Por ejemplo, si queremos preparar una disolu­
ción 1 M de sulfato de cobre (CuSO4):
1. Calculamos la masa molar del sulfato de cobre (CuSO4):
Cu: 1 3 63.5 5 63.5 g
S: 1 3 32 5 32 g
O: 4 3 16 5 64 g
P.M. 5 159.5 g/mol
2. Se deben tener por tanto 159.5 g de CuSO4 y disolverlos en
un litro de agua.
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3. El número de moles es de 1.
m
159.5 g
n5
5
5 1 mol
P.M.
159.5 g/mol
M5
m
mol
5
5 1 molar
V
1L
Actividad de aprendizaje
Resuelve los siguientes problemas, selecciona la respuesta correcta y
anótala en el recuadro de la izquierda:
¿Cuál es el porcentaje en masa de una disolución que se ha preparado disolviendo 15 g de cloruro de sodio en 150 mL de agua?
a) 11.73%
b) 9.09%
c) 6.83%
d) 30.63%
¿Qué masa de CuSO4 es necesaria para preparar 3 litros de una
disolución 0.5M?
a) 310 g
b) 120 g
c) 80 g
d) 240 g
N = 1N
a = ?
Solución
a
N5
VE
Despejando: a 5 VEN
EH SO = PM/2 = 98/2 = 49 g/g equivalentes
2
4
(
a 5 (1L) 49
g
g equiv.
)(
1
g equiv.
L
)
5 49 g
Por tanto: a 5 49 g H2SO4
2.
Calcula la normalidad de una disolución de ácido fosfórico
(H3PO4), que contiene 12.5 g disueltos en 400 mL de disolución.
Datos
N=?
PMH PO = 98 g/mol
3
4
Normalidad (N)
a = 12.5 g
Una disolución normal es la que contiene disuelto en un litro de
disolución (1 000 mL), el peso normal o equivalente del soluto.
V = 400 mL
La normalidad (N) de una disolución, se define como el número
de equivalentes gramo de soluto por litro de disolución. Esto es:
a = VEN
Equivalentes gramo de soluto
Normalidad 5
Litros de disolución
Si se representa por E a los “equivalentes gramo de soluto” y por V
a los “litros de disolución”, la ecuación anterior toma la forma:
Solución
a
N5
VE
E H SO 5
2
4
N5
E
N5
V
98
3
5 32.66
g
g equiv.
5
12.5 g
(0.4 L)(32.66 g/g equiv.)
Por tanto: N 5 0.9568 g equiv./L
o
a
N5
VE
donde: N = Normalidad de la disolución = g equivalentes/Litro
a = gramos de soluto = g
V = Volumen de la disolución = L
E = Peso equivalente = g/g equivalentes
Ejemplos
Se agregó a 100 g de NaOH la cantidad de agua suficiente para formar
un litro de disolución, ¿Cuál fue la normalidad de la disolución obte­
nida?
Datos
Ejemplos
1.¿Cuántos gramos de H2SO4, se necesitan para preparar una disolución 1N, en un litro de disolución?
a = 100 g NaOH
V=1L
N=?
Datos
Solución
PMH SO = 98 g/mol
a = VEN
2
4
129
3
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
BLOQUE
N5
a
VE
E NaOH =
E NaOH =
N5
PM
1
40
1
40 g/g equiv.
100 g
(1 L)(40 g/g equiv.)
N = 2.5 g equiv./L
Partes por millón (ppm)
Esta unidad de composición se simboliza como ppm y, en el caso
particular del aire, quiere decir número de moléculas en un millón
de moléculas de aire.
Se dice por ejemplo que la cantidad de dióxido de carbono (CO2)
en la atmósfera parece ir en aumento. Este CO2 absorbe la energía
calorífica que la Tierra emite debido a la entrada de los rayos so­
lares a su superficie. A este fenómeno se le conoce con el nombre
de “efecto invernadero” y es el responsable del aumento de tempe­
ratura de la superficie terrestre. En 1900 la concentración de CO2
en la atmósfera era de 296 ppm y en 1980 de 320 ppm.
Cuando se trata de disoluciones, las partes por millón son miligra­
mos de soluto por litro de disolución.
Ejemplos
Calcular la composición, en ppm de una disolución que contiene 2.5 mg
de iones calcio en 0.4 litros.
ppm de Ca21 5
2.5 mg Ca21
0.4 L
5 6.25 ppm Ca21
3.5 Ácidos y bases
La palabra ácido se deriva del latín acidus, que significa “agrio”, y
también se relaciona con la palabra latina acetum, que significa “vi­
nagre”, el cual se conoce desde la Antigüedad, y es el producto de la
fermentación del vino y la sidra.
En el siglo xi se conocían pocos ácidos (vinagre, jugos de frutas) y ya
se habían desarrollado los métodos y equipos de laboratorio necesa­
rios para la producción de muchos más. El descubrimiento de los
ácidos minerales (es decir, derivados de materiales inorgánicos) co­
menzó en Europa en el siglo xii; probablemente el primero fue el áci­
do nítrico (HNO3), obtenido mediante la destilación del sa­litre
130
(nitrato de sodio y potasio) y el
vitriolo (sulfato de cobre,
CuSO4). La química comenzó
su desarrollo con el curtido de
pieles y la elaboración de ali­
mentos y no es de sorprender
que las primeras clasificacio­
nes de las sustancias se hayan
hecho empleando los recursos
más disponibles de los investi­
gadores: sus sentidos, esto es,
la vista, el tacto, el olfato, el oído
y el gusto. Algunas observacio­
nes per­
mitieron la clasifica­
ción de muchas sustan­cias en
ácidos o bases. Por ello exami­
naremos los ácidos y bases
aplicando una serie de nocio­
nes cuantitativas para estable­
cer la relación entre la fuerza
de los ácidos y bases, y su es­
tructura química.
Figura 3.71
Los ácidos y las bases son
sustancias comunes en casa.
En nuestra casa encontramos diversas sustancias comunes que se
emplean con fines domésticos: la salsa, el vinagre, el café, los jabo­
nes, los detergentes, los limpiadores, la sosa cáustica, las aspirinas,
los antiácidos y la vitamina C. Posiblemente ya hayas probado el
vinagre el cual tiene un sabor agrio; sin embargo, es posible que
sepas que cuando se deja caer un trozo de mármol en una solución
de vinagre desprende dióxido de carbono conforme se disuelve, o
bien que cuando se coloca en vinagre un pedazo de cinc, previa­
mente lijado, se disuelve lentamente acompañado de un despren­
dimiento de hidrógeno gaseoso. El vinagre es una solución acuosa
de ácido acético.
Algunos compuestos pueden clasificarse de acuerdo con la si­
militud de sus propiedades químicas, es decir, las semejanzas en
las clases de reacciones químicas que producen. Entre las familias
más importantes en la química están los ácidos, las bases y las sales. Desde hace siglos, los químicos definieron los ácidos y las ba­
ses, según las propiedades de sus soluciones acuosas; un ácido es
una sustancia cuya disolución acuosa posee un sabor agrio, tiñe de rojo el
papel tornasol azul, reacciona con los metales activos, con desprendimiento de hidrógeno y neutraliza a las bases (reacción de neutralización).
Ejemplo:
neutralización
Ácido
1
Base
Sal
HCl
1
NaOH
NaCl
Hidróxido
de sodio
Cloruro
de sodio
Ácido
clorhídrico
1 Agua
1 H2O
Agua
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De manera análoga, una base se define como aquella sustancia cuya
disolución acuosa posee un sabor amargo, tiñe de azul el papel tornasol
rojo, tiene aspecto jabonoso y al reaccionar con los ácidos produce una sal
más agua.
Los indicadores son compuestos que muestran un cambio defini­
do de color cuando se mezclan con un ácido o una base. El papel
indicador o tornasol cambia de azul a rojo en una disolución ácida.
La fenolftaleína, que es uno de los indicadores más conocidos, es
incolora en disolución ácida y se vuelve roja en disolución básica.
Los ácidos reaccionan con los metales activos formando una sal y
desprendiendo hidrógeno. Esta reacción es corrosiva para el metal
y produce un residuo. Por ejemplo, el ácido sulfúrico de las baterías
para auto corroe las terminales y deja un residuo.
Actividad experimental
Con la supervisión de tu maestro reúnete en equipos de cuatro o cinco
alumnos y resuelvan esta actividad. Contesten las preguntas y elaboren un informe escrito con sus resultados y conclusiones; expóngalo
ante el grupo.
2. ¿Qué le sucede al agua?
3. Retiren los trozos de la col morada y llenen los frascos goteros con
el líquido obtenido (indicador).
4. Marquen los cuatro vasos desechables con los siguientes nombres:
limón, vinagre, leche y detergente.
5. Viertan un poco de las sustancias anteriores en su respectivo vaso.
6. A cada uno de los líquidos anteriores agréguenles unas cinco gotas
del indicador formado en el paso 1.
7. Preparen dos frascos goteros con la disolución formada con la col,
que servirán de referencia al experimento; agréguenle dos gotas de
ácido muriático (ácido clorhídrico, HCl) a dos frascos y dos gotas
de sosa cáustica (hidróxido de sodio, NaOH) a los otros dos frascos
goteros. Anoten sus observaciones en el cuadro siguiente:
Sustancia
Jugo de limón
Jugando al químico analista
Propósito
Vinagre
Identificar ácidos y bases mediante la utilización de un indicador vegetal (col morada).
Leche
Material
n
col morada
n
5 frascos con gotero
n
agua recién hervida
n
un poco de leche
n
4 vasos desechables
n
un poco de detergente
n
1 limón
n
1 cuchillo
n
un poco de vinagre
n
1 agitador
Coloración que toma con
las gotas de disolución
de col en agua
Detergente
¿Qué función tiene el indicador formado en esta actividad
¿Lo podrían utilizar con otras sustancias?
Figura 3.72
Una col morada o trozos de la misma
en agua.
¡Precaución! Debes tener cuidado al cortar la col morada con el
cuchillo.
Si tu respuesta es afirmativa escribe tres ejemplos:
Conclusiones:
Cuando manejes agua caliente, hazlo con cuidado, ya que al
derramarla te puedes quemar.
Procedimiento
1. Corten en trozos pequeños la col morada y sumérjanlos en el agua
recién hervida con ayuda del agitador, durante 15 minutos.
131
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
De acuerdo con la teoría de Arrhenius y como se ha mencionado
en párrafos anteriores, un ácido es toda sustancia que al estar en
disolución acuosa produce iones hidrógeno (H1) y una base es
toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones
oxhi­drilo (OH2). La doble flecha significa que la reacción se pue­
de verificar en ambos sentidos, es decir, es reversible.
Ejemplos
HA(ac)
Ácido general HCl(ac)
Ácido clorhídrico
H2SO4(ac)
Ácido sulfúrico
MOH(ac)
Base general
NaOH(ac)
Hidróxido de sodio Ca(OH)2(ac)
Hidróxido de calcio
Las dos flechas
H1(ac)
1
A2(ac)
ion hidrógeno
anión
H1(ac)
1
ion hidrógeno
2H1(ac)
1
ion hidrógeno
M1(ac)
1
catión
1
Na
(ac)
1
ion sodio
Ca12(ac)
1
ion calcio
Cl2(ac)
ion cloruro
SO422(ac)
ion sulfato
OH2(ac)
ion oxhidrilo
OH
2
(ac)
ion oxhidrilo
2 OH2(ac)
ion oxhidrilo
indican que la reacción se verifica en ambos sentidos.
Esta definición está restringida en el sentido de que el concepto se
limita al disolvente agua, sin embargo, muchas reacciones químicas
de naturaleza similar pueden llevarse a cabo en disolventes no
acuosos y en reacciones sin disolventes.
Fuerza de los ácidos y de las bases
La fuerza de un ácido o una base se determina por medio del pH, el
cual representa la concentración de iones de hidrógeno que posee
una disolución por medio de una escala de valores que va del 0
al 14.
H2O(l) 1 HCl ( g)
H3O1(ac) 1 Cl2 (ac)
Agua 1 cloruro de hidrógeno ion hidronio 1 ion cloruro
Una disolución puede ser ácida, básica o neutra. Las disoluciones
ácidas tienen concentraciones del ion hidronio (H3O1) o hidró­
geno (H1), que son superiores a las del agua pura, y las básicas tie­
nen concentraciones de dicho ion hidrógeno (H1) que son
inferiores a las del agua pura. En ciertas reacciones biológicas y
132
químicas que se producen en disoluciones acuosas, la concentra­
ción del ion hidrógeno, o acidez, tiene una importancia vital. Por
ejemplo, la acidez de la sangre humana se debe mantener a cierto
nivel; cualquier desviación en la concentración del ion hidronio de
la sangre que sobrepase en cierto margen dicho nivel, puede pro­
ducir enfermedad y muerte. Los peces y las plantas no pueden so­
brevivir en agua con concentraciones excesivas de acidez. La
concentración se expresa en molaridad (mol/L).
Los ácidos fuertes se ionizan totalmente y producen muchos iones
hidrógeno en disolución. Los ácidos fuertes más comunes son el
nítrico (HNO3), el sulfúrico (H2SO4) y el clorhídrico (HCl). Por
ser ácidos fuertes están totalmente ionizados (al 100%).
HCl(ac)
Ácido clorhídrico
H2SO4(ac)
Ácido sulfúrico
HNO3(ac)
Ácido nítrico
H1(ac)
1
ion hidrógeno
Cl2(ac)
ion cloruro
1
SO422(ac)
ion hidrógeno
ion sulfato
2H1(ac)
1
NO32(ac)
ion hidrógeno
ion nitrato
H1(ac)
Un ácido fuerte hay que manejarlo en el laboratorio con mucha
precaución, ya que provoca graves quemaduras en la piel y daños
en los ojos. En caso de accidente hay que la­varnos inmediatamente
con bastante agua la superficie de contacto para reducir la concen­
tración de iones hidrógeno y los daños que pueda producir. En los
ácidos débiles sólo algunas de las moléculas disueltas se ionizan
para formar iones hidrógeno. Son menos perjudiciales que los áci­
dos fuertes. De hecho, en el hogar utilizamos algunos de ellos,
como el ácido cítrico que viene en el jugo de limón o de toronja y
el vinagre, que es una solución de ácido acético al 5%. Los refrescos
carbonatados contienen CO2 disuelto en forma de ácido carbóni­
co (H2CO3).
En la ionización de los ácidos débiles, la doble flecha indica la pre­
sencia de las moléculas y iones del ácido:
CH3COOH(ac)
Ácido acético
H2CO3(ac)
Ácido carbónico
H1(ac)
1 CH3COO2(ac)
ion hidrógeno
H1(ac)
1
ion acetato
HCO32(ac)
ion hidrógeno ion bicarbonato
En el agua, las bases fuertes se separan totalmente en iones y uno de
ellos es el ion oxhidrilo (OH2).
Las bases fuertes son los hidróxidos de los elementos de los grupos
IA y IIA. El NaOH y el KOH son las que con más frecuencia se
utilizan.
Grupo Editorial Patria®
Na1(ac)
NaOH(ac)
Hidróxido de sodio
1
ion sodio
ion oxhidrilo
1
KOH(ac)
K
Hidróxido de potasio
OH2(ac)
1
(ac)
ion potasio
OH2(ac)
ion oxhidrilo
En altas concentraciones los iones hidroxilo provocan daños en la
piel y los ojos. Las bases fuertes como la sosa cáustica (lejía), se em­
plean en los productos caseros para disolver la grasa de los hornos
y destapar drenajes. El uso de estos productos en el hogar debe rea­
lizarse con mucho cuidado.
La mayoría de los hidróxidos no son muy solubles en agua, aunque
sí se disocian al 100% en iones. Uno de ellos es el hidróxido de
magnesio Mg(OH)2, un antiácido que se denomina leche de mag­
nesia y se utiliza para contrarrestar los efectos de la acidez estoma­
cal excesiva.
Mg(OH)2(ac)
Hidróxido de magnesio
Mg12(ac) 1
ion magnesio
2OH2(ac)
Ácidos fuertes:
pH de 1 a 3
ion oxhidrilo
Ácidos débiles:
pH de 4 a 6
Disolución neutra:
pH 5 7
Bases débiles:
pH de 8 a 11
Bases fuertes:
pH de 12 a 14
Las bases débiles producen sólo algunos iones hidroxilo al reaccio­
nar con agua. La base débil más común es la disolución acuosa de
amoniaco (NH3), que se utiliza en los limpiadores de ventanas
de uso doméstico.
El amoniaco reacciona con el agua aceptando un protón. El ion hi­
droxilo resultante da carácter básico a la disolución.
La doble flecha en la ecuación indica que sólo algunas de las mo­
léculas de amoniaco disueltas están ionizadas en determinado
momento.
NH3(g) 1 H2O(l)
Amoniaco
agua
1
NH4
(ac)
–
1 OH
(ac)
ion amonio ion oxhidrilo
Para medir la fuerza de un ácido o una
base se utiliza el pH, el cual represen­
ta, de una manera sencilla y cómoda,
la acidez de una disolución, en térmi­
nos numéricos. La concentración de
iones hidrógeno que posee una diso­
lución se mide por medio de una esca­
la de valores que va del 0 al 14; por
tanto, las disoluciones que contienen
más iones H+ que iones OH– tienen
valores de pH menores que 7, y las di­
soluciones que contienen menos io­
nes H+ que iones OH– tienen valores
mayores que 7.
pH < 7.00 Disolución ácida
Figura 3.73
Ácido clorhídrico.
Figura 3.74
Tiras de papel universal. Cambia de color según si la disolución
es ácida o básica en un amplio rango de colores.
pH 5 7.00 Disolución neutra
pH > 7.00 Disolución básica
Para medir el pH de las soluciones utilizamos tiras de papel univer­
sal, cuya coloración especifica el valor que le corresponde. Sin em­
bargo, en la actualidad se cuenta con instrumentos más precisos
llamados potenciómetros, de tipo digital, que expresan exactamen­
te el valor del pH.
La escala de colores del papel
universal va del rojo al rosa páli­
do y del azul claro al azul oscuro.
Es muy importante conocer el
valor del pH de la sangre huma­
na, el cual es muy relevante, está
entre 7.3 y 7.5, lo cual indica que
es ligeramente básica. Si el valor
del pH sube a 7.8 o baja a 7.0
se producen alteraciones en el
control de las reacciones que se
llevan a cabo en las células pro­ Figura 3.75
vocando trastornos graves, inclu­ Potenciómetro digital.
so la muerte. Por este motivo se debe regular el pH, para lo cual se
utilizan unas disoluciones llamadas amortiguadoras o reguladoras.
En el caso de la sangre se utilizan el ácido carbónico (H2CO3) y el
bicarbonato de sodio (NaHCO3), el fosfato ácido monosódico
(NaH2PO4) y el fosfato ácido disódico (Na2HPO4), así como cier­
tas proteínas.
Asimismo, es muy importante la acidez o basicidad de las sustan­
cias que se utilizan en la industria de los fertilizantes, pigmentos y
fibras sintéticas.
133
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Para tu reflexión
Para tu reflexión
Cómo desteñir
la mezclilla
Los ácidos intervienen en tu vida cotidiana
Antes de decidirte a darle un aspecto usado y descolorido a tu ropa de
mezclilla nueva, recuerda que una
aplicación fuerte de blanqueador
debilita la composición de las fibras
y, por tanto, reduce la vida de las
prendas. La forma más conveniente
de decolorar la mezclilla es hacerlo
gradualmente; para ello añade una
taza de blanqueador al agua de la
lavadora cada vez que laves tu ropa,
hasta que ésta adquiera el tono deseado.
Cuando los combustibles son quemados, se produce dióxido de
azufre y dióxido de carbono. Esto ocurre porque en las ciudades
el aire tiene cinco veces más dióxido de azufre; el SO2 y el CO2
reaccionan con el vapor de agua en el aire para formar los ácidos,
sulfuroso y carbónico, respectivamente.
a) En el aire (lluvia ácida)
1
H 2O
H2SO3
(ácido sulfuroso)
CO2
1
H 2O
H2CO3
(ácido carbónico)
Estos ácidos forman lo que se conoce como lluvia ácida, que causa severos daños a las esculturas de piedra principalmente.
Figura 3.76
La mezclilla es una tela
de algodón asargado de
hilos blancos y urdimbre,
teñida de azul índigo.
Para tu reflexión
Para tener un cabello sedoso se debe
tener un control del pH
¿Tiene realmente que ver el control del pH (potencial de hidrógeno) de
los productos para el cuidado del cabello con la limpieza, el brillo y el
vigor de tu cabello? Cada cabello está formado por muchas cadenas de
aminoácidos, enlazadas entre sí en forma de polímeros llamadas proteínas. Las cadenas individuales se pueden unir con otras de tres formas diferentes: 1) puentes de hidrógeno, 2) enlaces salinos, producto
de interacciones ácido-base y 3) puentes disulfuro.
Cuando el cabello está mojado, los puentes de hidrógeno se rompen.
Al peinarlo y formarlo, los puentes de hidrógeno se forman en lugares
nuevos y mantienen el cabello peinado como se desea. Si usamos en
el cabello una disolución ácida, con pH de 1 a 2, los puentes de hidrógeno y los enlaces salinos se rompen a la vez y sólo quedan los puentes disulfuro para mantener unidas las cadenas. En una disolución
moderadamente alcalina de pH 8.5, algunos de los puentes de disulfuro también se rompen. La superficie externa del cabello se hace áspera y la luz no se refleja de manera uniforme en ella; el cabello se ve
opaco. El uso de un champú alcalino causa daños por el continuo rompimiento de los puentes de disulfuro, y es la causa de las “puntas separadas” u orzuela.
Si el pH aumenta hasta 12 aproximadamente, el cabello se disuelve,
porque se rompe todo tipo de enlace. El cabello tiene su resistencia
máxima a un pH entre 4 y 5. El uso del champú tiende a dejarlo un poco
alcalino, de modo que a veces se usa un enjuague débilmente ácido
para regresar el pH a su intervalo normal. Para ello se acostumbra usar
productos caseros como el jugo de limón o el vinagre.
134
SO2
b) En el cuerpo
La pared estomacal produce ácido clorhídrico, con un pH cerca
de 2 en el estómago. Esta acidez ayuda a la descomposición de
los alimentos, particularmente las proteínas y los carbohidratos.
Las proteínas se descomponen en moléculas más pequeñas llamadas péptidos y aminoácidos. Los carbohidratos se transforman
en moléculas más pequeñas, como la glucosa. Estas sustancias
son clave para el funcionamiento adecuado de nuestro organismo. Como decíamos antes el pH de la sangre es de 7.4 (ligeramente alcalina). La mayoría de las reacciones en nuestro cuerpo
se presentan dentro de un reducido rango de pH. Un cambio de
pH en tu estómago te produce una indigestión, pero un cambio
de pH de 0.5 en la sangre probablemente te mataría. Para prevenir estos cambios en el pH, nuestro organismo contiene sustancias que contrarrestan los efectos de los ácidos y de las bases
o álcalis.
c) En la casa
La mayoría de los alimentos y bebidas contienen ácidos. Las frutas cítricas: naranjas, limones, piñas, toronjas, contienen ácido
cítrico. La salsa catsup y el vinagre contienen ácido acético.
Una de las bebidas más comunes, los refrescos o “sodas”, están
hechos de dióxido de carbono disuelto en agua a presión. Algunas
de las moléculas del CO2 reaccionan con el agua para formar el
ácido carbónico. Cuando el refresco se destapa, escapa un gas
con burbujas de CO2 que están en la bebida. Otras bebidas efervescentes que gustan mucho son los refrescos de cola y la limonada, que contienen ácido carbónico.
d) En el suelo
El pH es muy importante en los suelos agrícolas. En el suelo puede variar desde 4 a 8, pero la mayoría de los suelos tienen un pH
entre 6.5 y 7.5. En áreas de yeso y piedra caliza, los suelos son
alcalinos, pero en zonas areniscas y áreas reforestadas, los suelos normalmente son ácidos. Es conveniente tratar las áreas
demasiado ácidas con carbonato de calcio e hidróxido de calcio
para mantener el pH en los niveles antes mencionados y así tener
una mejor producción de los suelos agrícolas.
Grupo Editorial Patria®
Ejemplos
HCl
Ácido clorhídrico
HBr
hidróxido de sodio
KOH
1
Ácido bromhídrico
H2SO4
Ba(OH)2
1
HCl
Ácido clorhídrico
hidróxido de bario
Mg(OH)2
1
HNO3
hidróxido de magnesio
Al(OH)3
1
Ácido nítrico
hidróxido de aluminio
Neutralización, formación
de sales e indicadores
HA
1
base
1 MOH
cloruro de sodio agua
1
bromuro de potasio
BaSO4
H2O
agua
1
H2O
sulfato de bario
agua
MgCl2
1
H2O
cloruro de magnesio
agua
Al(NO3)3
1
H2O
nitrato de aluminio
agua
Intervalos de pH
Cambio de color
Violeta de metilo
0.2–2.0
Amarillo a violeta
2H2O
Anaranjado de metilo
3.0–4.4
Rojo a amarillo
base agua
Azul de bromofenol
3.0–4.6
Amarillo a púrpura
Verde de bromocresol
3.8–5.4
Amarillo a azul
Rojo de metilo
4.4–6.2
Rojo a amarillo
Paranitrofenol
5.0–7.0
Incoloro a amarillo
Púrpura de bromocresol
5.2–6.8
Amarillo a púrpura
Azul de bromotimol
6.0–7.6
Amarillo a azul
Esta es la reacción fundamental que tiene lugar al neutralizarse mu­
tuamente los ácidos y las bases en disoluciones acuosas. Las pro­
piedades características de los ácidos y las bases desaparecen al
reaccionar los iones responsables de estas propiedades para dar
agua. Por tanto, se puede concluir que una reacción de neutraliza­
ción, según Arrhenius, es la que se efectúa entre un ácido y una
base para producir sal más agua:
Ácido
H2O
Indicador
H3O1 1 OH2
Ácido
1
uso selectivo de estos indicadores ácido-base, algunos de los cuales
se muestran a continuación:
Al entrar en contacto los ácidos y bases en disolución acuosa, los
iones hidronio (H3O1) y los iones oxhidrilo (OH2) de la base se
combinan para formar agua. La ecuación es la siguiente:
NaCl
KBr
hidróxido de potasio
Ácido sulfúrico
NaOH
1
sal 1
agua
Rojo de fenol
6.4–8.2
Amarillo a rojo
MA
H2O
Púrpura de metacresol
7.6–9.2
Amarillo a púrpura
Fenolftaleína
8.2–10.0
Incoloro a rojo
Amarillo de alizarina
10.1–11.1
Amarillo a lila
Carmín de índigo
12–14
Azul a amarillo
Indicadores
Son aquellas sustancias que responden a los medios ácido o básico
con cambios de color. Son ácidos o bases débiles en los cuales la
forma molecular tiene un color diferente al de la forma iónica. Para
determinar el pH específico, se debe seleccionar un indicador ade­
cuado, puesto que éste tiene un cambio de coloración únicamente
en cierto rango de pH.
Los intervalos del pH de los indicadores ácido-base han sido cui­
dadosamente determinados, por tanto, si se hace la debida elección
se podrá determinar un valor de pH con gran exactitud mediante el
Los pigmentos naturales llamados antocianinas producen tonos
azules y rojos de hojas, tallo, flores y frutos. Cambian de color cuan­
do varía el pH, por eso es posible elaborar indicadores de vegetales
con esos colores, por ejemplo: la col o el repollo morado, el betabel
y la jamaica.
135
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Actividad experimental
Tubo 3, ácido sulfúrico:
Ácidos y bases
Tubo 4, ácido acético:
Propósito
Estudiar las propiedades de algunos ácidos y bases comunes en la ex­
perimentación química. Obtener una base típica, el hidróxido de sodio.
Material
n
1 navaja
tubos de ensayo de
13 3 100 mm
n
1 cápsula de porcelana
n
vidrio de reloj
n
papel indicador
n
4 portaobjetos
n
pinzas para crisol
n
2 pipetas de 5 mL
n
1 gradilla
n8
Sustancias
n
agua destilada
n
ácido clorhídrico
n
ácido nítrico
n
ácido sulfúrico
n
n
nindicador
de anaranjado de
metilo
n
hidróxido de sodio
n
granallas de cinc
n
hidróxido de amonio
ácido acético
n
hidróxido de calcio
indicador de fenolftaleína
n
un trocito de sodio metálico
¡Precaución! Maneja con mucho cuidado los ácidos y las bases,
ya que te pueden causar severas quemaduras. Si tienes dudas
consulta con tu profesor.
Experimento 2. Reacción con los metales
1.Prepara 4 tubos de ensayo siguiendo las indicaciones anteriores,
en cada disolución de los diferentes ácidos deja caer unas cuantas granallas de cinc. Anota tus observaciones.
Tubo 1, ácido clorhídrico:
Tubo 2, ácido nítrico:
Tubo 3, ácido sulfúrico:
Tubo 4, ácido acético:
Experimento 3. Propiedades de algunas bases
1.En la gradilla coloca tres tubos de ensayo, vierte en cada tubo
2 mL de agua destilada y al primero añade 6 gotas de la disolución de hidróxido de sodio, al segundo 6 gotas de disolución de
hidróxido de amonio y al tercero 6 gotas de la disolución de hidróxido de calcio.
Tubo 1, hidróxido de sodio:
Tubo 2, hidróxido de amonio:
Tubo 3, hidróxido de calcio:
2.Saca los tubos e inclínalos para que se humedezca una tira de
papel indicador. Anota tus observaciones.
Tubo 1, hidróxido de sodio:
Tubo 2, hidróxido de amonio:
Tubo 3, hidróxido de calcio:
PROCEDIMIENTO
Experimento 1. Propiedades de algunos ácidos
1.En una gradilla coloca 4 tubos de ensayo y marca cada tubo de tal
manera que indique el ácido que va a contener.
2.Vierte 2 mL (tomados con la pipeta) de agua destilada en cada
tubo de ensayo y después 3 gotas de ácido concentrado (con otra
pipeta) en su tubo respectivo y agita; toma un tubo de ensayo e
inclínalo con cuidado; humedece un pedazo de papel indicador con
la solución y retíralo. Anota tus observaciones.
Tubo 1, ácido clorhídrico:
Tubo 2, ácido nítrico:
Tubo 3, ácido sulfúrico:
Tubo 4, ácido acético:
3.Coloca unas gotas de cada uno de los tubos de ensayo en 4 portaobjetos y añádeles unas gotas del indicador fenolftaleína. Anota
tus observaciones.
Tubo 1, ácido clorhídrico:
Tubo 2, ácido nítrico:
136
3.Coloca unas gotas de cada disolución en 3 portaobjetos y agrega
unas gotas del indicador fenolftaleína. Anota tus observaciones.
Tubo 1, hidróxido de sodio:
Tubo 2, hidróxido de amonio:
Tubo 3, hidróxido de calcio:
4.A las disoluciones sobrantes de los tubos de ensayo, añade una
gota del indicador anaranjado de metilo; compara la intensidad
del color en los tubos de ensayo. Anota tus observaciones.
Tubo 1, hidróxido de sodio:
Tubo 2, hidróxido de amonio:
Tubo 3, hidróxido de calcio:
Compara y comenta los resultados obtenidos con los de otros compañeros de clase.
Grupo Editorial Patria®
Anota tus conclusiones:
Sustancia
Cambió
el papel
tornasol rojo
Cambió
el papel
tornasol azul
Carácter
ácido
o básico
sosa
vinagre
limpiador de
amonio
leche de
magnesia
saliva
Actividad experimental
Actividad experimental
Identificación de ácidos y bases
en sustancias de uso común
Neutralización de una base
Reúnete con tus compañeros de clase y realiza este experimento en tu
casa; anota tus observaciones y conclusiones. Comenta los resultados
obtenidos con los de otros compañeros y analiza las diferencias.
Comprobar que la neutralización es la reacción entre un ácido y una
base y que produce una sal.
Propósito
Material
Determinar con ayuda de papel tornasol rojo y azul si una sustancia es
ácida o básica.
Procedimiento
1. Pídele a tu maestro varias tiras de papel tornasol rojo y varias tiras
de papel tornasol azul.
2. Coloca una o dos gotas de cada una de las sustancias siguientes, en
el papel tornasol rojo y azul, para saber si es un ácido o una base.
Sustancia
jugo de naranja
leche
Propósito
Cambió
el papel
tornasol rojo
Cambió
el papel
tornasol azul
Carácter
ácido
o básico
n
10 mL de amoniaco doméstico
n
10 mL de vinagre blanco
n
1 gotero
n
20 mL de agua de col
n
6 tiras de papel filtro (preparado con el agua de col)
Procedimiento
1. Humedece una orilla del papel indicador en el amoniaco. Anota tus
observaciones.
¿Hubo cambio de color?
¿A cuál?
2. Humedece otro papel indicador con vinagre. Anota tus observaciones.
¿Hubo cambio de color?
¿A cuál?
té
café
3. Llena el gotero con vinagre.
4. Deja caer el vinagre sobre la orilla humedecida con amoniaco gota
a gota hasta que cambie al color original del papel.
¿Qué tipo de sustancia es el vinagre?
137
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
¿Y el amoniaco?
Compara tus resultados con los de otros
compañeros y discute
las diferencias si es
que las hay.
5. Deposita, poco a poco, el ácido sobrante en el recipiente que contiene amoniaco.
¿Qué le ocurre al papel indicador?
Anota tus observaciones y conclusiones.
Actividad de aprendizaje
1. Escribe cinco propiedades de los ácidos y cinco de las bases en
el siguiente cuadro.
Ácidos
Bases
2. Contesta las siguientes preguntas:
a) ¿Qué es un ácido?
b) ¿Qué es una base o hidróxido?
c) ¿Qué es una sal?
d) ¿Qué es un indicador?
e) ¿Qué es el calor de neutralización?
3. Completa las siguientes reacciones químicas:
a) Ácido clorhídrico 1 hidróxido de potasio
b) Ácido nítrico
1 hidróxido de sodio
c) Ácido clorhídrico 1 hidróxido de calcio
138
Grupo Editorial Patria®
Actividad complementaria
Completa el siguiente mapa conceptual.
La concentración de las
disoluciones
Puede ser
Molar
ppm
se define como
puede ser
que significa
% masa
se obtiene con la
fórmula
se obtiene con la
fórmula
se obtiene con la
fórmula
un ejemplo es
un ejemplo es
un ejemplo es
ejemplo
139
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
La Autoevaluación es una estrategia que te permite conocer y valorar tu progreso en el proceso de aprendizaje, también te ayuda a profundi­
zar en gran medida en el autoconocimiento y comprensión de una actividad . Marca con una la respuesta.
O
AUTOEVALUACIÓN
Nombre del estudiante:
Tiempo asignado:
Fecha:
Núm.
Logrado
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.
Sí
Puntuación máxima:
No
10
Puntuación obtenida.
Comentarios:
Aplicación de las TICs
Utilizando Internet completa el siguiente cuadro:
Sistema
Definición
Disolución
Coloide
Suspensión
Emulsión
Envía tu respuesta por correo electrónico a tu profesor.
140
Ejemplo
Grupo Editorial Patria®
Instrumentos de evaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­
vas. En esta sección encontrarás una serie de actividades que están diseñadas para valorar los conocimientos y actitudes del proceso de apren­
dizaje adquirido durante el desarrollo del bloque, las cuales te permitirán mejorar tu desempeño a lo largo del curso.
Cuestionario
Propósitos:
1. Identificar los métodos que utiliza el estudiante al responder
las preguntas de carácter científico de forma correcta y, a partir
de ello, validar los resultados obtenidos con los de sus compa­
ñeros de clase.
2. Explicar los procesos teóricos que dan solución a los proble­
mas planteados, así como demostrar su utilidad e identificar la
importancia que tiene su aplicación en actividades de la vida
cotidiana.
c) ¿Cómo se clasifican las disoluciones acuosas?
d) ¿Qué es una disolución diluida?
e) Escribe tres ejemplos de disoluciones diluidas.
f ) ¿Qué es una disolución saturada?
Instrucciones:
1. Analiza y resuelve cada uno de los reactivos que integran este
cuestionario.
g) Escribe tres ejemplos de disoluciones saturadas.
2. Intercambia el trabajo realizado con un compañero, contras­
ten los resultados obtenidos y soliciten la retroalimentación
del profesor a fin de tener la información clara y correcta.
h) ¿Qué es una disolución sobresaturada?
a) ¿Qué es una disolución acuosa?
b) Escribe tres sustancias cotidianas que sean disoluciones
acuosas.
i) ¿Qué es la solubilidad?
j) ¿Cuál es la importancia del agua en nuestro organismo?
II. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro de la izquierda.
1. ¿Cuál de las siguientes sustancias se comprime?
a) un cubo de plata
b) ½ litro de agua
c) ¼ de litro de CO2
d) hielo
2. Toma la forma del recipiente que lo contiene y presenta el fenómeno de la viscosidad:
a) sólidob) líquidoc) gasd) plasma
3. No se comprime y tiene espacios intermoleculares pequeños:
a) sal de cocina
b) alcohol
c) gas natural
d) un refresco
4. Una parte uniforme de materia es llamada:
a) mezcla
b) heterogénea
c) fase
d) sistema heterogéneo
5. Es el cambio de estado que sufre la cera al calentarse:
a) solidificación
b) evaporación
c) sublimación
d) fusión
6. Cuando metes el agua al congelador, el cambio de estado que sufre es:
a) sublimación
b) solidificación
c) condensación
d) evaporación
141
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
7. Si dejas destapado el alcohol éste cambia al estado gaseoso, cambio que se denomina:
a) fusión
b) cristalización
c) evaporación
d) licuefacción
8. Cuando el aire gaseoso se pasa a líquido, el cambio es:
a) licuefacción
b) vaporización
c) cristalización
d) congelación
9. La sublimación implica el cambio de:
a) gas a sólido y de sólido a gas sin pasar por el líquido.
b) sólido a líquido.
c) líquido a gas pasando por sólido.
d) sólido a líquido pasando por gas.
10. Al calentar agua en un recipiente con tapa de vidrio y dejarla enfriar el vapor de agua cambia a líquido; el cambio de estado
se llama:
a) evaporación
b) efusión
c) condensación
d) sublimación
11. Método que se usa para separar una mezcla de dos sustancias que tienen diferente punto de ebullición.
a) evaporación
b) destilación c) sublimación
d) filtración
12. Las mezclas se caracterizan porque:
a) Tienen propiedades físicas y químicas diferentes.
b) Su composición es definida.
c) Se separan sus componentes por medios mecánicos.
d) Se requiere una gran energía para separar sus componentes.
13. La diálisis, la cromatografía y la centrifugación son ejemplos de métodos de separación de:
a) elementos
b) compuestos
c) mezclas
d) cambios de estado
14. El método adecuado para lograr la separación de una mezcla formada por dos líquidos solubles entre sí es:
a) evaporación
b) destilación
c) condensación
d) filtración
15. ¿Cuáles de los siguientes métodos sirven para separar mezclas?
a) solidificar, licuar y gasificar
b) congelar, fundir y evaporar
c) filtrar, cristalizar y destilar
d) disolver, agitar y dispersar
16. Los componentes de la sangre se separan por:
a) destilación
b) decantación
c) evaporación
d) centrifugación
17. Los cristales de yodo al calentarse pasan del estado sólido a vapores violetas; a este fenómeno se le llama:
a) fusión
b) sublimación
c) condensación
d) evaporación
18. Los coloides presentan las siguientes características:
a) Sedimentan la fase dispersa y sus partículas son grandes.
b) Tienen movimiento browniano y presentan el efecto Tyndall.
c) No presentan fase dispersa, pero sí dispersora.
d) La fase dispersora se mueve en forma especial y la fase dispersa no.
19. Las soluciones se caracterizan por:
a) Presentar una fase dispersa con partículas pequeñas disueltas en la fase dispersora.
b) Presentar una fase dispersora, pero no dispersa.
c) Flocular la fase dispersa separándose de la dispersa y formando dos fases.
d) Tener partículas grandes que podemos ver dispersas en la fase dispersora.
20. Son características de las suspensiones:
a) El tamaño de sus partículas es pequeño y presentan el efecto Tyndall.
b) La fase dispersora no se separa de la fase dispersa y presentan movimiento browniano.
c) El tamaño de las partículas de la fase dispersa es grande y sedimentan separándose de la fase dispersora.
d) No sedimenta la fase dispersa y las partículas de esta fase son pequeñas.
142
Grupo Editorial Patria®
III. Relaciona ambas columnas escribiendo dentro del recuadro la letra correcta.
1.Unión aparente entre dos o más sustancias las cuales, al separarse por procesos físicos o mecánicos, conservan sus propiedades.
a) Sublimación
b) Fusión
2. Cambio del estado líquido a gas o vapor.
c) Mezcla
3. Sistema con más de una fase.
d) Licuefacción
4. Presenta baja densidad y se comprime.
e) El gas dióxido de carbono
5.Paso de una sustancia del estado sólido al de gas o vapor y de éste nuevamente al estado sólido sin pasar por el líquido.
f ) Los sólidos
6. Sistema con una sola fase.
g) Heterogéneo
h) Evaporación
7. Cambio del estado sólido a líquido.
i) Homogéneo
8. Presenta forma y volumen definidos.
9. Cambio del estado gaseoso a líquido.
IV. Escribe la palabra homogénea o heterogénea, según corresponda a cada una de las siguientes mezclas:
a) Agua con aceite de máquina
e) Limadura de hierro y azufre
b) Acetona con agua
f ) Alcohol y agua destilada
c) Arena de mar y agua
g) Refresco con hielo
d) Leche con agua
V. Escribe sobre la línea una V si el enunciado es verdadero y una F si es falso:
1.Si tenemos partículas suspendidas en un líquido no se pueden separar.
4.En la filtración separamos partículas sólidas por su ta­
maño.
2. Líquidos miscibles se separan por destilación.
5. La sal de cocina se obtiene por evaporación.
3.A las partículas que sedimentan no les afecta la grave­ dad.
6. Líquidos no miscibles se separan por centrifugación.
VI. Relaciona las siguientes columnas, anotando en el recuadro de la izquierda la letra que corresponda a la respuesta correcta.
1.La centrifugación se utiliza para separar...
2.Una mezcla de acetona y agua se separa por...
3.Una mezcla de yodo y arena al calentarla, se separa por...
4.Para quitar la nata de la leche se utiliza el método de...
5.El método utilizado para separar aceite de agua es la...
6.Cuando el agua se pone en el congelador del refrigerador se...
7.Para separar tinta negra lo hacemos por...
8.Cuando llueve, se mojan las calles y si de repente sale el sol, el agua sufre una…
9.Al tener una disolución de cloruro de sodio, para recuperar la sal en forma
sólida, se efectúa…
a) Filtración
b) Sublimación
c) Destilación
d) La crema de la leche
e) Evaporación
f ) Solidifica
g) Cristalización
h) Decantación
i) Cromatografía
143
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
VII. Resuelve los siguientes problemas.
1. ¿A qué porcentaje en masa corresponden 40 g de hi­
dróxido de calcio (Ca(OH)2), en una disolución de
200 g de agua?
2. ¿Cuántos gramos de sulfato de cobre (CuSO4), disueltos
en 25 mL de agua, se necesitan para preparar 100 mL de
disolución a 80% en masa?
3. ¿Cuál es el porcentaje en volumen en una disolución que
contiene 30 mL de concentrado de jamaica en 500 mL
de agua?
4. ¿Qué cantidades de agua y alcohol se necesitan para pre­
parar una disolución de alcohol a 70% en volumen?
5. Calcula la concentración porcentual de 500 gramos de
disolución si contiene disueltas las siguientes cantidades
de soluto:
Gramos
g soluto
de
% de masa 5
3 100
g disolución
soluto (g)
Concentración
(%)
8. ¿Qué porcentaje en masa resultará al disolver 30 g de sal
de mesa en 100 g de agua?
9. ¿Cuántos gramos de una disolución al 15% en masa de
nitrato de sodio contienen 450 g de disolución?
10. ¿Cuál será el porcentaje en volumen de una disolución
líquida que se ha preparado disolviendo 90 mL de soluto
en 90 mL de disolvente? (cuando soluto y solvente es­
tán en la misma cantidad, cualquiera puede ser tomado
como soluto o solvente).
11. Las soluciones salinas fisiológicas que se usan en las inyec­
ciones intravenosas tienen una concentración en masa de
1.5% de cloruro de sodio, ¿cuántos gramos de cloruro
de sodio se necesitan para preparar 500 g de esta disolución?
12. ¿Cuál es el tanto por ciento en masa de 45 g de bromuro
de sodio en 100 g de agua?
13. ¿Qué volumen de alcohol al 80% se puede preparar si
sólo se dispone de 200 mL de alcohol isopropílico puro?
5
50
14. ¿Qué volumen de ácido nítrico se necesita para preparar
250 mL de una disolución al 100%?
100
250
15. ¿Cuál es el tanto por ciento en volumen de alcohol de una
botella de brandy, si en 525 mL hay 26 mL de alcohol?
500
6. Calcula el volumen de soluto necesario para preparar
500 mL de disolución a las siguientes concentraciones
porcentuales:
Concentración
porcentual
Proporción
Volumen
de soluto
5%
10%
25%
40%
50%
Comentarios sobre los resultados de los reactivos:
Revisado por:
Comentarios del profesor:
144
7. ¿Cuál será el porcentaje en masa de una disolución que se ha
preparado disolviendo en 120 g de agua, 30 g de cloruro de
potasio (KCl)?
16. Calcula el tanto por ciento en volumen de 10 mL de alcohol
disueltos en agua para completar 50 mL de disolución.
17. ¿Cuál es la concentración en g/L, cuando se disuelven
700 mg de Na2SO4 en 250 mL de agua destilada?
18. ¿Qué peso de NH4Cl se necesita para preparar 100 mL
de una disolución que tenga 70 mg/mL de NH4Cl?
19. ¿Cuántos gramos de HCl concentrado (con 37.9% en
peso de HCl y 62.1% en peso de H2O) producirán 5 g de
HCl?
20. Se necesita preparar 100 g de una disolución de NaOH al
19.7% en peso. ¿Cuántos gramos de NaOH y de H2O, se
necesitan?
Grupo Editorial Patria®
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar la actividad de la página 105.
Propósito:
1. Validar la aplicación del efecto Tyndall para la identificación de coloides.
2. Evaluar el desempeño que muestran los integrantes del equipo para concretar la actividad.
Intrucciones:
P
Analicen los criterios que a continuación se establecen y marquen con una
en el desempeño que consideres hayas logrado el aprendiza­
je, de ser necesario, realicen un comentario sobre ello; una vez terminada, aclarar las dudas e intercambiar el trabajo con un compañero, a fin
de retroalimentar y validar los resultados obtenidos.
Criterio
Sí
Cumple
No En proceso
Observaciones
Conocimientos
1. Utilizan correctamente la disolución de sulfato de cobre.
2. Utilizan las mezclas correctas para obtener los efectos
esperados.
3. Llevan a cabo el procedimiento.
Resultados
y conclusiones
Trabajo en laboratorio
Trabajo en
equipo
4. El trabajo está bien estructurado y ordenado.
5. Todos los integrantes del equipo participaron activamente
en la realización del trabajo.
6. Las diferentes actividades del trabajo se distribuyeron
equitativamente.
7. Trajeron todas las sustancias pedidas, una lámpara de mano
y una hoja de cartulina negra con un orificio en el centro.
8. Realizaron con seriedad y entusiasmo los experimentos
indicados.
9. Usaron bata y siguieron todas las precauciones de seguridad
para evitar un accidente.
10. Usaron el equipo y el material de laboratorio de acuerdo con el
reglamento de la institución y siguiendo las indicaciones del libro
y del profesor.
11. Indican las características de las disoluciones, los coloides
y las suspensiones.
12. Determinan experimentalmente por medio del efecto Tyndall
si las sustancias pedidas son disoluciones, coloides
o suspensiones.
13. Compararon y discutieron los resultados de su trabajo
con el resto del grupo.
Aportación a la actividad:
Integrantes del equipo que evalúa la actividad:
Fecha:
145
3
BLOQUE
Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos
Coevaluación
Guía de observación para las actividades de aprendizaje de las páginas 95, 97, 100, 105, 110, 112, 121, 123 y 127.
Nombre del estudiante:
Propósito:
1. Verificar el manejo de los conceptos y características de mezcla homogénea, mezcla heterogénea, disolución, coloide y suspensión.
2. Evaluar el desempeño que muestra el estudiante al realizar cada una de las actividades.
Intrucciones:
O
Analiza las acciones a evaluar y marca con una
en la casilla que corresponda al cumplimiento de la misma, es importante realizar anota­
ciones acordes con lo que se solicita y que sea para retroalimentar la información.
Acciones a evaluar
Cumple
Sí
Observaciones
No
1. Sabe determinar si una mezcla dada es homogénea o heterogénea.
2. Sabe Indicar cuáles fases están presentes en una mezcla dada.
3. Conoce las características de las disoluciones, coloides y suspensiones.
4. Sabe distinguir si una mezcla es una disolución, un coloide o una
suspensión.
5. Indica correctamente cuando una disolución, coloide y suspensión es
verdadero o falsa.
6. Complementa de forma correcta el mapa conceptual sobre sistemas
dispersos.
7. Sabe distinguir los diferentes tipos de mezclas y las clasifica de acuerdo
con sus características.
8. Determina las sustancias soluta y disolvente en diferentes disoluciones.
9. Describe correctamente como se forma una disolución diluida.
10. Señala los principales cosntituyentes de la sangre humana.
Comentarios generales:
Revisado por el profesor:
Nombre del estudiante que evalúa:
146
Fecha:
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
Rúbrica para evaluar la actividad experimental de la página 105.
Nombre del alumno o de los integrantes del equipo que evalúa la actividad:
Propósito:
Evaluar el aprendizaje alcanzado sobre el efecto Tyndall y las diferencias entre una dispersión coloidal y una disolución.
Intrucciones:
1. Analiza detalladamente cada aspecto a evaluar e indica en la última columna qué nivel (4, 3, 2, o 1) logró alcanzar el estudiante o el equipo
al que se esté evaluando.
2. Revisen con la guía de criterios que se enlistan para calificar el nivel que obtuvieron en cada aspecto a evaluar.
3. Elaboren comentarios de acuerdo con los resultados que obtuvieron, a fin de retroalimentar el desempeño de sus compañeros.
Trabajo en equipo
Trabajo en el laboratorio
Resultados y conclusiones
Aspecto a evaluar
Desarrollo
Niveles
Excelente (4)
Bueno (3)
Investiga en libros de Química o en
Internet el efecto Tyndall, evitando
la copia textual del material.
Diferencia correctamente si las
sustancias indicadas son
disoluciones o dispersiones.
Completa correctamente la tabla de
propiedades de disoluciones y
dispersiones.
Investiga en libros de Química o en
Internet el efecto Tyndall, evitando
la copia textual del material.
Diferencia si las sustancias
indicadas son disoluciones o
dispersiones, pero hay error en una
o dos de ellas.
Completa la tabla de propiedades
de disoluciones y dispersiones, pero
hay error en una o dos casillas.
Todos los integrantes del equipo
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
participaron activamente en la
realización y presentación del
realización y presentación del
trabajo distribuyéndose las
trabajo pero no se distribuyeron las
diferentes actividades
diferentes actividades
equitativamente.
equitativamente.
Usan bata y el equipo de seguridad Usan bata y siguen todas las
requerido (guantes, lentes, etc.) y
precauciones de seguridad para
siguen todas las precauciones de
evitar un accidente.
seguridad para evitar un accidente. Usan el equipo y el material de
Usan el equipo y el material de
laboratorio de acuerdo con el
laboratorio de acuerdo con el
reglamento de la institución y
reglamento de la institución y
respetan las indicaciones del libro y
respetan las indicaciones del libro y del profesor.
del profesor.
Diferencian correctamente en cuál Diferencian correctamente en cuál
de las dos mezclas observaron las de las dos mezclas observaron las
partículas y explicaron el porqué.
partículas, pero no explicaron por
Distinguen correctamente qué clase qué.
de mezclas presenta el efecto
Distinguen correctamente qué clase
Tyndall explicando el efecto que la de mezclas presenta el efecto
luz tiene en ellas.
Tyndall, pero no explican el efecto
que la luz tiene en ellas.
Guía de criterios para usar en la interpretación del nivel obtenido.
1. Se aproxima a las expectativas que se plasman en la actividad.
2. Reúne las expectativas que demanda la actividad.
3. Cumple con la meta establecida.
4. Sobrepasa las metas establecidas en la actividad experimental.
Satisfactorio (2)
Deficiente (1)
Investiga en libros de Química o en
Internet el efecto Tyndall, copiando
textualmente el material.
Indica si las sustancias indicadas
son disoluciones o dispersiones
pero hay error en tres o cuatro de
ellas.
Completa la tabla de propiedades
de disoluciones y dispersiones pero
hay error en tres o cuatro casillas.
Algunos integrantes del equipo no
participaron en la realización y
presentación del trabajo pero los
demás lo hicieron activamente y se
distribuyeron las diferentes
actividades equitativamente.
Usan bata y siguen todas las
precauciones de seguridad para
evitar un accidente.
Usan el equipo y el material de
laboratorio de acuerdo con el
reglamento de la institución y
siguen las indicaciones del libro y
del profesor.
No realiza la investigación del
efecto Tyndall.
Diferencia si las sustancias
indicadas son disoluciones o
dispersiones, pero hay error en más
de cuatro de ellas.
Completa la tabla de propiedades
de disoluciones y dispersiones, pero
hay error en más de cuatro casillas.
Diferencian correctamente en cuál
de las dos mezclas pudieron ver las
partículas y dan una explicación del
porqué.
Distinguen incorrectamente qué
clase de mezclas presenta el efecto
Tyndall.
Describen de manera incorrecta en
cuál de las dos mezclas pudieron
ver las partículas.
No distinguen qué clase de mezclas
presenta el efecto Tyndall.
Total
Sólo uno o dos integrantes del
equipo participaron activamente en
la realización y presentación del
trabajo.
Usan bata pero no siguieron todas
las precauciones de seguridad para
evitar un accidente.
No usan el equipo y el material de
laboratorio de acuerdo con el
reglamento de la institución y/o lo
indicado por el profesor.
Intervención docente:
Se deben identificar los criterios en los que se obtuvo menor puntaje,
pues éstos son los que se van a reforzar mediante las técnicas que es­
tablezca el profesor.
Comentarios generales:
147
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los
compuestos del carbono en tu vida
diaria y entorno
10 horas
Objetos de
aprendizaje
4.1 Configuración electrónica
y geometría molecular
del carbono
4.2 Tipos de cadena e
isomería
4.3 Características,
propiedades físicas y
nomenclatura general de
los compuestos
orgánicos:
– Hidrocarburos (alcanos, alquenos,
alquinos, aromáticos)
– Alcoholes
– Aldehídos y cetonas
– Éster
– Ácidos carboxílicos
– Amidas
– Aminas
4.4 Importancia ecológica
y económica de los
compuestos del carbono
Competencias a desarrollar
n
n
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su
vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y
decisiones.
Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener,
registrar y sistematizar la información más relevante para responder a
preguntas de carácter científico y/o realizar experimentos pertinentes,
consultando fuentes relevantes.
n
n
n
Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del
conocimiento, explicitando las nociones científicas que sustentan los procesos
para la solución de problemas cotidianos.
Colaborando en distintos equipos de trabajo, diseña modelos o prototipos para
resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos
asumiendo una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y las
habilidades con que cuenta.
Conoce las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y
valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental, advirtiendo que
¿Qué sabes hacer ahora?
Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el recuadro de la izquierda.
¿Cuál de los siguientes enunciados corresponde al campo de estudio de la
química orgánica?
a) Obtención del bicarbonato de sodio b) Obtención de ácido acético
c) Propiedades del grafito
d) Propiedades del ácido carbónico
En los compuestos orgánicos los elementos que más frecuentemente intervienen
en su composición son:
a) Si, P, B, k, Mg, Ca
b) C, S, Si, P, Mg, Na
c) C, N, B, Ra, Pb, M
d) C, H, O, N, S, P
¿Cuáles de los siguientes compuestos corresponden a la misma función química?
a) CH3—CH2—NH2 y CH3—CONH2 b) CH3COOH y HO—CH3
c) CH3—COONa y CH3—COOH
d) C6H5—COOH y CH3—(CH2)14—COOH
¿Cuál de las siguientes fórmulas condensadas corresponde a un alqueno?
a) C6H6
b) C6H10
c) C6H12
d) C6H14
El compuesto 2-buteno, presenta isomería:
CH3
CH3
H
CH3
C=C
H
a) Geométrica
C=C
H
b) De serie
CH3
H
c) Óptica
d) Funcional
La estructura CH3(CH2)4CH=CH2 corresponde al compuesto:
a) Hexano-6
b) 1-Hepteno
c) 2-Hexeno
d) Heptano-6
La estructura CH3CH2CH2(CH2)3CH3 corresponde al compuesto:
a) Hexano
b) 1-Hepteno
c) 1-Heptino
La estructura:
d) Heptano
CH3—CH2—C = C – CH3
Corresponde al compuesto:
a) 2,3- dimetil- 3-hexeno
b) 4,5- dimetil-3-hexeno
CH3
CH3
c) 2,3-dimetil-2-penteno
d) 4,5-dimetil-3-hepteno
Son aquellos compuestos orgánicos que se nombran utilizando la palabra “oxi”.
a) Aldehídos
b) Amidas
c) Éteres
d) Ácido carboxílico
Compuestos formados por un radical alquilo y un halógeno.
a) Ésteres
b) Haluros
c) Alcoholes
d) Cetonas
los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional
ocurren dentro de un contexto global interdependiente.
n
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando las
dificultades que se le presentan, siendo consciente de sus valores, fortalezas y
debilidades.
Desempeños por alcanzar
n
n
n
Explica las propiedades y características de los compuestos del carbono.
Reconoce los principales grupos funcionales orgánicos.
Propone alternativas para el manejo de productos derivados del
petróleo y la conservación del medio ambiente.
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Situación didáctica
¿Cómo lo resolverías?
¿Está preparado México para tener una economía no petrolizada?
Secuencia didáctica
1. Con la guía de tu profesor intégrate en un equipo de cuatro o
cinco compañeros. Realicen la siguiente actividad y contesten
las preguntas correspondientes.
a) ¿Qué región del mundo consume más petróleo? ¿Por
qué?
b) ¿Qué región del mundo tiene el menor consumo? ¿Por
qué?
c) De acuerdo con su reserva y consumo de petróleo, ¿qué
países pueden exportar sus excedentes?
d) ¿Qué países consumen más de las reservas que poseen?
¿Por qué?
150
¿Qué tienes que hacer?
2. Compara y analiza las dos gráficas que muestran el consumo
mundial de petróleo por regiones y sus reservas, para contes­
tar las preguntas que aparecen después:
e) ¿A qué regiones del mundo podría exportar México?
f ) ¿Qué acciones debe tomar México para tener un de­
sarrollo económico más sólido que el actual?
3. Qué beneficios sociales se derivan de la venta del petróleo
crudo?
4. ¿Qué costos económicos, sociales y ambientales puede tener
la extracción de grandes cantidades de petróleo para expor­
tar?
Grupo Editorial Patria®
5.¿Es benéfico para México exportar únicamente petróleo?,
¿por qué?
8.Consideras que el carbón, las piedras bituminosas y los hidro­
carburos de plantas son posibles sustitutos del petróleo. ¿En
tu opinión, cuál de ellos tiene un futuro más prometedor?
¿Por qué?
6.Qué es más benéfico para un país, ¿exportar petróleo crudo o
productos derivados del mismo? ¿Por qué?
9.De los dos usos generales del petróleo (como combustible y
como materia prima), ¿cuál es el que tiene más posibilidades
de ser restringido primero al menguar el suministro de petró­
leo? ¿Por qué?
7.De acuerdo con la demanda y la oferta del petróleo crudo,
¿qué sucederá con el precio de este recurso no renovable en
los próximos 10 años?
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
1.De acuerdo con la gráfica del % de consumo de petróleo, ¿qué
lugar ocupa México como región?
10.¿Qué otro tipo de combustible no petrolero pudiera utilizarse
a futuro?
2.¿Qué regiones o países son los más consumidores de petró­
leo? ¿Por qué?
11.Debate cuáles de esas formas de combustible son válidas y
cuáles no.
3.¿Qué regiones o países son los menos consumidores? ¿Por
qué?
12.Establece las conclusiones correspondientes.
4.¿En la gráfica de reserva de petróleo, qué posición ocupa Mé­
xico?
5.Observa y compara las barras de las regiones de Medio Orien­
te con las de Estados Unidos y Canadá. ¿Qué opinas de ello?
13.Elabora un reporte donde expreses de manera objetiva tus re­
flexiones sobre esta actividad, en la que México pueda salir
adelante económicamente sin tener petróleo a futuro.
Material
6.¿Qué región está en primer lugar en el consumo de petróleo?
¿Por qué?
Libro de texto
7.¿Qué región está en primer lugar en la reserva de petróleo?
Criterios de evaluación
8.¿Las economías de los países con una alta reserva petrolera
son más sólidas? ¿Por qué?
El producto tiene un valor de 5 puntos y se califica con base en
el esfuerzo realizado, en los libros consultados, el análisis de
las gráficas, entre otros. El trabajo presentado por escrito tie­
ne un valor de 3 puntos y la presentación grupal un valor de
2 puntos de la evaluación mensual. Total: 10 puntos.
9.¿Las economías de los países con mayor consumo petrolero
están más consolidadas y desarrolladas económicamente?
¿Por qué?
Internet
Portafolio de evidencias
Pasos para hacer el portafolio de evidencias
1.En una computadora crea una carpeta con el nombre Química2.
2.Crea un archivo en un procesador de textos con tu nombre_Química2.
3.Crea dentro de la carpeta Química2 otra carpeta con tu nombre_Bloque4.
4.Dentro de la carpeta Bloque4 guarda las evidencias que indique tu profesor.
5.Envía los archivos por correo electrónico a tu profesor.
151
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
4.1 Configuración electrónica
y geometría molecular
del carbono
Introducción
La mayoría de los materiales de uso común con los que estamos en
contacto durante nuestras actividades diarias se derivan de fuentes
orgánicas, tales como ropa de vestir, la variedad de pinturas que
existen en el mercado para diversos usos, alimentos preparados
para cocinarse en minutos, variedad de materiales en los automóvi­
les modernos, bebidas alimenticias, medicamentos, combustibles
poderosos, etcétera.
La química orgánica estudia la tecnología empleada en los produc­
tos mencionados. El nombre de órganicos (es decir, sintetizados
por seres vivos) se debe a que antes muchos de esos compuestos se
obtenían de fuentes animales o vegetales.
En la actualidad, se producen de manera artificial miles de materia­
les orgánicos en laboratorios e industrias.
En 1828 se obtuvo por primera vez un compuesto orgánico a par­
tir de uno inorgánico. El alemán Friedrich Wöhler calentó en for­
ma accidental el cianato de amonio y sintetizó la urea (compuesto
que resulta de la transformación de algunas proteínas y es compo­
nente de la orina).
La descomposición del cianato de amonio no originó la separación
de sus átomos, pero sí un nuevo arreglo de ellos, lo cual resultó sor­
prendente.
La conversión de isocianato de amonio en urea acabó con la idea
de la fuerza vital y estableció un enlace entre la química inorgánica
y la orgánica. La denominación orgánica ha persistido como medio
cómodo para clasificar grupos de compuestos que tienen diversas
características en común. El análisis de muchos de los compuestos
orgánicos efectuados en los primeros tiempos demostraron que
contenían carbono e hidrógeno, y algunos de los siguientes ele­
Figura 4.1
Friedrich Wöhler realizó la
síntesis de urea con materia
inorgánica, con eso refutó
la idea de que existía una
diferencia entre la materia
orgánica y la inorgánica.
152
mentos oxígeno y nitrógeno; halógenos, azufre, fósforo. Hoy sabe­
mos que la característica común de los compuestos clasificados
como “orgánicos” es que todos contienen el elemento carbono;
por tanto, podemos definir a la química orgánica como aquella que
estudia a los compuestos del carbono, en cuanto a su composición,
propiedades, obtención, transformaciones y usos. También se pue­
de definir de una manera más sencilla como la química de los com­
puestos del carbono, de manera que los compuestos que no
contienen carbono se denominan inorgánicos. Cabe mencionar
que diversos compuestos que contienen carbono, como el dióxido
de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), ácido carbónico
(H2CO3) y otros carbonatos, se clasificaron como inorgánicos an­
tes de la síntesis de Wöhler; por comodidad, se ha respetado tal
clasificación, así que forman parte de la química inorgánica.
Los átomos de carbono pueden unirse entre sí para formar cadenas
hasta miles de átomos y anillos de varios tamaños, lo cual es impo­
sible para la mayoría de los elementos del sistema periódico.
En química ya existe un amplio campo de estudio del boro (B), del
silicio (Si) y del azufre (S) como elementos encadenados, sin em­
bargo, aún no se compara con el del carbono.
En los compuestos del carbono sorprende el hecho de que con un
arreglo atómico diferente se tiene un compuesto con propiedades
distintas.
Para tu reflexión
En 1839, 11 años después de la reacción de Wöhler, el estadounidense
Charles Goodyear (1800-1860) descubrió por accidente que el caucho
natural adquiere la característica de la elasticidad al ser tratado con
azufre a alta temperatura (es decir, se vulcaniza). En esa época nadie
conocía la estructura molecular del hule, ni siquiera Goodyear, él sólo
sabía que al calentarlo con azufre obtenía las propiedades que deseaba, pero ignoraba el porqué.
Aunque patentó el proceso no mejoró su situación económica, pues murió en Nueva York pobre y endeudado el 1 de julio de 1860. Al proceso
que descubrió se le llamó vulcanización, en honor a Vulcano, dios romano del fuego.
Figura 4.2
El uso del caucho vulcanizado
ha evolucionado la sociedad
actual; como en los neumáticos.
Grupo Editorial Patria®
En la actualidad se conocen más de 900 000 compuestos inorgáni­
cos y aproximadamente 10 millones de compuestos orgánicos; en
los primeros intervienen todos los elementos de la tabla periódica
y en los segundos pocos son los que participan, por ejemplo: C, H,
O, N, S, P, los halógenos y algunos metales.
Diferencias entre compuestos orgánicos
e inorgánicos
Propiedad
Orgánicos
Inorgánicos
Tipo de enlace
Predomina el enlace
covalente
Predomina el enlace iónico
Solubilidad
Son solubles en solventes no polares
Por los general son solubles
en agua
Conductividad
eléctrica
No son buenos
conductores de la
electricidad
Son buenos conductores de
la electricidad
Puntos de fusión y
de ebullición
Bajos
Altos
Estabilidad
Muy inestables, se
descomponen
fácilmente
Son muy estables
Velocidad de
reacción
Por lo general las
reacciones son muy
lentas
Las reacciones son casi
instantáneas
Estructuras
Forman estructuras
complejas de elevado
peso molecular
No forman estructuras
complejas y sus pesos
moleculares son bajos
Isomería
Muy frecuente
Es muy raro
6C 5
1s
2s 2px 2py 2pz
Sus números de oxidación son +4, –2, –4. Si el carbono mantuviera
esta configuración se podrían formar sólo compuestos bivalentes,
ya que los únicos electrones que participarían en el enlace serían
los: 2p1x y 2p1y.
Sin embargo, esto no explicaría la mayor parte de la formación de
los compuestos orgánicos en donde el carbono es tetravalente, por
ejemplo, en el metano (CH4):
H
H
C
H
H
Para explicar la formación de los cuatro enlaces covalentes en los
compuestos orgánicos es necesario incluir dos nuevos conceptos:
a) La promoción de electrones con orbitales vacíos.
b) La hibridación de orbitales.
En el caso del inciso a) si consideramos que uno de los dos electro­
nes del orbital 2s se promueve al orbital vacío 2pz, mediante la apli­
cación de cierta cantidad de energía interna, obtenemos la siguiente configuración electrónica:
6C 5
1s
2s 2px 2py 2pz
estado excitado
Es tan amplio el número de compuestos orgánicos que es necesario
clasificarlos y nombrarlos para continuar después su estudio, según
sus métodos de obtención, sus propiedades físicas y químicas y, por
últimos, sus usos. Las diferencias mencionadas aceptan la evidencia
experimental, aunque existen algunas excepciones. Por tanto, es
muy importante conocer la estructura del átomo de carbono.
Configuración electrónica
del carbono e hibridación
El átomo de carbono es el principal elemento que constituye a los
compuestos orgánicos, se localiza en el grupo IVA, periodo 2 de la
tabla periódica, su número atómico es 6 y su masa atómica es de
12 uma; su configuración en el estado basal es:
2 2 2
6C 5 1s 2s 2p
2 2 1 1 0
6C 5 1s 2s 2p x2p y2p z
Figura 4.3
Algunos productos obtenidos a partir del petróleo.
153
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
A esta configuración se le conoce
como estado excitado y además
explica la tetravalencia del átomo
de carbono, debido a los cuatro
electrones desapareados.
En el estado excitado del átomo de
carbono los orbitales son los que
participan en la formación de en­
Figura 4.4
Modelo espacial tetraédrico del
laces, lo cual da como resultado
metano (CH4).
que tres de ellos sean equivalentes
y el cuarto distinto. Sin embargo,
en todos los casos sencillos son iguales, por lo que podemos supo­
ner la igualación de energía de los cuatro orbitales en la que se ob­
tendrán cuatro orbitales nuevos llamados “híbridos” debido a que
tienen características de ambos orbitales s y p, para este caso son
sp3, proceso o estado conocido como de hibridación.
Actividad experimental
Elaboración de un modelo molecular para
el metano (CH4)
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 expónganlo al resto del
grupo.
Propósito
Representar la molécula del metano en forma sencilla.
Material
n
4 bolas de unicel de 2 a 3 cm de diámetro
n
1 bola de unicel de 2 a 5 cm de diámetro
n2
popotes de plástico. También pueden utilizarse palitos grandes
de madera
npintura
vinílica (dos colores diferentes, puede ser negro para el
carbono y rojo para el hidrógeno)
Procedimiento
1.Traza un tetraedro regular sobre el cartoncillo como el que se
muestra en la figura.
2. Recorta el contorno y dobla por las líneas punteadas.
3
Los orbitales híbridos con sp son más estables que los originales
s y p.
Como el átomo de carbono es tetravalente, se pueden formar mo­
léculas gigantes como el diamante y el grafito, o pueden combinar­
se con otros átomos de carbono formando lo que se llama
“longitud de enlace”; por ejemplo, el butano tiene una longitud de
enlace de 4, debido a que tiene cuatro átomos de carbono enlaza­
dos entre sí.
3. Arma el tetraedro y pégalo.
4.Pinta las esferas pequeñas de color rojo y la más grande de color
negro.
5.Une las esferas con los popotes (o con otro material). La figura
que obtengas es la estructura tetraédrica del metano.
Actividad de aprendizaje
¿Qué es la química orgánica?
Escribe cinco diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos.
a)
Figura 4.5
Modelo en cartoncillo del metano.
b)
Contesten las siguientes preguntas.
c)
d)
e)
154
¿Cuál de los modelos te fue más difícil realizar?
¿Te gusta cómo quedaron?
Grupo Editorial Patria®
¿Cuál te gusta más?
¿Por qué?
Conclusiones:
Hibridación de los orbitales atómicos del carbono
El carbono es el único elemento que presenta los tres tipos de hibridación conocidos como: sp3, sp2, sp, originando así la simple, doble y triple
covalencia que se explica a continuación.
Hibridación sp3
Se forma por la combinación de un orbital s con tres orbitales p, esto es: cuatro regiones de densidad electrónica alrededor del carbono.
2s
4 sp3
2p
sp3
2py
109.5°
4
Hibridación
Enlace
2pz
2s
2px
sp3
sp3
sp3
Metano
Como ya mencionamos, la geometría del metano nos da una estructura tetraédrica (con un ángulo de 109.5°), pero si queremos establecer
la estructura del etano, emplearemos la combinación de dos orbitales híbridos sp3 de carbono para su explicación. El enlace sencillo se forma
cuando se traslapa entre sí un orbital híbrido de cada átomo de carbono.
155
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Hibridación sp2
Se forma por la combinación de un orbital s con dos orbitales p,
esto es:
La geometría del etino o acetileno se explica según la combinación
de dos orbitales híbridos sp de carbono. Los dos enlaces p se for­
man de los orbitales p de los átomos de carbono que no se hibridaron.
Tres regiones de densidad electrónica alrededor del carbono, nos
da una estructura trigonal (con un ángulo de 120°).
La geometría del eteno o etileno se explica con base en la combina­
ción de dos orbitales híbridos sp2 de carbono. Los enlaces sigma
C-H se encuentran en un mismo plano. Con la hibridación los or­
bitales p de los átomos de carbono se combinan para formar un
enlace π.
Actividad de aprendizaje
¿Qué significa hibridación?
Escribe dos ejemplos de hibridación que no usen términos de orbitales
atómicos.
¿Qué tipos de orbitales forman los enlaces en el eteno (CH2 5 CH2)?
2s
3 sp2
2p
Enlace
p
Enlace
Geometría molecular
H
H
En química la geometría molecular se refiere al ordenamiento tri­
dimensional que presentan los átomos de la molécula. De igual
manera el estudio de la hibridación de los orbitales nos permite
interpretar cómo una molécula en el espacio se encuentra orienta­
da, qué ángulo posee entre enlace y enlace, su polaridad y por tanto,
su comportamiento químico frente a otras sustancias.
120°
H
H
Orbital sp2
ETENO
(ETILENO)
Por ejemplo, la molécula de agua tiene un ángulo de enlace de
105.8°, casi 106°, por lo que su geometría molecular es la siguiente:
Hibridación sp
O
Se forma por la combinación de un orbital s con un orbital p, esto
es:
Dos regiones de densidad electrónica alrededor del carbono nos
da una estructura lineal (con un ángulo de 180°).
H
H
105.8º
Otras moléculas presentan una geometría lineal, como el CO2 con
un ángulo de 180°.
O C O
2s
2p
Enlaces
2 sp
2p
180º
El trifluoruro de boro (BF3) presenta una geometría plana trigonal,
con un ángulo de 120°.
180°
F
120º
Enlaces
Enlaces
ETINO
(ACETILENO)
156
120º
B
F
F
120º
Grupo Editorial Patria®
Otras moléculas presentan la geometría tetraédrica, con un ángulo
de 109.5°, por ejemplo el metano (CH4).
H
C
H
H
H
Figura 4.8
Estructuras trigonales representativas.
Al enlazarse cuatro átomos de hidrogeno con un átomo de carbo­
no se forma el metano. Los enlaces resultan del traslape del orbital
s de cada átomo de hidrógeno con uno de los orbitales híbridos sp3
del átomo de carbono, formando un ángulo de 109.5°.
Cuando dos átomos se unen con enlace covalente el ángulo entre
sus núcleos será de 180°. Si tres átomos se combinan, el ángulo en­
tre sus ejes será de 120°. El eje de enlace es una recta entre los nú­
cleos de enlace. En la naturaleza encontramos varias especies
químicas cuyos ángulos de enlace miden 180°. Las fórmulas es­
tructurales para algunas de estas moléculas son las siguientes:
Figura 4.9
Estructuras tetragonales representativas.
O 5 N 5 O1
O 5 C 5 O1
O 5 C 5 O2
Figura 4.10
Química de la materia. Modelo de enlace tetragonal.
Figura 4.6
Representación de la estructura lineal del dióxido de carbono.
Cuando cuatro o más átomos componen una especie química, for­
man una estructura trigonal en la que el átomo central y los otros
tres a los que está unido, se encuentran en el mismo plano.
En este caso los ángulos de enlace miden 120°. En cada caso las
áreas sombreadas representan un tipo de enlace el cual se extiende
sobre toda la molécula.
Si los átomos son 5 o más formarán un modelo tetragonal en el que
los cuatro átomos periféricos están equidistantes uno del otro. Aho­
ra debemos comenzar a visualizar las estructuras químicas en tres
dimensiones.
Figura 4.7
Representación de la estructura trigonal del ion carbonato.
La estructura electrónica de los átomos que constituyen una molécula orgánica determina la estructura tridimensional de ésta y sus
propiedades.
Una forma de visualizar la geometría molecular es considerando
las distintas formas en que los orbitales atómicos s y p pueden tras­
157
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
laparse al compartir electrones. Como ya se estudió, en el átomo de carbono se presen­
tan los tres tipos de orbitales híbridos: sp3, sp2 y sp, por lo que podemos tener las
siguientes estructuras moleculares que nos permiten enlazar entre sí muchos átomos de
carbono, con otros carbonos e hidrógenos, dando lugar a gran número de compuestos
orgánicos conocidos en la actualidad, lo cual constituye una fuente inagotable de inves­
tigación para obtener más compuestos.
De manera que es importante mencionar que la combinación de orbitales atómicos pu­
ros da origen a la formación de orbitales moleculares híbridos:
Figura 4.11
Auto del futuro fabricado con
nuevos materiales y funciona con
hidrógeno como combustible.
1 orbital atómico s
1
1 orbital atómico p
1 orbital híbrido sp
Al presentarse un enlace covalente como el mostrado antes, ambos orbitales comparten el par de electrones.
Se conocen dos tipos de enlaces moleculares: los sigma (σ) y los pi (π). El enlace sigma (σ) se presenta cuando los dos orbitales s-s o s-p se
traslapan en forma lineal:
orbital atómico s
1
orbital s
1
orbital s
orbital p
(en forma lineal)
orbital molecular sigma s (σ s)
orbital molecular sigma sp (σ sp)
Cuando dos orbitales p se traslapan lo hacen de dos formas, ya que éstos no son esféricos. Si dos orbitales p se traslapan a lo largo del eje entre
los núcleos de los dos átomos, se forma un enlace tipo (σ), tal como se muestra a continuación:
orbital p
1
orbital p
orbital molecular sigma p (σp)
Sin embargo, cuando los dos orbitales p se traslapan de manera lateral, con sus ejes paralelos, se forma un enlace (π), tal como se muestra a
continuación:
orbital p vertical
158
1
orbital p vertical
orbital molecular pi (π) p.
Grupo Editorial Patria®
Actividad de aprendizaje
Explica las geometrías de las siguientes moléculas:
a) SF4
b ) SeO2 c) BF3
Para tu reflexión
Las propiedades de las sustancias se dan en función de su estructura molecular y, por tanto, se tienen diferentes parámetros de medición de la fuerza de su enlace intermo­lecular.
Parámetro de enlace
Ángulos de enlace
H
Enlace
H
H
H
109.5°
H
H
H
F 1
1
H
H
H 122° H
117°
H
H
122°
H
180°
F
F
120°
H
Momento
dipolar (dobye [D])
Energía de
disociación
(kcal/mol)
C
H
1.07
0.04
99
N
H
1.01 (N)
1.31 (N)
93 N
OX
H
0.96 (0)
1.51 (0)
111 (0)
C
C
1.54
0
83
C
C
1.33
0
146
C
C
1.20
0
200
C
N
1.47
0.22
73
C
N
1.30
1.90
147
C
N
1.16
3.50
213
C
O
1.43
0.74
86
C
O
1.23
2.30
184
C
Cl
1.78
1.46
81
C
Br
1.93
1.38
68
C
I
2.14
1.19
51
107°
H
H
104.5°
H
Longitud típica
(Ångström [Å] o
nanómetros (nm))
120°
H
122°
116°
O
H
H
N
180°
159
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual.
4.2 Tipos de cadena e isomería
Las propiedades de las diversas sustancias y los usos de un material
dependen de su estructura molecular. Existen varios métodos para
conocer la estructura de las moléculas; el primero se considera la
fuerza de repulsión entre los pares de electrones que están alrede­
dor de un átomo. El segundo toma en cuenta las distintas maneras
en que los orbitales atómicos pueden combinarse para formar or­
bitales alrededor de más de un núcleo. Los electrones que ocupan
estos orbitales combinados enlazan a los átomos entre sí. En el ter­
cero, las moléculas tienen más de una estructura posible y el cuarto
considera a los orbitales de las moléculas como una unidad y no
como orbitales pertenecientes a átomos individuales.
Tipos de cadenas
Debido a su tetravalencia el átomo de carbono forma moléculas
gigantes como el diamante o el grafito al combinarse de maneras
160
diferentes. También se combina con otros átomos de carbono y
forma lo que se llama longitud de enlace; por ejemplo, el butano
tiene una longitud de enlace de 4, ya que está formado por cuatro
átomos de carbono enlazados entre sí:
H
H
H
H
H—C—C—C—C—H
H
H
H
H
La longitud de la cadena de carbono determina la mayoría de
sus propiedades físicas, tales como el punto de ebullición y la
solubilidad. Los gases y líquidos que tienen bajo punto de ebulli­
ción son compuestos con cadenas cortas, los compuestos con ca­
denas medianas son líquidos, mientras que los sólidos tienen
cadenas largas.
Grupo Editorial Patria®
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgánicos, éstos se pueden clasificar como se muestra a conti­
nuación:
Acíclicos
Esqueletos de
compuestos
orgánicos
Saturados
Lineales (a)
Arborescentes (b)
No saturados
Lineales (c)
Arborescentes (d)
Simples (e)
Arborescentes (f)
Saturados
Alicíclicos
Homocíclicos
Cíclicos
No saturados
Aromáticos (i)
Saturados
Heterocíclicos
No saturados
Simples (g)
Arborescentes (h)
Simples (j)
Arborescentes (k)
Simples (l)
Arborescentes (m)
Nota: se llama esqueleto a la secuencia de átomos de carbono unidos entre sí, únicamente.
Lineal. Esqueleto sin arborescencias o ramificaciones.
Acíclico. Esqueleto de cadena abierta.
Cíclico. Esqueleto de cadena cerrada.
Arborescente. Esqueleto con ramificaciones (radicales) unidas a la
cadena principal.
Saturado. Enlace simple entre átomos de carbono, se refiere a los
hidrocarburos saturados o alcanos.
Alicíclico. Se deriva de compuestos alifáticos cíclicos o esqueleto
cíclico que no contiene un anillo bencénico.
No saturado. Un doble o triple enlace entre átomos de carbono. Se
refiere a los alquenos y alquinos, respectivamente.
Aromático. Esqueleto cíclico de seis carbonos unidos mediante do­
bles y simples ligaduras de manera alternada; también es llamado
bencénico.
Homocíclico. Esqueleto cerrado, formado sólo con átomos de car­
bono.
Simple. Se refiere a los esqueletos cíclicos sin arborescencias.
—
—
—
—
—
—
—
— —
—
—
C
C
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
C
—
—
C
—
—
C
—
—
i)
—
—
—
—
C —
— C
—
—
h)
—C — C—
—
C
—
— C
C —
—
—
—
—
—
—
—
—C—C—
—
—
C
g)
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
f) — C — C — C —
—
C
—
—C—
C
C
—
e)
— —
—C — C —
d) — C — C —
—
—
—
—C—
—C—
—
—C —
c) — C —
b) — C — C — C —
—
—
a) — C — C — C —
—
—
Heterocíclico. Es un esqueleto cerrado, formado con algún átomo
diferente al carbono (por ejemplo: O, N, S, P, entre otros).
161
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—C—
—C—
—
—C —
c) — C —
b) — C — C — C —
S
C
C
—
—
—
—
—
—
—
—
C
—
—
—
C
C
— —
—
—
—
—
—
—
C
—
C
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
C
—
—
—
C
—
C
C
—
m)
C
k)
O
i)
—
—
C
C
C
—
—
—
C —
— C
h)
—C — C—
j)
C
—
— C
C —
g)
—
—
C
—
—
—C—C—
—
C
—
—
C
—
—C—
—
—
Valorasd) la—importancia
lose)compuestos
del carbono
en tu vida diaria y entorno
— C — C de
C—C—
—
C
f) — C — C — C —
— —
4
BLOQUE
—
—
—
—
—
—
a) — C — C — C —
N
C
C
C
l)
N
C
C
C
C
C
Es importante saber que los átomos de carbono de los esqueletos
anteriores se completan con átomos de hidrógeno, proceso cono­
cido como saturación de una molécula orgánica. El átomo de carbo­
no por su tetravalencia se puede saturar con cuatro átomos de
hidrógeno, si no se combina con uno o más átomos de carbono.
Ejemplos:
1. La estructura de un esqueleto acíclico no saturado arborescente
es:
Explicación: es homocíclico porque es un ciclo con átomos
de carbono exclusivamente; saturado porque entre cada áto­
mo de carbono hay ligadura simple; y es simple porque no hay
ramificaciones o arborescencias.
3. La estructura de un esqueleto heterocíclico no saturado arborescente es:
S
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Explicación: es acíclico porque presenta cadena abierta; no
saturado, por la presencia de la doble ligadura, y arborescente
porque tiene una ramificación unida a la cadena más larga.
2. La estructura de un esqueleto homocíclico saturado simple es:
C
C
C
162
Explicación: es heterocíclico porque en el ciclo hay un átomo
diferente al carbono, en este caso está el azufre (S); no satura­
do, por la doble ligadura en el ciclo; y arborescente porque
tiene dos ramificaciones.
De acuerdo con los esqueletos del cuadro anterior al saturar las li­
gaduras con átomos de hidrógeno, también se pueden escribir de
la siguiente manera:
H
H
H
a) H — C — C — C — H
H
H
H
a) H — C — C — C — H
H
H
H
H
H
H
o
H
H
H
H
H
b) H — C — C — C — H
CH3 — CH2 — CH3
b) H — C — C —c)C H
——
H C oC — CH
3
o — CHCH
H 3 — CH
H
2
H
H
H—C—H
c) H — C C — H
H
CH2
H H
CH2
H
CH2
H—C—H
CH2
H
o
Grupo Editorial Patria®
CH3 — CH2 — CH3
o
CH3 — CH — CH3
CH3
o
CH2 CH2
c) H — C C — H
o
CH
CH3 2
H
H
H H
H — C —c)H H — H
o
CH2
CC
H— H
H
H c) H — H
o
CH2
CC
HH— H
CH3
H
H—C—H
H
H
H
H—C—H H
CH
H
o
CH3 — C C — CH3
c) H — C C — H
o
CH2 CH2
d) H — C —3 C C — C — H
CH
H
H
H
3
—C
C
— CH— C — H
H—H
C—
o
CH3 — C C — CH3
CH3
H
H
H H d)
CH
H
C
—
C
C
—
C
—
H
o
CH
—
C
C
—
CH
3
d) H — H
3
3
H—C—H
H
C—H
CH—
H
H
3
H
CH
H
H— H
C —H
C—
C
o
CH3 — C
3 C
CH
CH—
C—
—C
d) H — H
H
3 H 3
— C — H— H
H — C — HH — C —H
o
CH3 — C C
— CH3
CH
H C CH— C
H
d)
H
H3
CH
H
H
3
H—C
—
H
H
C CH3
CH2
HH
H
H
—
C
C
—
CH
—H
o
CH
d) H — C — C C — C H
3
3
H
—
C
—
H
C H H
CH
e) H2 — C — C — H
CH2 — CH2
O
O
C
CH
CH
2
H
H
H
H
3 — CH
e) H — C — C — HH
CH
HO
O
2
2H
H —e)C —
H C—
H—
C —H
—2 CH2
CH2CH
O
O
HH C H
H
H
H
H—
C CH — H
—2 CH2
e)H H — C
CH2CH
O
O
H2C — CH— CH3
H
H H
O
—
H
H e) H — C
CH
H
—
C
—
C
—
C
—
H
H — CH — H
CH3 — CH — CH3
O
3 o
f)
CH2CH
CH—
O
O
H
H H
2—
H2C
CH—
3
O
—CH
H32C — CH2
C
C — C — C — CH
H 2 O
o CH—CH
f) H — H
H2C —
CH33— CH —
H H
H CH3
H
H
O
H2C —
—H
o CH
O
—CH3
H 2— C — C — H
f) H H — C — C — CCH
e) H — C — C —
H 2 — CH2
O
O— CH— CH
H
C
2
3
H2C — CH2
O
H
H
H
HH— H
o
CH
O
—CH3
H
H f) H — C — C — C
H 3 —HCH — CH3
H
H—C—C—H
H22C
C—
— CH—
CH2 CH3
O
H — CH— CH— H
o
CH3 — CH — CH3
O
f) H — C
HC CH
g)
H—C
C—H
H
H HH—C—C—H
H2C — CH2
H
H
—
CH
3
HC CH
g) H — C C — HHC — CH— CH
O
O
2
3
OH — C — C — H
H2C — CH2
H
—
C
—
C
—
C
—
H
H
—
C
—
C
—
H
HC
CH
CH
—
CH
—
CH
g) H — CH OCH— H o
f)
3
3
O
O
H — C — C —H
H2C — CH2
H2C — CHH2
H O
O
HC
CH
g) HH — CH
— CCH—
—H
H
H2C — CH2
H—C—C—H
H
H
HC CH
h) H
O
O H
HC
CH— C C —
g) H — C —H
H
H — CCH—
H2C — CH2
HC H
CH
H—CC—H
H
H h)
C O H
O
C
O
C
CH—
HH
HC
—
CHCH2
H—
h) H —
H—
C
C—
H2C
HC
CH
H
C
H
g) H — C C — H
C
C
C
O
H3C
H3C CH3
HC C
CH
H C H
h) H H —
C
—
H
C
H
O
C O
C
O
H
H
H
H
H—C—C—H
H3C CH3
H C — CH2
H3C CH3
HC C
CH
C C CC —
C HH2
h) H H —
H3C CH3
H
H H
H
H3C CH3
O
H
H
HH C H CH C H
H3C CH3
H3C C CH3
O
HC CH
h)
H—CC—H
H C H H C H
H3C CH3
H3C CH3
H
C
H
C
H
H
OH H
C
C
H3C CH3
H3C CH3
H
H H
H
163
—CH3
CH3
4
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
BLOQUE
i)
H
C
CH
H—C
C—H
H—C
C—H
o
C
O
HC
CH
o
O
H—C—C—H
H
o
H
k)
CH
CH
H
j)
HC
H
H2C — CH2
o
N
H — N — CH2
H—N—C—H
o
H
H2C — CH — CH3
o
CH3
H—C—C—C—H
H
l)
H
H
H
H
N
N
H—C
C—H
H2C
o
o
S
H
H2C — S
H — C —S
H
CH2
HC CH
H
H
H—C C—H
m)
N
o
H
H3C — C C — CH3
o
H3C
CH3
H—C — C C— C—H
H
H
Tipos de fórmula utilizados
en química orgánica e isomería
De acuerdo con la tetravalencia del átomo de carbono, los com­
puestos orgánicos se pueden representar mediante tres tipos de
fórmulas:
1. Condensada o molecular.
2. Semidesarrollada o de estructura.
164
3. Desarrollada o gráfica.
La fórmula condensada o molecular indica sólo el número to­
tal de átomos de cada elemento del compuesto, por ejemplo:
C4H10 .
En química orgánica esta fórmula no es muy utilizada, debido a
que varios compuestos pueden tener la misma, lo cual puede cau­
sar confusión. Por ejemplo, la fórmula condensada C4H10 puede
corresponder al n-butano.
Grupo Editorial Patria®
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
Conden­
sada o
Semidesarrollada
molecular o de estructura
o al isobutano:
o al isobutano:
o al isobutano:
Desarrollada
o gráfica
CH3 — CH — CH3
H
Aunque esta fórmula indica todos los enlaces de la molécula, no es
adecuada para compuestos de alto peso molecular, ya que su escri­
tura se complica demasiado.
Para los hidrocarburos la isomería puede ser:
A continuación se ejemplifica cada tipo de fórmulas
1. De cadena o estructural
2. De posición o lugar
Tipos de fórmulas utilizadas
en química orgánica
H
H—C—H
H
H
H
—
CH3—CH
CH3 3—CH3
H
H
H
HH
H—CH
——
HC—H
H
H
H
H
HH
—
——
C—
C—
HC—H
H — C — C — HH — C H
—
C2H3—CH
CH
6
3
—
C2H6
—
C2H6
H
—
H
— —
CH4
—
—
CH4
— —
CH4
—
CH4
Desarrollada
o gráfica
—
CH4
Semidesarrollada
o de estructura
— —
Condensada o
molecular
—
—
—
—
—
—
En estos isómeros es necesario indicar el orden y la distribución en
el espacio de los átomos mediante las fórmulas semidesarrolladas.
—
—
H
—
H
—
—
—
H
—
—
—
—
—
—
En química orgánica existen muchos compuestos llamados isóme­
ros, que tienen la misma fórmula condensada, pero diferente fórmu­
la estructural o semidesarrollada; en otras palabras, son compuestos
de igual fórmula molecular, pero con distintas propiedades.
H—C—C—C—C—H
—
—
—
—
—
—
— —— —
—
— —
—
—
—
— —— —
— —— —
Isomería
—
—
—
—
—
—
—
—
— —— —
—
—
—
—
C3H8
— —— —
—
H
H HH
H
CH3 — CH2CH
— 3CH
—3CH2 — CH3
CHCH
3 3
CH3 — CH —
— C — CH——CC——HC —
H
H HH
C3H8
CH3 — CH2 — CH3
H
H H
CH3 se indican sólo los enlaces entre
H
H H H HH
En la fórmula semidesarrollada
H—C—C—C—
C3H8
CH3 — CH2 — CH3
los carbonos que constituyen el compuesto:
H—C—C—C—H
H
H H
H
H HH HH
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
H
H H
C4H10
C4H10
CH3 — CH2CH
— 3CH
—2CH
— 2CH
—3CH2 — CH3
—C—
H
H HH
H CH——CC——CC——
Es la representación más recomendable, ya que expresa con clari­
C4H10
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
H
H H
HH
dad el tipo de compuesto de que se trata e indica entre
qué elemen­
o al isobutano:
H—C—C—C—
C —H H HH HH
C
H
CH
4 10
3 — CH2 — CH2 — CH3
tos se realiza la unión o enlace químico.
H—C—C—C—C—H
H
H H
H
En la fórmula desarrollada
CH3 — CHo gráfica
— CH3 se indican todos los enlaces
H
H H
H
presentes en la molécula orgánica.
CH3
H H H
H
C3H8
H
Figura 4.12
Isómeros de cadena o estructural del butano.
165
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
3. Geométrica o cis-trans
4. Óptica o estereoisomería
5. Funcional
Isomería de cadena o estructural
La isomería de cadena o estructural la presentan principalmente
los alcanos, en los cuales varía su estructura. Por ejemplo, el butano
(C4H10) se puede representar de la siguiente manera:
Figura 4.13
isobutano
isobutano
CH3
—
CH3
Fórmula molecular o condensada
—
H
Cis — 2 — buteno
C4H10
Punto de fusión
isobutanoH
2160 °C
Punto de ebullición
0.5 °C
212 °C
Densidad a 20 °C
0.579 g/mL
0.557 g/mL
CH3
Trans — 2 — buteno
C4H10
2138.5 °C
—
n-butano H
Nombre
C — C
—
—
— C
Propiedades de los isómeros delC butano
H
—
CH3
—
—
CH3
CH3
—
n — butano
n — butano
—
Isómeros
geométricos del 2-buteno.
CH3 — CH —CH
CH3 3— CH — CH
3
CH
CH
CH3 — CH2 —
CH
CH
3—
2—
2—
3 CH2 — CH3
El isómero cis tiene tiene los dos grupos metil (CH3) del mismo
lado del doble enlace y el isómero trans, en lados opuestos.
Isomería óptica o estereoisomería
1
2
3
4
CH3CHCHCH3
1-buteno
2-buteno
Isomería geométrica o cis-trans
CH3
—
CH3
—
La presencia de la doble ligadura impide la libre rotación de los áto­
mos de carbono en ese punto, lo cual origina la llamada isomería
geométrica o cis-trans. Por ejemplo, isómeros del buteno -2
H
Cis — 2 — buteno
166
2. Centro de simetría. Es un punto en el centro de una molécula
a partir del cual si se traza una línea ésta encuentra otro átomo
de la misma especie.
Un estereoisómero es quiral (del griego kheir que significa manos)
cuando no es superponible con su imagen especular y no posee un
plano o centro de simetría. Las imágenes especulares que no se su­
perponen
se denominan
CH3
H enantiómeras. Un enantiómero que rota
el plano de la luz polarizada en la dirección de las manecillas del
— C
reloj (a laC derecha)
tal como lo vería un observador, es dextrorrota­
torio
H (1). El enantiómetro
CH3 que rota la luz hacia la izquierda es le­
vorrotatorio (2). La forma racémica (12) es ópticamente
Trans — 2 — buteno
inactiva porque no rota el plano de la luz polarizada, es decir, se
—
H
—
—
C — C
1. Plano de simetría. Se encarga de dividir una molécula en dos
mitades equivalentes. Es como si se coloca un espejo de tal
modo que una mitad de la molécula sea la imagen especular
de la otra molécula.
—
1
2
3
4
CH2CHCH2CH3
Los elementos más importantes de esta isomería son:
—
La isomería de posición o lugar se presenta en los alquenos y al­
quinos, esto se debe al cambio de lugar de la doble o triple ligadura
en la cadena principal. Por ejemplo, isómeros del buteno: C4H8
La isomería óptica o estereoisomería es aquélla en la cual los com­
puestos orgánicos tienen el mismo orden de enlace de los átomos,
pero difieren en la forma en la que éstos se ordenan en el espacio.
—
Isomería de posición
Grupo Editorial Patria®
tiene una mezcla de igual número de moléculas de cada enantió­
metro. Por ejemplo, ácido láctico: C3H6O3
COOH
—
—
H
C
—
—
—
—
—
Contesta las siguientes preguntas:
1. ¿Cuáles son los tipos de fórmulas utilizadas en química orgánica?
COOH
H
OH
—
CH3
C
Actividad de aprendizaje
CH3
HO
2. ¿Qué es la isomería?
Isomería de función
Por último, la isomería funcional es cuando tenemos una misma
fórmula condensada que corresponde a diferentes grupos funcio­
nales.
Por ejemplo,
3. ¿Cuántos tipos de isomería se conocen?
C2H6O
CH3 2 O 2 CH3 (éter metílico)
CH3 2 CH2 2 OH (alcohol etílico)
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual.
ESQUELETOS
ORGÁNICOS
Pueden
ser
Acíclicos
Cíclicos
se dividen en
se dividen en
y
No saturados
Homocíclicos
Heterocíclicos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Aromáticos
No saturados
Ejemplos
Ejemplos
167
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
4.3 Características,
propiedades físicas y
nomenclatura general de
los compuestos orgánicos
Hidrocarburos
Los hidrocarburos son los compuestos más importantes obteni­
dos por el hombre, ya que de ellos se consigue una enorme varie­
dad de productos petroquímicos. Antes eran sustancias relativamente puras, derivadas del petróleo
y sólo se empleaban en la industria quí­
mica. En la actualidad los procesos de
conversión se integran como parte de
los procesos de separación, por lo que
hacen productos originales más com­
plejos; así pues, las compañías petrole­
ras están entrando al mercado químico
Figura 4.14
y las compañías petroleras lo hacen en
Instalaciones de Pemex en
San Martín Texmelucan,
el mercado químico; de modo que casi
Puebla.
todas las sustancias químicas se pue­
den considerar sustancias petroquímicas. A continuación se men­
cionan algunos productos obtenidos de los principales hidrocarburos y que se relacionan con la gasolina, producto que mueve la
económica mundial.
Nomenclatura de hidrocarburos
alifáticos
Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos y es­
tán formados por carbono e hidrógeno. Dentro de los hidrocarburos
hay grados y tipos diferentes de reactividad química. Se clasifican se­
gún el número de enlaces covalentes formados entre los átomos de
carbono de los compuestos. Los hidrocarburos constituyen una de
las clases más amplias de compuestos orgánicos y se dividen en dos
clases principales: alifáticos y
aromáticos. Los hidrocarburos
alifáticos no contienen el grupo
benceno o el anillo bencénico,
mientras que los hidrocarburos
aromáticos contienen uno o
más anillos bencénicos. A su
vez, los alifá­ticos se dividen en
alcanos, ci­cloalcanos, alquenos
y alquinos.
Si en la composición sólo inter­
vienen enlaces de carbono-car­
bono, entonces los hidrocar­
buros se llaman alcanos o pa168
Figura 4.15
Yacimiento petrolífero.
Figura 4.16
Extracción del petróleo.
Gases
de petróleo
Gasolina
Queroseno
Gasoil
Lubricantes
Petróleo
crudo-caliente
Aceites
combustibles
Asfaltos
Columna de destilación
Figura 4.17
Productos obtenidos del petróleo.
Figura 4.18
El petróleo es la fuente de obtención de hidrocarburos.
Grupo Editorial Patria®
— —— —
— —— —
—
—
—
—
—
——
H
H
H — C1º. — H
Butano
Butano
Como se mencionó anteriormente, en los esqueletos de los com­
puestos orgánicos encontramos que una de sus valencias está uni­
da a un carbono adicional y las otras tres están ocupadas por
hidrógeno o cualquier átomo o grupo de átomos, como sigue:
—
—
—
H
—
H
H
H
H — C1º. — C1º. — H
—
—
—
—
—
H
—
H
—
H
H
—
—
— C. — C — H
H H—C—HH
—
—
HH—C—H
H
—
— C
H
—
—
C4º.
H
—
H— C —
—
H
——
H— C —H
H
Observa las siguientes fórmulas de alcanos:
CH3 2 CH3Etano
CH3 2 CH2 2 CH3 Propano
CH3 CH2 2 CH2 2 CH3 Butano
CH3 2 CH2 2 CH2 2 CH3 Pentano
En las fórmulas anteriores de los alcanos notamos que el butano
contiene un carbono y dos hidrógenos más que el propano, que
éste a su vez tiene un carbono y dos hidrógenos más que el etano, y
así sucesivamente. Por tanto, a una serie de compuestos cuyos miembros difieren del siguiente en un valor constante se denomina serie homóloga y sus miembros son homólogos.
La fórmula general de los alcanos es: CnH2n12, donde “n” es el nú­
mero de carbonos de hidrocarburos saturados.
En este caso, decimos que es un carbono primario. Existe un
carbono secundario cuando dos de sus valencias se encuentran
unidas a dos carbonos adicionales, por ejemplo:
H
Figura 4.19
Modelo molecular del
butano.
Por último, si las cuatro valencias de car­
bono están unidas con átomos de carbo­
no adicionales, se trata de un carbono
cuaternario, por ejemplo:
—
— —— —
CH3 — CH2 — CH3
CH3 —Propano
CH2 — CH3
Propano
H
H
H
H
H
H
H
H
H—C—C—C—C—H
H—C—C—C—C—H
H
H
H
H
H
H
H
H 2 — CH3
CH3 — CH2 — CH
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
— —— —
H — C1º. — C3º. — C1º. — H
—
CH3 — CH3
CHEtano
3 — CH3
Etano
— —— —
H H H
H H H
H—C—C—C—H
H—C—C—C—H
H H H
H H H
— —— —
— —— —
— —— —
— —— —
H
H
H
H
H—C—C—H
H—C—C—H
H
H
H
H
CH4
Metano
CH
4
Metano
— —— —
H
H
Los alcanos son los hidrocarburos más sencillos que existen, den­
tro de éstos el más simple es el metano, CH4; este compuesto tiene
un arreglo tetraédrico al estar unido a los cuatro hidrógenos. El que
sigue en tamaño es el etano, C2H6. El tercero es el propano, C3H8 ,
y el cuarto es el butano, C4H10. Las siguientes estructuras corres­
ponden a los alcanos:
H
H
H—C—H
H—C—H
H
H
H
—
Alcanos
H
—
rafinas y son hidrocarburos saturados, ya que sólo un par de elec­
trones es compartido entre los carbones. Los compuestos que
contienen dobles enlaces de carbono-carbono se llaman alquenos
u olefinas y los compuestos que contienen triples enlaces de carbo­
no-carbono se llaman alquinos o acetilenos.
H
H
H
H — C1º. — C2º. — C1º. — H
Ahora bien, si el carbono está unido con tres de sus valencias a tres
carbonos adicionales, obtenemos un carbono terciario, por
ejemplo:
Para nombrar a los hidrocarburos saturados es necesario conocer
con anticipación los nombres de algunos grupos orgánicos a los
que se les conoce como radicales alquilo (R2). Un radical es un átomo o grupo de átomos que constituye sólo parte de una molécula; por
ejemplo: CO322, NH411, SO422; en las estructuras orgánicas los
radicales que aparecen constantemente están formados por carbo­
no e hidrógeno, por ejemplo: CH32, CH32CH22, etcétera. Ob­
servamos que estos radicales derivan su estructura de la de un
hidrocarburo saturado que ha perdido un átomo de hidrógeno, de
manera que su nombre se deriva del hidrocarburo principal susti­
tuyendo la terminación ano por il o ilo. A continuación se escri­
ben los radicales alquilo más comunes.
169
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
CH4
Metano
CH3 —
Metil o metilo
CH3 — CH3
Etano
CH3 — CH2 —
Etil o etilo
CH3 — CH2 — CH3
CH3 — CH2 — CH2 —
Propano
Propil o propilo
—
CH3 — CH —
CH3
Isopropil o isopropilo
CH3 — CH2 — CH2 — CH2 —
nbutil o nbutilo
CH3 — CH2 — CH —
—
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
nbutano
CH3 — CH — CH3
Isobutano
—
—
CH3
CH3
Secbutil o secbutilo
CH3
CH3 — CH — CH2 —
isobutil o isobutilo
—
CH3
—
CH3 — C — CH3
terbutil o terbutilo
CH3 — CH2 — CH2 — CH2 — CH3
npentano
CH3 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 —
npentil o npentilo
—
—
CH3 — CH2 — CH2 — CH —
—
—
CH3
CH3 — CH — CH2 — CH3
isopentano
—
—
CH3
secpentil o secpentilo
CH3
CH3 — CH — CH2 — CH2 —
isopentil o isopentilo
—
—
CH3
—
—
CH3 — CH2 — C —
CH3 — C — CH3
CH3
Neopentano
170
— —
—
—
— —
—
—
CH3
terpentil o terpentilo
CH3
CH3
CH3 — C — CH2 —
CH3
Neopentil o neopentilo
Grupo Editorial Patria®
De acuerdo con lo anterior, la fórmula general de los radicales al­
quilo es: CnH2n11.
Actividad de aprendizaje
Contesta las siguientes preguntas:
3. Mezclen el vaso 2 en el 1 agitando de manera continua con la
varilla, y cuando la temperatura disminuya a 40 ºC añadan el colorante y el perfume.
4. Coloquen en un envase la emulsión obtenida antes de que se
enfríe.
1. ¿Qué es un radical alquilo?
¿Químicamente es lo mismo una cera que una grasa?
2. ¿Cuál es la principal fuente natural para obtener hidrocarburos?
¿Por qué?
¿La mezcla del primer vaso es soluble en agua?
Actividad experimental
¿Cómo obtener una crema para limpiar muebles?
Sigan las instrucciones de su profesor; reúnanse en equipos de cuatro
o cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final y con sus conclusiones elaboren un informe escrito de la actividad y expóngalo frente al grupo.
Material
n
n
n
n
n
n
2 vasos de precipitados
(o recipientes) de 250 mL
1 varilla de madera para agitar
1 termómetro
1 soporte de aro y nuez
1 mechero
cera de abejas
n
n
n
n
n
n
parafina
ácido esteárico
aguarrás
trietanolamina
aceite de lavanda (perfume)
colorante
¿Cómo lo comprobarían?
¿La mezcla del primer vaso es soluble en aguarrás?
¿Cómo lo comprobarían?
¿Se disuelve el aguarrás en el agua?
¿Cuál de los dos es más denso?
Al añadir la trietanolamina a la mezcla de aguarrás se forma una
emulsión. ¿Qué es una emulsión?
Utilicen el papel indicador (pH) para determinar si la trietanolamina tiene un carácter ácido, básico o neutro.
Figura 4.20
Vasos del experimento: 1. Con cera de abeja, parafina y ácido esteárico.
2. Con agua, aguarrás, trietanolamina
Procedimiento
1. Mezclen en uno de los vasos las siguientes sustancias: 4 g de
cera de abeja, 4 g de parafina y 2.6 g de ácido esteárico; después
calienten hasta 75 °C. Tengan mucho cuidado con el fuego.
Mezclen en un tubo de ensayo un poco de trietanolamina y de
aceite de cocina, luego agiten la mezcla. ¿Qué observan?
¿Se ha formado jabón? ¿Por qué?
Conclusiones:
2. En el otro vaso mezclen 24 mL de agua, 11.2 mL de aguarrás y
1 mL de trietanolamina; después, calienten también hasta 75 °C.
Al colocar primero el agua y luego el aguarrás, ¿qué observan?
¿Qué ocurre al añadir la trietanolamina?
171
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Nomenclatura de alcanos normales
Los alcanos normales son compuestos que tienen sus átomos de carbono unidos entre sí con enlaces sencillos y las valencias se saturan con
átomos de hidrógeno. Los primeros cuatro miembros de la serie llevan nombres comunes, pero a partir del hidrocarburo de cinco átomos de
carbono, se nombran de acuerdo con las reglas establecidas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), es decir, el
nombre se forma con la raíz del numeral griego o latino que indica el número de carbonos presentes en la molécula y se agrega la terminación
ano.
Alcanos normales
Número de
carbonos
Nombre
Estructura
p.f.
°C
p.e.
°C
Densidad
(a 20 °C)
1
Metano
CH4
2183
2162
0.42
2
Etano
CH32CH3
2172
289
0.55
3
Propano
CH32CH22CH3
2187
242
0.58
4
n-Butano
CH32(CH2)22CH3
2135
20.5
0.58
5
n-Pentano
CH32(CH2)32CH3
2130
36
0.63
6
n-Hexano
CH32(CH2)42CH3
294
69
0.66
7
n-Heptano
CH32(CH2)52CH3
290
98
0.68
8
n-Octano
CH32(CH2)62CH3
257
126
0.70
9
n-Nonano
CH32(CH2)72CH3
254
151
0.72
10
n-Decano
CH32(CH2)82CH3
230
174
0.73
15
n-Pentadecano
CH32(CH2)132CH3
10
268
0.77
16
n-Hexadecano
CH32(CH2)142CH3
18
280
0.775
17
n-Heptadecano
CH32(CH2)152CH3
22
303
0.777
18
n-Octadecano
CH32(CH2)162CH3
28
308
0.777
A partir de los compuestos con cuatro átomos de carbono los nombres de los hidrocarburos de cadena lineal se llaman normales y al escribir
su nombre se antepone la letra n, por lo que se presenta para estos compuestos el fenómeno de la isomería que, como sabemos, en el caso
de los alcanos recibe el nombre de isomería de cadena o estructural.
nbutano
172
y
CH3 — CH — CH3
—
CH3 — CH2 — CH2 — CH3
CH3
isobutano
Grupo Editorial Patria®
CH3 — CH — CH2 — CH3
CH3 — C — CH3
—
—
CH3 — CH2 — CH2 — CH2 — CH3
—
CH3
CHel
Por ejemplo: los isómeros de cadena para
3 n-pentano (C5H12) son: CH3
npentano
isopentano
terpentano
Por lo general, todo alcano tiene cierto número de estructuras isómeras y un nombre inequívoco para cada una de ellas.
Nomenclatura de alcanos arborescentes
Para nombrar los alcanos arborescentes, se utiliza el sistema IUPAC, cuyas reglas son las siguientes:
1. Se selecciona la cadena más larga posible de átomos de carbono, la cual dará origen al nombre del compuesto y determinará la estructura
principal.
2. Se numera la cadena principal, empezando por el extremo que tenga la arborescencia o ramificación más próxima. En el caso de que haya
dos arborescencias a la misma distancia, se escoge la que tenga mayor número de carbonos. Si hay dos arborescencias en un extremo y
otra a la misma distancia, se escoge el extremo que tenga las dos arborescencias.
3. Se nombra cada una de las arborescencias o sustituyentes, indicando con un número la posición que ocupa en la cadena principal.
4. Si en una estructura se encuentra repetido el mismo radical o sustituyente, se utilizan los prefijos: di, tri, tetra, penta, hexa, etcétera, unidos
al nombre del sustituyente. Ejemplos: dimetil (dos metilos), triisopropil (tres isopropilos), etcétera.
5. Se nombran los radicales por orden alfabético o por su complejidad.
6. Se nombra el compuesto con una sola palabra, separando los nombres de los números con guiones y los números entre sí con comas.
Se agregan los nombres de los sustituyentes al nombre básico.
1
2
3
1
2
3
4
5
CH3 — CH2 — CH — CH2 — CH3
—
CH3 — CH — CH3
—
Ejemplos:
CH2
—
CH3
2metil propano
3etil pentano
CH3
— 2C — 3CH2 — 4CH2 — 5CH — CH3
——
—
1CH
3
—
CH3
CH3
CH — CH3
—
6
7
CH3
2,5,6tetrametil heptano
CH2 — CH3
——
——
CH3
—
—
CH — CH3
CH — CH3
—
—
CH2
—
1CH
3
— —
—
Cl — 2CH — 3CH — 4CH — 5C — 6CH2 — 7CH — 8CH2 — 9CH2 — 10CH — 11CH2 — 12CH3
Cl
173
—
CH3 — 2C — 3CH2 — 4CH2 — 5CH — CH3
——
—
1
3
CH3
CH — CH3
—
4
BLOQUE
6
7
CHcarbono
3
Valoras la importancia de los compuestos del
en tu vida diaria y entorno
2,5,6tetrametil heptano
CH2 — CH3
——
——
CH3
CH3
CH2
CH — CH3
—
—
CH3
—
CH2
CH — CH3
Cl
—
CH3
—
1
—
— —
—
Cl — 2CH — 3CH — 4CH — 5C — 6CH2 — 7CH — 8CH2 — 9CH2 — 10CH — 11CH2 — 12CH3
CH3
2,10dicloro3metil4,5dietil5isopropil7secbutil dodecano
Cicloalcanos
Son compuestos de cadena cerrada, que poseen enlaces simples entre cada átomo de carbono; también se llaman alicíclicos (compuestos
alifáticos cíclicos). Su fórmula general es CnH2n; para nombrarlos se coloca el prefijo ciclo al nombre del alcano de cadena abierta correspon­
diente, de igual número de carbonos que el anillo tales como;
Ciclopropano
—
H2C
CH2
CH2
—
——
CH2
—
H2C
CH2
—
—
—
CH2
——
——
—
CH2
H2C
—
CH2
H2C
Ciclobutano
CH2
——
Ciclopentano
CH2
—
CH
—
—
4
5 CH2
—
CH3– HC 3
CH3
1,3,4–Trimetilciclohexano
Actividad de aprendizaje
I.Escribe las fórmulas estructurales condensadas de los siguientes compuestos:
1. 2,2,4,4-tetrametilhexano
2. 3-etil-2,2-dimetilpentano
174
H2C
4
3
2
CH2
5
—
6 CH2
—
H2C 2
Br — HC
—
—
1
—
CH
—
—
CH3
—
Obsérvese que en el ciclo los átomos de carbono están unidos. Cuando se presentan arborescencias en el anillo (por ejemplo, grupos alquilo,
halógenos, etcétera), se asigna la posición 1 a un carbono en particular y luego se numera alrededor del anillo, hacia el sustituyente más próxi­
mo, de tal modo que resulte la combinación de números más baja; por ejemplo:
——
1
CH — Cl
1–Cloro–3–Bromociclopentano
Grupo Editorial Patria®
3. 4-isopropilheptano
4. 4-etil-3-metil-4-propiloctano
5. 4-etil-2,3-dimetilhexano
II. Escribe los isómeros posibles para:
1. Pentano (C5H12)
2. Penteno (C5H10)
Por conveniencia, a menudo los ciclo alcanos se representan por
medio de figuras geométricas simples, de acuerdo con el número
de carbonos presentes en la estructura; un triángulo para el ciclo­
propano, un cuadrado para el ciclobutano, un pentágono para el
ciclo pentano, un hexágono para el ciclohexágono, etcétera; se su­
pone que en cada vértice de la figura hay dos hidrógenos, a menos
que esté adicionado un sustituyente o arborescencia; por ejemplo:
n
Ciclopropano
n
Ciclohexano
n
Ciclobutano
n
1, 3, 4-Trimetilciclohexano
n
Ciclopentano
n
1-Cloro-3-Bromociclopentano
También se pueden presentar compuestos policíclicos, los cuales
contienen dos o más anillos y comparten dos o más átomos de
carbono. El sistema policíclico alifático máximo es el diamante, ya
que de ninguna manera es un hidrocarburo, sino una de las for­
mas alotrópicas del carbono elemental. En el diamante, cada áto­
mo de carbono está unido a otros cuatro por medio de enlaces
tetraédricos y cuyas longitudes son las usuales para enlaces sim­
ples, o sea, 1.54 Ao.
Cicloalcanos
No. de
carbonos
Nombre
del anillo
p.f.
°C
p.e.
°C
Densidad
(a 20 °C)
3
Ciclopropano
2127
233
4
Ciclobutano
280
13
5
Ciclopentano
294
49
0.746
6
Ciclohexano
6.5
81
0.778
7
Cicloheptano
212
118
0.810
8
Ciclooctano
14
149
0.830
5
Metilciclopentano
2142
72
0.749
5
Cis-1,2Dimetilciclopentano
262
99
0.772
5
Trans-1,2Dimetilciclopentano
2120
92
0.750
6
Metilciclohexano
2126
100
0.769
Actividad de aprendizaje
Escribe la fórmula o estructura de los siguientes compuestos:
1. Ciclopentano
2. 2,3,3-trimetilpentano
3. Isopropilciclopentano
4. Etilciclobutano
5. Metilciclopentano
Para tu reflexión
Descubrimiento de los fullerenos
Los fullerenos es 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, EU, mientras realizaban trabajos en
astrofísica en busca de moléculas de carbono desconocidas. Por ello,
dichos investigadores recibieron el Premio Nobel de Química en 1996.
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 esFigura 4.21
Molécula del ciclobutano.
175
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
tabilidad 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 futbol microscópico (por eso, también algunos los
llaman futbolenos), con 12 pentágonos y 20 hexágonos 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.
3. Déjenlas que sequen perfectamente.
4. Armen sus diferentes estructuras de compuestos orgánicos. Unan
las bolitas negras y las bolitas rojas, según el compuesto a formar.
5. Comparen los compuestos orgánicos que formaron con los de sus
compañeros de clase.
Conclusiones:
Esta nueva familia de moléculas recibe su
nombre en honor del arquitecto esta
estadounidense R. Buckminster Fuller,
quien construyó domos geodésicos de estructura similar a los
fullerenos 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 tuvo en el siglo pasado el
benceno (C6H6), base de mateFigura 4.22
riales indispensables en la vida La forma alotrópica del carbono 60 es
de la sociedad actual.
semejante a la de un balón de futbol.
Actividad experimental
Sigan las instrucciones de su profesor; reúnanse en equipos de cuatro
o cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final y con sus conclusiones elaboren un informe escrito y expóngalo frente al grupo.
Modelos atómicos
Figura 4.23
Molécula del etano.
Propósito
Elaborar diferentes moléculas de alcanos.
Material
n
1 caja de palillos
n
agua
n
1 pan de caja o migajón
n
pintura roja y negra
n
pegamento 850
Procedimiento
1. Mezclen un poco de agua con pan y formen bolitas del mismo
tamaño (aproximadamente de 1 cm de diámetro), agreguen un
poco de pegamento para suavizar las esferas. Hagan unas 20
bolitas.
2. Pinten unas cuantas de color negro para representar átomos de
carbono y la mayoría de color rojo para representar átomos de hidrógeno.
176
Alquenos
Los alquenos son hidrocarburos no saturados que tienen menos
hidrógeno que el máximo posible. La insaturación puede satisfa­
cerse mediante otros reactivos diferentes del hidrógeno dando ori­
gen a sus propiedades químicas características.
Los alquenos u olefinas tienen como fórmula general: CnH2n, el
doble enlace carbono­carbono es lo que caracteriza estos com­
puestos. Los alquenos son otra serie homóloga de los hidrocarbu­
ros. Los nombres de estos compuestos terminan en eno.
Los primeros cuatro miembros de los alquenos lineales son los si­
guientes:
Grupo Editorial Patria®
Eteno
C2H4
H2C 5 CH2
Propeno
C3H6
CH3 2 CH 5 CH2
Buteno
C4H8
CH3 2 CH 5 CH 2 CH3 o
H2C 5CH 2 CH2 2 CH3
Penteno
C5H10
CH3 2 CH 5 CH 2 CH2 2 CH3
o
CH2 5 CH 2 CH2 2 CH2 2 CH3
Al igual que los alcanos, en los alquenos se dan tendencias generales en sus propiedades
físicas y químicas a medida que su masa molecular aumenta. En condiciones ordinarias
son gaseosos hasta C4, líquidos de C3 a C18, y sólidos los términos superiores. Son inso­
lubles en agua, pero solubles en gran número de disolventes orgánicos.
Figura 4.24
Estructura molecular del 2-buteno.
Propiedades de alquenos
Punto de
fusión, °C
Punto de
ebullición,
°C
Densidad
a 20 °C
Nombre
Estructura
Eteno
CH2 5 CH2
2169
2103
0.61
Propeno
CH3 2 CH 5 CH2
2185
248
0.61
Buteno-1
CH3 2 CH2 2 CH 5 CH2
2130
26
0.625
Cis-buteno-2
CH3 2 CH 5 CH 2 CH3
2139
24
0.626
Isobuteno
(CH3)2 2 CH 5 CH2
2141
27
0.627
Penteno-1
CH3 2 (CH2)2 2 CH 5 CH2
2138
30
0.643
Hexeno-1
CH3 2 (CH2)3 2 CH 5 CH2
2119
63.5
0.675
Hepteno-1
CH3 2 (CH2)4 2 CH 5 CH2
18
93
0.697
Octeno--1
CH3 2 (CH2)5 2 CH 5 CH2
122
0.720
Octadeceno-1
CH3 2 (CH2)15 2 CH 5 CH2
179
0.79
Figura 4.25
Estructura molecular del propeno o propileno.
Al introducir los enlaces dobles se obtiene un nuevo tipo de isómeros llamados de posi­
ción. Por ejemplo, al observar el buteno, la doble ligadura cambia de posición, así que se
obtienen dos isómeros:
1
2
3
4
CH3 — CH — CH — CH3
1
2
3
4
H2C — CH — CH2 — CH3
2-buteno
1-buteno
Para nombrar a los alquenos arborescentes se aplican las mismas reglas que para los alca­
nos, con las siguientes observaciones adicionales: la cadena principal siempre contendrá
la(s) doble(s) ligadura(s), indicando la posición de ella(s) dentro de la cadena principal
(la de mayor número de átomos de carbono que contenga los dobles enlaces). Cuando
en un alqueno se presenta una arborescencia y una doble ligadura a la misma distancia de
Figura 4.26
Algunos productos elaborados a partir de los
alquenos.
177
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
los extremos, tiene preferencia la doble ligadura. En la nomenclatura las funciones químicas siempre tienen preferencia sobre los radicales al­
quilo.
Cuando existen dos o tres dobles ligaduras en la cadena principal, se cambia la terminación eno por dieno o trieno, respectivamente, y se
indica con números la posición de esas dobles ligaduras. Ejemplos:
1 2
3
4
H2C — CH — CH — CH2
1
2
3
4
H2C — C — CH — CH3
1,3-butadieno
1,2-butadieno
—
1
CH3
I
2,3–diyodo cis–2–buteno
3
C
—
I
2C
4
CH3
—
3
C
—
—
—
I
—
2
C
4
CH3
—
—
1
CH3
—
Los enlaces dobles pueden originar la isomería geométrica o cis-trans.
I
2,3–diyodo–trans–2–buteno
Es isómero cis cuando los dos radicales o arborescencias se encuentran del mismo lado (arriba o abajo) respecto de la ligadura y es isómero
trans cuando las arborescencias se hallan en lados opuestos (una arriba y otra abajo), respecto al doble enlace. También se pueden encontrar
enlaces dobles en los compuestos cíclicos.
1
2
3
Ciclohexeno
Ciclopenteno
4
1,4-ciclohexadieno
Ciclopropeno
Actividad de aprendizaje
1. ¿Cuál de las siguientes fórmulas condensadas corresponde a un alqueno?
a) C6H6 b) C6H8 c) C6H10 d) C6H12 e) C6H14
2. El compuesto 2-buteno:
CH3
C
H
CH3
H
C
C
H
CH3
Presenta isomería:
a) De cadena b) De serie c) Óptica d) Geométrica
178
CH3
C
H
Grupo Editorial Patria®
Ejemplos de alquenos arborescentes:
—
1
2
3
4
CH2 C — CH2 — CH3
—
4
3
2
1
CH3 — CH2 — C CH2
CH2
—
CH3
CH3
2–etil–1–buteno
2–metil–1–buteno
—
5
6
CH CH2
2
1
CH CH2
3,4–dipropil–trans–1,5–hexadieno
CH3
2
CH
—
—
CH3
3
4
5
6
CH3 — CH2 — CH — CH2 — CH — CH3
—
—
1
2
3
4
5
6
7
8
CH3 — C CH — CH CH — CH C — CH3
—
—
2
1
CH CH2
3–propil–1–hexeno
3
4
CH3 — CH2 — CH2 — CH — CH — CH2 — CH2 — CH3
—
—
6
5
4
3
CH3 — CH2 — CH2 — CH — CH2 — CH2— CH3
CH3
1
CH2
5–metil–3–etil–hexeno–1
2,7–dimetil–2,4,6–octatrieno
Actividad de aprendizaje
Escribe la estructura y/o fórmula de los siguientes compuestos:
1. 4-octeno
2. 6,7-dimetil-3-ciclobutil-4-noneno
3. Trans-2-penteno
4. 2-hexeno
5. ¿Cuál es el nombre del siguiente compuesto?
—
CH3
CH3
—
CH3—C—CH3
—
—
—C—CH2—CH2—CH2—CH2—CH—CH2—CH2—CH3
CH3—C —
CH3
Alquinos
Estos hidrocarburos tienen como fórmula general CnH2n22. Como en el caso de los alquenos, la isomería de estos hidrocarburos
se debe a la estructura de la cadena y a la posición del triple enlace. Su nomenclatura es similar a la de los alquenos, pero se cambia la terminación eno del alqueno, por ino en el alquino. A veces se denominan como derivados del acetileno o etino, que es el más simple
de estos hidrocarburos.
179
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Ejemplo
HC CH
5
4
3
2
1
CH3 — CH2 — C C — CH3
5
4
3
2
1
CH3 — CH2 — CH — C CH
CH3
Etino
o
acetileno
2-Pentino
o
metil etilacetileno
3-metil-1-pentino
o
sec-butilacetileno
HC C — CH3
HC C — CH2 — CH3
H3C — C C — CH3
Propino o metil acetileno
1- butino o etilacetileno
2-butino
CH3
——
——
C H3
6
5
4
3
2
1
CH3 — C — CH2 — C C — CH3
——
——
1
2
3 4
5
6
CH3 — CH — C C — CH — CH3
CH3
CH3
Trans-2,5 dimetilhexino-3
5,5-dimetilhexino-2
1
CH
——
——
2
C
——
——
CH3
—
CH — CH3
——
H3C
——
——
9
8
7 6
5
4
3
CH3 — CH2 — C — CH — CH2 — CH2 — CH — CH — CH2 — CH3
CH3
CH3
7,7-dimetil-6-isopropil-3-sec-butilnonino-1
En los ejemplos anteriores el 1-butino y el 2-butino son isómeros de posición, ya que lo
único que cambia es la ubicación de la triple ligadura.
Aromáticos (benceno)
Los hidrocarburos aromáticos más importantes se derivan del benceno y su fórmula ge­
neral es: CnH2n-6. Algunos ejemplos son:
Figura 4.27
El etino,
combinado con el
oxígeno, se utiliza
para soldar.
180
Benceno
C6H6
Etilbenceno
C8H10
Metilbenceno
C7H8
Propilbenceno
C9H12
Grupo Editorial Patria®
Figura 4.30
El benceno es uno de los compuestos más importantes en la química orgánica; base de insecticidas, colorantes, cosméticos, perfumes, etc. a) Fórmulas
desarrolladas del benceno, según Kekulé, b) Es la representación simplificada
o actual del benceno. Los vértices del ciclo representan los átomos de
carbono (seis en este caso), el círculo simboliza a los tres dobles enlaces que
están dentro del ciclo, alternándose con los tres enlaces simples.
Figura 4.28
Molécula del etino o acetileno.
Figura 4.29
Friedrich Kekulé (1829-1896),
químico alemán creador del
concepto de la estructura del
benceno que lleva su nombre.
El benceno es una hemotoxina, es
decir, la que daña la médula de los
huesos e inhibe la formación de
las células sanguíneas como en la
leucemia. Las fórmulas estructura­
les condensan las del benceno y las
de bencenos sustituidos muestran
un hexágono para los seis átomos
de carbono, siempre y cuando re­
emplace los átomos de hidrógeno.
Las fórmulas desarrolladas son las
siguientes:
C
CH
CH CH
CH
CH
CH CH
CH
CH
Benceno
Bencenos monosustituidos
Se nombran cambiando el nombre del radical que se adiciona y se
agrega al final la palabra benceno.
Ejemplos
Metilbenceno
o
Tolueno
CH3
CH
Para facilitar la asignación de nombres a los hidrocarburos bencé­
nicos, se dividen en tres clases: monosustituidos, disustituidos y
polisustituidos.
Aminobenceno
o
Anilina
Hidroxibenceno
o
Fenol
CH
Tolueno
(fórmulas de Kekulé)
Clorobenceno
Etilbenceno
CH3
Benceno
Tolueno
(fórmulas modernas)
Ácido bencencarboxílico
o
Ácido benzoico
181
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Como puede observarse algunos compuestos tienen dos nombres, esto se debe a que muchas veces se conoce más el nombre comercial que
el sistemático; por ejemplo, se maneja más el nombre de tolueno que el de metilbenceno.
Actividad de aprendizaje
Escribe el nombre o la fórmula de los siguientes compuestos aromáticos:
I
NO2
Br I
a)
NO2
Br I
NO2
Br
b)
CH3CHCH3
SO33H
CH3CHCH
NH2
d)
c)
CH CHCH
SO H
3
NH2 3 3
SO3H
NH2
e)
f)
Bencenos disustituidos
A este grupo pertenecen los sustituyentes bencénicos, cuya posición que ocupa en el anillo se indica con un número, tomando en cuenta la
distancia más corta entre los sustituyentes. Ejemplos:
Orto (o)
(posición 1-2)
Meta (m)
(posición 1-3)
Para (p)
(posición 1-4)
Bencenos polisustituidos
o-metilfenol
2-metilhidroxibenceno
CH3
Para los bencenos trisustituidos o de mayor grado de sustitución,
se debe emplear el sistema de numeración. Este método se ilustra
con los siguientes ejemplos:
CH3
m-metilfenol
3-metilhidroxibenceno
CH3—CH—CH3
CH3—CH2
CH2—CH3
CH2—CH3
1,2dimetil4
etilbenceno
p-clorofenol
4-clorohidroxibenceno
OH
Cl
I
Br
1isopropil3,5
dietilbenceno
1Hidroxi2cloro4
bromo5yodobenceno
Uso de las TIC
Utilizando Internet completa el siguiente cuadro:
Tipos de petróleo que se extraen en México
Tipo
Nombre comercial
Estado de la República
Mexicana en donde
se extrae
¿Cuántos productos se obtienen principalmente en una destilación del petróleo? Menciona cuando menos diez:
Envía tu respuesta por correo electrónico a tu profesor.
182
Costo del barril
Grupo Editorial Patria®
A este grupo también pertenecen los hidrocarburos bencenoides
de anillos fusionados, los cuales están constituidos por dos o más
anillos que comparten dos átomos. Por ejemplo:
Si hervimos agua con una planta aromática, en el vapor que desprende
se encuentra una cantidad muy pequeña de aceite esencial, pero si la
ebullición dura mucho tiempo, poco a poco arrastra toda la esencia.
Si enfriamos el vapor de la ebullición (destilación) obtendremos una
mezcla de agua y una pequeña cantidad de aceite esencial que, como
es insoluble, se puede separar.
Naftaleno, C10H8
Antraceno, C14H10
Así, por ejemplo, se obtienen en la industria las esencias de lavanda
y de romero, las cuales al mezclarse con alcohol sirven para hacer
agua de colonia y perfumes. Asimismo, la esencia de eucalipto se utiliza en el ramo farmacéutico (pastillas para la garganta, inhalables).
Ahora obtén un aceite esencial.
Material
Fenantreno, C14H10
En este grupo se encuentran el alquitrán de hulla y el hollín, que
son muy estables, y cuando el número de anillos fusionados resulta
muy grande y en dos direcciones, se obtiene una estructura de tipo
grafito.
Actividad de aprendizaje
Escribe las fórmulas estructurales de los siguientes hidrocarburos aromáticos.
n
1 mortero con pistilo
n
2 aros
n
2 matraces de 250 mL
n
2 rejillas
n
1 refrigerante
n
5 nueces
n
1 tubo de seguridad
n
1 recipiente para el destilado
n
2 tapones bihoradados
n
gomas para conexiones
n
3 soportes
n
tubos de vidrio acodados
n
3 pinzas
n
papel filtro
n hojas
y flores de una planta aromática como tomillo, espliego,
etcétera, o pétalos de rosas, clavel u otras.
1. Cumeno
2. Para-propiltolueno
3. Orto-xileno
4. Meta-xileno
5. Naftaleno
6. Fenantreno
Figura 4.31
Etapas del experimento.
7. Antraceno
Actividad experimental
Sigue las instrucciones de tu profesor; reúnanse en equipos de cuatro
o cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final. Con sus conclusiones elaboren un informe escrito de la actividad y expónganlo frente al grupo.
Obtención de un aceite esencial
El olor de las flores y las plantas aromáticas se debe a que contienen
pequeñas cantidades de unas sustancias llamadas aceites esenciales
o esencias, que son líquidos insolubles en agua; aunque comunican a
ésta su olor y su sabor son menos volátiles que ella (hierven alrededor
de los 200 ºC). Los aceites esenciales se encuentran en forma de pequeñísimas gotas.
Procedimiento
1. Monta el dispositivo mostrado en la figura 4.31.
2.Corta y tritura en el mortero hojas o flores encogidas con un poco
de agua.
3. Llena el matraz A con esta mezcla y unos 150 mL de agua.
4. En el matraz B coloca 250 mL de agua.
5.Enciende el fuego bajo los dos matraces, pero cuando el matraz A
hierva retíralo del fuego y deja encendido el B. Ten cuidado con
el fuego.
6.El líquido destilará sobre un embudo que contiene un filtro cónico
mojado con agua. De esta forma pasará por el filtro, mientras que
las gotitas de aceite esencial quedarán retenidas en éste.
183
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
7.Con el mismo papel de filtro vierte en un tubo de ensayo la esencia obtenida.
¿Para qué sirve el matraz B?
n
5 g de carbonato de magnesio en polvo
n
1 litro de agua destilada
Procedimiento
1.Mezcla en el mortero la esencia de rosas y los carbonatos de
calcio y magnesio.
¿De dónde se sacan los perfumes?
2. Dilúyelo todo en un poco de agua destilada.
3. Ponlo en la botellas de litro aprovechando bien todo el residuo.
Conclusiones:
4. Acaba de llenar la botella y agrégale agua destilada.
5. Agítalo enérgicamente.
6. Déjalo reposar después durante unos días.
Fíltralo.
Actividad experimental
Sigue las instrucciones de tu profesor; reúnanse en equipos de cuatro
a cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final y con sus conclusiones elaboren un informe escrito y expónganlo frente al grupo.
Obtención de agua de rosas
Las aguas aromáticas no son perfumes propiamente dichos, más bien
son líquidos de olor agradable que sirven de base para elaborar otros
perfumes, en particular las aguas de colonia, las cuales suavizan la
acción del calor y al mismo tiempo dan una agradable sensación de
frescura.
¿Por qué crees que las esencias y las aguas aromáticas se envasan en
recipientes de vidrio opaco y se mantienen en un lugar fresco y poco
accesible a la luz?
¿Para qué usamos los carbonatos de calcio y magnesio?
Conclusiones:
Para tu reflexión
El descubrimiento del primer
plástico sintético (el celuloide)
Figura 4.32
Esencias y aguas aromáticas.
Material
n
1 mortero
n
botellas de 1 litro
n
1 embudo
n
papel de filtro
n 20
gotas de esencia de rosas (la puedes comprar
en una far­macia)
n
184
2. 5 g de carbonato de calcio en polvo
El inventor estadounidense John Wesley Hyatt (1837-1920), en un
intento de ganar la recompensa ofrecida a quien encontrara un sustituto del marfil para las bolas de billar, empezó a trabajar en la piroxilina.
La disolvió en una mezcla de alcohol y éter, y añadió alcanfor para
hacerla más segura y maleable. En 1869 obtuvo lo que llamó celuloide
y ganó el premio. El celuloide fue el primer plástico sintético (es decir,
un material que puede moldearse).
Además, como la piroxilina podía moldearse en esferas, también podía
extrusionarse en fibras y películas. El químico francés Louis Marie
Hilaire Bernigaud, conde de Chardonnet (1839-1924), obtuvo fibras
forjando soluciones de piroxilina a través de pequeños agujeros. El disolventes evaporó casi al instante, dejando un hilo tras de sí. Estos hi-
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los podían tejerse, dando un material que tenía la suavidad de la seda.
En 1884 Chardonnet patentó el rayón (llamada así porque era tan
brillante que parecía despedir rayos de luz).
Material
n
2 soportes universales
n
2 anillos de fierro con tela de asbesto
n
2 mecheros
n
2 cápsulas de porcelana
n
4 tubos de ensayo de 15 3 150 mm
n
1 circuito eléctrico con un foquito y cables conductores
n
2 vasos de precipitados de 100 mL
Diferencias entre compuestos orgánicos
e inorgánicos
n
1 g de parafina sólida
n
1.5 g de cloruro de sodio (NaCl)
Consideraciones teóricas
n
0.5 g de ácido benzoico (C6H5COOH)
Antes se creía que los compuestos orgánicos sólo se podían obtener a
partir de la materia orgánica; sin embargo, a partir de la síntesis de la
urea, se abrieron las posibilidades de producción sintética de numerosas sustancias orgánicas; en la actualidad se conocen cerca de 10 millones de compuestos orgánicos y unos 800 000 inorgánicos. El
constituyente principal es el carbono.
n
5 mL de etanol (C2H5OH)
n
5 mL de agua (H2O)
n
20 mL de disolución de azúcar al 1%
n
20 mL de disolución de sal (NaCl) al 1%
Actividad experimental
Sigue las instrucciones de tu profesor; reúnanse en equipos de cuatro
a cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final y con sus conclusiones elaboren un informe escrito y expónganlo frente al grupo.
Existen diferencias básicas entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos, tales como solubilidad, combustión, conductividad eléctrica y
tipo de enlace químico. Para identificar un compuesto orgánico, se
determinan primero los elementos constitutivos y su peso molecular.
Luego se identifican las constantes físicas más importantes, tales
como: el punto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la coloración de
la flama y otras más.
Propósito
Identificar de manera experimental las diferencias entre los compuestos orgánicos e inorgánicos mediante pruebas cuantitativas.
Procedimiento
1.Coloca 1 g de parafina en una de las cápsulas y en la otra 1 g de
cloruro de sodio; apoyándose en los soportes, calienta de manera
simultánea y observa lo que ocurre. Ten cuidado con el fuego.
2.En un tubo de ensayo coloca 0.5 g de ácido benzoico y en el otro
0.5 g de cloruro de sodio; agrega a cada uno de ellos 5 mL de
agua; agita con fuerza y observa lo que ocurre.
Repite los pasos anteriores, pero ahora utiliza alcohol etílico o
etanol.
3.En uno de los vasos coloca 20 mL de la disolución de azúcar y en
el otro 20 mL de la disolución de sal; conecta el circuito e introduce en cada vaso los electrodos o alambres de cobre; observa lo
que ocurre y regístralo.
Contesta las siguientes preguntas:
¿Qué le ocurrió a la parafina al iniciar el calentamiento?
¿Qué le ocurrió al cloruro de sodio en el mismo tiempo?
¿A qué se atribuye este fenómeno?
¿Qué le ocurre al ácido benzoico al entrar en contacto con el agua?
¿Qué le ocurrió al cloruro de sodio al entrar en contacto con el agua?
Figura 4.33
Azúcar sólida.
185
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
¿Qué le ocurrió al ácido benzoico con el etanol?
¿Qué le ocurrió al cloruro de sodio con el etanol?
¿Qué ocurre cuando los electrodos se sumergen en la disolución de azúcar?
¿Qué ocurre cuando los electrodos se sumergen en la disolución de cloruro de sodio?
Conclusiones:
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual:
Hidrocarburo
Alifáticos
Alcanos
Alquinos
Ejemplos
Ejemplos
Grupos funcionales
Los compuestos orgánicos se clasifican de manera general según las propiedades de los grupos más característicos y reactivos que contienen.
Muchos compuestos contienen sólo uno de estos grupos y un residuo inerte que consta de átomos de carbono e hidrógeno. El átomo o grupo
de átomos que definen la estructura de una clase particular de compuestos orgánicos y determina sus propiedades se llama grupo funcional.
186
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La reactividad de un grupo funcional puede deberse a la presencia de un doble o triple enlace, o a la presencia de un par de electrones no
compartidos, o bien, a ambos. Los alcanos son la única clase de compuestos que no tienen grupo funcional, ya que contienen exclusivamente
átomos de carbono e hidrógeno, los cuales están saturados. Los dobles y triples enlaces, carbono-carbono, se consideran como grupos funcio­
nales porque son centros en los que pueden ocurrir reacciones de adición y además tienen efectos sobre los átomos adyacentes.
La familia que caracteriza a los grupos funcionales
se llama función química
Fórmula general
Grupo funcional
Función química
Ejemplo
Nombre
R2X
Halogenuro
Halogenuro de alquil o aril
CH3 2 Cl
Cloruro de metilo
R 2 OH
Oxhidrilo
Alcoholes y fenoles
CH3 2 OH
Metanol
Formilo
Aldehídos
CH3 2 CH 5 O
Etanol
R 2 CH 5 0
|
R
R2C5O
|
CH3 2 C 5 O
Oxa
Cetonas
|
R
Propanona
CH3
R 2 COOH
Carboxilo
Ácidos
CH3 COOH
Ácido etanoico
R2O2R
Oxi
Éteres
CH3 2 O 2 CH3
Dimetil éter
R 2 COO 2 R
Carboxilato de alquino
Ésteres
CH3 2 COO 2 CH3
Etanoato de metilo
R 2 NH2
Amino
Aminas
CH3 2 NH2
Metlamina
R 2 CO 2 NH2
Amida
Amidas
CH3 2 CO 2 NH2
Etanamida
De acuerdo con lo anterior, la mayoría de los compuestos se pueden dividir en pocas clases,
según los grupos funcionales que contienen. Un grupo funcional es la parte de una molé­
cula que tiene una distribución específica de átomos, de la cual depende el comportamien­
to químico de la molécula de origen. Las moléculas diferentes que tienen la misma clase de
grupo o grupos funcionales reaccionan de modo semejante.
Ya se han explicado dos de estos grupos: los dobles y triples enlaces carbono-carbono, am­
bos imparten reactividad química considerable a un hidrocarburo. Algunos grupos funcio­
nales como los alcoholes, R-OH; aldehídos, R-CHO; cetonas, RCOR, etcétera, contienen
otros elementos además de carbono e hidrógeno, tales como oxígeno, nitrógeno o halóge­
no. Los compuestos que contienen estos elementos se consideran derivados de los hidro­
carburos. En ellos, uno o más de los átomos de hidrógeno de un hidrocarburo han sido
reemplazados por otros átomos o grupos de átomos. De esta forma, se puede considerar
que el compuesto consta de dos partes: un fragmento de hidrocarburo, como un grupo al­
quilo (designados por R), y uno o más grupos funcionales.
Puesto que un grupo alquilo es poco reactivo, el grupo funcional es generalmente la parte
reactiva de la molécula.
Figura 4.34
En una cocina se presentan sustancias con diferentes grupos funcionales.
187
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Actividad de aprendizaje
1. ¿Qué es un grupo funcional?
Para tu reflexión
Limpieza en el hogar
1.Limpia con cierta frecuencia la base de tu plancha para evitar que
manche tu ropa, frotándola con un trapo limpio y seco impregnado con sal o tierra de piedra pómez; después límpiala con un
trapo húmedo y déjala secar bien antes de usarla.
2. ¿Qué es una función química?
Alcoholes
Los alcoholes son derivados de los hidrocarburos; en ellos uno o
más hidrógenos de hidrocarburo básico son reemplazados por un
grupo funcional oxhidrilo o alcohol, OH. El nombre para un alco­
hol termina en ol. Los alcoholes simples se nombran cambiando la
última letra del nombre del alcano correspondiente por ol; por
ejemplo, el etano se convierte en etanol. Cuando es necesario se
indica la posición del grupo OH con un prefijo y se señala el núme­
ro del átomo de carbono que lleva el grupo, tal como se ilustra a
continuación:
2.Para que el horno de microondas conserve toda su capacidad de
cocimiento, límpialo después de cada uso (especialmente alrededor del empaque de la puerta) con una fibra de plástico y una disolución de bicarbonato de sodio y agua, nunca limpies el horno
con fibra de vidrio.
3.Para facilitar la limpieza del procesador de alimentos antes de
rallar, moler o picar cualquier alimento, rocía en las cuchillas un
poco de aceite para que no se les peguen los alimentos.
4.Para destapar los orificios de la plancha de vapor, llénala con
partes iguales de vinagre blanco y agua; deja que salga el vapor
hasta que se seque; desconecta la plancha y agrega agua limpia hasta que salga toda el agua por los orificios.
5.Para mantener limpio el depósito y conductos de goteo de la cafetera, ponla a trabajar con agua y dos gotas de vinagre para disolver las incrustaciones formadas por la dureza del agua.
6.El principal enemigo de un tostador son los residuos de pan, por eso
hay que mantenerlo siempre limpio; así durará más tiempo y evitará
mayor consumo de electricidad.
7.Cuando algún alimento se derrame y ensucie el horno, rocía inmediatamente sal y bicarbonato y deja que se enfríe. Después,
limpia con un trapo húmedo o estropajo, y la mancha se quitará
fácilmente.
Figura 4.35
Isómeros del propanol.
Como el enlace OH2 del alcohol es polar, los alcoholes son mu­
cho más solubles en disolventes polares (como el agua), que los
hidrocarburos. El grupo funcional OH puede participar en puen­
tes de hidrógeno como los del agua. Como resultado, los puntos de
ebullición de los alcoholes son mucho más altos que los de los alca­
nos correspondientes.
Alcohol primario:
R 2 CH2 2 OH (un radical alquil, R)
Alcohol secundario: R 2 CH 2 OH
|
R
Alcohol terciario:
188
8.Limpia tu refrigerador con regularidad, de ser posible cada semana, con una disolución de bicarbonato de sodio y agua tibia; esto
previene la proliferación de olores desagradables. Cuando el aparato esté desconectado, también es recomendable limpiar la parrilla de la parte trasera con un trapo húmedo para retirar el polvo.
(dos radicales alquil, R)
R
|
R 2 C 2 OH
|
R
(tres radicales alquil, R)
Propiedades físicas y químicas
de los alcoholes
Los primeros alcoholes hasta el butanol son líquidos y solubles en
agua. Del pentanol al undecanol son oleaginosos, insolubles
en agua y de olor agradable. A partir del dodecanol son sólidos, in­
solubles en agua y sin olor. Son muy reactivos. Cuando se les elimi­
na un hidrógeno forman alcanos. Reaccionan con los metales
activos y forman otro tipo de alcoholes.
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Nomenclatura y clasificación de alcoholes
Punto de
ebullición °C
Clase
Fórmula
Nombre
IUPAC
Nombre común
Primario
CH3OH
Metanol
Alcohol metílico
65
Primario
CH3CH2OH
Etanol
Alcohol etílico
78.5
Primario
CH3CH2CH2OH
1-propanol
Alcohol n-propílico
97.4
Primario
CH3(CH2)2CH2OH
1-butanol
Alcohol n-butílico
118
Primario
CH3(CH2)3-CH2OH
1-pentanol
Alcohol n-pentílico o n-amílico
138
Primario
CH3(CH2)6CH2OH
1-octanol
Alcohol n-octílico
195
2-metil-1-propanol
Alcohol isobutílico
108
CH3CHCH2OH
Secundario
CH3
Uno de los principales alcoholes es el metanol; es el alcohol más sencillo, tiene usos industriales importantes y se produce en gran escala.
Cuando se calienta la madera a altas temperaturas en una atmósfera carente de oxígeno, se forma metanol (alcohol de madera) y otros produc­
tos, los cuales son extraídos de la madera. Al proceso se le llama destilación destructiva, y hasta aproximadamente 1925 se obtenía casi todo el
metanol a través de este método. En los primeros años de la década de 1920 se desarrolló en Alemania la síntesis del metanol por hidrogena­
ción catalítica a alta presión del monóxido de carbono. La reacción es la siguiente:
ZnO 2Cr2O3
CO (g)
Monóxido
1
CH3OH (g)
2H2(g)
hidrógeno
300­400 °C, 200 atm
alcohol metílico
El metanol es un líquido volátil (p. eb. 65 °C), altamente inflamable, venenoso y puede oca­
sionar ceguera o muerte si se ingiere. La exposición a vapores de metanol, aun durante cor­
tos periodos, es peligrosa. Su producción anual mundial es de cuatro millones de toneladas
y se usa para la obtención de formaldehído (metanal), principalmente para la fabricación de
polímeros; también se utiliza para la desnaturalización del alcohol etílico (a fin de evitar su
ingestión, haciéndolo perjudicial como bebida); igualmente se emplea como disolvente in­
dustrial y como anticongelante barato y temporal para los radiadores (no es anticon­
gelante permanente, aunque sus resultados son satisfactorios debido a que su
punto de ebullición es menor que el del agua).
Debido a que el metanol tiene un alto índice de octano como combustible para
automóvil, se ha utilizado en años recientes como aditivo para la gasolina (lla­
mada entonces gasohol) y su función es reducir la cantidad de contaminantes
de la atmósfera emitida por los automóviles. Otros beneficios de usar metanol
en la gasolina es que se puede fabricar a partir de fuentes no petrolíferas. La
fuente no petrolífera más económica de monóxido de carbono en la fabricación
del metanol es el carbón. Además de este material se pueden usar también combus­
tibles como madera, desperdicios agrícolas y limo de drenaje.
Figura 4.36
Algunos usos de los alcoholes.
189
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Etanol
Es sin duda el alcohol más reco­
nocido desde los tiempos remo­
tos y el que tiene el uso más
extendido. Se le conoce con va­
rios nombres: alcohol etílico, al­
cohol, alcohol de grano, metil
carbinol, espíritu de vino, alcohol
de caña o aqua vitae. La prepara­
ción de etanol por fermentación
se registra en el Antiguo testamento. Gigantescas cantidades de este
producto se obtienen por fer­
mentación. El almidón y el azú­
car son las materias primas. El
almidón se convierte primero en
azúcar mediante hidrólisis catali­
zada por enzima o ácidos (una
enzima es un catalizador bioló­
gico). Se logra la conversión de
azúcares simples en etanol por
la enzima zimasa de las levadu­
ras:
C6H12O6
que requieren de habilidad y juicio
(como el conducir un auto) quedan
inter­feridas. En mayor cantidad, el eta­
nol origina náusea, vómito, percepción
deficiente y falta de coordinación. Si se
consume una cantidad muy alta, puede
sobrevenir la inconciencia y finalmente
la muerte.
El etanol para uso industrial se desna­
turaliza o destufa (es decir, se hace
inadecuado para la ingestión). La des­
naturalización se efectúa agregando
pequeñas cantidades de metanol y
otros destufantes que son en extremo
difíciles de separar.
Figura 4.37
Se puede obtener un alcohol
fermentado casi de cualquier tipo de
fécula o azúcar.
Zimasa
2 CH3CH2OH 1 2 CO2
etanol
Glucosa
Para que el etanol se pueda utilizar en formas debidas hay que fabri­
carlo por fermentación. Gran parte de este alcohol es para uso in­
dustrial (unas 500 mil toneladas anuales en el mundo), se fabrica a
partir del etileno, derivado del petróleo. El etileno se hace pasar por
una disolución acuosa ácida para formar el etanol.
CH2 5 CH2 1 H2O
Eteno
H
1
CH3CH2OH
etanol
Algunos de los usos económicos más importantes del etanol son:
como intermediario en la fabricación de otras sustancias quími­
cas como el acetaldehído, ácido acético, acetato de etilo y éter
dietílico; como disolvente de muchas sustancias orgánicas; como
ingrediente para productos farmacéuticos, perfumes, aromas, y
más, y en bebidas alcohólicas.
El etanol actúa de manera fisiológica como alimento, medica­
mento y tóxico. Es alimento en sentido limitado, ya que el organis­
mo puede metabolizar pequeñas cantidades en dióxido de
carbono y agua con producción de energía. Como fármaco, el
etanol con frecuencia se considera un estimulante, pero en reali­
dad es un depresivo. En cantidades moderadas origina ebriedad y
deprime las funciones cerebrales, de modo que las actividades
190
Otros alcoholes que se usan mucho Figura 4.38
son el alcohol isopropílico (2-propa­ Productos farmacéuticos
con base en alcohol.
nol), principal ingrediente de las for­
mulaciones de alcohol para fricción; el
etilenglicol, que es el principal componente de los anticongelantes
de tipo permanente y se utiliza en la fabricación de fibras sintéti­
cas de poliéster (dacrón); asimismo se emplea mucho en la indus­
tria de la pintura; el glicerol, también conocido como glicerina es
un líquido siroposo de sabor dulce. Sus usos principales se dan en
la fabricación de polímeros y explosivos, como emoliente en cos­
méticos, humectante en el tabaco y como edulcorante.
Para tu reflexión
La fermentación alcohólica
La fermentación es un proceso enzimático. La fermentación alcohólica
es producida por las levaduras, que son hongos microscópicos unicelulares que liberan unas sustancias llamadas enzimas, y que son, en
definitiva, las causantes de las fermentaciones.
Las levaduras, como hongos que son, necesitan materias orgánicas
para alimentarse, por eso se desarrollan muy bien en líquidos azucarados, que les sirven de sustratos, de ellos pueden obtener la energía
almacenada en los glúcidos.
La levadura del pan libera dos enzimas, una de las cuales, la invertasa
o sacarasa, convierte la sacarosa en glucosa. Ésta se convierte en etanol y dióxido de carbono por la acción de otra enzima: la zimasa.
Esta fermentación alcohólica tiene diversas aplicaciones en el campo
de la alimentación. En unos casos se aprovecha el CO2 (en la fabricación de pan) y en otros lo que resulta utilizable es el etanol (fabricación
de vino, cerveza y otras bebidas fermentadas). En un proceso anaerobio, no se necesita la presencia de oxígeno del aire para que pueda
llevarse a cabo.
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Actividad de aprendizaje
Da el nombre sistemático de los siguientes alcoholes.
a) Fermentación acética.
Etanol 5 ácido acético 1 agua
—
CH3
1. CH3—CH—CH2—CH2—OH
OH CH3
—
CH3
—
—
2. CH3—CH2—CH—CH—CH3
3.
Las principales fermentaciones bacterianas son:
b) Fermentación láctica.
Lactosa 5 ácido láctico
c) Fermentación butírica.
—
—
C—CH3
Es aerobia (necesita el oxígeno del aire para tener lugar) y lo
producen bacterias del tipo acetobácter. La fermentación acéti­
ca es responsable de la fabricación del vinagre a partir del vino.
Glúcidos 5 ácido butírico
OH
—
CH3
—
4. CH3—C—CH2—CH3
OH
Es aerobia. La produce el ciostridum batiricum y el bacillus amiobacter. Es la fermentación que tiene lugar al enranciarse la
mantequilla y la obtención de la fécula de papa.
d) Fermentación pútrida o putrefacción.
Consiste en la desintegración de las grandes moléculas protei­
cas de los residuos vegetales y cadáveres animales que llegan a
formar aminoácidos. En este proceso se liberan gases como el
amoniaco, dióxido de carbono, hidrógeno, metano y otros de
olor fétido, como el sulfuro de hidrógeno, el nidol y el escano.
Se producen también las ptomaínas, sustancias muy tóxicas,
venenosas.
Éteres
Los compuestos en los que hay dos grupos de hidrocarburos
unidos a un oxígeno se llaman éteres: ROR’. Los dos grupos, R y
R’, pueden derivarse de hidrocarburos saturados, no saturados o
aromáticos, y para un éter dado pueden ser iguales o diferentes. En
el cuadro de la página siguiente se muestran las fórmulas estructu­
rales y los nombres de algunos éteres.
Figura 4.39
Destilación del vino.
Otros tipos de fermentaciones
Durante la fermentación, las bacterias útiles se llaman saprofitas,
las cuales producen determinadas sustancias útiles para el medio
en el que viven, o bien, descomponen la materia orgánica muerta
pasándola a materia mineral.
Figura 4.40
Estructura del agua y del dimetiléter.
191
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Nombres y fórmulas estructurales de los éteres
Nombre
Fórmula
Punto de ebullición °C
CH3 2 O 2 CH3
224
Éter dimetílico
Metoximetano
Dimetil éter
Éter metil etílico
Metoxietano
CH3CH2 2 O 2 CH3
Etil metil éter
Éter dietílico
Etoxietano
35
CH3CH2 2 O 2 CH2CH3
Dietil éter
CH3CH2 2 O 2 CH 2 CH3
|
CH3
Éter etil iso-propílico
(2-etoxipropano)
Éter divinílico o
39
CH2 5 CH 2 O 2 CH 5 CH2
Dirivil éter
Anisol
154
CH3 2 O 2
(metoxibenceno)
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre correcto de los siguientes éteres:
a) CH3—CH2—O—CH2—CH3
b) CH3—CH2—O—CH3
c)
—O—
—
CH3
—
d) CH3—O—CH2—CH
CH3
—O—CH2—CH2
—
e)
CH3
Aldehídos y cetonas
Los aldehídos y las cetonas son compuestos muy relacionados. Sus estructuras contienen el grupo carbonilo 2C5O, un carbono doble­
mente enlazado con un oxígeno. Los aldehídos tienen al menos un átomo de hidrógeno enlazado con el grupo carbonilo, mientras que las
cetonas tienen dos grupos, alquilo o arilo (o aromático, Ar) enlazados con el grupo carbonilo.
O
||
R2C2H
Aldehídos
192
O
||
Ar 2 C 2 H
O
||
R2C2R
O
||
R 2 C 2 Ar
cetonas
O
||
Ar 2 C 2 Ar
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en cantidades muy grandes. La producción anual mundial de ace­
tona es de 3 toneladas. Se usa como disolvente en la fabricación de
medicinas, productos químicos y explosivos; para la remoción
de pinturas, barnices comunes y para las uñas; y como disolvente en
la industria de los plásticos, la metilcetona (MEC).
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre sistemático de los siguientes aldehídos y acetonas:
a) CH3—CHO
b) CH3—CH2—CHO
O
||
CH3CH 5 O equivale a CH3 2 C 2 H
En la expresión lineal para una cetona, el grupo carbonilo se escri­
be CO o también C5O; por ejemplo:
O
||
CH3COCH3 equivale a CH3 2 C 2 CH3
El formaldehído es el aldehído más sencillo y más usado. Es un gas
tóxico e irritante, muy soluble en agua. Se maneja como disolución
acuosa al 40%, llamada formol o formalina. Como el formaldehído
es un poderoso germicida, se emplea para embalsamar y preservar
especímenes biológicos. También sir­
ve para desinfectar habitaciones,
barcos y construcciones para almace­
namiento; para combatir plagas de
moscas; para curtir pieles y como fun­
gicida de plantas y vegetales. Pero el
principal uso de esta sustancia es la fa­
bricación de polímeros. La produc­
ción anual mundial de formadehído es
de 21 millones de toneladas. Sus vapo­
res son muy irritantes para las mem­
branas mucosas y su ingestión puede
ocasionar fuertes dolores abdominales
que conducen al coma y a la muerte.
Figura 4.42
Algunos usos de aldehídos
y cetonas.
La acetona y la metilcetona se usan
mucho como disolventes orgánicos.
Con este objeto, la acetona se emplea
—
c) CH3—CH—CHO
— —
—
—
CH3
d) CH3 — C — C — CH2 — CH3
CH3 O
e) CH3—C—
—
—
En una notación lineal, con frecuencia se escribe el grupo aldehído
como CHO, o bien CH5O; por ejemplo:
CH3
f)
O
—C—
—
—
Figura 4.41
Estructura de un aldehído y una cetona.
O
Ácidos carboxílicos
Los ácidos orgánicos, que se conocen como ácidos carboxílicos,
se caracterizan por el grupo carboxilo funcional. Este grupo se re­
presenta de las siguientes maneras:
O
||
R 2 C 2 OH
o bien
R 2 COOH
o bien
R 2 CO2H
Los ácidos carboxílicos alifáticos forman una serie homóloga. El
grupo carboxilo siempre queda en el extremo de la cadena y se en­
tiende que el átomo de C de este grupo es el carbono número 1 al
dar el nombre al compuesto.
Los ácidos carboxílicos tienen la fórmula general R-COOH, don­
de R es un grupo alifático o aromático.
Para denominar un ácido carboxílico según el sistema IUPAC, se
identifica primero la cadena más larga que incluya el grupo car­
boxilo. A continuación se forma el nombre del ácido eliminando la
o del nombre del hidrocarburo básico correspondiente y se agrega
la terminación oico. Se antepone la palabra ácido. Así, los nom­
bres que corresponden a los ácidos de uno, dos y tres átomos de
carbono son, respectivamente, ácido metanoico, ácido etanoico y
193
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Figura 4.43
Representación molecular del grupo carboxilo (2COOH).
ácido propanoico. Desde luego, estos nombres se derivan del me­
tano, etano y propano.
El método IUPAC no es el único ni el de uso más general para dar
nombre a los ácidos. A los ácidos metanoico, etanoico y propanoico se
les llama ácido fórmico, acético y propiónico, respectivamente. Estos
nombres generalmente se refieren a una fuente natural del ácido y no
son sistemáticos. Al ácido fórmico se le llamó así por la palabra latina
formica, que quiere decir “hormiga”. El ácido acético se encuentra en
el vinagre y el nombre proviene de la palabra latina acetum.
El nombre del ácido butírico se deriva de la denominación latina
para la mantequilla butyrum. Muchos de los ácidos carboxílicos,
especialmente los que tienen número par de átomos de carbono
entre 4 y 20, existen combinados en las grasas vegetales y animales.
A estos ácidos se les llama ácidos grasos saturados.
El cuadro siguiente contiene la lista de los ácidos carboxílicos alifá­
ticos saturados más importantes.
Fórmulas y nombres de los ácidos
carboxílicos
194
Fórmula
Nombre
según IUPAC
Nombre común
HCOOH
Ácido metanoico
Ácido fórmico
CH3COOH
Ácido etanoico
Ácido acético
CH3CH2COOH
Ácido propanoico
Ácido propionico
CH3(CH2)2COOH
Ácido butanoico
Ácido butírico
CH3(CH2)3COOH
Ácido pentanoico
Ácido valeriánico
Fórmula
Nombre
según IUPAC
Nombre común
CH3(CH2)4COOH
Ácido hexanoico
Ácido caproico
CH3(CH2)6COOH
Ácido octanoico
Ácido caprílico
CH3(CH2)8COOH
Ácido decanoico
Ácido cáprico
CH3(CH2)10COOH
Ácido dodecanoico
Ácido láurico
CH3(CH2)12COOH
Ácido tetradecanoico
Ácido mirístico
CH3(CH2)14COOH
Ácido hexadecanoico
Ácido palmítico
CH3(CH2)16COOH
Ácido octadecanoico
Ácido esteárico
CH3(CH2)18COOH
Ácido icosanoico
Ácido araquídico
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre sistemático de los siguientes ácidos:
a) CH3(CH2)5COOH
b) CH3(CH2)9COOH
CH3
|
c) CH32CH2COOH
CH3
|
d) CH2C2COOH
|
CH3
Cl
|
e) CH32CH2COOH
Cl
|
f) CH32C2CH22COOH
|
Cl
Para tu reflexión
¿Por qué usar detergentes
en lugar de jabones?
1.La mayoría de los jabones o sales sódicas de ácidos orgánicos
superiores, al disolverse en el agua se disocian en iones de sodio
(Na1) y en iones negativos (CH32(CH2)n2COO) que serán los que
harán de puente entre la grasa y el polvo de la suciedad y las
moléculas de agua. Si el agua contiene iones de sodio, el jabón no
puede disolverse (efecto de ion común) y por tanto no puede lavar.
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2.El jabón forma compuestos insolubles con los iones: Ca12, Mg12
Fe12, entre otros y no lava hasta que éstos no han sido eliminados. Hace falta más jabón y además los compuestos insolubles
que quedan entre las fibras de la ropa se acartonan, amarillean o
depositan en las partes metálicas de las lavadoras y las lavavajillas. Los surfactantes de los detergentes forman, por el contrario,
compuestos solubles con los mencionados iones.
3.Los jabones, al ser sales de ácidos orgánicos y por tanto débiles,
reaccionan con los ácidos fuertes y dejan libre el ácido graso, lo
cual no ocurre con los detergentes.
Actividad experimental
Sigue las instrucciones de tu profesor; reúnanse en equipos de cuatro
o cinco alumnos y realicen la siguiente actividad. Contesten las preguntas que aparecen al final y con sus conclusiones elaboren un informe escrito y expónganlo frente al grupo.
Jabón de tocador
Ya obtuvimos jabón en la práctica de la fabricación de jabón en la primera parte, pero ahora repetiremos el proceso para obtener un jabón
más delicado que además de lavarnos protegerá nuestra piel.
n
1 hoja de papel
n
1 cazuela grande
n
moldes de madera o polietileno
n
bandeja cartón
n
toalla o paño
n
papel impermeable a la grasa
n
2 cucharadas soperas de sosa cáustica
n
200 mL de agua
n
500 mL de aceite de almendras o de oliva
n
100 g de aceite de coco
n
2 cucharadas de café con glicerina o con miel
Procedimiento
1. Pon agua en la cazuela pequeña.
2.Mide la sosa cáustica con cuidado e introdúcela lentamente en
el agua, removiéndola hasta que se disuelva.
3.Calienta a fuego lento los aceites junto con la glicerina hasta que
estén bien incorporados. Ten cuidado con el fuego.
4.Cuando la disolución de sosa esté a temperatura ambiente viértela sobre los aceites y muévela de nuevo.
5.Sigue removiendo hasta que la mezcla obtenga espesor (aproximadamente 15 minutos). Si se solidifica, caliéntala a baño maría
y remueve hasta que adquiera la consistencia necesaria para poder verterla.
6. Vierte la mezcla en los dos moldes.
7.Envuelve la bandeja o botella con una toalla y déjala reposar en un
lugar cálido y seco hasta que se solidifique.
8.Cuando el jabón esté sólido retíralo de los moldes separando el
plástico de las pastillas.
9.Envuelve las pastillas en el papel impermeable a la grasa y consérvalas hasta que se endurezcan (aproximadamente dos semanas).
Contesta las siguientes preguntas:
¿Por qué se calienta la solución de sosa cáustica?
Figura 4.44
Elaboración de un jabón.
¿Cuáles son las fórmulas de las sustancias que utilizaste?
Material
n
1 cazuela pequeña
n
1 agitador o cucharilla
195
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
¿Cuál es la reacción química que ocurrió?
¿Por qué hay una reacción que se llama saponificación?
Compara esta receta con la del experimento anterior y compara luego el aspecto de ambos jabones. Escribe tus observaciones.
Conclusiones:
Éster
Los ácidos carboxílicos y los ésteres son componentes de muchos artículos domésticos; las espinacas y algunos limpiadores contienen ácido
oxálico; la vitamina C es ácido ascórbico; las frutas cítricas contienen ácido cítrico. Muchas lociones para mitigar las quemaduras solares
contienen benzocaína (un éster); los hilos de poliéster y la aspirina también son ésteres.
Los ácidos carboxílicos reaccionan con los alcoholes en un medio ácido, por lo que forman ésteres, cuya fórmula general es RCOOR, donde
R es un grupo alifático o aromático. El grupo funcional del éster es 2COOR.
Éster
Grupo funcional
o también
O
O
||
||
R2C2O2R’ R2COO2R’ 2C2OR’ 2COOR’
La reacción entre el ácido acético y alcohol etílico forman un éster y una molécula de agua como producto. A este método se le llama
esterificación:
Ácido
CH3COOH
Ácido acético
1
alcohol
1 CH3CH2OH
1 alcohol etílico
(Ácido etanoico) 1
(etanol)
éster
1 agua
CH3COOCH2CH3 1 H2O
acetato de etilo
1 agua
(etanoato de etilo) 1 agua
Los ésteres son derivados alcohólicos de los ácidos carboxílicos. Se les nombra colocando primero la parte del ácido (R), terminada en ato
(en vez de ico), seguida de la preposición de y el nombre del alcohol. Así, en el sistema IUPAC, el ácido etanoico da lugar a los etanoatos y el
ácido acético, a los acetatos. Para dar nombre a un éster es necesario considerar la posición de la molécula de éster que proviene del ácido y la
parte que proviene del alcohol. El RCOO de la fórmula general de un éster proviene del ácido, y el ROH proviene del alcohol.
Los ésteres se encuentran en la naturaleza en muchas variedades de especies vegetales. Muchos tienen olores agradables, fragantes o frutales y
se emplean como aromatizantes y saborizantes. Por ejemplo, uno de los ésteres responsables del olor de los plátanos es el acetato de pentilo,
CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3.
196
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Figura 4.45
Mediante la saponificación se puede obtener gran variedad de jabones.
Figura 4.46
Los ésteres se forman por la reacción de un ácido carboxílico con un alcohol.
Los ésteres son insolubles en agua, pero solubles en alcohol etílico.
La hidrólisis de un éster en presencia de una base se llama saponificación, término que proviene de la palabra latina (sapon, ja­
bón). Los ésteres naturales incluyen las grasas y los aceites.
En la fabricación del jabón se hierve una grasa animal o un aceite
vegetal con una base fuerte, usualmente hidróxido de sodio
(NaOH). El jabón resultante consiste en una mezcla de sales de
sodio y ácidos carboxílicos de cadena larga (llamados ácidos gra­
sos), los cuales se forman durante la reacción de saponificación.
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre sistemático de los siguientes ésteres:
a) CH3—COO—CH3
a) CH3—COO—CH3
b)
b)
—COO—CH3
—COO—CH3
—— ——
CH3
CH3
c) CH3—C—COO—CH3
c) CH3—C—COO—CH3
CH3
CH3
——
—— ——
CH3
CH3
e) CH3—C—COO—CH—CH3
e) CH3—C—COO—CH—CH3
CH3
CH3
Amidas
Las amidas se pueden considerar como el producto de la sustitu­
ción del hidróxilo del grupo funcional carboxilo por un grupo ami­
no; su fórmu­la general es R 2 CONH2.
Las amidas presentan la siguiente estructura:
d) CH —CH —COO—CH —CH
d) CH33—CH22—COO—CH22—CH33
CH3
CH3
Figura 4.47
Estructura molecular de la acetamida en su forma simple.
R2C5O
|
NH2
Se nombran cambiando la terminación ico del ácido por la palabra
amida.
197
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Ejemplos
Etanoamida o acetamidaCH3 2 CONH2
Metanoamida o formamidaH 2 CONH2
Si la amida es sustituyente en el nitrógeno, éste debe indicarse como prefijo.
Ejemplos
N-metil acetamidaCH3 2 CO 2 NH 2 CH3
N-etil-propanamidaC2H5 2 CO 2 NH 2 C2H5
Aminas
Las aminas son derivados orgánicos del amoniaco (NH3) con uno o más de los átomos de hidrógeno sustituidos por un grupo alquilo o arilo.
El grupo funcional característico de la aminas se denomina grupo amino y se expresa como -NH2 . Las aminas se clasifican de acuerdo con el
número de átomos de hidrógeno del amoniaco, los cuales se sustituyen por grupos orgánicos. Aquellos que tienen un solo grupo se llaman
aminas primarias, los que tienen dos, aminas secundarias y los que tienen tres, aminas terciarias.
H
|
H2N2H
Amoniaco
(NH3)
H
|
R2N2H
Amina primaria
R
|
R2N2H
Amina secundaria
R
|
R2N2 R
Amina terciaria
(R2NH2)
(R22NH)
(R32N)
Ejemplos
H
|
CH32N2H
CH3
|
CH3 2N2H
CH3
|
CH3 2N2CH3
Metilamina
Dimetilamina
Trimetilamina
Para nombrar a las aminas, el sistema más empleado consiste en denominar los grupos
alquílicos o arílicos unidos al átomo de nitrógeno, utilizando los prefijos adecuados si
hay dos o más sustituyentes idénticos unidos al nitrógeno, seguido de la palabra “amina”.
Los prefijos di, tri indican una amina que tiene grupos o radicales iguales.
Cuando se trata de grupos diferentes éstos se nombran empezando por los más peque­
ños y se termina con el mayor al que se le agrega la terminación amina. Algunas veces el
prefijo amino indica la posición, más el nombre del hidrocarburo.
Ejemplos
198
CH3—NH2
CH3—CH2—NH2
CH3—CH2—CH2—NH2
CH3—CH2—CH2—CH2—NH2
CH3—NH—CH3
CH3—N—CH3
—
Figura 4.48
Las aminas se utilizan como colorantes.
Metilamina o aminometano
Etilamina o aminoetano
Propilamina o aminopropano
Butilamina o aminobutano
Dimetilamina o metil–aminometano
Trimetilamina o dimetil–aminometano
CH3
Etil-propil-amina o etil–aminopropano
CH3—CH2—NH—CH2—CH2—CH3
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Etil-propil-amina
Etil-propil-amina
o etil–aminopropano
o etil–aminopropano
—
CH3—NH
CH23—NH2
CH
—CH
CH
—CH22—NH2
Ejemplos
3
23—NH
CH3—CH
CH23—CH
—CH22—NH
—CH22—NH2
CH3—CH
CH23—CH
—CH22—CH
—CH22—NH
—CH22—NH2
CH3—NH—CH
CH3—NH—CH
3
3
CH3—N—CH
CH3—N—CH
3
3
—
Metilamina
Metilamina
o aminometano
o aminometano
EtilaminaEtilamina
o aminoetano
o aminoetano
Propilamina
Propilamina
o aminopropano
o aminopropano
Butilamina
Butilamina
o aminobutano
o aminobutano
Dimetilamina
Dimetilamina
o metil–aminometano
o metil–aminometano
Trimetilamina
Trimetilamina
o dimetil–aminometano
o dimetil–aminometano
CH3
CH3
CH3—CH
CH23—NH—CH
—CH2—NH—CH
—CH32—CH3
2—CH22—CH
—
CH2
—
CH2
—
—
Metil-etil-propilamina
Metil-etil-propilamina
o metil–etil
o metil–etil
aminopropano
aminopropano
CH3—N—CH
CH3—N—CH
—CH32—CH3
2—CH22—CH
CH3
CH3
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre sistemático de los siguientes aminas:
A
a) CH3—CH2—NH2
—
b) CH3—CH2—NH
CH3
—
CH3
c) CH3—CH2—N—
—
CH3
d) CH3—CH2—CH2—N—CH2—CH3
—
CH3
—
e) CH3—N—CH3
CH3
f) CH3—CH—CH2—NH2
Halogenuro de alquilo
Cuando uno o más átomos de halógenos sustituyen a uno o más átomos de hidrógeno de un hidrocarburo, se obtiene un derivado mono o
polihalogenado, conocido como halogenuro de alquilo, cicloalquilo o arilo, dependiendo de la naturaleza de hidrocarburo, cuya fórmula ge­
neral es R-X, donde R es cualquier radical alquil o aril y X un halógeno (F, Cl, Br o I).
Estos compuestos se nombran colocando el nombre del halógeno junto al del hidrocarburo correspondiente; la posición del halógeno en la
cadena se indica mediante un número cuando sea necesario, y se clasifican de la siguiente forma:
R2CH22X
Halogenuro 1°
R2CH2X
|
R
Halogenuro 2°
R
|
R2C2X
|
R
Halogenuro 3°
199
4
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
BLOQUE
Ejemplos
Clorometano o cloruro de metilo:
CH3 2 Cl
Bromoetano o bromuro de etilo:
CH3 2 CH2 2 Br
2-Cloropropano o cloruro de isopropilo:
CH3 2 CH 2 CH3
|
Cl
CH3
|
2-Yodo-2-metilbutano o yoduro de terpentilo
CH3 2 CH2 2 C 2 I
|
CH3
La nomenclatura trivial o común es satisfactoria para los halogenuros simples, pero el sistema más general es el de la IUPAC.
Actividad de aprendizaje
1. Da el nombre sistemático de los siguientes halogenuros de alquilo:
—
CH3
Cl
e) Cl
—
I
—
CH3
I
I
d) CH3—(CH2 )4—CH2—C—CH
d) CH3—(CH
3 2 )4—CH2—C—CH3
—
—
Cl
I
—
Cl Cl
c) CH3—CH2—CH—Clc) CH3—CH2—CH—Cl
e) Cl
b) CH3—C—Br
—
—
—
b) CH3—C—Br
—
—
—
—
—
—
a) CH3—C—C—CH3 a) CH3—C—C—CH3
Cl Cl
CH3
—
CH3
Cl Cl
—
—
Cl Cl
Cl
Cl
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual.
GRUPOS FUNCIONALES
Fórmula
Alcohol
Éter
ROR
Aldehído
Cetona
Ejemplo
CH3 OH
CH3 CH O
R CO R
Ácido carboxílico
Éster
R COO R
Amida
Amina
Halogenuro de alquilo
200
CH3 CONH2
R NH2
CH3 Cl
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4.4 Importancia ecológica
y económica de los
compuestos del carbono
A través de la historia de la humanidad, el avance de la ciencia y la
tecnología ha estado vinculado al desarrollo de las fuentes de ener­
gía. Los tipos de energía que usamos y cómo los usamos determi­
nan la calidad de vida y los efectos dañinos que causamos al
ambiente. Nuestra actual dependencia de los combustibles fósiles
no renovables es la principal causa de la contaminación del aire y
agua, de la esterilidad de la tierra y del calentamiento global. Aún
más, el petróleo, el recurso más utilizado en el mundo como fuente
de energía, en especial en los países “más desarrollados”, se agotará
en un periodo que puede oscilar en no más de 100 años.
Los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural, en orden de
volúmenes de consumo), representan una parte muy importante de
los recursos no renovables y se han utilizado abundantemente como
fuente principal de energía en plantas termoeléctricas. Han mante­
nido un crecimiento en los últimos años de 2% a 3% anual, sin que se
prevea una disminución de su consumo en los próximos años. Ade­
más de las consideraciones que se están efectuando para diseñar
nuestro futuro energético con base en la disponibilidad de recursos
renovables, se estudian de manera intensiva los factores ambientales
que en la actualidad oscurecen nuestro horizonte ambiental, funda­
mentalmente el cambio climático global debido a la acumulación de
CO2, producto de la combustión de esos materiales fósiles, que ha
originado el efecto invernadero en nuestro planeta, y, por otro lado, el
agotamiento de la capa de ozono, que permite la entrada a la tropos­
fera de una mayor cantidad de radiación ultravioleta. El siguiente cua­
dro muestra las emisiones de CO2 de cada uno de los tres
combustibles fósiles, más el de la gasolina, que aunque es un deriva­
do del petróleo, su volumen de consumo hace que lo consideremos
de manera separada, como generador de este contaminante térmico.
La amenaza del cambio climático, que ya se ha hecho presente,
probablemente obligue a recortar drásticamente el consumo de
combustibles fósiles de las plantas termoeléctricas, mucho antes
de que la misma limitación de estos recursos lo haga.
Emisiones de CO2 de los combustibles
fósiles por unidad de energía
(gas natural = 100%)
Combustible fósil
%
Gas natural
100
Gasolina
134
Petróleo crudo (los demás derivados)
138
Carbón
128
Productos obtenidos de la petroquímica muy importantes para la industria en general
Productos básicos
y secundarios
Empleado en
(productos intermedios)
Empleado en la fabricación
de (productos de uso final)
Gas natural seco
Gas de síntesis
Metanol
Amoniaco
Formaldehído
Ácido cianhídrico
Acrilón nítrico
Urea
Sulfato de amonio
Solventes
Plásticos
Fertilizante
Sales inorgánicas
Plásticos y resina
Fertilizante
Etano de gas y de gases de refinería
Etileno
Óxido de etileno
Acetaldehído
Cloruro de etilo
Etilenglicol
Ácido acético
Pb(CH3-CH2-)4
Fibras de poliéster
Películas, solventes
Solvente, fibras
Aditivo en las gasolinas
De naftas ligeras de plantas desintegradoras
catalíticas y por deshidrogenación de propano
Dicloro etano
Polietileno
Propileno
Isopropanol
Cumeno
Tetrámero
Acrilonitrilo
Cloruro de vinilo
Percloro etileno
Fenol acetona
Dodecilbenceno
Plásticos
Resinas
Solventes
Detergentes
Plásticos, fibras
Gases de refinería en la recuperadora de gas
n-Butenos
Butadieno
Alcohol butílico secundario
Anhídrido maleico
Metil-etil-cetona
Caucho sintético
Solvente
Fibras y plásticos
Producido a partir de
201
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Actividad complementaria
1. Explica por qué cada uno de los siguientes nombres es in­
correcto de acuerdo con la iupac. Escribe el nombre correcto.
a) 1,3-Dimetilbutano
3. Escribe el nombre de acuerdo con la iupac para los siguientes
hidrocarburos no saturados.
a) CH2  CH(CH2)4CH3
b) 4-Metilpentano
c) 2,2-Dietilbutano
e) 2-Propilpentano
H3C CH
3
CH3
f) 2,3-Dietilheptano
d) 2-Etil-3-metilpentano
g) 2,2-Dimetilciclopropano
b)
c)
CH3
h) 1-Etil-5-metilciclohexano
2. Escribe la fórmula estructural o semidesarrollada para los si­
guientes alquenos y alquinos:
a) trans-2-Metil-3-hexeno
b) 2-Metil-3-hexino
c) 2-Metil-1-buteno
d) 3-Etil-3- metil-1- pentino
e) 2,3- Dimetil -2-penteno
CH3
d) (CH3)2CHCH  C(CH3)2
e) CH3(CH2)5C  CH
f) CH3CH2C  CC(CH3)3
f) cis-2-Hexeno
g) 3-Cloropropeno
h) 3-Metilciclohexeno
i) 1,2-Dimetilciclohexeno
j) trans-3,4-Dimetil-3-hepteno
k) Ciclopropeno
l) 3-Hexino
Uso de las TIC
Investiga en cualquiera de los buscadores de Internet y en media cuartilla describe la diferencia entre macromoléculas naturales y macromoléculas
sintéticas. Escribe cinco ejemplos de cada una de ellas, y da tu pinión sobre cuáles son más importantes para la preservación del medio ambiente en
la modernidad y/o confort.
Envía por correo electrónico las respuestas a tu profesor.
202
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Instrumentos de evaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­
vas. En esta sección encontrarás una serie de actividades que están diseñadas para valorar los conocimientos y actitudes del proceso de apren­
dizaje adquirido durante el desarrollo del bloque, las cuales te permitirán mejorar tu desempeño a lo largo del curso.
Cuestionario.
Propósitos:
1. Identificar los métodos que utiliza el estudiante al responder las preguntas de carácter científico de forma correcta y, a partir de ello, vali­
dar los resultados obtenidos con los de sus compañeros de clase.
2. Explicar los procesos teóricos que den solución a los problemas planteados, así como demostrar su utilidad e identificar la importancia
que tiene su aplicación en actividades de la vida cotidiana.
Instrucciones:
1. Analiza y resuelve cada uno de los reactivos que integran este cuestionario.
2. Intercambia el trabajo realizado con un compañero, contrasten los resultados obtenidos y soliciten la retroalimentación del profesor a fin
de tener la información clara y correcta.
I. Instrucciones: Elige la respuesta que consideres correcta y
anótala en el recuadro de la izquierda.
6. Se les llama así a los compuestos con la misma fór­
mula molecular, pero diferente disposición de los
átomos de su molécula:
1. En el laboratorio se obtuvo el metano, calentando la
cal sodada (NaOH 1 CaO) con el:
a) isótopos
c) anfóteros
a)carburodecalcio c) acetato de sodio
b) isómeros
d) monómeros
b) ácido sulfúrico d)reactivodeBayer
2. Los compuestos orgánicos se distinguen por estar
formados casi siempre por estos elementos:
a) H, Na, S, N
c) H, O, C, N
b) K, Cl, C, P
d) O, Ca, N, B
3. Este tipo de orbitales son fundamentales en los com­
puestos orgánicos saturados para la formación de
cuatro enlaces.
a) sp
c) sp2
b) s2p
d) sp3
4. Es una propiedad de los compuestos orgánicos:
a) predomina el enlace iónico
b) son buenos conductores de la electricidad
c) no forman estructuras complejas
d) forman isómeros
5. Las diferentes familias de compuestos orgánicos se
distinguen por su...
a) grupofuncional c) reactividad
b) tipo de enlace d) punto de fusión
7. Un compuesto cíclico se distingue por:
a) formar anillos en la cadena
b) no formar anillos en la cadena
c) tener dobles ligaduras
d) tener un átomo de carbono inmerso en la cadena
8. Los hidrocarburos saturados presentan en su estruc­
tura una forma molecular de tipo:
a) lineal
c) trigonal
b) ortogonal
d) tetraédrica
9. La fórmula general de los alquenos es:
a) CnH2n
c) Cn H2n11
b) C2nHn
d) CnH2n22
10. Al compuesto orgánico que tiene una cadena lineal
sin dobles ni triples enlaces y sin cadenas laterales se
le llama:
a) acíclico no saturado
b) cíclicos no saturados
c) acíclico saturado lineal
d) cíclico aromático
203
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
11. Es un compuesto orgánico que en su cadena forma
dobles o triples enlaces y cuenta con ramificacio­
nes:
a) cíclico no saturado
c) acíclico no saturado arborescente
c) propileno
b) etileno
d) butileno
14. Uno de los siguientes nombres corresponde a un
alquino:
a) 2-metilpentanol
d) acíclico saturado arborescente
a) acetileno
b) cíclico saturado
13. Es el más simple de los alquenos:
b) 4-etilhexenil
12. Es un alcano compuesto de seis átomos de carbono:
a) hexano
c) butano
c) 2,4-dimetil-1,8-hexanodiol
b) heptano
d) hexano
d) 1-butino
II. Instrucciones: Relaciona las siguientes columnas, anotando en el recuadro de la izquierda el número correcto de acuerdo con la estruc­
tura orgánica.
Acíclico saturado lineal
1. S
7. 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2
Aromático
2. 2 C 2 C 5 C 2 C 2
8.
Heterocíclico saturado simple
N
3. 2 C 2
9.
Acíclico no saturado arborescente
2C2
Homocíclico, alicíclico, saturado simple
Homocíclico, saturado, arborescente
4. 2 C 5 C 2 C C 2
5.
2C2
CH3
Cíclico, heterocíclico, no saturado-arborescente
Alicíclico no saturado simple
Acíclico no saturado lineal
204
6. 2 C 2 C 5 C 2 C 2
Grupo Editorial Patria®
III. Instrucciones: Escribe el nombre o la fórmula según sea el caso en cada una de las siguientes estructuras orgánicas.
1.
CH3 CH3
CH3 2 CH2 2 CH 2 C 2 CH2 2 CH2 2 CH2 2 CH3
CH2
CH3
2.
CH3
CH3
CH2
CH3 2 C 2 CH2 2 CH2 2 CH 2 CH2 2 CH2
CH3
3.
CH2 2 CH3
CH3
CH3
CH3
4.
CH3
CH2 2 CH 5 C H 2 CH 2 CH 2 CH2
5.
CH3
CH3 2 CH2 2 CH 2 C 2 CH2 2 C 5 CH2
CH2 CH3
H
CH3
6. 7.
CH2 2 CH3
CH3
CH3 − CH
C H3 2 C C 2 CH 2 CH2 2 CH 2 CH22 C H3
CH2
CH3
205
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
8.
CH3
CH3
CH 2 CH3
CH32 C 2 CH2 2 CH2 2 CH2 2 C
CH3
C 2 C 2 CH2 2 CH2 2 CH2 2 CH2 2 CH3
CH3 2 C 2 CH3
CH3
IV. Instrucciones: Relaciona ambas columnas, escribiendo en el cuadro de la izquierda la letra que corresponda a la respuesta correcta.
1. CH3 2 CH2 2 OH
2. CH3 2 NH 2 CH3
3. CH3 2 O 2 CH3
4. CH3 2 CO 2 NH2
5. CH3 2 CH2 2 CH
6. CH3 2 COOH
e) Éter
7. CH3 2 CH 2 I
f ) Amina
8. CH3 2 C 2 O 2 Li
b) Sal orgánica
c) Cetona
d) Éster
||
O
a) Amida
||
CH3
g) Ácido orgánico
||
O
h) Aldehído
i) Halogenuro de alquilo
9. CH3 2 C 2 O 2 CH2 2 CH3
||
O
j) Alquino
10. CH3 2 CO 2 CH3
11. CH3 2 C ≡ C 2 CH3
12. CH2 2 CH 2 CH3
k) Alqueno
l) Alcohol
V. Instrucciones: Escribe el nombre sistemático de las siguientes fórmulas de compuestos orgánicos.
1.
CH2 2 CH3 CH3
CH3
CH3 2 CH2 2 C 2 CH2 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH3
CH3 2 CH
CH3
206
OH
CH 2 CH3
CH2 2 CH3
Grupo Editorial Patria®
2.
CH3
CH3
CH3 2 CH 2 N 2 CH2 2 C 2 CH3
3.
CH3
CH3
CH3 2 CH 2 CH3
CH2 2 CH3
F
CH3 2 CH 2 CH 2 CH2 2 CH 2 CH2 2 CH2 2 CH 2 CH3
Br
CH2 2 CH 2 CH2 2 CH3
4.
CH3
CH2 2 CH2 2 CH3
CH3 2 (CH2)4 2 C 2 CH2 2 CH 2 COO 2 CH2 2 CH2 2 CH2 2 CH3
CH3 2 CH2
CH2
CH3 2 C 2 CH3
CH3
5.
CH3
CH 2 CH3 CH3
CH3
CH3 2 CH 5 CH 2 C 2 CH2 2 C 2 CH2 2 C 2 CH3
CH3 2 C 2 CH3 C 2 H
CH3
6.
CH3
CH3
O
CH3
CH3 2 C 2 O 2 CH 2 CH3
CH3
7.
CH3
CH2 2 CH2 2 CH3
CH3 2 CH2 2 C 2 CH2 2 CH 2 CH 2 CH2 2 C 2 O 2 Mg
CH 2 CH3
CH 2 CH3
CH3
CH3
8.
CH2 2 CH3
O
CH3
CH3 2 CH2 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH2 2 C 2 CH2 2 CH3
CH2 CH3 2 C 2 CH3
CH3
CH3
CH3
207
4
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
BLOQUE
9.
CH3
CH3 2 CH 2 CH3 CH 2 CH3
CH3 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH2 2 C 2 NH2
CH2 CH3 2 C 2 CH3
CH3
O
CH3
VI. Instrucciones: Relaciona las siguientes columnas, anotando en el recuadro la letra que contenga la respuesta correcta:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Vinil benceno
Nitrobenceno
Ácido bencensulfónico
m-diclorobenceno
o-metilfenol
2-yodo-5-nitro anilina
o-bromoetilbenceno
h) cloruro de benzilo
i) 2,3 dinitrotolueno
j) p-dimetilbenceno
k) etilbenceno
l) p-yodo nitrobenceno
m)2-amino-3-cloro-4-hidroxi-ácido benzoico
n) m-dihidroxilbenceno
CH3
NO2
COOH
o)ácido-m-metil-1,5-bencendicarboxílico
p) anilina
q) 3-metil-4-hidroxinitrobenceno
r) p-isopropiltolueno
s) benzamida
t) benzaldehído
u) o-cloroanilina
CH3
CH3
COOH
COOH
SO3H
NH2
Cl
NO2
NO2
CH 5 CH2
Cl
CH3
Cl
CH2 2 CH3
Br
OH
CONH2
OH
NO2
CH3
CH2 CH3
OH
CH3
NO2
NO2
CH3
NH2
I
I
CH32CH2CH3
NH2
NH2
Cl
CH2Cl
208
CHO
VII. Instrucciones: Escribe la fórmula semidesarrollada de los
siguientes compuestos orgánicos:
a) 2,3,5-trietil-4-isopropil-4-terbutiloctanoato de sodio
Grupo Editorial Patria®
g) 6-metil-4,7-dietil-5-neopentil-3-dodecanona
h) 2-metil-6-etil-4-secpropil-5,4-diterbutil-3-neopentoxidecano
b) Ácido-3-metil-5,7-diterbitil-6-neopentil-4-nonenoico
c) 3,4,4-trimetil-5,6-dietil-5-secbutil-7-terbutilundecanoato de
neopentilo
d) 2,5-dietil-3-isopropil-2-secbutil-7-dodecenal
i) 5,6-dimetil-3,4-dietil-4-propil-5-secbutil-3,6-dotridecano­
diol
j) 6-etil-4-isobutil-5,5-disecbutiloctanoamida
e) Etil terbutil amina
f ) 3,3,6,8-tetrametil-4-etil-4,6-diisopropil-5-terbutil-2tridecanol
VIII. Instrucciones: Escribe la fórmula correspondiente para
los siguientes compuestos orgánicos.
6. 2-bromo-5nitro-p-xileno
1. p-etil anilina
7. Benzaldehído
2. ac.-2cloro-3nitro-5hidroxi benceno.
8. 3-cloro-1,2 dietil benceno
3. m-toluil-isopropanol
9. 2,4, difenil-fenol
4. ac.-p-nitro-bencensulfónico
10. 2,4,6 trinitrotolueno
5. m-isopropil-fenol
209
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Rúbrica para evaluar la participación
Propósito:
Valorar la participación de los estudiantes sobre los aspectos positivos y negativos de los integrantes del grupo bajos los aspectos que se con­
sideran más adecuados: 4 Excelente, 3 Bueno, 2 Satisfactorio y 1 Deficiente. En cada aspecto aparecen los niveles de desempeño, según el tipo
de evidencia generada.
Nombre del alumno:
Aspecto a evaluar
Niveles
Excelente
(4)
Bueno
(3)
Satisfactorio
(2)
Deficiente
(1)
Comprensión del
tema
Demostró total
comprensión del
contenido.
Demostró buen
entendimiento.
Muestra parcialmente
comprensión a qué se
desarrolla en la clase.
No comprende los
aspectos centrales del
objeto de aprendizaje.
Relevancia en sus
intervenciones
Sus aportaciones
enriquecen las ideas de
sus compañeras/os.
Aporta ideas que aclaran
algunas dudas de sus
compañeras/os.
Sus intervenciones no
son claras, ni ayudan a
esclarecer el tema.
No participa durante la
actividad.
Número de
participaciones
Siempre participa con
una actitud propositiva y
entusiasta.
Casi siempre colabora en
la actividad.
Ocasionalmente ayuda,
muestra poco interés.
Casi nunca interviene, es
indiferente durante las
tareas encomendadas.
Conducta
Siempre se muestra
tolerante ante la crítica
de los demás y respeta
las opiniones de sus
compañeras/os.
Casi siempre tolera
críticas y trata de
respetar la diversidad de
opinión que se genera en
el salón de clase.
Casi no acepta las
críticas que se le
realizan, no respeta del
todo las ideas de los
demás.
Es intransigente en
críticas y comentarios.
Es comprensible, no
requiere de aclaraciones.
No es tan comprensible,
se requiere puntualizar
en algunos aspectos.
Es confusa, se requiere
de explicación.
No es comprensible,
tiene que realizarlo
nuevamente.
Son poco claras, no están
relacionadas con el tema.
No son claras, ni acorde a
lo planteado.
Su escritura
Conclusiones
Son claras y congruentes
a la actividad.
Se entiende fácilmente,
en su mayoría son
relacionadas a la
temática.
Total
Nota: Este instrumento evalúa de forma general el desempeño del estudiante, sin importar contenidos; por lo que puede utilizarse como un
instrumento en cualquier momento del curso (factor sorpresa).
210
Grupo Editorial Patria®
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar el informe de la página 195.
Propósito:
1. Validar el procedimiento para la fabricación de un jabón de tocador.
2. Evaluar el desempeño que muestran los integrantes del equipo para concretar la actividad.
Instrucciones:
P
Analizar los criterios que a continuación se establecen e ir marcando con una
en el desempeño que consideren se haya logrado, de ser
necesario, realizar un comentario sobre ello, una vez terminada, aclarar las dudas e intercambiar el trabajo con otro equipo, a fin de retroalimen­
tar y validar los resutlados obtenidos.
Presentación
Criterio
Sí
Cumple
No En proceso
Observaciones
1. Cuenta con una carátula que incluya al menos el nombre de la
actividad que se realiza, el nombre de la materia, la fecha de
entrega, el nombre de los integrantes del equipo y sus
matrículas.
2. El informe se elaboró con un procesador de texto como Word o
bien se hizo a mano con buena caligrafía o por lo menos
entendible.
Resultados
y conclusiones
Trabajo en laboratorio
Trabajo en
equipo
3. El informe está bien estructurado y ordenado.
4. Todos los integrantes del equipo participaron activamente en la
realización del trabajo.
5. Las diferentes actividades del trabajo se distribuyeron
equitativamente
6. Trajeron el material que el profesor de antemano les indicó (el
que no es proporcionado por el laboratorio).
7. Realizaron con seriedad y entusiasmo la práctica siguiendo paso
a paso las instrucciones del libro y del profesor.
8. Usaron bata y siguieron todas las precauciones de seguridad
para evitar un accidente.
9. Usaron el equipo y el material de laboratorio de acuerdo al
reglamento de la institución y siguiendo las indicaciones del libro
y del profesor.
10. Obtuvieron pastillas sólidas endurecidas de jabón de tocador.
11. Contestaron correctamente todas las preguntas formuladas.
12. Expusieron sus resultados y conclusiones al resto del grupo.
Aportación a la actividad:
Nombre del equipo que evalúa la actividad:
Fecha:
211
4
BLOQUE
Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu vida diaria y entorno
Coevaluación
Guía de observación para validar las actividades de aprendizaje de las páginas 159, 160, 167, 171, 175, 178, 182, 186, 188, 192, 193, 199 y 200.
Nombre del estudiante:
Propósito:
1. Verificar el manejo de los conceptos básicos de Quimica Orgánica.
2. Evaluar el desempeño que muestra el estudiante al realizar cada una de las actividades.
Instrucciones:
Analiza los acciones a evaluar y marca con una x en la casilla que corresponda al cumplimiento de la misma, es importante realizar anotaciones
acorde a lo que se solicita y que sea para retroalimentar la información.
Acciones a evaluar:
Cumple
Sí
No
En proceso
Observaciones
1. Describe las geometrías de las moléculas.
2. Complementa de forma correcta el mapa conceptual sobre las
características del carbono.
3. Clasifica correctamente las características de los esqueletos orgánicos.
4. Indica los tipos de fórmulas utilizadas en química orgánica.
5. Describe qué es la isometría y señala sus tipos.
6. Indica la principal fuente natural de obtención de hidrocarburos.
7. Describe la fórmula o escritura de al menos tres compuestos de los que
se enlistan (Ciclopentano, 2,3,3- trimetilpentano, isopropilciclopentano,
etc.).
8. Reconoce la fórmula de un alqueno.
9. Escribe correctamente los nombres o fórmulas de compuestos
aromáticos.
10. Clasifica correctamente las características del hidrocaurburo.
11. Describe qué es un grupo funcional y una función química.
12. Proporciona el nombre correcto del listado de éteres.
13. Proporciona el nombre correcto de los aldehídos y cetonas.
14. Proporciona correctamente los nombres de los halogenuros de alquilo.
15. Complementa de forma correcta el mapa conceptual sobre los grupos
funcionales.
Comentarios generales:
Nombre del estudiante que evalúa:
Revisado por el profesor:
212
Fecha:
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
Rúbrica de coevaluación para el reporte de la página 151.
Nombre del alumno o equipo a evaluar:
Propósito:
Evaluar el aprendizaje alcanzado sobre cómo la economía en México pueda salir adelante sin tener petróleo a futuro.
Instrucciones:
1. Analiza detalladamente cada aspecto a evaluar e indica en la última columna qué nivel (4, 3, 2 o 1) logró alcanzar el estudiante o el equipo
al que se esté evaluando.
2. Revisa la guía de criterios que se enlistan para calificar el nivel que obtuvieron en cada aspecto a evaluar.
3. Elabora comentarios de acuerdo con los resultados que obtuvieron, a fin de retroalimentar el desempeño de sus compañeros.
Niveles
Aspecto a evaluar
Presentación
Desarrollo
Trabajo en
equipo
Resultados y
conclusiones
Excelente (4)
Satisfactorio (2)
Deficiente (1)
Elabora un reporte a mano con
buena caligrafía, bien redactado y
sin faltas de ortografía.
Elabora el reporte a mano con
regular caligrafía, redacción regular
pero sin faltas de ortografía.
Elabora el reporte a mano con mala
caligrafía, mal redactado y con
faltas de ortografía
Expone en plenaria al grupo del
trabajo realizado completo y bien
organizado que sólo levanta el
interés de una parte del grupo.
Expone en plenaria al grupo el
trabajo realizado completo, que no
levanta el interés del grupo.
Exposición en plenaria al grupo del
trabajo realizado incompleto y mal
organizado, que no levanta el
interés del grupo.
Analiza y compara las gráficas de
consumo y de reserva de petróleo
por región y sólo deja de contestar
una de las preguntas que versan
sobre ellas.
Analiza y compara las gráficas de
consumo y de reserva de petróleo
por región y sólo dejan de contestar
dos de las preguntas que versan
sobre ellas.
Analiza y compara las gráficas de
consumo y de reserva de petróleo
por región y deja de contestar más
de dos de las preguntas que versan
sobre ellas.
Investiga en revistas científicas y/o
en Internet y sólo deja de contestar
una de las preguntas que no están
relacionadas directamente con las
gráficas.
Todos los integrantes del equipo
Todos los integrantes del equipo
participaron activamente en la
participaron activamente en la
realización y presentación del
realización y presentación del
trabajo, distribuyéndose las
trabajo, pero no se distribuyeron las
diferentes actividades equitativadiferentes actividades equitativamente.
mente.
Presenta argumentos sólidos en
Presenta argumentos sólidos sólo
todas las respuestas a las preguntas en una o dos de las respuestas a las
para justificarlas.
preguntas para justificarlas.
Investiga en revistas científicas o en
Internet y sólo deja de contestar dos
de las preguntas que no están
relacionadas directamente con las
gráficas.
Algunos integrantes del equipo no
participaron en la realización y
presentación del trabajo pero los
demás lo hicieron activamente y se
distribuyeron las diferentes
actividades equitativamente.
No presenta argumentos sólidos en
tres o cuatro de las respuestas a
las preguntas para justificarlas.
Investiga en revistas científicas o en
Internet y deja de contestar más de
dos de las preguntas que no están
relacionadas directamente con las
gráficas.
Solo uno o dos integrantes del
equipo participaron activamente en
la realización y presentación del
trabajo.
Justifica correctamente la actividad
en la que México puede salir
adelante económicamente sin tener
petróleo.
No justifica la actividad en la que
No presenta justificación a la
México puede salir adelante
actividad en la que México puede
económicamente sin tener petróleo. salir adelante económicamente sin
tener petróleo.
Elabora un reporte usando un
procesador de texto con una buena
impresión, bien redactado y sin
faltas de ortografía.
Exposición en plenaria al grupo del
trabajo realizado claro, completo y
bien organizado y que levanta el
interés de todo el grupo.
Analiza y compara las gráficas de
consumo y de reserva de petróleo
por región y contesta todas las
preguntas que versan sobre ellas.
Investiga en revistas científicas y/o
en Internet para contestar todas las
preguntas que no están relacionadas directamente con las gráficas.
Bueno (3)
Justifica de manera correcta la
actividad en la que México puede
salir adelante económicamente sin
tener petróleo.
Guía de criterios para usar en la interpretación del nivel obtenido.
1. Se aproxima a las expectativas que se plasman en la actividad.
2. Reúne las expectativas que demanda la actividad.
3. Cumple con la meta establecida.
4. Sobrepasa las metas para la resolución de la pregunta central de
la situación didáctica.
No presenta argumentos sólidos en
más de cuatro de las respuestas a
las preguntas para justificarlas.
Intervención docente:
Se deben identificar los criterios en los que se obtuvo menor puntaje,
pues éstos son los que se van a reforzar mediante las técnicas que es­
tablezca el profesor.
Comentarios generales:
213
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las
macromoléculas naturales y sintéticas
18 horas
Objetos de
aprendizaje
5.1 Macromoléculas,
polímeros
y monómeros
5.2 Macromoléculas
naturales:
– Carbohidratos
– Lípidos
– Proteínas
– Ácidos nucleicos
5.3 Macromoléculas
sintéticas:
– Polímeros
– Polímeros de adición
– Polímeros de
condensación
Competencias a desarrollar
n
n
n
Elige las fuentes de información más relevantes para establecer 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 de sus
comportamientos y decisiones.
Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del
conocimiento, explicitando las nociones científicas que sustentan
los procesos para la solución de problemas cotidianos.
n
n
n
Colaborando en distintos equipos de trabajo, diseña modelos o prototipos
para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios
científicos asumiendo una actitud constructiva, congruente con
los conocimientos y las habilidades con que cuenta.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico
y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental, advirtiendo
que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional
e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.
Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo,
sus procesos vitales y el entorno al que pertenece, asumiendo
las consecuencias de sus comportamientos y actitudes.
¿Qué sabes hacer ahora?
Relaciona las columnas siguientes anotando en
el recuadro de la izquierda, la letra que corresponda a
la respuesta correcta.
Uno de los cuatro principales materiales
utilizados en el siglo xx y principios del xxi.
Obtención de sustancias complejas a partir
de sustancias sencillas.
Material que se puede volver a utilizar.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
Material reciclable
Anabolismo
Proteínas
Carbohidratos
Material natural
Catabolismo
Vitaminas y minerales
Plástico
Metabolismo
Lípidos o grasas
Son la base de una buena alimentación
y ayudan a la realización de funciones
vitales.
Proporcionan la energía para el mantenimiento de una temperatura adecuada.
Sustancias orgánicas complejas que se
descomponen y forman otras más simples.
Sirven al hombre para formar tejidos
y minerales. Son de primera importancia.
Son depósitos de energía que se acumulan
en el organismo.
Proviene directamente de la naturaleza.
Procesos físicos y químicos que se llevan a
cabo en el interior de los seres vivos.
n
n
Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica
de los sistemas vivos.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos
y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando
las dificultades que se le presentan, siendo consciente de sus valores,
fortalezas y debilidades.
Desempeños por alcanzar
n
n
Reconoce la importancia de las macromoléculas naturales
(carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) en los seres vivos.
Reconoce la obtención, uso e impacto ambiental de las macromoléculas
sintéticas, con una actitud responsable y cooperativa en su manejo.
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Situación didáctica
¿Lo natural contra lo artificial?
María y José son naturistas, es decir, no comen nada que sea “quí­
mico”, por aquello de que se ha descubierto que la química causa
enfermedades. Opinan que si todo el mundo supiera lo que causan
ciertos productos como el azúcar dietética, los conservadores y los
colorantes que le ponen a los productos químicos, nadie se los co­
mería. Pero además el problema no termina ahí, ellos saben que a
los animales, las vacas, los puercos, los pollos y hasta los peces
que se crían en granjas los alimentan con químicos, con hormonas
sintéticas.
Por estas razones María y
José consumen sólo alimen­
tos naturales. Por ejemplo,
verduras cultivadas en hor­
talizas ecoló­gicamente dise­
ñadas, sin fertilizantes, ni
químicos, todo es natural.
Galletas y panes elaborados
en casa con harina de trigo
integral. No comen carne,
no fuman, no beben y ade­
más practican deporte. Ni
aun­
que los puercos sean
criados en casa se los co­
men. Consumen productos
como leche, queso, yogurt y
granola que compran en tiendas naturistas, en bolsitas empaque­
tadas con marca y todo. Además, se visten con ropa de algodón
cultivada en tierras especiales que no tienen fertilizantes, sino que
Secuencia didáctica
n
Trabajo individual: haz una investigación utilizando los con­
tenidos de este libro sobre los siguientes conceptos: química,
física, productos naturales y productos sintéticos. Entregar un
reporte con la información obtenida.
Trabajo por equipos
n
n
216
Cada miembro del equipo presenta los resultados de su inves­
tigación de manera que entre todos definen un concepto pro­
pio sobre química, productos naturales y sintéticos. Para ha­
cerlo leerán el bloque 5 de este libro.
Luego identifiquen si los productos siguientes son químicos o
naturales: pollo, puerco y res criados en granjas orgánicas; ji­
tomate, cebolla, zanahoria, pepino, calabaza y lechuga sem­
¿Cómo lo resolverías?
utilizan puro abono orgánico. Su ropa es muy parecida a la que se
usa en India: blusones, pantalones flojos con jareta, alpargatas de
algodón con suela de cuero sin nada que sea de plástico.
De verdad que son bien radicales, ¡se pasan! No los puede uno in­
vitar a ningún lado que no sea naturista, pero que además ellos no
hayan conocido previamente.
Conflicto cognitivo: ¿Crees que es cierto que María y José no
consumen o utilizan nada químico?
Evaluación diagnóstica
Se hace la pregunta a los estudiantes de manera que den su opinión
sobre este fenómeno social que además es muy propio de los jóve­
nes: la naturaleza llama y la química es muy mala. A partir del cuestio­
namiento se pueden ir haciendo otras preguntas sobre la química de
manera que el docente obtenga información sobre qué tanto saben
del concepto y cómo confunden lo que es la química con la industria
que crea productos artificiales no na­turales.
¿Qué tienes que hacer?
brados en hortalizas orgánicas; camisas, pantalones y alparga­
tas de algodón; mariguana, pan, galletas, yogurt, granola, leche
empaquetada, queso, leche de soya.
n
Una vez hecha esa primera clasificación retomarán los mis­
mos productos y definirán si son naturales o sintéticos.
n
El equipo hará una presentación con los resultados de esta cla­
sificación en una tabla y del debate sobre la mariguana.
Evidencias a recopilar
n
Investigación individual sobre los conceptos de química, pro­
ductos sintéticos y productos naturales.
n
Dos tablas de clasificación de los productos, una sobre quími­
cos y naturales y otra sobre sintéticos y naturales.
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
Con el propósito de revisar si adquiriste los conocimientos del bloque, realiza lo siguiente:
n
n
Investigación y reporte individual que debe incluir la defini­
ción de los conceptos solicitados, los datos básicos y estar es­
crito en letra legible.
Tablas de clasificación: deben incluir todos los productos que
se han establecido en el lugar que les corresponde, los nom­
bres del equipo y las definiciones sobre qué es la química que
hicieron entre todos.
Autoevaluación
n
¿Leí todo el contenido del bloque?
n
¿Cuándo lo hice comprendí todas las palabras? Si no lo hice,
¿busqué el significado de las palabras que no entendí? ¿Volví a
leer el texto hasta que lo comprendí?
n
¿Puedo definir con mis palabras qué es la química, cuál es la
diferencia entre la química y la naturaleza, entre un producto
sintético y uno químico?
n
¿Identifico cuáles son las causas por las cuales la mariguana
causa daño aunque sea un producto natural?
Con el propósito de revisar si adquiriste los contenidos del bloque
pregúntate lo siguiente:
Portafolio de evidencias
Pasos para hacer el portafolio de evidencias
1. En una computadora crea una carpeta con el nombre Química2.
2. Crea un archivo en un procesador de textos con tu nombre_Química2.
3. Crea dentro de la carpeta Química2 otra carpeta con tu nombre_Bloque5.
4. Dentro de la carpeta Bloque5 guarda las evidencias que indique tu profesor.
5. Envía los archivos por correo electrónico a tu profesor.
217
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
5.1 Macromoléculas,
polímeros y monómeros
Hasta ahora, los conceptos y las explicaciones se han enfocado
principalmente en las moléculas de peso molecular bajo, no obs­
tante, en la naturaleza se encuentran muchas sustancias de peso
molecular muy elevado, que llegan hasta millones de uma (unida­
des de masa atómica). El almidón y la celulosa abundan en las plan­
tas; las proteínas y los ácidos nucleicos se encuentran tanto en las
plantas como en los animales. Las macromoléculas artificiales in­
tervienen en todo aspecto de la vida
moderna de manera que es difícil
imaginar un mundo sin polímeros.
Tenemos las fibras textiles para ves­
tido, alfombrado y cortinajes, zapa­
tos, juguetes, repuestos para au­
tomóviles, materiales para cons­
trucción, caucho (o hule) sintético,
Figura 5.1
equipo químico, artículos médicos, Las raquetas hechas con el
propileno nylon son ligeras.
utensilios de cocina, cuero sin­
tético, equipos recreativos y la
lista podría seguir.
Todos estos productos y muchos
otros, que consideramos esen­
ciales en nuestra vida diaria, se
fabrican completamente o en par­
Figura 5.2
te con polímeros. La mayoría
La tecnología moderna utiliza los
se desconocía hace 70 u 80
diversos materiales poliméricos para
la fabricación de múltiples productos. años. Hay que tener presente
que la mayor parte de los mate­
riales derivados de los polímeros se obtienen del petróleo y como
éste no es renovable, la dependencia de los polímeros es otra buena
razón para no despilfarrar su limitado caudal mundial.
Para tu reflexión
El hule natural se conoce desde hace siglos con el nombre de “látex”;
se encuentra principalmente en el arbusto guayule, en México, y en el
árbol llamado Hevea brasiliensis, en Perú y Brasil. Se cuenta que los
nativos de Brasil vertían esta sustancia sobre sus piernas y pies deján­
dola secar hasta que se convertía en zapatos o botas de goma imper­
meables al agua (es decir, su propio cuerpo servía de molde). Nuestros
antepasados lo utilizaron para la fabricación de esferas utilizadas en el
juego de pelota. En la zona del sureste de México, en Chiapas, se loca­
lizan los mejores árboles para extraer el látex o hule natural, los cuales
prácticamente ya no existirían si no se hubiera descubierto el hule sin­
tético o artificial, ya que se usa en forma masiva.
218
5.2 Macromoléculas naturales
En la actualidad es fundamental el estudio de las sustancias quími­
cas llamadas macromoléculas por su gran tamaño y peso. Se cono­
cen 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. En el caso
de las macromoléculas sintéticas, que son los polímeros, la adición
y la condensación nos permiten adentrarnos en la obtención de
sustancias, como el polietileno, hule, caucho, poliuretano, nylon,
dacrón, polipropileno, policloruro de vinilo y muchas otras más
que nuestra sociedad moderna demanda.
La ciencia que estudia la naturaleza y el comportamiento de los
carbohidratos, las grasas y las proteínas en los procesos metabóli­
cos de nuestro organismo para su adecuado funcionamiento es la
bioquímica (del griego bios, vida). Esta ciencia también explica
la función de las vitaminas y las enzimas.
Carbohidratos
Los carbohidratos realizan muchas funciones vitales en los organis­
mos vivos, entre ellas conformar la estructura esquelética de plantas,
insectos y crustáceos, y la estructura exterior de los microorganis­
mos. Asimismo, constituyen una importante reserva alimentaria en
los órganos de almacenamiento de las plantas, así como en el hígado
y los músculos de los animales. Los
carbohidratos son compuestos forma­
dos por carbono, hidrógeno y oxígeno,
estos dos últimos elementos los tienen
en la misma proporción que en el
agua, es decir, dos átomos de hidróge­
no por cada átomo de oxígeno. Son las
fuentes más importantes de energía en
los organismos.
Los carbohidratos se conocen también
como glúcidos o hidratos de carbono
y se clasifican en monosacáridos, disa­
cáridos, polisacáridos y mucopoli­
sacáridos.
Figura 5.3
El nombre carbohidrato (que significa La función principal de los
hidrato de carbono) se basa en la rela­ carbohidratos es aportar
ción de hidrógeno y oxígeno. Sin embar­ energía al organismo.
go, el término resulta equívoco, porque no existe agua como tal en
un carbohidrato. Actualmente se definen los carbohidratos como
derivados de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Un azú­
car que contiene un grupo aldehídico se llama aldosa y uno que
contiene un grupo cetónico se llama cetosa.
Monosacáridos. Son los azúcares más simples. Entre los más co­
nocidos tenemos la glucosa o dextrosa y la fructosa.
Grupo Editorial Patria®
H
Clasificación de los carbohidratos
C5O
H
H 2 C 2 OH
H 2 C 2 OH
H 2 C 2 OH
H
Gli­ce­rol
Carbohidratos
H 2 C 2 OH
Triosas
H 2 C 2 OH
Pentosas
xilosa
ribosa
Aldosas: glucosa
galactosa
(C6H32O6)
II. Disacáridos
C5O
(C12H22O12)
III. Polisacáridos
H
Dihidroxiacetosa (cetosa)
Disacáridos. Cuando dos moléculas de monosacáridos iguales o
diferentes reaccionan con eliminación de una molécula de agua, se
forma un disacárido.
Aldosas: arabinosa
Hexosas
H 2 C 2 OH
La glucosa (C6H12O6), que también se llama dextrosa o azúcar de
uva, se obtiene del jarabe de maíz. Está presente como uno de los
principales azúcares en la miel y en el jugo de muchas plantas y fru­
tas. En los animales, la glucosa es un componente vital de la sangre,
de manera que cuando las personas se encuentran en ayunas, con­
tiene alrededor de 90 miligramos de glucosa por cada 100 mL. Es
un sólido cristalino, de sabor dulce y soluble en agua. Se usa para
endulzar, es sustituto de la miel, se emplea en la elaboración de dul­
ces, carnes, jarabes, vinos, cerveza y en la producción de al­cohol
etílico o etanol. Se halla en exceso en la orina de los diabéticos.
Cetosas: dihidroxiacetona
(C5H30O5)
I. Monosacáridos
H
Gliceraldehído (aldosa)
H
Ejemplos
Aldosas: gliceraldehído
(C3H6O3)
H 2 C 2 OH
C12 H22 O111H2O
Sacarosa
Clasificación
Sacarosa
Cetosas: fructosa
Glucosa + fructosa
Maltosa
Glucosa + glucosa
Lactosa
Glucosa + galactosa
Almidón
Hexosanos
Glucógeno
Glucosanos
Dextrina
Celulosa
Ácido hialurónico
IV. Mucopolisacáridos
Pentosas
Condroitinsulfato
Heparina
La sacarosa (C12H22O11) es el azúcar de mesa (que proviene de la
caña o de la remolacha), el cual se considera el compuesto de carbo­
no puro más barato en el comercio. Se forma en las plantas por la
unión de dos monosacáridos: glucosa y fructosa. Es un sólido blan­
co, cristalino y soluble en agua. Se emplea en la fabricación de dulces,
caramelos, conservas, jaleas, medicamentos, licores y jarabes.
CH2OH
C
O
H
H
H
C
C
OH
H
HO
C
C
C6 H12 O6 1 C6 H12 O6
H
OH
glucosa
fructosa O
CH2OH
Sacarosa
O
C
H
OH
C
H
C
C
CH2OH
OH
H
219
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Polisacáridos. Son polímeros de
aproximadamente 30 o más mo­
léculas de monosacáridos. Los
tres polisacáridos más importan­
tes son el almidón, el glucógeno y
la celulosa. Están formados por
largas cadenas de moléculas de
glucosa.
El almidón es la forma de alma­
cenamiento más importante de
carbohidratos en el reino vegetal.
Figura 5.4
Es un sólido blanco, insoluble en La papa y el camote contienen
agua fría y se dispersa en agua ca­ almidón, sustancia que se obtiene
liente (forma el engrudo). En las exclusivamente de los vegetales
semillas de los cereales y en los y es con la que almacenan su
alimento en las raíces.
tubérculos feculentos como la
papa y el camote, se encuentra
como material de reserva para la germinación. Se emplea en lavan­
derías, en textiles, en la fabricación de jarabes, en alcohol, en pega­
mentos para ropa y papel.
Actividad de aprendizaje
Las plantas producen carbo­
hidratos durante la fotosínte­
sis, proceso mediante el cual,
utilizando energía solar, trans­
forman el dióxido de carbono
y el agua en carbohidratos y
oxígeno. Los carbohidratos
proporcionan la energía que
necesita el organismo para rea­
lizar sus procesos y funciones
vitales. Por ejemplo, mantie­
nen estable la temperatura del
cuerpo y el funcionamiento del
corazón para bombear sangre;
también ayudan al hígado en el
metabolismo de las sustancias
nutritivas. El siguiente cuadro
muestra algunos carbohidra­
tos.
Clasificación de los carbohidratos
Disacárido
Contesta ¿qué es?
Sacarosa (glucosa + fructosa)
Una aldosa:
Lactosa (glucosa + galactosa)
Maltosa (glucosa + glucosa)
Celobiosa (glucosa + glucosa)
frutas, miel
Una hexosa:
Figura 5.5
Los carbohidratos son la principal
fuente de energía del cuerpo. Existen
dos tipos azúcares y almidones.
Fuente
Azúcar de caña, azúcar de remolacha
Azúcar de la leche
Almidón hidrolizado
Celulosa hidrolizada
Monosacárido
Una pentosa:
Glucosa
Fructosa
Una cetosa:
Galactosa
Fuente
Sacarosa hidrolizada, lactosa, maltosa
y celobiosa
Sacarosa hidrolizada (frutas y miel)
Lactosa hidrolizada
Un disacárido:
Para tu reflexión
Actividad de aprendizaje
1. Escribe la fórmula de la sacarosa:
2. Los carbohidratos se clasifican en:
220
Como ya se mencionó, los carbohidratos, glúcidos y azúcares son com­
puestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, entre los cuales
tenemos a la glucosa y la fructosa que al unirse forman la sacarosa
(azúcar común).
Los azúcares que se absorben por el tubo intestinal de las personas son
muy pocos (concretamente tres: glucosa, fructosa y galactosa) y pueden
ser sustituidos entre sí. Las necesidades diarias son las siguientes:
Niños de 2 a 4 años
Niños de 4 a 6 años
Niños de 7 a 10 años
Niños de 11 a 16 años
Adultos
100­200 g
200­300 g
300­400 g
400­450 g
500 g
Grupo Editorial Patria®
n
agua de cal
n
1 vaso de precipitados
n
1 hoja de afeitar
n
1 olla
Procedimiento
1. Coloquen en el vaso de precipitados unos 50 g de azúcar y agre­
guen 200 mL de agua.
2. Agiten el vaso hasta que se disuelva totalmente el azúcar.
3. Tomen unos 10 g de levadura y córtenla tanto como puedan con
la hoja de afeitar. Tengan mucho cuidado al cortar.
4. Añadan los trozos de la levadura al vaso de precipitados y agíten­
lo con suavidad.
5. Viertan el contenido a la botella y tápenla con el tapón de corcho
(al que previamente le habrás hecho un agujero e insertado el
tubo en U).
Figura 5.6
El consumo de carbohidratos es básico para un buen desarrollo.
Los azúcares no sólo cumplen una función calórica. Algunos polisacá­
ridos, en especial la celulosa, presente en vegetales y frutas, cumplen
una misión de lastre y resultan imprescindibles para la función intes­
tinal, formando parte sustancial de las heces fecales al no ser absorbi­
dos. En síntesis, las frutas y verduras no pueden ser sustituidas en la
ración alimentaria por zumos o jugos elaborados.
Algunas fuentes de carbohidratos para el hombre son: frutas, cereales
(maíz, trigo, avena, sorgo, cebada, centeno), leguminosas (frijoles, len­
teja, garbanzo, chícharo, haba); caña de azúcar, remolacha azucarera y
leche.
Cuando hay un consumo de carbohidratos mayor del necesario, se al­
macenan en el cuerpo en forma de glucógeno que se puede convertir
en grasa. Su exceso puede contribuir a la obesidad.
Actividad experimental
Formen equipos de cuatro o cinco compañeros. Realicen la siguiente
actividad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un in­
forme escrito y expónganlo ante el resto del grupo.
Acción de las levaduras
Los alimentos se pudren debido al desarrollo de los mohos. Sin embar­
go, no todos los microorganismos son perjudiciales; algunos son muy
útiles y se emplean incluso en la industria para la fabricación de ali­
mentos.
Material
n
azúcar
n
1 tubo de vidrio en U
n
agua
n
1 probeta
n
levadura de pan
n
1 botella de vidrio con tapón de corcho
6. Llenen la probeta con agua de cal (disolución saturada de hidróxido
de calcio en agua) e introduzcan en ella el extremo libre del tubo.
7. Dejen reposar todo durante dos o tres días en un lugar caliente
(25­30 ºC). Destapen el recipiente.
¿Qué observan?
¿A qué huele?
¿Qué reacción ocurrió?
8. Mezclen en la olla la harina y la sal.
9. Amasen bien hasta formar una pasta.
10. Separen la pasta en seis porciones.
11. A tres de las porciones añadan la levadura y dejen las otras sin
levadura.
12. Coloquen cada una de las porciones en un plato y numeren las
seis porciones con etiquetas.
13. Tápenlas con un trapo de cocina limpio.
14. Coloquen dos porciones cerca de la estufa o detrás del refrige­
rador.
15. Coloquen otras dos a temperatura ambiente y las dos últimas en
el congelador del refrigerador.
221
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
16. Al cabo de 30 minutos examinen el contenido de los seis platos.
¿Ha aumentado la masa en todos los casos por igual?
¿Por qué?
¿Qué influencia tiene la temperatura en la actividad de la levadura?
¿Qué pasó con las porciones que no tenían levadura?
17. Introduzcan todas las porciones en el horno, previamente calenta­
do a unos 120 ºC, durante 30 o 40 minutos.
en disolventes, como éter, clo­
roformo, disulfuro de carbo­
no, alcohol caliente, etcétera.
Químicamente los lípidos es­
tán formados por tres ele­
mentos principales: carbono,
hidrógeno, oxígeno y, a veces,
nitrógeno y fósforo.
Bloor dividió los lípidos en
tres clases:
Figura 5.7
Las grasas lípidos representan una
fuente de energía, ya que un gramo de
éstos proporciona 9 kilocalorías.
1. Lípidos simples: Com­
prenden los lípidos más abundantes, grasas o triglicéridos, y
las ceras que son menos abundantes.
2. Lípidos compuestos: Son los fosfolípidos que contienen
fósforo y los galactolípidos que contienen galactosa.
3. Lípidos derivados: Son los esteroides, los terpentenos y las vi­
taminas, entre otros, que son producidos por las células vivas.
Las verdaderas grasas (si son líquidas a temperaturas ordinarias, se
llaman aceites) son las más abundantes de todos los lípidos.
18. Saquen las porciones, déjenlas enfriar y córtenlas por la mitad. Una
vez cocidas, ¿crecieron las porciones por igual?
¿Por qué?
Los aceites son untuosos al tacto, solubles en éter y cloroformo e
insolubles en agua. Los ácidos grasos saturados como el palmítico
y el esteárico, así como las mantecas y los sebos, son grasas sólidas.
Tipos de lípidos
Lípidos
Fuentes
Aceites vegetales y grasas animales
¿Qué diferencia hay en la textura del pan de las diferentes piezas?
Ésteres de ácidos grasos de glicerol
Lípidos simples
Ceras de frutas y verduras
Ceras de colesterol, hormonas sexuales
Esteroides
Conclusiones:
Lípidos localizados en los tejidos nerviosos
Fosfolípidos
Lecitinas
Cefalinas
Fosfatidilserinas
Lípidos
Esfingolípidos
Lípidos localizados en el tejido cerebral
Esfingomielinas
Esta clase de compuestos orgánicos lo constituyen las grasas y
aceites y ambos se agrupan bajo el término general de lípidos, los cua­
les son constituyentes esenciales de prácticamente todas las células
animales y vegetales. En el cuerpo humano se concentran en las
membranas celulares, en el cerebro y en el tejido nervioso.
Los ácidos no saturados como el oleico y las grasas que forman
como los aceites de ricino, oliva, ajonjolí, cártamo, cacahuate y coco,
son grasas líquidas.
El término lípido lo propuso el bioquímico Bloor para dar nombre al
grupo de sustancias insolubles o casi insolubles en agua, pero solubles
Las ceras también pertenecen al grupo de los lípidos; por ejemplo,
la cera de las abejas, el esperma de ballena, así como la lanolina o
222
Grupo Editorial Patria®
ción de algunas hormonas y mantienen la actividad del sistema ner­
vioso, sin embargo, el consumo excesivo de estas sustancias produce
obesidad. Los lípidos o grasas se presentan en dos procesos químicos
importantes: la hidrólisis y la saponificación.
La hidrólisis es el proceso que consiste en agregar agua a un éster
para obtener un ácido orgánico más un alcohol. En la hidrólisis se
obtiene glicerina y ácido graso en presencia de algún catalizador y
agua. Los cuadros que aparecen más adelante proporcionan más
información acerca de las grasas.
grasa de lana empleadas en
perfumería y en medicina para
la elaboración de cremas, un­
güentos y pomadas.
La saponificación es el proceso mediante el cual las grasas reaccio­
nan con la sosa o hidróxido de sodio (NaOH) para obtener jabones, que se definen como sales metálicas de ácidos grasos. La
saponificación de una grasa puede representarse así:
Las grasas proporcionan energía,
son fundamentales para la forma­
O
CH2 2O 2C 2C17H35
CH2OH
O
O
CH 2O 2C 2C17H35 1 3 NaOH
Figura 5.8
La obtención de jabón es una de las
síntesis quimicas más antiguas, se
producía hirviendo sebo de cabra.
CHOH 1 3 C17H35C 2 ONa
O
CH 2O 2C 2C17H35
CH2OH
Triestearina
Glicerol
Ácidos grasos saturados importantes
que existen en grasas naturales
Estearato de sodio
(jabón)
Ácidos grasos saturados importantes
que existen en grasas naturales
Nombre
Fórmula
Átomos de
carbono
Se encuentra
en
Nombre
Fórmula
Átomos de
carbono
Se
encuentra en
Butírico
C3H7COOH
4
Grasa de mantequilla
Palmitoleico
C15H29COOH
16 D 9
Grasa de mantequilla
Caproico
C5H11COOH
6
Grasa de mantequilla
Oleico (1 5 )*
C17H33COOH
18 D 9
Aceite de oliva
Caprílico
C7H15COOH
8
Aceite de coco
Linoleico (2 5)
C17H31COOH
18 D 9, 12
Aceite de semilla
de lino
Cáprico
C9H19COOH
10
Aceite de semilla
de palma
Linoleico (3 5)
C17H29COOH
18 D 9, 12, 15
Aceite de semilla
de lino
Láurico
C11H23COOH
12
Aceite de coco
Araquidónico (4 5)
C19H31COOH
20 D 5, 8,11,14
Lecitina
Mirístico
CH3(CH2)12COOH
14
Aceite de nuez
moscada
Palmítico
CH3(CH2)14COOH
16
Grasas animales
y vegetales
Esteárico
CH3(CH2)16COOH
18
Grasas animales
y vegetales
Araquídico
CH3(CH2)18COOH
20
Aceite de cacahuate
* Número de dobles enlaces. Δ9 = doble enlace entre carbonos 9 y 10. Δ12
= doble enlace entre carbonos 12 y 13. Δ15 = doble enlace entre carbonos
15 y 16. Δ11 = doble enlace entre carbonos 11 y 12. Δ14 = doble enlace
entre carbonos 14 y 15.
223
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Actividad de aprendizaje
Actividad de aprendizaje
1. ¿Cuál es la diferencia entre un jabón y un detergente?
1.Escribe el nombre y la fórmula de los tres ácidos grasos más co­
munes:
2. ¿Qué es un cerebrósido?
2.¿Qué sabor tiene la mantequilla cuando se enrancia?
3. Escribe el nombre de las hormonas sexuales femeninas:
3.Escribe el nombre y la fórmula de una grasa y un aceite a tempe­
ratura ambiente:
4. Escribe el nombre de las hormonas sexuales masculinas:
Composición (%) promedio de los ácidos grasos
Grasa o aceite
Ácido
mirístico
Ácido
palmítico
Ácido
esteárico
Ácido
oleico
Ácido
linoleico
Otros
Grasas animales
Mantequilla
8-15
25-29
9-12
18-33
2-4
3,4 butírico
Manteca
1-2
25-30
12-18
48-60
6-12
1,3 palmitoleico
Unto bovino
2-5
24-34
15-30
35-45
1-3
1,3 palmitoleico
Aceites vegetales
Olivo
0-1
5-15
1-4
67-84
8-12
0,1 Palmitoleico
Cacahuate
—
7-12
2-6
30-60
20-38
Palmitoleico
Maíz
7-11
7-11
3-4
25-45
50-60
Palmitoleico
Semilla de algodón
1-2
18-25
1-2
17-38
45-55
Palmitoleico
Soya
1-2
6-10
2-4
20-30
50-58
4,8 linolénico
Semilla de linaza
—
2-4
14-30
14-25
25,26 linolénico
Cártamo
—
1-5
14-21
73-78
Aceites marinos
224
Ballena
5-10
Pescado
6-8
2-5
10-25
1-3
34-40
Lecitina
Grupo Editorial Patria®
Actividad experimental
Formen equipos de cuatro o cinco compañeros. Realicen la siguiente
actividad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un in­
forme escrito y expónganlo ante el resto del grupo.
Reblandecimiento de la celulosa
Propósito
Reblandecer la celulosa contenida en una calabaza.
Material
n
1 calabaza
n
cuchillos afilados
n
bicarbonato de sodio
n
3 cazuelas pequeñas
n
vinagre
Procedimiento
1. Pelen y limpien una calabaza y córtenla en cubos de 2 cm de lado.
2. Hagan tres pares iguales de los cubos, colóquenlos en las cazue­
las y cúbranlos de agua.
3. Añadan a la primera cazuela una cucharada de vinagre y a la
segunda una de bicarbonato, la tercera déjenla sólo con agua.
4. Coloquen las cazuelas al fuego y dejen que hierva el agua mien­
tras anotan sus observaciones. Tengan mucho cuidado con el
fuego.
5. Cada dos minutos saquen un trozo de calabaza y observen si se
ha reblandecido, para ello utilicen un tenedor.
Contesten las siguientes preguntas:
1. ¿En qué cazuela se ablandó primero la calabaza?
2. ¿Por qué?
3. ¿Qué aplicación le podrían encontrar a este resultado para la coc­
ción de las verduras?
Conclusiones:
Grasas o lípidos
Las grasas forman un capítulo muy
importante en la alimentación. El
hombre cubre sus necesidades caló­
ricas si su dieta contiene de 30%
a 40% de grasas. Se calcula que un
niño de dos a cuatro años necesi­
ta diariamente unos 30 g de grasas;
mientras que el adulto no debe so­
brepasar los 75 g, de los cuales la mi­
tad debe corresponder a la grasa
empleada en la preparación y condi­
mentación de los alimentos (aceites,
margarina, mantequilla, etc.). Sin em­
bargo, la grasa “invisible” de ciertos
alimentos (quesos, chocolate, carne
picada, embutidos, salchichas, nue­
ces, aceitunas, entremeses, dulces de
nata, café con leche, bombones, entre
otros) adquiere tal importancia en la
nutrición humana que las cifras ópti­
mas son fácilmente rebasadas.
Proteínas
La química de las proteínas es más
compleja que la de los carbohidratos
y lípidos. Las proteínas ya se recono­
cen como constituyentes esenciales
del protoplasma. Se señala que el
compuesto más importante que
constituye a los organismos vivos es
la proteína (del griego proteios, que
significa primero); así lo mencionó
Berzelius, asesoró a Johanes Mulder
en su análisis de proteínas en 1838.
Estos compuestos nitrogenados son
los sólidos más abundantes en el
protoplasma celular. El núcleo celu­
lar, uno de los componentes del
protoplasma, contiene proteínas
(nucleoproteínas) que están relacio­
nadas con la división celular y con la herencia. Otra parte, el citoplas­
ma celular, contiene un millar, o más, de proteínas distintas,
denominadas enzimas, que catalizan los múltiples cambios químicos
que se requieren para el mantenimiento celular. Además, los animales,
plantas y microbios producen enzimas extracelulares que descompo­
nen la dieta compleja de proteínas, lípidos y carbohidratos para sim­
plificar los nutricios, que son absorbidos con facilidad y utilizados por
la célula. Las proteínas son también componentes principales de la
225
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
sangre, de los tejidos epiteliales y co­
nectivos en los animales y, cuando se
ingieren en exceso, actúan como una
fuente de energía y de grasa. En las
semillas de muchas plantas, las pro­
teínas se almacenan como una reser­
va de “amino­ácidos” y energía. Es
poco probable que pueda realizarse
al­gu­na reacción química en los teji­
dos vivos sin la participación de las
proteínas.
Las proteínas son polímeros de ele­
vado peso molecular de un grupo de
monómeros de bajo peso molecular
llamados aminoá­cidos. Estas susFigura 5.9
El ADN es un polímero com­
tan­cias contienen dos grupos funcio­
puesto formado por muchas
nales: amino (NH2) y carboxilo
unidades simples conectadas
(COOH).
Los aminoácidos indis­
entre sí.
pensables que deben incluirse en
la alimentación son: lisina, leucina,
fenilalanina, valina, metionina, treonina, isoleucina, histidina, argi­
nina y triptófano. Las proteínas forman parte estructural de
músculos, sangre, enzimas, piel, arterias, huesos, hormonas, pelo,
uñas, plumas, cuernos, entre otros, del ser humano y de los anima­
les. También se encuentran en los órganos de plantas y microorga­
nismos. Todas las proteínas son importantes por su carácter
indispensable en múltiples funciones vitales.
Los cinco elementos que existen en la mayor parte de proteínas na­
turales son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Hay
una amplia variación en la cantidad de azufre de las proteínas. La
gelatina, por ejemplo, contiene aproximadamente 0.2%, en con­
traste con 3.4% en la insulina. Otros elementos como fósforo, yodo
y hierro pueden ser constituyentes esenciales de algunas proteínas
especializadas. La caseína, la proteína principal de la leche, contie­
ne fósforo, elemento de importancia esencial en la dieta de lactan­
tes y niños. El yodo es un componente básico de la proteína en la
glándula tiroides; existe en las esponjas y el coral. La hemoglobina
de la sangre, necesaria para la respiración, es una proteína que con­
tiene hierro. La mayor parte de proteínas muestran pocas variacio­
nes en su composición elemental; el contenido promedio de los
cinco principales elementos es el siguiente:
Elemento
Promedio (%)
Carbono
53
Hidrógeno
7
Oxígeno
23
Nitrógeno
16
Azufre
1
Nucléolo
Núcleo
Citoplasma
Aparato de Golgi
Savia celular conenida
en la vacuola
Retículo endoplásmico
rugoso
Pared celular
Ribosoma
Membrana
celular
Cromoplasto
Mitocondria
Vacuola
Citoplasma
Figura 5.10
La célula es la unidad
morfológica y funcional
de todo ser vivo.
226
Cloroplasto
Retículo endoplásmico
liso
Grupo Editorial Patria®
El contenido relativamente elevado de nitrógeno distingue las pro­
teínas de las grasas y carbohidratos. Las moléculas de las proteínas
son muy voluminosas, por ejemplo, la fórmula de la oxihemoglobi­
na es: C2932H4724N828S8Fe4O840, por tanto, su peso molecular sería
de aproximadamente 68 000 g/mol. La albúmina de la clara de
huevo tiene un peso molecular de 34 500 g/mol. En promedio las
proteínas varían su peso molecular entre 34 500 y 50 000.
Funciones de las proteínas
Tipos de proteínas
Funciones y localización
Estructurales (insolubles en agua)
Colágenos
Tejido conjuntivo
Elastinas
Tendones y arterias
Miocinas
Tejidos musculares
Queratinas
Pelo y uñas
Globulares (se pueden dispersar en disoluciones acuosas)
Material
n
½ taza de azúcar n
4 moldes de flan
n
1 pizca de sal
n
1 olla de peltre grande
n
3 huevos
n
1 olla de peltre pequeña
n
2 tazas de leche
n
1 batidora
n
1 cucharadita de vainilla
n
tazas para medir
Procedimiento
1.Mientras el horno se calienta a 100 ºC, batan el azúcar, la sal, el
ex­tracto de vainilla con la leche y los huevos.
2.Viertan la mezcla en los cuatro moldes a partes iguales.
3.Coloquen los moldes en la olla y llénenla con agua hasta una al­
tura de 3 cm (esto se hace para que la parte inferior de los moldes
no se caliente más que el resto).
4.Coloquen la olla en el horno.
5. Esperen 30 minutos y entonces saquen un flan.
6.Saquen el siguiente flan a los 40 minutos, y el siguiente a los 50
y el último a los 60. Un flan bien hecho es suave, brillante y ama­
rillo y se corta de manera limpia cuando se le introduce la cucha­
ra. No queda ni rastro del agua, huevo y la leche.
Contesten las siguientes preguntas:
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)
¿Qué flan está mejor preparado?
¿Por qué?
Conjugadas (complejos de proteínas enlazadas a otras moléculas)
Nucleoproteínas
Proteínas y ácidos nucleicos
Lipoproteínas
Proteínas y lípidos
Fosfoproteínas
Proteínas y compuestos fosforados
Cromoproteínas
Proteínas y pigmentos (es decir,
hemoglobina)
¿Cuál tiene más líquido?
¿Por qué?
¿Qué diferencia encuentras entre un bistec, un huevo y la masa del
pan antes o después de cocidos?
Actividad experimental
Formen equipos de dos o tres com­pañeros o compañeras y realicen la
siguiente actividad experimental. Sigan las instrucciones, contesten las
preguntas correspondientes y elaboren un informe escrito donde anali­
cen los resultados y presenten conclusiones. Comparen sus respuestas
con otros compañeros de grupo.
Conclusiones:
Elaboración de un flan
Propósito
Observar la coagulación de las proteínas.
227
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Aplica lo que sabes
Aplica lo que sabes
Formen equipos con dos o tres compañeros y realicen la siguiente ac­
tividad, contesten las preguntas y anoten sus conclusiones.
Formen equipos con dos o tres compañeros y realicen la siguiente
actividad, contesten las preguntas y anoten sus conclusiones.
Huevos fritos o estrellados con alcohol
Congelación de frijoles tiernos
Propósito
La congelación y la desecación son técnicas que se basan en la elimi­
nación del agua líquida imprescindible para que puedan desarrollarse
los agentes que causan la putrefacción.
Los pueblos antiguos que contaban con hielo o nieve, usaron la conge­
lación para conservar los alimentos. En la actualidad para nosotros es
mucho más fácil y cómodo emplear este método gracias a los conge­
ladores modernos.
Observar la coagulación por agentes químicos.
Material
2 huevos
alcohol etílico
Material
1 plato de cristal
Procedimiento
Coloca un poco de alcohol en el plato, rompe los huevos y viértelos
dentro del plato con alcohol (igual como harías si quisieras disponer­
te a freír un par de huevos en una sartén).
Conclusiones:
1/2 kilo de frijoles tiernos
1 cuchillo
bolsas de plástico herméticas
1 cacerola
1 paño de cocina limpio
1 coladera
Procedimiento
1.Laven los frijoles y colóquenlos en agua hirviendo. Tengan cuida­
do con el fuego.
2. Remuévanlos, esperen a que el agua hierva de nuevo y
manténgan­los tres minutos en ebullición.
3. Sáquenlos del fuego y escúrranlos.
4.Extiéndanlos sobre el trapo de cocina y guárdenlos en bolsas cerra­
das de manera hermética.
5.Métanlos en el congelador que debe estar a −25 ºC.
Preguntas
Actividad de aprendizaje
1.¿Por qué creen que es necesaria esta temperatura tan baja (−25 ºC)
si el agua se congela a 0 ºC?
¿Cuáles son los cinco principales elementos que contienen las proteínas?
2.¿Por qué un alimento descongelado debe consumirse con la mis­
ma rapidez que uno fresco?
¿Cuál es elemento más abundante en las proteínas y en qué porcentaje?
¿Cuál es el elemento menos abundante en las proteínas y en qué por­
centaje?
3.¿Cómo se explican que, a veces, al descongelar la carne despren­
da un líquido sanguinolento?
4.Además de solidificar el agua líquida, ¿qué otro efecto creen que
puedan tener las bajas temperaturas para impedir el desarrollo de
los microorganismos?
5.Elaborar un reporte escrito de la actividad realizada y presentar
ante el grupo los resultados.
228
Grupo Editorial Patria®
Conclusiones:
térmica media de 130 watts. En su digestión, el hombre “quema” sus
alimentos, degrada los enlaces químicos. Por otra parte, estimamos
que la potencia mecánica humana es de 30 watts; por tanto, deduci­
mos que el rendimiento es solamente de 20%. ¿Qué pasa con el 80%
restante?
Dado que el cuerpo se mantiene a una temperatura fija de 37 °C, cual­
quiera que sea la temperatura exterior, el hombre intercambia calorías
a través de su piel y sus pulmones; éstas son las pérdidas térmicas que
utilizan el resto de la potencia ingerida. Resulta lógico, pues, que sea
necesario comer copiosamente mientras el cuerpo está expuesto al
frío, ya que el cuerpo cede muchas calorías al medio ambiente.
Para tu reflexión
Requerimientos nutricionales
La alimentación humana normal incluye un potencial calorífico del or­
den de 3 000 kilocalorías diarias, lo que corresponde a una potencia
Actividad de aprendizaje
Completa el siguiente mapa conceptual.
Macromoléculas
naturales
Pueden
ser
moléculas poliméricas de
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Se definen
como
Se definen
como
Se definen
como
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
229
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Actividad experimental
Formen equipos de cuatro o cinco compañeros. Realicen la siguiente
actividad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un in­
forme escrito y expónganlo ante el resto del grupo.
Preparación de los activos necesarios
Fécula de los embutidos
Procedimiento
Si colocamos harina en el fondo de un plato y le añadimos un poco de
agua, la harina crece porque se hinchan los granos de almidón. Cuan­
do reposan se convierten en un papilla viscosa que es lo que llamamos
fécula.
Solución de yodo/yoduro: pesen 1 g de yodo y 0.5 g de yoduro potasio,
júntenlos y agréguenles 100 cm3 de agua destilada.
1.Trituren aproximadamente 2 g de jamón en el molinillo o mortero.
2.Lo que obtengan pásenlo a un tubo de ensayo grande y añadan
15 mL de agua destilada.
3.Pónganlos a hervir durante 5 minutos y déjenlos enfriar. Tengan
cui­dado con el fuego.
PRIMER PROCEDIMIENTO
4.Una vez frío añádanles 4 gotas de reactivo yodo/yoduro.
Material
5.¿Qué se observa?
n
blanqueador
n
tinta de yodo
n
rebanadas de jamón de distintas calidades
n
paté de distintas calidades
n
platos
n
vasos pequeños
Nota: Es imprescindible que el tubo esté frío antes de añadir el reactivo, por­
que en caliente la reacción no ocurre. Asimismo, es necesario preparar el re­
activo yodo/yoduro inmediatamente antes de hacer la prueba.
Contesten las siguientes preguntas:
Procedimiento
1.Coloquen las rebanadas de jamón (cuanto más delgadas mejor) y
el paté en los platos. Anoten el origen y el precio de cada uno.
2.Cubran con blanqueador tanto el jamón como el paté y dejen que
actúe el tiempo necesario para decolorar las muestras (de uno a
cinco días).
¿Por qué creen que se añade fécula a los embutidos?
¿Qué desventajas tiene la fécula para el consumidor?
3.Tiren el blanqueador y laven las muestras con pintura de yodo y
dejen que ésta actúe durante cinco minutos. Todas las manchas
rosadas que aparezcan en el jamón o en el paté son féculas.
Conclusiones:
¿Han hecho la prueba con varias clases de jamón y de paté?
¿Son los más caros los que tienen menos fécula?
Conclusiones:
SEGUNDO PROCEDIMIENTO
Material
n
jamón
n
1 vaso de vidrio
n
yoduro de potasio sólido
n
molinillo eléctrico o mortero
n
yodo en escamas
n
tubos de ensayo grandes
n
agua destilada
230
Grupo Editorial Patria®
Ácidos nucleicos
Composición de nucleoproteínas
Los ácidos nucleicos son moléculas gigantes (polímeros), que con­
tienen, como los monómeros o “compuestos fundamentales” ciertos
monosacáridos, purinas, piridinas y ácido fosfórico. Hay dos clases
de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (denominado adn) y
ácido ribonucleico (arn). El adn se encuentra siempre en el núcleo
de las células, mientras que el arn se puede hallar en el núcleo, pero
principalmente en el citoplasma celular.
Una escasa proporción del adn y del arn se encuentra en forma li­
bre. Están combinados con proteínas específicas. Así se forman nu­
cleoproteínas adn que suelen contener de 40 a 60 % de ácido
nu­cleico y el resto es proteína. La unión del ácido nucleico con la pro­
teína es parecida a la de una sal, y se disocia fácilmente (por ejem­plo,
los dos componentes se pueden separar haciendo pasar una corrien­
te eléctrica a través de una disolución de una nucleoproteína adn).
Las nucleoproteínas arn suelen contener de 5 a 20% de ácido
nucleico. Una excepción son las manchas anulares del virus del ta­
baco, que contienen 40% de ácido nucleico. El enlace del ácido nuclei­
co con la proteína, probablemente, no es de tipo salino en las
nucleo­proteínas arn, sino un tipo más estable, un tipo covalente, me­
nos disociable. Para separar el ácido nucleico de la proteína se debe, o
bien destruir la proteína (por desnaturalización o digestión enzimá­
tica) o recuperar la proteína. Ejemplos característicos de nucleo­
proteínas adn y arn se encuentran en la tabla de la siguiente columna:
Los pesos moleculares de estas moléculas gigantes están entre 2 y 40
millones. La pre­sencia de una proteína del tipo histona o protamina
en la mayoría de las nucleoproteínas adn se debe tomar en cuenta
para el enlace del tipo salino entre el ácido nucleico y la proteína, pues
estas proteínas son realmente básicas. La naturaleza del componente
proteínico de las nucleoproteínas arn no ha sido aún determinada.
Cuando la parte del ácido nucleico de las nucleoproteínas adn o
arn se separa de la parte proteínica, se ha encontrado que el adn y el
Ácido
nucleico (%)
Origen
Proteínas
(%)
Núcleos del timo de ternera
adn –
60
Histona – 40
Núcleos del hígado
adn –
5
Lipoproteína – 95
Cabezas de espermatozoides
(pez)
adn –
60
Protamina – 40
Fracción cromosómica del timo
de ternera
arn –
11
No estudiada
Nucleoproteína de los ribosomas
arn –
50
No clasificada – 50
arn –
Virus del mosaico del tabaco
Manchas anulares del virus
del tabaco
arn –
6
No clasificada – 94
40
No clasificada – 60
arn y son químicamente muy semejantes. Ambos constan de una larga
cadena de monosacáridos unidos por enlaces de fosfato. Unidas a los
azúcares, como grupos laterales, se encuentran purinas o pirimidinas.
5.3 Macromoléculas sintéticas
Polímeros
Al proceso de formar moléculas muy grandes, de alta masa mole­
cu­lar a partir de unidades más pequeñas, se le llama polimerización. La molécula, o unidad grande, se llama polímero, y la unidad
pequeña se denomina monómero. A los polímeros que contienen
más de un tipo de monómero se les llama copolímeros. Por ejem­
plo, el butadieno y el estireno se copolimerizan para formar un cau­
cho sintético que se utiliza en los neumáticos de los automóviles.
Pueden lograrse pesos moleculares de 25 000 a 500 000 con este
tipo de copolimerización. Si en la reacción de polimerización se in­
troducen dos monómeros sin ninguna precaución, se obtiene:
H
C
CH25CH2CH5CH2 1 C6H5CH5CH2
R 2 CH22 C
H
1,3- Butadieno
Estireno
Sin embargo, pueden utilizarse reacciones especiales para poner
grandes bloques de unidades de un mismo monómero, una sobre
otra, en la cadena repetida. Los copolímeros de este tipo se llaman
polímeros de bloque y tienen propiedades físicas diferentes de los
copolímeros al azar.
Debido a su gran tamaño, los polímeros con frecuencia se denomi­
nan macromoléculas. A algunos polímeros sintéticos se les llama
H2CHCH2 2 R
C6H5
Caucho SBR
plásticos. La palabra plástico quiere decir “capaz de ser moldeada”.
Aunque no todos los polímeros son moldeables ni se pueden re­
moldear, la palabra plástico se ha utilizado para designar cualquier
sustancia derivada de polímeros.
Durante mucho tiempo, la humanidad ha utilizado los polímeros
naturales para formar materiales útiles. Ejemplos del procesamien­
to son la torsión de la lana, el curtido de pieles y la fabricación de
231
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
caucho natural. Durante los últimos 50 años, los químicos han
aprendido a fabricar polímeros sintéticos con base en monómeros
que reaccionan de manera controlada mediante diversos procesos
químicos.
En la reacción de polimerización, el doble enlace de cada molécula
de etileno “se abre” para formar nuevos y sencillos enlaces de car­
bono-carbono con otras dos moléculas de etileno. La fórmula del
polietileno es:
El ejemplo más sencillo de una reacción de polimerización es la
formación de polietileno a partir de moléculas de eteno o etileno.
H
nCH25CH2
H
H
H
H
H
H
H
H
H
2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C2
etileno
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
2 C 2 C2
H
H
n
polietileno
El subíndice “n” es un número muy grande de cientos a miles de
moléculas. Una molécula típica de polietileno contiene de 2 500 a
25 000 moléculas de etileno unidas en una estructura continua.
Monómero
Polímero
CH25CH2
[2 CH 2CH 2]
Etileno
Polietileno
Cloruro de vinilo
Cl
Acrilonitrilo
232



2 CH22CH 2
Cl
n
Discos fonográficos, mangueras para jardín, artículos moldeados, losetas de piso, aisladores eléctricos,
cuero de vinilo.
Policloruro de vinilo (PVC)
Cl
2 CH22C 2
Cl
Empaque de alimentos, fibras textiles, tubos (con algo de cloruro de vinilo como copolímero).
n
Sarán

CN
n
Como adhesivo sensible a la presión, goma (o caucho) de bautilo (con algo de siopreno como
copolímero).
Plisobitileno
Cloruro de vinilideno
CH25CH
CH3

Cl
CH25C
CH3
2 CH22C 2

Cl
Para fibras textiles, artículos moldeados, cuerdas ligeras, equipo biológico esterilizable en autoclave.
Polipropileno
Isobutileno
CH25CH
Como material de empaque, artículos moldeados, juguetes, cubetas, botes, etcétera.
n

CH3
n
CH3

CH25C
2
2 CH22CH 2
Propileno
CH3
Usos

CH3

CH25CH
2
En el siguiente cuadro se muestran algunos polímeros derivados
del etileno modificado.
2 CH22CH 2
CN
Orlón, acrilán
n
Fibras textiles.
Grupo Editorial Patria®
Monómero
Polímero
CF25CF2
[2 CF 2CF 2]
Tetrafluoroetileno
Teflón

2 CH2CH2 2
C6H5

2 CH22 CH2
O
Acetato de vinilo
CO2 CH3
O
n
Poliacetato de vinilo

CH22 C2 CH3
CH25CH
CO2O2CH3
O
Metacrilato de metilo
Adhesivos, pintura y barnices, materia prima del polialcohol vinílico.

CO2 CH3
Artículos moldeados, unicel, material de aislamiento, juguetes, recipientes desechables para alimentos.
n
Poliestireno
Vinil benceno o estireno
CH25CH
Empaquetaduras, válvulas, aislamiento, recubrimientos resistentes al calor y a agentes químicos,
revestimientos para ollas y sartenes.
n

C6H5
2

CH5CH2
2
Usos
C2 O 2CH3
O
Lentes de contacto, láminas transparentes para ventanas y aplicaciones ópticas, artículos moldeados,
acabados para automóviles.
n
Lucita, plexiglás
(resinas acrílicas)
Para su estudio, los polímeros se dividen en polímeros de adición y de condensación.
Polímeros de adición
Los polímeros de adición son aquellos que son producidos por reacciones que permiten obtener longitudes específicas o determinadas. En
estas reacciones no se obtiene ningún subproducto. Los polímeros de adición se forman por algún tipo de mecanismo en cadena, el cual pue­
de ser: aniónico, catiónico o por radicales libres, según el tipo de monómero utilizado. En cada caso se cubren las tres etapas por las que pasa
cualquier polimerización: iniciación, propagación y terminación.
Por ejemplo, en la polimerización de un compuesto olefínico (de olefina 5 alqueno) con vía de radicales libres, estas etapas pueden delinear­
se de la siguiente forma.
Iniciación
Formación del intermedio reactivo, en este caso un radical libre.
O
O
C6H5C2O2O2C2C6H5
Peróxido de benzoilo
O
D
2C6H5 C2O•
2C6H5• 2 CO2
Radical benzoilo
Radical fenilo
El radical iniciador (en este caso el radical fenilo) se añade al monómero insaturado de la etapa de iniciación para generar el monómero de
radical libre.
233
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Propagación
C6H5CH2CH2•1CH25CH2
C6H5CH2CH2CH2CH2•
nCH25CH2
C6H5(CH2CH2) n11CH2CH2•
En la etapa de propagación se genera una adición consecutiva del monómero para cons­tituir la cadena que va creciendo. El valor de n establece
el peso molecular del polímero.
Terminación
La terminación interrumpe la cadena que crece, y acaba con la reacción de polimerización. El acoplamiento de dos radicales libres puede resul­
tar en la terminación de la cadena.
2C6H5(CH2CH2)nCH2CH2•
2C6H5(CH2CH2)nCH2CH2 CH2CH2(CH2CH2)nC6H5
La reacción de polimerización del etileno es otro ejemplo típico de una reacción de adición. En dicha reacción el etileno funge como monó­
mero, es decir, la molécula pequeña con la cual se hace la molécula más grande de polímero. Se puede crear una gran diversidad de polímeros
de adición a partir de monómeros parecidos al etileno. Al reemplazar uno o más átomos de hidrógeno en el etileno, se obtienen varias series
de polímeros útiles como el policloruro de vinilo (PVC), el poliacrilonitrilo y el poliestireno.
n CH25CH
Cl
Cloruro de vinilo
2CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH2
Cl
Cl
Cl
Cl
Policloruro de vinilo (PVC)
(El Cl reemplaza al hidrógeno)El PVC se emplea para la fabricación de zapatos,
chaquetas con aspecto de cuero y tubería de plástico
n CH25CH
CN
2CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH2
CN
CN
CN
CN
Acrilonitrilo
Poliacrilonitrilo
(CN reemplaza a H)El poliacrilonitrilo se emplea en fibras
acrílicas para ropa y alfombras
El arreglo de enlaces covalentes en las largas moléculas de polímeros, las cuales parecen cuerdas, provocan un enrollamiento flojo. Un conjun­
to de moléculas de polímero (como las de un trozo de hule o de plástico fundido) pueden entrelazarse, de manera parecida a como lo hacen
los fideos cocidos o el espagueti. En esta forma el polímero es flexible y suave.
Polímeros de condensación
En una reacción de polimerización por condensación se unen dos moléculas (condensadas) y una pequeña molécula, ya sea agua o alcohol,
se suprime o elimina. Para que una polimerización de condensación forme materiales de peso molecular muy elevado, la reacción de conden­
sación debe tener lugar una y otra vez de manera repetida. En con­secuencia, los monómeros utilizados en este tipo de polimerización tienen
234
Grupo Editorial Patria®
dos o más grupos funcionales que puedan entrar en reacción para formar la cadena de
polímero. Las reacciones de esterificación y formación de amidas son de este tipo.
No todas las moléculas poliméricas se forman por reacciones de adición; polímeros
como las proteínas, el almidón, la celulosa (de la madera y el papel), el nylon y el poliéster
se obtienen a partir de monómeros. Sin embargo, a diferencia de los polímeros de adi­
ción, estos otros se forman con pérdida de moléculas de agua de unidades de monóme­
ros adyacentes.
En la reacción de un ácido orgánico y un alcohol se produce un éster de olor agradable,
más agua. Muchos perfumes contienen ésteres, al igual que los aromas característicos de
muchas hierbas y frutos. Por ejemplo, al reaccionar el ácido etanoico o acético con el al­
cohol metílico o metanol, se obtiene el acetato de metilo y se utiliza el ácido sulfúrico
como catalizador:
H2SO4
CH32COOH 1 CH3OH
Ácido etanoicoAlcohol metílico
Ácido
1 Alcohol
5
Figura 5.11
La molécula de un polímero tiene un elevado
número de cadenas individuales y complejas.
CH3COOCH3 1 H2O
Acetato de metilo Agua
Éster
1 Agua
El tipo de compuestos bifuncionales que se condensan juntos para formar un polímero, establecerá el enlace del grupo funcional en la unidad
que se repite. Así, si se utilizan un ácido y un alcohol, se obtendrá un poliéster (como se explicó en párrafos anteriores). Si se condensan un
ácido y una amina, se obtiene una poliamida, como se explica a continuación, reacción en la cual se elimina una molécula de agua:
O
O
2C2OH 1 2C2OH
Ácido
1
Alcohol
O
Éster
1 Agua
O H
2C2OH 1 2C2NH2
Ácido
2C2O 1 H2O
1
Amina
2C2N2C2 1 H2O
Amida
1 Agua
El ejemplo más conocido de un poliéster es la fibra de dacrón, que está formada por ácido tereftálico y etilenglicol. La polimerización tiene
lugar en varias etapas: en primer lugar, el intercambio de éster se logra a 200 °C para obtener alcohol metílico (que se suprime por destilación)
y un nuevo monómero. Después de suprimir el metanol, se eleva la temperatura a 280 °C y tiene lugar la polimerización dando como resulta­
do el dacrón y el etilenglicol, que también desaparece por destilación. La fibra de dacrón, llamada también terilene o terón, puede prepararse
en hilos permanentes y tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana, combinado con lana en tejidos de los que se lavan sin planchar. Cuando
forma una película (mylar, cronar), se obtiene un producto de mucha resistencia tensil; el mylar se utiliza mucho para preparar cintas magné­
ticas para gra­bación.
Los polímeros son materiales amorfos que no presentan fases cristalinas bien definidas con puntos de fusión definidos, sino que se ablandan
durante un intervalo de temperaturas. Aunque los polímeros se clasifican como materiales amorfos, tienen cierta proporción de ordenamien­
to o cristalinidad.
235
5
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
BLOQUE
Actividad de aprendizaje
¿Cuál es la diferencia entre un polímero de adición y un polímero de
condensación?
¿Cuál es la unidad que se repite (monómero) en cada uno de los siguien­
tes polímeros?
a) Polipropileno:
Para tu reflexión
En 1910, cuando en México iniciaba la Revolución, un químico ruso lo­
gró sintetizar el butadieno, material muy parecido al caucho, el cual fue
utilizado ampliamente en la Primera Guerra Mundial. En Alemania ne­
cesitaban grandes cantidades de hule natural y lo sustituyeron por el
sintético. El hule natural es sólo uno de los muchos polímeros que se
encuentran en la naturaleza. La celulosa, que forma parte de las fibras
vegetales y de la madera, es otro polímero muy importante. En 1860,
se obtuvieron los primeros plásticos semisintéticos a partir de la ce­
lulosa.
En 1907, Leo Baekeland (1863­1944), químico belga­estadounidense,
obtuvo el primer plástico sintético, la bakelita.
b) PVC:
c) Orlón:
En la actualidad, todo el mundo se encuentra inmerso en la era del
plástico, basta con observar a nuestro alrededor y veremos gran canti­
dad de artículos de plástico: computadoras, “ratones”, cables, cajas de
acrílico, teléfonos, celulares, televisores, plumas, cubiertas, bolsas,
colchones, juguetes, y más.
d) Poliestireno:
e) Poliacrilonitrilo:
f ) Dacrón:
g) Teflón:
Las interacciones entre las moléculas del polímero pueden prove­
nir de enlaces químicos formados entre las cadenas de polímeros, o
de las fuerzas que actúan entre ellas.
Los materiales termoplásticos (que soportan el calor) constan de
cadenas lineales independientes de largas moléculas del polímero.
Las cadenas individuales son flexibles y pueden asumir formas
complejas. Las lineales más sencillas se suelen complicar al ramifi­
carse, esto es, por cadenas laterales que se extienden a partir de la
principal, como ramales que emergen de las líneas principales de
una vía de ferrocarril o como un espagueti.
Los materiales poliméricos termoestables tienen enlaces químicos
que entrecruzan a las cadenas del polímero, como se ilustra en el
caso del hule:
CH3
H
Cuanto mayor sea la densidad de enlaces entrecruzados por unidad
de volumen del material, más rígido será éste. El ejemplo mejor co­
nocido de este entrecruzamiento es la vulcanización del hule natu­
ral, descubierto de la corteza del árbol Hevea brasiliensis. Este hule
es un polímero del isopreno C5H8. El hule natural no es un plástico
útil debido a que es demasiado blando y muy reactivo químicamen­
te. Como mencionamos en el bloque 4, Goodyear descubrió de
manera accidental que al añadir azufre al hule y calentar la mezcla, se
logra solidificar el hule y se reduce la oxidación por los ataques quí­
micos de otras sustancias. El azufre cambia el hule en un polímero
termoestable al entrecruzar las cadenas del polímero mediante la
reacción de algunos dobles enlaces. Un entrecruzamiento de alre­
dedor de 50% de los dobles enlaces produce un hule flexible, elásti­
co. Cuando el hule se estira, los enlaces entrecruzados evitan que las
cadenas resbalen, de modo que conserva su elasticidad.
Con frecuencia se habla mal de los plásticos provenientes de va­
sos, platos, bolsas del supermercado, empaques de unicel y envases,
Polimerización
C2 C
CH2
CH2
Isopreno
CH3
H
C5 C
2CH2
CH22
n
Hule vulcanizado
En esta macromolécula con valor de n, las cadenas pueden ser de
20 mil hasta 100 mil monómeros.
236
Figura 5.12
Polímero lineal (izquierda) y polímero con uniones transversales (derecha).
Grupo Editorial Patria®
debido a que causan varios problemas
por el gran volumen que ocupan y la difi­
cultad para degradarlos. Sin embargo, en
la actualidad los plásticos se separan en
los depósitos de materiales y en los basu­
reros para reciclarlos, ya que los termoes­
tables pueden volverse a utilizar, después
de fundirlos y someterlos a un pequeño
tratamiento. En nuestro país, en las ciu­
dades de Toluca y Guadalajara existen
dos plantas para reciclar polietileno. A fin
de identificar el tipo de plástico usado en
la fabricación de envases y recipientes, se
utiliza la simbología que aparece en el si­
guiente cuadro para poderlos clasificar
aen la recolección y reciclaje.
reciben la mayor atención porque son las que se recolectan y se se­
paran con mayor facilidad. Sólo el cuerpo de la botella está formado
por PET. La base es de HDPE, el tapón es de otro tipo de plástico o
de aluminio y la etiqueta tiene adhesivo. Las botellas se cortan o se
trituran en trozos muy pequeños para procesarlos. Los adhesivos
se eliminan con detergentes fuertes. El HDPE, que es más ligero que
el PET, se separa de él en agua porque uno se hunde y el otro flota.
El aluminio se separa de manera electrostática. Lo que queda son
pequeños trozos de plástico, que se venden a los fabricantes quie­
nes los usan para hacer otros plásticos.
Figura 5.13
Los plásticos son
sustancias formadas por
macrocélulas orgánicas
llamadas polímeros.
Actividad experimental
Formen equipos de cuatro o cinco alumnos, realicen la siguiente acti­
vidad y contesten las preguntas correspondientes. Elaboren un informe
escrito y expónganlo ante el resto del grupo.
Obtención de artículos de resina poliéster
Código
PET
HDPE
Material
Usos principales
Tereftalato
de polietileno
Se encuentra en recipientes
rígidos, en especial en botellas para
bebidas gaseosas.
Polietileno de alta
densidad
(PEAD en español)
PVC
LDPE
Policloruro
de vinilo
Polietileno de baja
densidad
(PEBD en español)
PP
PS
EPS
Polipropileno
Poliestireno
Espuma de
poliestireno
Es el plástico de mayor uso en
recipientes rígidos, como son
botellas para jugos y aceites
domésticos y aceites para
automóviles.
Plástico duro que se usa en
tuberías y en la construcción,
recipientes para champús, aceites y
productos domésticos.
Se usa en películas y bolsas
de plástico.
Empaques para alimentos,
estuches para baterías, forro
de pañales desechables.
Se conoce como una espuma, en
forma de platos, vasos
y recipientes para alimentos,
aunque, en su forma rígida
se usa para hacer cuchillos de
plástico, tenedores y cucharas.
La sociedad de la industria de los plásticos ha elaborado códigos
con números y siglas (en inglés) para ayudar a la gente a clasificar a
los plásticos y uniformar la comunicación. Los códigos resultan
más útiles para ordenar los plásticos y tomar una decisión respec­
to al método para reciclarlos. Además de tener una composición
química diferente, cada tipo de plástico tiene distintas propiedades
físicas, lo que determina su uso.
Propósito
Realizar una polimerización con resina poliéster
Material
n
1 vaso de plástico cualquiera
n
1 palito de madera
n
2 moldes de plástico como los que se usan en el refrigerador para
obtener hielos
n
60 g de resina poliéster cristal (preparada)
n
13 gotas de catalizador (peróxido de metil etil cetona)
Procedimiento
1. Coloquen los 60 g de resina poliéster en el vaso de plástico y agre­
guen el catalizador. Con el palito de madera mezclen los compo­
nentes.
2. Agreguen las gotas de colorante y mezclen con el palito de madera.
3. Viertan la resina ya catalizada en los moldes de plástico.
4. Desmolden la resina de poliéster cuando se haya solidificado para
obtener sus productos.
Contesten las siguientes preguntas:
1. ¿Qué ocurrió al mezclar la resina con el catalizador?
2. ¿Qué ocurrirá si agregamos más catalizador del necesario?
Las botellas de PET de refrescos, así como los recipientes para le­
che y las botellas de agua de HDPE (polietileno de alta densidad)
237
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
3. ¿En cuánto tiempo se obtuvo el producto polimerizado?
Procedimiento
1.En un vaso de precipitados agreguen una cucharada de bórax y
cinco de agua caliente. Mézclenlos perfectamente con el agitador.
Conclusiones:
2.Agreguen dos cucharadas de pegamento blanco 850 y con las dos
manos denle forma esférica.
¿Qué observan?
Para tu reflexión
El kevlar, un polímero de avanzada
Los polímeros tienen muchas aplicaciones; por ejemplo, el nylon se
usa no sólo como fibra, sino también en la manufactura de cojinetes,
aisladores, hilos para pesca y cuerdas para neumáticos. Estas aplica­
ciones del nylon y de otros polímeros han estimulado la demanda de
nuevas súper fibras que tienen la resistencia al calor del asbesto, la ri­
gidez del vidrio y una resistencia mucho mayor que la del acero.
El kevlar tiene todas estas propiedades, su peso molecular promedio de
cada cadena polimérica es de 100 000 uma. El kevlar posee propieda­
des especiales a tal grado que las cuerdas de éste han reemplazado a
las cuerdas y los cables de acero en muchas aplicaciones, en especial
en las plataformas de extracción de petróleo que se ubican mar aden­
tro. Para un diámetro determinado, las cuerdas de kevlar tienen en el
agua de mar 20 veces la resistencia del acero. Debido a que su esta­
bilidad a temperaturas elevadas es muy buena, el kevlar se utiliza en
guantes protectores y en la ropa protectora de los bomberos. Es tam­
bién uno de los componentes principales de estructuras muy fuertes,
como las lanchas para carreras.
Actividad experimental
Reúnete con dos o tres de tus compañeros o compañeras y realicen la
siguiente actividad experimental. Sigan las instrucciones, contesten las
preguntas correspondientes y elaboren un informe escrito donde ana­
licen los resultados y presenten las conclusiones. Comparen sus res­
puestas con otros compañeros de grupo.
Elaboración de una pelota de hule
Propósito
Obtener un producto de origen sintético.
Material
n
50 g de bórax
n
2 vasos de precipitados
n
50 mL de agua caliente
n
1 agitador
n
Resistol 850
n
1 cuchara
238
¿De qué tipo de material es la pelota?
¿Por qué?
¿Qué pasa si cambian las cantidades de bórax y pegamento blanco
para elaborar otra pelota?
Háganlo y registren las diferencias con la anterior.
Conclusiones:
Grupo Editorial Patria®
Actividad complementaria
Completa el siguiente mapa conceptual.
Macromoléculas
sintéticas
Pueden obtenerse
obtenerse
Pueden
partir de
aapartir
Polímeros de
adición
Ejemplos
Ejemplos
239
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Instrumentos de evaluación
Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­
vas. En esta sección encontrarás una serie de actividades que están diseñadas para valorar los conocimientos y actitudes del proceso de apren­
dizaje adquirido durante el desarrollo del bloque, las cuales te permitirán mejorar tu desempeño a lo largo del curso.
Cuestionario.
Propósitos:
1. Identificar los métodos que utiliza el estudiante al responder
las preguntas de carácter científico de forma correcta y, a partir
de ello, validar los resultados obtenidos con los de sus compa­
ñeros de clase.
2. Explicar los procesos teóricos que den solución a los proble­
mas planteados, así como demostrar su utilidad e identificar la
importancia que tiene su aplicación en actividades de la vida
cotidiana.
6. ¿Cuál es el monosacárido más importante? Describe sus prin­
cipales características.
7. ¿Cuáles son los tres disacáridos más utilizados en la dieta hu­
mana?
8. ¿Dónde se localiza el almidón? ¿Cuáles son sus componentes
principales?
Instrucciones:
1. Analiza y resuelve cada uno de los reactivos que integran este
cuestionario.
2. Intercambia el trabajo realizado con un compañero, contras­
ten los resultados obtenidos y solicita la retroalimentación del
profesor a fin de tener la información clara y correcta.
1. Calcula la masa molecular de los siguientes polímeros.
a) H2 (2NH2CH(CH3)CO2)80 2OH:
b) H2(2OSi(CH3)2)352OH:
2. ¿Qué polímero de adición se obtendría a partir del monóme­
ro: 1-buteno (CH25CH2CH22CH3)?
3. Menciona cuáles son algunos de los polímeros de adición más
9. ¿Describe brevemente qué es un lípido y en qué está basada su
clasificación?
10. ¿Qué es una grasa?
11. ¿Qué es un aceite?
12. Describe brevemente qué son las proteínas y su estructura quí­
mica.
13. ¿Cuáles son las funciones de las proteínas?
14. ¿Cuál es la función celular más importante de las proteínas?
importantes y sus aplicaciones comerciales.
15. Escribe la estructura del éster que se obtiene al hacer reaccio­
4. Explica la razón estructural por la cual existen tres tipos de po­
lietileno.
nar el ácido acético con el metanol:
CH3COOH 1 CH3OH
Ácido acético
5. ¿Qué son los carbohidratos y cómo se dividen?
240
metanol Grupo Editorial Patria®
Lista de cotejo
Lista de cotejo para evaluar el reporte de la página 228.
Propósito:
1. Validar el procedimiento que se lleva a acabo para congelar frijoles tiernos.
2. Evaluar el desempeño que muestran los integrantes del equipo para concretar la actividad.
Instrucciones:
O
Analizar los criterios que a continuación se establecen e ir marcando con una en el desempeño que consideren se haya logrado, de ser nece­
sario, realizar un comentario sobre ello: una vez terminada, aclarar las dudas e intercambiar el trabajo con otro equipo, a fin de retroalimentar
y validar los resultados obtenidos.
Presentación
Criterio
Sí
Cumple
No En proceso
Observaciones
1. El reporte cuenta con carátula que incluya al menos el nombre
de la actividad que se realiza, el nombre de la materia,
la fecha de entrega, el nombre de los integrantes del equipo
y sus matrículas.
2. La redacción de las respuestas y conclusiones es buena
o por lo menos satisfactoria.
3. Tiene pocos o ningún error de ortografía.
4. El reporte lo elaboraron con un procesador de texto como Word
o bien se hizo a mano con buena caligrafía o por lo menos
entendible.
Trabajo
en equipo
8. Consiguieron todo el material indicado en libro.
Resultados
y conclusiones
6. Todos los integrantes del equipo participaron activamente
en la realización del trabajo.
Trabajo
experimental
5. El reporte está bien estructurado y ordenado.
7. Las diferentes actividades del trabajo se distribuyeron
equitativamente.
9. Realizaron con seriedad y entusiasmo la práctica siguiendo
las instrucciones del libro y del profesor.
10. Siguieron todas las precauciones de seguridad para evitar
un accidente.
11. Verificaron que los frijoles que prepararon se conservaron
en el congelador.
13. Contestaron correctamente todas las preguntas formuladas.
14. Expusieron sus resultados y conclusiones al resto del grupo.
Aportación a la actividad:
Nombre del equipo que evalúa la actividad:
Fecha:
241
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Coevaluación
Guía de observación para validar las actividades de aprendizaje de las páginas 220, 224, 228, 229, 236 y 239.
Nombre del estudiante:
Propósito:
1. Verificar el manejo de los conceptos básicos sobre macromoléculas naturales y sintéticas.
2. Evaluar el desempeño que muestra el estudiante al realizar cada una de las actividades.
Instrucciones:
Analiza los acciones a evaluar y marca con una x en la casilla que corresponda al cumplimiento de la misma, es importante realizar anotaciones
acorde a lo que se solicita y que sea para retroalimentar la información.
Acciones a evaluar:
Cumple
Sí
No
En proceso
Observaciones
1. Define los conceptos de aldosa, hexosa, pentosa, cetosa y disacárido.
2. Establece la diferencia entre un jabón y un detergente.
3. Define el nombre y la fórmula de los tres ácidos grasos más comunes.
4. Define el nombre y la fórmula de una grasa y un aceite a la temperatura
ordinaria.
5. Enlista los cinco principales elementos que continene las proteínas.
6. Indica los elementos más y menos abundantes en las proteínas y en qué
porcentaje.
7. Complementa de forma correcta el mapa conceptual sobre las
macromoléculas naturales.
8. Establece la diferencia entre un polímero de adición y un polímero de
condensación.
9. Indica la unidad que se repite (monómero) en la lista de polímeros.
10. Clasifica correctamente los ejemplos sobre las macromoléculas sintéticas.
Comentarios generales:
Nombre del estudiante que evalúa:
Revisado por el profesor:
242
Fecha:
Grupo Editorial Patria®
Rúbrica
Rúbrica para evaluar la investigación de productos naturales y artificiales de la página 216.
Nombre del alumno o equipo a evaluar:
Propósito:
Evaluar el aprendizaje alcanzado a partir de la investigación que realizan sobre los productos de origen natural y artificial.
Identificar el desempeño que muestran los estudiantes al realizar la actividad propuesta, sea de manera individual o en equipo.
Instrucciones:
1. Analiza detalladamente cada aspecto a evaluar e indica en la última columna qué nivel (4, 3, 2 o 1) logró alcanzar el estudiante o el equipo
al que se esté evaluando.
2. Revisa la guía de criterios que se enlistan para calificar el nivel que obtuvieron en cada aspecto a evaluar.
3. Elabora comentarios de acuerdo con los resultados que obtuvieron, a fin de retroalimentar el desempeño de sus compañeros.
Desarrollo
Resultados y conclusiones
Trabajo en equipo
Aspecto a evaluar
Presentación
Niveles
Excelente (4)
Bueno (3)
Elabora un reporte usando un
procesador de texto con una buena
impresión, bien redactado y sin faltas
de ortografía.
Elabora el reporte a mano con buena
caligrafía, bien redactado y sin faltas
de ortografía.
Elabora el reporte a mano con regular Elabora el reporte a mano con mala
caligrafía, redacción regular pero sin caligrafía, mal redactado y con
faltas de ortografía.
faltas de ortografía.
Expone al grupo el trabajo realizado
completo y bien organizado que sólo
levanta el interés de una parte del
grupo.
Expone al grupo del trabajo realizado
completo, que no levanta el interés
del grupo.
Expone al grupo el trabajo realizado
incompleto y mal organizado que
no levanta el interés del grupo.
Un miembro del equipo no realizó la
investigación individual en libros de
Química o en Internet sobre los
conceptos de Química, Física,
productos naturales y sintéticos y no
copiaron textualmente el material.
Dos miembros del equipo no
realizaron la investigación individual
en libros de Química o en Internet
sobre los conceptos de Química,
Física, productos naturales y
sintéticos y no copiaron textualmente
el material.
Más de dos miembros del equipo
no realizaron la investigación
individual en libros de Química o en
Internet sobre los conceptos de
Química, Física, productos naturales
y sintéticos y/o copiaron
textualmente el material.
Elaboran en equipo una definición de
los conceptos indicados en el punto
anterior.
Todos los integrantes del equipo
Todos los integrantes del equipo
Algunos integrantes del equipo no
participaron activamente en la
participaron activamente en la
participaron en la realización y
realización y presentación del trabajo, realización y presentación del trabajo, presentación del trabajo, pero los
distribuyéndose las diferentes
pero no se distribuyeron las diferentes demás lo hicieron activamente y se
actividades equitativamente.
actividades equitativamente.
distribuyeron las diferentes
actividades equitativamente.
Diseñan las dos tablas de
Diseñan las dos tablas de
Diseñan las dos tablas de
clasificación de todos los productos
clasificación de los productos
clasificación de los productos
señalados; en donde diferencian si
señalados: en donde diferencian si
señalados, una indicando si son
son químicos o naturales y la otra si
son químicos o naturales y la otra si
químicos o naturales y la otra si son
son sintéticos o naturales, y
son sintéticos o naturales, pero
sintéticos o naturales pero omiten
argumentan sus respuestas.
omiten algunos de los productos y
algunos de los productos. No dan
argumentan sus respuestas.
argumentos que justifiquen algunas
de sus respuestas.
Presentan las definiciones de uno
de los integrantes como las del
equipo.
Sólo uno o dos integrantes del
equipo participaron activamente en
la realización y presentación del
trabajo.
Expone al grupo el trabajo realizado
de manera clara, completa y bien
organizada y que atrae el interés de
todo el grupo.
Todos los integrantes del equipo
realizan la investigación individual en
libros de Química o en Internet sobre
los conceptos de Química, Física,
productos naturales y sintéticos, sin
copiar textualmente el material.
Elaboran en equipo una definición de
los conceptos indicados en el punto
anterior.
Elaboran en equipo una definición de
los conceptos indicados en el punto
anterior.
Guía de criterios para usar en la interpretación del nivel obtenido.
1. Se aproxima a las expectativas que se plasman en la actividad.
2. Reúne las expectativas que demanda la actividad.
3. Cumple con la meta establecida.
4. Sobrepasa las metas para la resolución de la pregunta central de
la situación didáctica.
Satisfactorio (2)
Deficiente (1)
Total
Sólo diseñan las dos tablas de
clasificación de los productos
señalados: diferenciando si son
químicos o naturales y la otra si
son sintéticos o naturales sin dar
ningún argumento que justifique
sus respuestas.
Intervención docente:
Se deben identificar los criterios en los que se obtuvo menor puntaje,
pues éstos son los que se van a reforzar mediante las técnicas que es­
tablezca el profesor.
Comentarios generales:
243
5
BLOQUE
Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas
Rúbrica de heteroevaluación para una plenaria
Propósito: Valorar la presentación del equipo (ya sea personal o en grupo) sobre la diversidad que cada estudiante manifiesta en su
comportamiento, conducta y desempeño que consideran sean los más adecuados: 4 Excelente, 3 Buena, 2 Satisfactoria y 1 Deficiente. En cada aspecto aparecen los niveles de desempeño, según el tipo de evidencia generada.
Nombre del alumno:
Excelente
(4)
Bueno
(3)
Satisfactorio
(2)
Utiliza de manera
convincente el tono de
voz, gestos o entusiasmo.
Mantiene una buena
postura frente al grupo
Utiliza de manera
convincente dos
elementos de tono de voz,
gestos o entusiasmo.
Mantiene una buena
postura frente al grupo.
Utiliza de manera
convincente sólo un
elemento en tono de voz,
gestos o entusiasmo.
Mantienen una postura
aceptable ante el grupo.
No utiliza de manera
convincente el tono de
voz, los gestos ni el
entusiasmo.
Mantiene mala postura y
mala ubicación frente al
grupo.
Organización y
claridad
Todo el tiempo expresa
sus puntos de vista de
manera clara y ordenada.
Muestra organización en
el intercambio de ideas.
En algunos momentos
expresa sus puntos de
vista de manera clara y
ordenada.
Muestra organización en
el desarrollo de ideas.
En algunos momentos
expresa sus puntos de
vista de manera clara,
pero no de manera
ordenada. No muestra
organización en el
desarrollo de ideas.
No expresa sus puntos de
vista. No hay organización
en el intercambio de
ideas.
Calidad y cantidad
de información
Presenta información
suficiente, adecuada y
sustentable para rebatir
las ideas y opiniones.
Presenta información
adecuada y sustentable
pero insuficiente para
rebatir las ideas y
opiniones.
Parcialmente presenta
información suficiente
para rebatir las ideas.
No presenta información
suficiente o adecuada
para rebatir las opiniones.
Muestra coherencia en
sus comentarios, denota
su conocimiento sobre el
tema. Maneja los términos
adecuados y correctos.
Muestra coherencia en
sus comentarios y denota
conocimiento del tema.
Maneja parcialmente los
términos adecuados y
correctos.
Muestra parcial
coherencia en sus
comentarios. Denota
mínimo conocimiento del
tema. Maneja algunos
términos adecuados y
correctos.
No muestra coherencia en
sus comentarios. No
maneja los términos
correspondientes o
adecuados.
En todo momento muestra
respeto a la crítica del
equipo contrario. Acepta
las menciones y opiniones
sin manifestar molestia.
La mayor parte del tiempo
muestra respeto a la
crítica del equipo
contrario. Acepta las
menciones y opiniones sin
manifestar molestia.
Algunas veces muestra
intolerancia a la crítica.
Manifiesta cierta molestia
ante las menciones y
opiniones recibidas.
Muestra intolerancia a la
crítica. Manifiesta
molestia ante las
menciones y opiniones
recibidas.
Niveles
Aspecto a evaluar
Presentación
Coherencia
Tolerancia a la
crítica
Total
Observaciones generales:
244
Deficiente
(1)
Puntos
Grupo Editorial Patria®
Autoevaluación
Nombre del estudiante: Propósito:
Reconocer y concientizar el progreso y logros que se han adquirido durante el proceso de enseñanza-aprendizaje, así como intervenir median­
te diversas estrategias en aquellos aspectos que se han logrado concretar.
Grupo: Fecha Instrucciones:
Lee con atención los aspectos a considerar e indica con una X "sí" o "no" lo lograste o está en "proceso" de desarrollar la acción o desempeño
esperado.
La Autoevaluación es una estrategia que te permite conocer y valorar tu progreso en el proceso de aprendizaje, también te ayuda a profundi­
zar en gran medida en el autoconocimiento y comprensión de una actividad . Marca con una la respuesta.
O
AUTOEVALUACIÓN
Nombre del estudiante:
Tiempo asignado:
Núm.
Fecha:
Aspecto a considerar
1.
Leí correctamente todas las indicaciones mencionadas.
2.
Las interpreté adecuadamente para realizarlas.
3.
Atendí todas las actividades solicitadas.
4.
Entregué en tiempo y forma todo lo que se solicitó.
5.
En caso necesario busqué en medios electrónicos lo que se me solicitó.
6.
Logré completar todas las actividades a realizar.
7.
Me entusiasmaron las actividades a realizar.
8.
Reflexioné en las actividades a desarrollar.
9.
Expresé mis ideas con claridad y sin faltas de ortografía.
10.
Comprendí satisfactoriamente la actividad realizada.
Logrado
Sí
No
En proceso
Describe:
Fortalezas:
Debilidades:
Compromisos para lograr el aprendizaje o desempeño esperado:
245
Grupo Editorial Patria®
Glosario
Ánodo. Electrodo positivo.
Antioxidante. Cualquier sustancia que retarde o inhiba la oxi­
dación.
Ácido. Sustancia caracterizada químicamente por las siguientes
propiedades: provoca cambios de color en los indicadores, identi­
fica las bases reaccionantes de neutralización, tiene sabor agrio y
disuelve algunas sustancias como los metales.
Agua blanda. Agua predominantemente libre de iones calcio
Ca+2 y magnesio Mg+2.
Agua dura. Agua dulce que contiene una disolución en cantida­
des importantes de iones de calcio o magnesio. Precipita el jabón
en sus disoluciones e impide la formación de espuma.
Agua potable. Aquella que puede beberse y utilizarse para aseo
personal, preparar alimentos, regar cultivos y emplearse en las in­
dustrias.
Aguas negras. Aguas residuales de origen urbano con diversos
tipos de impurezas, principalmente materia orgánica y sales
minerales.
Alcano. Hidrocarburo de cadena abierta que sólo tiene enlaces
simples.
Alcohol. Compuesto orgánico con el grupo funcional OH.
Almidón (disolución de). El almidón reacciona con el yodo en
presencia de yoduros formando un complejo azul. La disolución
de almidón se prepara triturando 2 gramos de almidón soluble y
10 mg de yoduro de mercurio (II) con un poco de agua y añadien­
do la suspensión a un litro de agua hirviendo. Se prosigue la ebulli­
ción hasta que la solución es clara, se enfría y se pasa a un frasco de
vidrio.
Alqueno. Hidrocarburo de cadena abierta que contiene en su es­
tructura un enlace doble.
Alquino. Grupo monovalente derivado de la eliminación de un
hidrógeno de un alcano. Un hidrocarburo de cadena abierta cuya
estructura incluye un enlace triple.
Aseo trópica (mezcla). Mezcla de líquidos que tienen para una
composición determinada punto de ebullición constante.
Átomo de carbono quiral. Un átomo de carbono al que están
unidos cuatro diferentes átomos o grupos.
Bacterias. Microorganismos unicelulares. Existen tantas clases de
bacterias que es posible encontrarlas en los lugares más diversos.
Baño María. Baño de agua a una temperatura fija. Si el agua hierve
su temperatura será aproximadamente 100 °C. Debe procurarse
que el recipiente que introduzca en el baño no toque las paredes de
éste que están a mayor temperatura. Fue inventado por María la
Judía, alquimista medieval.
Base. Sustancia caracterizada químicamente por las siguientes
propiedades: provocan cambio de color de los indicadores, da con
los ácidos reacciones de neutralización, tienen sabor amargo y tac­
to untuoso.
Biodegradable. Propiedad de una sustancia química compleja
por la cual puede ser descompuesta en otras más sencillas median­
te procesos biológicos naturales.
Biodegradables. Sustancias orgánicas que pueden oxidar las bac­
terias.
Cátodo. Electrodo negativo.
Cáustico. Muy bajo, capaz de disolver la piel y las grasas para for­
mar jabón.
Cera. Éster de un ácido superior y de un alcohol superior.
CFC (clorofluorocarbonos). Se utilizan como líquidos de en­
friamiento en acondicionadores de aire y en los refrigeradores.
Cicloalcanos. Hidrocarburos cíclicos isómeros de los alquenos
que sólo contienen enlaces simples.
247
Glosario
Coagulación. Proceso por el cual un coloide se separa de una
base líquida y una masa gelatinosa insoluble.
Coloide. Suspensión en un líquido de partículas más pequeñas
que pasan a través del papel de filtro. Pueden observarse con el ul­
tramicroscopio o por efecto Tyndall.
Concentración. Cantidad de soluto disuelto en una cantidad de
disolvente o de disolución.
Contaminante primario. Aquel que se adiciona directamente a
la atmósfera como resultado de un proceso natural o antropogéni­
co.
Contaminante secundario. Aquel que se forma a expensas de
un contaminante primario o como resultado de una reacción en la
que participa un contaminante primario.
Delicuescencia. Habilidad para absorber suficiente agua de la at­
mósfera para formar una disolución.
Desecador. Contenedor usado para guardar sustancias químicas
y mantenerlas secas.
Éster. Combinación de un ácido orgánico y de un alcohol.
Estereoisómeros. Isómeros que difieren en la distribución espa­
cial de los átomos de su molécula.
Esterilización. Calentar los alimentos a una temperatura de 120
°C durante 10 minutos, o bien, llegar, aunque sólo sea un momen­
to, hasta 140 °C.
Fase. Parte de un sistema, formado de cualquier número de com­
ponentes, homogénea y con límites bien determinados que la se­
paran de las otras partes del sistema y del resto del universo.
Fécula. Sustancia blanca, ligera y suave al tacto, que se extrae de
algunas semillas y raíces. Está compuesta de hidratos de carbono.
Fórmula. Representación de un compuesto con el símbolo de
cada elemento.
Fórmula empírica. Fórmula que muestra las relaciones mínimas
de números enteros de átomos en cada clase de compuestos.
Fórmula molecular. Fórmula que muestra los números reales de
cada tipo de átomos en cada clase de compuestos.
Desechos peligrosos. Cualquier desecho que puede causar
muerte o enfermedad irreversible o discapacitante y que amenaza
la salud humana y el medio ambiente.
Grasa. Éster de la glicerina (propanotriol) y de un ácido graso su­
perior.
Difusión. Proceso mediante el cual un soluto se aleja de un área
de concentración alta a una de concentración baja.
Grupo funcional. Un átomo o grupo de átomos en n compuesto
orgánico, que es el responsable de ciertas propiedades del com­
puesto.
Disolución. Mezcla homogénea de dos o más componentes.
Disolvente. La sustancia que efectúa la disolución.
Hidrato. Un compuesto que contiene agua químicamente combi­
nada en proporciones definidas.
Hidrocarburo. Compuesto formado únicamente por C y H.
Enzima. Sustancia que modifica y a menudo acelera la velocidad
de las reacciones químicas celulares que de otra manera serían de­
masiado lentas.
Hidrocarburo alifático. Hidrocarburo que no contiene anillos
aromáticos.
Equivalente. Unidad de medición igual a un peso equivalente de
la cantidad de materia en una muestra de una sustancia.
Hidrocarburo aromático. Un hidrocarburo que contiene uno o
más anillos con electrones pi deslocalizados.
Escaldar. Someter un alimento a la acción de agua hirviendo o de
su vapor para reblandecerlo o hacerlo más comestible.
Homólogo. Los miembros individuales de una serie homóloga
de compuestos.
Estequiometría. Descripción de las relaciones cuantitativas en­
tre los reactantes y los productos de una ecuación química balan­
ceada.
IMECA. Índice metropolitano para medir la calidad del aire.
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Inerte. Que no reacciona.
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Infusión. Proceso que tiene por objeto la extracción de los princi­
pios activos solubles de una planta por medio de agua hirviendo.
Se pone la planta, troceada, en un recipiente y se le agrega encima
agua hirviendo. La infusión se aplica a todas las plantas que contie­
nen principios volátiles que se perderían por ebullición.
NAAQ (National Ambient Air Quality Standard). Índice
estado­unidense para medir la contaminación ambiental.
Isomería. La existencia de dos o más moléculas o iones con com­
posiciones idénticas, pero diferentes estructuras.
NPA. Nitrato de peracetilo. Contaminante primario de la atmósfera.
Isómeros. Moléculas o iones de composición idéntica, pero de
diferente estructura.
Lípidos. Sustancias orgánicas llamadas comúnmente grasas, inso­
lubles en agua, solubles en benceno y en éter, y formadas por áci­
dos grasos unidos a otros cuerpos.
Líquido extracelular. Es aquel que está fuera de las células.
Líquido intersticial. Sustancia en un estado líquido que separa a
dos sustancias.
Lluvia ácida. Lluvia provocada por el ácido sulfúrico al reaccio­
nar el trióxido de azufre (SO3) con el agua.
Masa. Propiedad que refleja la cantidad de materia de un cuerpo.
Mezcla. Una combinación de dos o más sustancias que pueden
separarse por medios físicos.
Mezcla heterogénea. Mezcla que consta de dos o más sustancias
que retienen sus propias propiedades.
Mezcla homogénea. Mezcla que consta de dos o más sustancias,
pero es uniforme en su composición; es decir, cada parte de la mez­
cla es exactamente como cada una de las otras.
Mol. Cantidad de una sustancia que contiene el mismo número
de partículas que hay en 0.012 g de carbono-12 (esto es, 6.023 ×
1023 partículas).
Molaridad. Una unidad de concentración para disoluciones: mo­
les de soluto por litro de disolución.
Normalidad. Una unidad de concentración para disoluciones:
equivalentes de soluto por litro de disolución.
Número de Avogadro. Número de átomos exactamente igual a
12 g del núclido C-12 (6.023 × 1023).
Ósmosis. El paso de un disolvente a través de una membrana se­
mipermeable.
Ozono (O3). Contaminante de la atmósfera.
Polímero. Molécula grande o macromolécula de peso molecular
elevado formada por la polimerización de un gran número de mo­
léculas de bajo peso molecular. Las moléculas individuales que
forman el polímero se llaman “monómeros”.
Precipitado. Una sustancia sólida que se separa de una disolu­
ción en el curso de una reacción química.
Presión osmótica. La cantidad de presión que debe aplicarse
para prevenir el flujo de un disolvente a través de una membrana
semipermeable.
Procesos metabólicos. Reacciones que se efectúan dentro de un
organismo.
Proteína. Sustancia constitutiva de la materia viva, formada por
una o varias cadenas de aminoácidos. De valor primordial en la
vida de los seres vivos.
Smog fotoquímico. Compleja mezcla de compuestos químicos
producidos por los contaminantes del aire.
Volátil. Sustancia que pasa del estado líquido al gaseoso sin calen­
tamiento.
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Bibliografía
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Sistema
de aprendizaje
en línea
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Ciencias de la
Vargas Palacios
SALUD 1
Ciencias de la SALUD 1
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SALUD
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