Aplicaciones a La Vida Cotidiana

S A E N N A I O I D I C T A C O I C L P A A D I V A L A 1. La cien ciencia cia,, la mater materia ia y su med medida ida . . . . . . . . . . . . . 154 2. La materia: materia: estados estados físicos físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 3. La materia: materia: cómo cómo se present presenta a . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 4. La mate materia ria:: propie propiedad dades es eléct eléctric ricas as y el átom átomo o . . . . . 157 5. Eleme Elemento ntoss y compue compuesto stoss químic químicos os . . . . . . . . . . . . . 158 6. Cambios Cambios químicos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 7. Quím Química ica en acci acción ón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 8. La La electr electricid icidad ad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

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APLICACIONES

LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU MEDIDA

CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Navegadores GPS En pocos años, los receptores GPS de bolsillo han invadido el mercado. Junto con un software para calcular las rutas y para visualizar los mapas de carreteras, estos aparatos se han convertido en los «copilotos» de millones de conductores. La ruta deseada se puede programar de antemano y el aparato dicta en tiempo real las órdenes necesarias para llegar al destino.

Sistemas de posicionamiento: el GPS Al utilizar los medios de transporte, uno de los objetivos principales ha sido conocer la posición exacta (del coche, del barco, del avión) sobre el planeta. En los antiguos barcos los marineros empleaban brújulas e instrumentos astronómicos para determinar la longitud y la latitud del barco y fijar el rumbo. Hoy existe un sistema más preciso: el Sistema de Posicionamiento Global o GPS (del inglés Global Positioning System ), que utiliza una red de 24 satélites artificiales. En cada punto del planeta es posible recibir señales de al menos 4 satélites. Esto permite fijar la latitud, la longitud y la altitud con un margen de error de unos pocos metros.

Satélites

Para evitar distracciones, el conductor recibe las órdenes mediante comentarios del tipo: Gire a la derecha en el próximo cruce . Permanezca en el carril de la iz- quierda .

Señal GPS bloqueada por los edificios

Estación de referencia

Internet Receptores El sistema GPS es norteamericano, pero en Europa se ha desarrollado el sistema Galileo , formado por 30 satélites, que estará operativo en el 2008. Junto con señalizadores situados en los aeropuertos, este sistema permitirá, entre otras cosas, las maniobras de aviones en condiciones de visibilidad prácticamente nulas. Los receptores GPS pueden ser portátiles y formar parte de agendas electrónicas, teléfonos móviles, cámaras fotográficas...

CUESTIONES 1 El sistema GPS es un sistema militar controlado por el Gobierno de EE UU, mientras que el sistema galileo es un sistema civil. ¿Qué ventajas tiene el sistema Galileo sobre el otro?

2 Explica la utilidad de un sistema de posicionamiento automático:

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• En los aeropuertos.

• Para los senderistas.

• En los barcos.

• En los automóviles. FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO

MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

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APLICACIONES

LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS


La olla a presión

Ollas ultrarrápidas El ahorro de tiempo y de energía que permiten las ollas ha incentivado la investigación. Así se han conseguido ollas ultrarrápidas que, si bien son más caras que las ollas convencionales, permiten ahorrar hasta un 70 % en el tiempo de cocción y un 50 % de energía. Otra ventaja de estas ollas es que el aire se evacúa durante la precocción de los alimentos, no durante la cocción como en las convencionales. Además, como el tiempo de cocción disminuye, las verduras conservan más vitaminas y más aroma tras la cocción. La clave está en aumentar la temperatura interior para que los alimentos se cuezan más rápidamente. Esto se consigue tapando las ollas con precisión.

Los alimentos se cuecen mucho más rápido en una olla a presión. ¿Por qué? Pues porque en el interior de la olla se consigue una temperatura de cocción más elevada, por encima de los 100 ºC. Por eso los alimentos tardan mucho menos tiempo en reblandecerse. Cuando cocemos los alimentos en una cacerola normal, aunque sea con tapa, la presión existente es la presión atmosférica (1 atm), y la temperatura máxima que se alcanza es la temperatura de ebullición del agua: 100 ºC. Pero en una olla a presión, la presión en el interior es mayor de una atmósfera, ya que a la presión atmosférica se suma la presión ejercida por el vapor de agua que se va acumulando.

S E N O I C A C I L P A

Según se va acumulando vapor, al mismo tiempo va aumentando la temperatura de ebullición del agua, alcanzándose una temperatura de unos 120 ºC, por lo que los alimentos se cuecen mucho más rápido. Al cabo de cierto tiempo la presión se mantiene constante (unas dos atmósferas) gracias a la válvula de seguridad que deja salir vapor cuando la presión sobrepasa cierto valor. La utilización de la olla permite ahorrar energía, pues con ella conseguimos cocinar los alimentos en menos tiempo.

Aire Tapón Válvula de seguridad

Vapor

Asas aislantes

Válvula abierta Válvula cerrada

Tapa Acero

CUESTIONES 1 Fíjate en los dibujos y explica cómo funciona la válvula de seguridad de una olla a presión. 2 ¿Por qué las ollas a presión nos ahorran tiempo y energía a la hora de cocinar los alimentos? ¿No conseguimos el mismo efecto si cocinamos con una cacerola con la tapa puesta?

3 Los fabricantes de ollas a presión prestan especial atención en su publicidad a la garantía de que la tapa cierra bien, evitando pérdidas. ¿Por qué crees que esta medida afecta al consumo energético a la hora de cocinar los alimentos?

4 Explica la relación existente entre el uso de ollas a presión y la conservación del medio ambiente. FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO


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APLICACIONES

LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA


Relojes de titanio ¿Cuál es la ventaja de los relojes de titanio respecto a los relojes elaborados con otros metales? La ligereza. Como el titanio (4,5 g/cm 3) es mucho menos denso que el acero (casi 8 g/cm 3), los objetos de titanio pesan menos.

Densidad y resistencia Una densidad menor no implica necesariamente una menor resistencia. Por ejemplo, el aluminio o el titanio son materiales bastante ligeros (menos densos que otros metales) y, sin embargo, son muy resistentes. Junto con los metales puros, se emplean aleaciones que permiten mejorar la resistencia, la dureza, el brillo...

Además, el titanio presenta otras venta jas: no se oxida, no provoca alergias, es resistente... La única pega: el precio, pues el titanio es notablemente más caro que el acero, por ejemplo.

La fachada del Museo Guggemheim de Bilbao está elaborada con titanio. Por ello, los metales y aleaciones metálicas ligeros tienen múltiples aplicaciones: • Estructuras empleadas en arquitectura: fachadas, ventanas, etc. • Vehículos de alta velocidad: aviones y cohetes. Sobre todo el aluminio, un metal muy ligero, cuya densidad es de solo 2,7 g/cm 3. • Tornillos, placas y otros elementos empleados en cirugía. Sobre todo el titanio, que no provoca reacciones de rechazo en el organismo. • Implantes dentales.

Las bicicletas modernas pesan poco; están hechas de una aleación de aluminio.

• Carcasas de objetos portátiles: cámaras, reproductores MP3, etc. • Joyería: relojes, piedras preciosas artificiales, etc.

CUESTIONES 1 ¿Los materiales más densos son también los más resistentes? Pon varios ejemplos. 2 Busca aplicaciones de metales y aleaciones li geras a tu alrededor (aluminio, titanio, etc.) y escribe una lista con las aplicaciones que hayas encontrado, como, por ejemplo, un reproductor de MP3.

3 Elabora un listado con las ventajas del titanio frente a otros materiales. 4 ¿Por qué se usan tornillos de titanio en ciertas intervenciones quirúrgicas de la columna vertebral? 5 ¿Qué ventajas tienen los materiales ligeros empleados en los trenes de alta velocidad frente a otros metales?

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FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO


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APLICACIONES

LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO


Bola de plasma Consiste en una bola esférica de vidrio que, al tocarla con los dedos, produce rayos brillantes, debido a que el elevado voltaje del interior arranca los electrones de los átomos del gas que se encuentra en el interior, a baja presión.

Isótopos radiactivos Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son muy variadas. En medicina se usan para realizar diagnósticos (captación del yodo por la glándula tiroides) y con fines terapéuticos (bomba de cobalto para destruir células cancerosas). En biología se usan para seguir la trayectoria de sustancias en seres vivos y para realizar la datación de fósiles.


En la industria, para detectar defectos y grietas en estructuras metálicas, para esterilizar organismos patógenos en los alimentos y para erradicar plagas agrícolas. Se han utilizado para conservar alimentos vegetales (destruyendo los microorganismos que pudieran contener). De esta forma, se ha logrado conservar patatas durante más de un año, manteniendo intactas todas sus propiedades. También se utilizan para descubrir falsificaciones artísticas o históricas.

Datación por el método del carbono-14 El carbono-14 se forma en nuestra atmósfera al interactuar los átomos de nitrógeno con los neutrones de los rayos cósmicos. La ecuación nuclear que representa dicho proceso es: 14 7

N + 10n

→

14 6

C + 11 H

El carbono-14 formado reacciona a su vez con el oxígeno del aire, formando dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono atmosférico alcanza una concentración estacionaria, que asciende aproximadamente a un átomo de carbono-14 por cada 1012 átomos de carbono-12. Tanto los animales que se alimentan de plantas como una planta viva que absorbe dióxido de carbono de la atmósfera mantienen esta proporción de 14 C/ 12C = 1/1012. Cuando un organismo vegetal o animal muere, comienza a producirse la desintegración radiactiva del carbono-14 que contiene, por lo que la relación 14C/ 12C que contienen sus restos disminuye según pasa el tiempo. 14 6

C

→

14 7

N + –10 e

Determinando la relación 14C/ 12C, y comparándola con la edad de los organismos vivos, se puede saber el tiempo que hace que murió ese organismo, aplicando una fórmula matemática.

CUESTIONES 1 Describe diferentes aplicaciones de los isótopos radiactivos en medicina, en biología o en la industria. 2 ¿Cómo podemos conocer la edad del hueso de un animal encontrado en una excavación arqueológica? FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO


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5 CIENCIA Y

APLICACIONES

ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS TECNOLOGÍA

Sal en la dieta

Semiconductores

El cloruro de sodio (NaCl), conocido popularmente como sal, es un compuesto químico que, desde el origen del hombre, se utilizaba para conservar los alimentos. Este proceso es conocido como salazón.

Son sustancias, como el silicio o el germanio, que no son buenos conductores de la electricidad, pero que, al «doparse» con pequeñas impurezas (galio, vanadio, fósforo, aluminio), se convierten en buenos conductores. Se utilizan en la fabricación de «chips» en miniatura utilizados en ordenadores.

El fundamento de este proceso está en que la sal impide que se desarrollen los microorganismos que descomponen los alimentos, pudiendo conservarse estos durante mucho tiempo inalterados. En los países escandinavos, los pescados en salazón son una base muy importante de la dieta. La sal es vital para el organismo, aunque un exceso es perjudicial para quienes padecen alguna enfermedad renal, al elevar la presión sanguínea. Este es un factor que interviene en los ataques cardiacos y las hemorragias cerebrales. En el mundo desarrollado, la preocupación por este tema ha llevado a muchos fabricantes a producir alimentos «bajos en sal» y, aunque es muy mala la prensa que tiene la sal, en otros países es de una ayuda inestimable para salvar vidas. La diarrea y la deshidratación causan en algunos países millones de muertes cada año. Tomando simplemente ocho cucharadas pequeñas de azúcar y una de sal disueltas en medio litro de agua podría salvarse la vida de un niño enfermo.

Pescado conservado en salazón.

CUESTIONES 1

Busca en un diccionario el origen de la palabra «salario».

2

¿Cuál es el fundamento de los salazones?

3

Contesta: a) ¿Qué elementos químicos forman el cloruro de sodio? b) ¿Qué posición ocupan en el sistema periódico? c) ¿Qué ion puede formar un átomo de cloro? d) ¿Y un átomo de sodio?

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APLICACIONES

CAMBIOS QUÍMICOS


Catalizadores y contaminación

Combustible espacial La lanzadera espacial va acoplada a los cohetes de propulsión, cuya misión es proporcionar la energía suficiente para escapar de la atmósfera terrestre. Contiene un gran tanque de oxígeno e hidrógeno líquidos en depósitos separados que, al combinarse, reaccionan formando vapor de agua y suministran la potencia impulsora necesaria.

Los catalizadores son sustancias que se utilizan con el objetivo de que una reacción química se produzca. Pero ahora el término catalizador (convertidor catalítico) también se emplea para identificar una parte del automóvil que se acopla en el tubo de escape. Estos catalizadores están constituidos por unas rejillas que contienen metales nobles, como platino y óxidos metálicos (NiO), dentro de una carcasa de acero inoxidable. Dentro hay miles de celdas que ofrecen una gran superficie de contacto a los gases expelidos por el motor.


La función química del catalizador es transformar los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos no quemados en gases menos contaminantes: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y agua. No es la solución ideal pero, al menos, se «purifican» un poco los gases producidos durante la combustión en el motor.

Salida de gases purificados Carcasa metálica

CO NOX Emisiones procedentes del motor

Soporte cerámico

Reacciones químicas 2 CO + O2 ⇒ 2 CO2 2 NO + 2 CO ⇒ N2 + 2 CO2

CUESTIONES 1 Anota los reactivos y los productos de las reacciones que tienen lugar en un catalizador. 2 ¿Cuáles son las ventajas de emplear catalizadores? a) En el ámbito local (ciudad). b) En el ámbito global (planeta).

3 Contesta: a) ¿Se evita la contaminación por completo gracias al uso de los catalizadores? b) ¿Qué otras medidas crees que se pueden adoptar para complementar el uso de catalizadores y mejorar así la calidad del aire en ciudades con mucho tráfico? FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO


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7

APLICACIONES

QUÍMICA EN ACCIÓN


Química y deporte Las lesiones leves que sufren los deportistas (golpes, contracturas, esguinces, etc.) pueden aliviarse con ayuda de unas «bolsas de frío». Al golpear la bolsa, el nitrato de amonio que contiene se disuelve en el agua, produciendo un enfriamiento brusco de la disolución, al ser un proceso endotérmico. En otros casos se necesita calor para aliviar los dolores musculares. Las «bolsas de calor» contienen cloruro de calcio, que, al disolverse en agua, desprende calor. Un dispositivo semejante se utiliza para obtener café caliente sin calentar al fuego.

¿De qué material están hechos los chalecos antibalas? Probablemente alguna vez te hayas hecho la pregunta anterior. Pues bien, el componente fundamental es un polímero llamado kevlar. Este plástico fue descubierto en 1965 y debe sus propiedades a la regularidad de su estructura. Es más fuerte que el acero y más elástico que la fibra de carbono, resiste las llamas y se apaga por sí mismo. Con propiedades tan excelentes no es raro que, aparte de servir para fabricar chalecos antibalas, se utilice para blindajes militares, cañas de pesca, raquetas de tenis o zapatillas deportivas. También se empleó kevlar para construir las cuerdas y bolsas de aterrizaje de la sonda Mars Pathfinder que llegó a Marte en 1997 y que utilizó un sistema de airbags para aterrizar tras sucesivos rebotes. Un chaleco corriente de kevlar puede absorber la energía de una bala que viaje a 370 m/s (1332 km/h) procedente de una pistola. En este caso, la piel se hundiría unos 4 cm, presión que no causaría lesiones graves. Si se fabrica un chaleco con más capas de kevlar, se pueden detener balas más potentes. En la actualidad la nanotecnología está investigando fibras con una resistencia mucho mayor incluso que el kevlar.

CUESTIONES 1 Contesta: a) ¿Qué elemento químico forma la estructura básica (el esqueleto) del kevlar? b) ¿Qué otros plásticos conoces? ¿Para qué se usan? c) ¿Qué elemento químico tienen en común todos los plásticos? d) ¿Por qué se dice que el kevlar está formado por macromoléculas?

2 Repasa los usos del kevlar y justifica la utilización de este material en cada caso. a) Cañas de pesca. b) Chalecos antibalas. b) Raquetas de tenis. b) Zapatillas deportivas.

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APLICACIONES

LA ELECTRICIDAD

Distintos tipos de baterías recargables En el mercado hay baterías de distinto tipo. Unas se utilizan en aparatos portátiles, otras son más duraderas, algunas son muy tóxicas, etc. En la siguiente tabla recogemos algunos datos de interés sobre disitntos tipos de baterías.

Níquel cadmio y níquel-metal

Usadas en...

Carga

Mantenimiento

• Teléfonos móviles, cámaras fotográficas digitales, videocámaras.

• Coches, motocicletas, sillas de ruedas.

• No dejar las baterías en el cargador más de dos días.

• Cargar las baterías a menudo, incluso aunque no se descarguen completamente.

• Cargar inmediatamente tras el uso.

• Evitar el calentamiento excesivo durante la carga.

• La batería dura más evitando descargas totales. Recargar a menudo.

• No descargar antes de cada carga.

• No necesita. La pérdida de capacidad se debe a la edad de las baterías, se usen o no.

• Aplicar una carga total cada seis meses.

• Ideal: al 40 % de la capacidad en un lugar fresco.

• Ideal: al 40 % de la capacidad en un lugar fresco.

• Almacenar con la carga completa.

• Evitar demasiados ciclos de carga y descarga.

• No almacenar las baterías completamente cargadas ni en lugares cálidos.

500-1500 recargas

300-500 recargas

200-300 recargas

1 hora

2-4 horas

2-3 horas

−20 a 60 ºC

−20 a 60 ºC

−20 a 60 ºC

40-50 €

30-60 €

Tiempo para carga rápida Temperatura de operación Coste Toxicidad Depósito


• Evitar el calentamiento excesivo durante la carga.

• Las baterías duran más evitando descargas totales. Recargar a menudo, sin dejar que las baterías se agoten.

Almacenamiento

Ciclo de vida

Plomo-ácido

• Radios, cámaras fotográficas digitales, reproductores de MP3.

• Descargar completamente una vez al mes.

Descarga

Ion-Litio

20

€

• Muy tóxicas.

• Poco tóxicas.

• Bastante tóxicas, contienen plomo y ácidos.

• Deben ser recicladas.

• Es mejor que sean recicladas.

• Deben ser recicladas.



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Notas

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Aplicaciones a La Vida Cotidiana

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