CUADERNILLO FISICO-QUIMICA 2°

CENTRO DE ENSE ANZA MEDIA Nº 25 Asig atura: CIENCI AS FISICO QUIMICA 2º A O Prof soras: MARIA EMILIA LOP EZ, TERESIT FLORES

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CENTRO CENTRO DE DE ENSE ENSE ANZA ANZA MEDIA MEDIA Nº Nº 25 Asignatura: CIENCIAS CIENCIAS FISICO QUIMICA QUIMICA 2º AÑO Profesoras: MARIA EMILIA LOPEZ, TERESITA FLORES

PROGRAMA D DE C CIENCIAS F FISICO-QUIMICA 2º A Año A, B B, C C, D D -- C C.P.E.M. N Nº 225 AÑO 22014 U NIDAD Nº 11 Sistemas materiales. Métodos de separación de fases y de fraccionamiento Soluciones: componentes. Factores que las afectan. Criterios de clasificación de las soluciones por el estado de agregación de los componentes, la solubilidad, la concentración y grado de acidez. Expresiones de concentración. Problemas sencillos de aplicación %m/m, %m/v y % v/v. Solubilidad: concepto. Curvas de solubilidad: construcción, interpretación y aplicación. U NIDAD Nº 22 Concepto de calor y temperatura. El calor como forma de energía. Formas de transmisión. Calor específico. Caloría. Cálculo de la cantidad de calor. Escalas termométricas, conversión entre las distintas escalas. Dilatación. Equilibrio térmico. U NIDAD Nº 33 Energía: concepto. Transformaciones de la energía. Principio de conservación. Degradación de la energía. Unidades de energía. Cálculos de energía cinética y de energía potencial. Clasificación de las fuentes de energía. Energía nuclear. Introducción a los diferentes modelos atómicos. A. Z. Isótopos

BIBLIOGRAFÍA S SUGERIDA    

Fisico- Química Escudero y otros Editorial Santillana Química I Alegría y otros Editorial Santillana Química gral. e inorgánica Fernandez Serventi El Ateneo Todos los libros de biblioteca y sitios web que se adecuen a los contenidos mencionados en el programa

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Unidad Nº 1

Repaso de sistemas materiales: clasificación, fases, componentes, métodos de separación de fases y métodos de fraccionamiento. f raccionamiento. Soluciones: concepto. Componentes. Criterios de clasificación. Acidez, pH e indicadores. Solubilidad. Unidades físicas de concentración MATERIA Gas, líquido, sólido

SUSTANCIAS PURAS

MEZCLAS Mét.físicos de separación

COMPUESTOS

ELEMENTOS

HOMOGÉNEAS

HETEROGÉNEAS

Mét. uímicos uímicos de se aración aración

SOLUCIONES

Unidades f f ísicas oo q q uímicas dde cconcentr ación

com ponentes

Cr iter ios dde cclasif icación

SISTEMA MATERIAL: es toda aquella parte de materia que qu e se aísla física o empíricamente para ser

estudiada ENTORNO: es todo aquello que rodea al sistema material

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES De acuerdo a la relación que presente el sistema material con el entorno se pueden clasificar en:

a- SISTEMAS MATERIALES ABIERTOS: cuando intercambian materia ( masa) y energía con el entorno b- SISTEMAS MATERIALES CERRADOS: cuando intercambian energía pero no materia con el entorno c- SISTEMAS MATERIALES AISLADOS : cuando no intercambian materia ni energía con el entorno VAPOR ELECTRICIDAD

CALOR

S.M. AB ABIERTO IERTO

S.M. CERRADO

S.M. AISL AISLADO ADO

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En el primer ejemplo, se encuentra una joven en la cocina; si consideramos que el sistema material es la olla con comida sobre la cocina encendida observamos que se intercambia materia en forma de vapor y energía en forma de calor. En el sistema material del centro solo ocurre un intercambio de energía con el entorno, en este caso la energía intercambiada es energía eléctrica. Por último en el sistema material aislado y considerando que se trata de un termo ideal, i deal, o sea que cumple su función a la perfección, y que además se encuentra tapado no existiría intercambio ni de materia ni de energía con el entorno. De acuerdo a sus prop iedade iedades s int ensivas los s istemas materiales materiales se pueden clasificar en:

A- SISTEMAS MATERIALES HOMOGÉNEOS : son aquellos sistemas materiales que presenta las mismas propiedades intensivas en todos sus puntos. Presenta solamente una fase por lo cual no tiene interfases, pero puede estar formado por uno o mas componentes, pudiéndose de esta manera sustancias puras o mezclas B- SISTEMAS MATERIALES INHOMOGÉNEOS : son aquellos sistemas materiales cuyas propiedades intensivas intensivas varían gradualmente gradualmente sin que exista interfase C- SISTEMAS MATERIALES HETEROGÉNEOS : son aquellos sistemas materiales que presenta distintas propiedades intensivas de acuerdo al punto que se esté estudiando. Presenta dos o más fases con sus respectivas interfases y al igual que el sistema material homogéneo puede estar formado por uno o mas componentes. AGUA Y ACEITE S.M. HETEROGÉNEO

GRANITO S.M. HETEROGÉNEO

ACEITE S.M. HOMOGÉNEO

AGUA CON HIELO S.M. HETEROGÉNEO

AGUA S.M. HOMOGÉNEO

Se han mencionado conceptos como componentes, componentes, fases e interfases i nterfases por lo cual debemos definirlas: FASE: es cada una de las porciones homogéneas que forman un sistema material heterogéneo INTERFASE: es el límite entre dos fases COMPONENTES: llamaremos así a cada una de las sustancias diferentes que forman un sistema material homogéneo o heterogéneo

Como ya se menciono anteriormente, los sistemas materiales heterogéneos son aquellos sistemas materiales que presenta distintas propiedades intensivas de acuerdo al punto que se esté estudiando, o sea, presenta dos o más fases con sus respectivas interfases. Por ejemplo, el siguiente sistema material heterogéneo presenta 3 fases y 2 interfases. Además una de las fases está formada por dos componentes (sal y agua) mientras que las restantes están formadas por solo un componente cada una.

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CENTRO DE ENSE ANZA MEDIA Nº 25 Asignatura: CIENCIAS FISICO QUIMICA 2º AÑO Profesoras: MARIA EMILIA LOPEZ, TERESITA FLORES

Fase gaseosa

Interfase

Fase Líquida

Interfase Fase sólida

En un sistema heterogéneo de dos fases se denomina dispersa a la fase que se encuentra en menor proporción y dispersante a la que se encuentra en mayor proporción. Según el tamaño de las partículas se clasifican en:  dispersión grosera: son aquellas en el cual las partículas dispersas se perciben a simple vista. Ejemplo sistema agua-arena,  fina: son sistemas heterogéneos visibles al microscopio. Toman distintos nombres según el estado físico de los medios disperso y dispersante. Se denominan emulsiones, cuando ambos son líquidos Ejemplo sistema leche constituida por suero y crema; y suspensiones cuando el medio dispersante es líquido y el medio disperso sólido, ejemplo humos.  coloidal: en estas dispersiones el medio disperso sólo es visible con el ultramicroscopio como por ejemplo agua con unas gotas de leche. Estas dispersiones se pueden identificar mediante la utilización de un haz de luz, ya que presentan lo que se llama efecto Tindall que se manifiesta por la posibilidad de observar el recorrido del haz a través del líquido. MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASES ( SISTEMAS MATERIALES HETEROGÉNEOS )

En todo sistema material heterogéneo se pueden separar las fases que lo constituyen aplicando métodos sencillos. Dichos métodos no alteran las sustancias y varían de acuerdo al sistema en cuestión. Algunos de ellos son: 1- Tría: por este método se logran separar sólidos de mediano tamaño utilizando una pinza o directamente la mano. Por ejemplo podríamos retirar un espécimen que se encuentre dentro de un frasco con formol. 2-Tamización: se emplea para sistemas heterogéneos sólidos cuyas partículas son de diferente tamaño. Para ello se utiliza un tamiz (colador) con poros que varían según el tamaño de lo que se quiera separar. Por ej. Para obtener arena fina los obreros de la construcción utilizan lo que ellos llaman una zaranda para separar las piedras mas grandes que quedan en la parte superior mientras que la parte mas fina pasa los orificios. La zaranda no es otra cosa que un tamiz y por lo tanto para obtener arena de diferentes granulaciones se utiliza la tamización 3- Filtración: permite separar las fases de un sistema heterogéneo cuando una fase es sólida y la otra líquida, utilizando como material filtrante papel de filtro, arena, carbón, etc. Por ejemplo: cuando preparamos café utilizamos un colador (filtro) que retiene los granos de café molidos (sólido) dejando pasar la fase líquida

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papel de filtro

pie universal em udo

erlenmeyer ampolla de

4- Decantación: se puede mplear pa a separar líquidos de iferente de sidad, in iscibles, decantación para lo c al se utiliz la ampoll o embudos de decant ción Por ejem lo, si quisiéramos separar la grasa de un cal o de carne, primero, or filtraci n separam s todos los sólidos y l ego mediante el uso de la ampolla de decanta ión separa os la gras que se ub cara en la zona superior del resto d l caldo que se encontrará en la ona inferi r de la am olla, esta última fase se separa mediante l apertura d el robinete ( llave de paso) que se encuentra en la parte superior del vá tago. 5-S dimentaci n: se emplea para separar un fas sólida dis ersa en un fase líqui a. Por eje plo arena- agua, el só ido sedimenta y el líq ido sobrenadante se separ a por deca tación. Para celerar est proceso s puede apl car la cent ifugación centrífuga Ta bién para celerar la sedimentación de los s lidos dispersos se suele utilizar l Coagulación/flocul ción Los coagulant s atraen a las partícul s pequeña que se en uentran en suspensió (coloides), se aglutinan en peq eñas masas y con ayuda de los floculantes for an aglom rados, cu o peso e pecífico d ifiere not blemente l del agua y precipitan en conj nto al fo do del recipiente. Es más com n en plantas de trat miento de aguas qu en los la boratorios donde se refiere la centrifuga ión. Los oagulante más co unes son s les trivale tes de hier o o aluminio, los floc lantes son polímeros. 6- L vigación: se utiliza p ra separar as fases só idas de un sistema heterogéneo uando pos en distinta densidad, e hace pas r una corri nte de agu ue arrastra la fase má liviana y eja el más esado. Po ejemplo p ra eparar el o o de las ar na auríferas. 7-

lotación: n la flotación intervie e la difere cia entre l densidad e los ólidos y la del líquido en que se encuentran n suspensi n. in embarg , contraria ente a lo ue ocurre n la decan ación, ste proces de separa ión sólido líquido únicamente se aplica partículas que tienen una densid d real (flotación natur al) o aparente ( lotación pr vocada) i ferior a la el liquido ue la contiene.

8- I antación para separ ar sólidos ue tengan ropiedade magnéticas, ueden ser eparados por un imán.. Por ej. un mezcla de hierro y sal o de hierr y arena.

ierro Arena

Arena con limad uras de hierro

9- Sublimació : Permite eparar aqu llas fases capaces de ublimar.U sólido se calienta se convier te en vapor sin pasar por el estado líquido, en contacto con una superficie ría vuelve solidificar , se deposita.

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10- Disolución: una de las fases es soluble en un determinado solvente, mientras que la otra no lo es. Por ejemplo un sistema formado por arena y CuSO 4: a-Disolución de la sal:se agrega agua al sistema material de manera que se disuelva el sulfato de cobre (CuSO4) y quede una fase lìquida y una fase sólida. b- Filtración: se utiliza un embudo y un papel de filtror, de esta manera queda la fase de arena retenida en el papel de filtro y el sulfato de cobre disuelto en el agua.

. c- El CuSO4 se recupera por evaporación del disolvente para concentrar al máximo el sulfato de cobre d- Cristalizaciòn: se evapora lentamente el resto del disolvente y comienzan a aparecer los cristales de sulfato de cobre

Los sistemas homogéneos son aquellos que presentan una sola fase, por lo cual no poseen interfases. Pueden estar formados por un solo componente y en ese caso será una sustancia pura o, en su defecto, puede estar formado por mas de un componente en cuyo caso será una solución. SUSTANCIAS PURAS

Son aquellas que no admiten fraccionamiento, es decir que resisten los procedimientos físicos del análisis, y están formadas por un solo componente (los componentes son cada una de las sustancias que componen el sistema material) Las sustancias puras poseen propiedades intensivas constantes. A su vez, las sustancias puras, pueden ser simples o compuestas según admitan o no descomposición. Las sustancias simples son sustancias que presentan composición simple, o sea están formadas por un solo tipo de átomo y no pueden descomponerse en otras más sencillas por métodos físicos o químicos ordinarios. Son los elementos químicos. Son ejemplos de sustancias simples el ozono, formado por tres átomos de oxígeno O3; el hidrógeno presente en aire, cuya molécula contiene dos átomos de hidrógeno H2.

O3

H2

Los elementos se encuentran ordenados en la tabla periódica y difieren entre sí en la cantidad de protones presentes en cada uno de los núcleos de sus átomos

¿Pero qué son los átomos? Históricamente se los consideraba la unidad mínima e indivisible de la materia, pero con el correr de los años y tras numerosas investigaciones se descubrió que no es así, ya que los átomos a su vez, están formados por partículas aún mas pequeñas, de las cuales las mas importantes son: protón, neutrón y electrón. El protón es una partícula que presenta carga positiva, el neutrón no se encuentra cargado eléctricamente, mientras que el electrón presenta carga del mismo valor que el protón pero negativa.

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El protón y el neutrón se encuentran en la zona central del átomo denominada núcleo que si bien es pequeña concentra la masa del átomo, mientras que el electrón se encuentra girando alrededor del núcleo en zonas denominadas orbitales Núcleo Protón Neutrón Electrón

Orbítales

Cada clase de átomo tiene un nombre, y se lo llama elemento químico. Cada elemento químico se representa mediante un símbolo químico que deriva del nombre original del elemento en griego o latín, en caso que el nombre de dos elementos distintos comience con la misma letra, se agrega la segunda letra en minúscula. Por ejemplo, el carbono se simboliza con la letra C, mientras que el calcio con las letras Ca. El hierro se simboliza con la letra Fe, que proviene de su nombre en latín “ferrum”, el sodio se simboliza con las letras Na de “natrium”, etc. Teoría atómica de la materia La primera teoría atómica de la materia fue formulada por John Dalton ( 1766- 1844) y reelaboradas en 1811 por Amadeo Avogadro (1776- 1856); siendo las hipótesis fundamentales de Dalton- Avogadro las siguientes: -Toda sustancia simple o compuesta está formada por pequeñas partículas idénticas denominadas moléculas, que es la parte mas pequeña de dicha sustancia con existencia individual estable -A su vez, una molécula de una sustancia está formada por partículas más pequeñas llamadas átomos -Existen distintas clases de átomos, cada una de las cuales se llama hoy elemento químico -Las moléculas de una sustancia simple están constituidas por átomos de la misma clase. En cambio, las moléculas de una sustancia compuesta están constituidas por átomos de por lo menos dos clases diferentes -Cuando se produce una reacción química , las moléculas de las sustancias que intervienen se reagrupan formando nuevas clases de moléculas NOTA: Este tema será retomado al estudiar energía nuclear Las sustancias compuestas son sustancias formadas por la unión química, o combinación, de dos o más elementos distintos en proporciones fijas, siendo las propiedades del compuesto diferentes de las de sus elementos constituyentes. Los compuestos se pueden descomponer en los elementos que los constituyen por métodos químicos habituales. Por ejemplo, el agua es una sustancia compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno H 2O, los cuales se pueden separar mediante una reacción de descomposición resultando por un lado los átomos de hidrógeno y por otro los de oxígeno. También es una sustancia compuesta el CO 2 dióxido de carbono que exhalamos al respirar.

H2O

CO2 SOLUCIONES

Son mezclas homogéneas, es decir sistemas materiales homogéneos que presentan más de un componente. Por ejemplo la mezcla de agua alcohol y azúcar es homogénea (tiene una sola fase) y está formada por mas de una componente ( en este caso presenta tres componentes)

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¿Cómo diferenciar compuestos (sustancias puras) de disoluciones (mezclas homogéneas) ? Compuesto Los constituyentes del compuesto (elementos) se encuentran en proporciones fijas.

Solución (mezcla homogénea) Los constituyentes de la mezcla pueden estar en cualquier proporción.

Si al calentar o enfriar alcanzamos la temperatura de fusión o de ebullición, esta se mantiene estable mientras no cambie el estado de agregación de la sustancia.

Si al calentar o enfriar alcanzamos la temperatura de fusión o de ebullición de uno de los componentes de la mezcla; esta temperatura se estabiliza algo pero no se mantiene invariable porque sólo está cambiando el estado de una de las sustancias que forman la mezcla, la otra u otras siguen aumentando su temperatura.

Los compuestos se pueden separar en los elementos que lo constituyen por medios químicos.

Las mezclas se pueden separar en las sustancias que la constituyen por medios físicos sencillos.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE COMPONENTES O MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO ( SIST. MATERIALES HOMOGÉNEOS)

En todo sistema material homogéneo se pueden separar los componentes que lo constituyen, obteniendo así las sustancias puras que lo componen. Algunos métodos de fraccionamiento son: 1-Destilación: consiste en transformar un líquido en vapor y luego condensarlo. Puede ser: simple: Se utiliza para separar dos líquidos cuyo punto de ebullición es muy diferente. Por ej el sistema agua (pto de eb =100ºC) y alcohol (pto de eb = 78ºC) fraccionada: se emplea para separar los componentes de un sistema homogéneo que consta de dos o más líquidos volátiles de diferentes punto de ebullición cercanos entre sí como por ejemplo los diferentes componentes del petróleo Equipo completo para destilación simple

Equipo para destilación fraccionada

2-Cristalización se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido siempre que el sólido tenga la propiedad de cristalizar. El líquido se evapora.

Disolución total

ltración de impurezas no solubles

Cristalización por evaporación del solvente

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4- Cromatografía: Método usado principalmente para la separación de los componentes de una muestra, en el cual los componentes son distribuidos entre dos fases, una de las cuales es estacionaria, mientras que la otra es móvil. La fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido soportado en un sólido o en un gel (matriz). La fase estacionaria puede ser empaquetada en una columna, extendida en una capa, distribuida como una película, etc...

Cromatografía en capa fina

en papel

en columna

Clasificación Hemos visto que las soluciones son mezclas homogéneas de composición variable. Partiendo de este concepto vamos a describir los principales tipos de soluciones, así como las unidades de concentración.

CLASIFICACIÒN DE LAS SOLUCIONES

Nº DE COMPONENTES

BINARIAS TERNARIAS CUATERNARIAS ETC.

ESTADO DE AGREGACIÒN

SOLUBILIDAD

SÓLIDAS LÍQUIDAS GASEOSAS

DILUÍDAS CONCENTRADAS SATURADAS SOBRESATURADAS

ACIDEZ

ÁCIDAS BÁSICAS NEUTRAS

Clasificaciòn de soluciones de acuerdo al número de componentes Una primera clasificación puede hacerse según el número de componentes de la solución . Así habría soluciones binarias ( 2 componentes), ternarias (3 componentes), cuaternarias (4 componentes), etc. Por ejemplo una solución formada por agua, sal y colorante será una solución ternaria porque contiene tres componentes.

Clasificaciòn de soluciones de acuerdo al estado físico o de agregación También podemos clasificarlas según el estado físico en que se encuentren. Según este criterio, las soluciones pueden presentarse en estado sólido, líquido o gaseoso, de acuerdo al estado físico del solvente. A su vez cada uno de estos estados puede presentar distintas posibilidades según el siguiente cuadro: Soluciones en estado gaseoso Soluciones en estado líquido Soluciones en estado sólido Soluto Solvente Ejemplo Soluto Solvente Ejemplo Soluto Solvente Ejemplo Gas Líquido Dióxido de Sólido Gas Aire Gas Gas Hidrógeno carbono en agua en paladio Líquido Gas Agua en aire Líquido Líquido Alcohol en agua Líquido Sólido Mercurio en cobre Líquido Azúcar Sólido Sólido Gas Partículas de Sólido Sólido Oro en polvo en aire plata

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Clasificaciòn de soluciones de acuerdo a su Otro criterio para clasificar las soluciones es atendiendo a su solubilidad, es decir, a la cantidad en gramos de una sustancia que pueden disolverse en 100 gramos de solvente hasta formar una solución saturada. Según la solubilidad las soluciones se pueden clasificar en: a-Soluciones diluídas: cuando la solución se encuentra lejos y por debajo de la línea de saturación, o sea que contiene poca cantidad de soluto b-Soluciones concentradas: cuando la solución se encuentra por debajo y cerca de la línea de saturación, es decir que contiene mucho soluto pero en menor cantidad que la solución saturada. c-Soluciones saturadas: son las soluciones que se encuentran en la línea de saturación, por lo tanto contienen la máxima cantidad de soluto que admite la solución. d-Soluciones sobresaturadas: la solución se encontraría por encima de la línea de saturación cuando en ciertas condiciones especiales la solución admite más soluto que el correspondiente a una solución saturada La solubilidad de un soluto en determinado solvente se puede graficar en lo que se llama curva de solubilidad. En ella, se representa el comportamiento de la solución en función de la temperatura y de la cantidad de soluto presente en 100 gramos de solvente .

Solubilidad g de st. / 100g de svte.

Sobresaturada

Saturada Concentrada

Diluida Temperatura ºC

La solubilidad de una determinada sustancia depende de diversos factores siendo los más importantes la naturaleza del soluto y del solvente, la temperatura, el tamaño de las partículas, la agitación y la presión en el caso de sustancias en estado gaseoso. En general, la mayoría de los compuestos aumentan su solubilidad al aumentar la temperatura ya que aumenta la energía cinética que poseen las partículas favoreciendo la acción disolutiva del solvente, una excepción son los solutos gaseosos en solventes sólidos o líquidos que disminuyen su solubilidad al aumentar la temperatura. Al disminuir el tamaño de las partículas mayor será la superficie de contacto entre soluto y solvente aumentando así la velocidad de disolución. La agitación también facilita el contacto entre el soluto y el solvente constituyendo un factor importante para lograr una buena homogeneización y facilitar la disolución. Con respecto a la presión, influye considerablemente en compuestos gaseosos aumentando la solubilidad de los mismos al aumentar la presión. La naturaleza del soluto y del solvente es uno de los factores determinantes de la solubilidad, así por ejemplo existirán sustancias solubles en agua y otras insolubles en agua y solubles en compuestos orgánicos y viceversa.

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Clasificaciòn de soluciones de acuerdo a su acidez De acuerdo a su acidez, concentración de protones en solución o pH, se pueden clasificar en: a-Soluciones ácidas: son aquellas que presentan ph menor a 7 y enrojecen el tornasol Generan iones H + (iones hidrógeno, hidrogeniones o protones) de acuerdo a la siguiente reacción química HX X - + H+ b-Soluciones básicas: son aquellas que presentan ph mayor a 7, azulean el tornasol y producen el viraje al fucsia de la fenolftaleína. Es toda solución que genera iones OH - ( oxidrilos o hidroxilos) según la siguiente reacción química. BOH B+ + (OH) c-Soluciones neutras: son aquellas que presentan ph igual a 7, no modifican el color del tornasol ni de la fenolftaleína. Es aquella solución que presenta la misma cantidad de H + que de OH Escala de pH El logaritmo decimal de la concentración molar de hidrogeniones cambiado de signo se denomina pH y es una medida de la acidez de una solución. pH= -log [H+ ] La escala de pH va desde cero hasta catorce de acuerdo al siguiente esquema

Sustancias b básicas, ccomo lla ssoda ccáustica, eel b bicarbonato d de ssodio oo eel d detergente Sustancias nneutr as, ccomo eel aagua pu pur a 14 13 12 11 10 9 8

7

6 5 4 3 2 1 0

Sustancias áácidas, ccomo lla llavandina, eel ccaf é oo lla oor ina Indicadores de pH Un indicador es una sustancia que presenta propiedades diferentes según se encuentre en presencia de un ácido o de una base. Nosotros nos referiremos a indicadores de origen vegetal o sintético, como la fenolftaleína, que modifican su color de acuerdo al pH del medio. En el siguiente cuadro se detallan algunos indicadores con sus respectivos colores de acuerdo al medio. Indicador Medio ácido Medio básico Tornasol R o jo Azul jo Fenolftaleína Incolor o Fucsia Violeta de metilo Amar illo Azul Naranja de metilo Anar an ja Amar illo jado Azul de bromofenol Amar illo Azul Rojo de metilo R o jo Amar illo Azul de bromotimol Amar illo Azul Amarillo de Alizarina Amar illo R o jo Los indicadores comercialmente son utilizados impregnados en papel o en soluciones concentradas. También se pueden preparar fácilmente a partir de vegetales frescos como hojas de repollo colorado, pétalos de rosas o de otras flores, etc. Uno de los indicadores mas utilizados es el tornasol que presenta color rojo en medio ácido y color azul en medio básico; la intensidad aumentará de acuerdo a la acidez o basicidad de la sustancia.

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A continuación se muestra una escala de color e intensidad de una mezcla que contiene diferentes indicadores y su reacción de acuerdo al pH de diferentes sustancias.

TEMA INTEGRADOR : Lluvia ácida La Capital Federal y Gran Buenos Aires se está tornando cada vez más irrespirable. El fenómeno de la polución atmosférica es lenta, aumenta en forma inexorable, y por eso nos vamos adaptando y acostumbrando sin darnos cuenta. Nuestra situación es crónica, con niveles que van de bueno a regular. Pero crónica significa que se puede agravar con el tiempo. Tenemos una posición geográfica buena y los vientos mueven las grandes masas de aire viciado que ensombrecen nuestras ciudades: los vientos Sudestada (frío y húmedo) y Pampero (frío y seco) actúan como barredora natural de la atmósfera de Buenos Aires. El problema de la lluvia ácida se ve atenuado en nuestro país porque la circulación de los vientos en el hemisferio norte impide que la densa contaminación de esa zona llegue aquí. El petróleo que se usa en Argentina tiene poco azufre, y la naturaleza calcárea de nuestro suelo neutraliza todo contenido de azufre que le llegue

¿Qué provoca la lluvia ácida? El humo y los gases provenientes de automotores y fábricas forman ácidos al mezclarse con el aire. Si el humo contiene dióxido de azufre, al mezclarse con el vapor de agua, la lluvia contendrá ácido sulfúrico. Si el humo contiene óxido de nitrógeno, en el agua de lluvia habrá ácido nítrico. La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida. Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, trasladándolos los vientos cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la precipitación se produce, puede provocar importantes deterioros en el ambiente. La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5.65 (ligeramente ácido), debido a la presencia del CO2 atmosférico, que forma ácido carbónico, H2CO3. Se considera lluvia ácida si presenta un p H de menos de 5 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH 3). Estos valores de pH se alcanzan por la presencia de ácidos como el ácido sulfúrico, H2SO4, y el ácido nítrico, HNO3. Estos ácidos se forman a partir del dióxido de azufre, SO2, y el monóxido de nitrógeno que se convierten en ácidos. Los hidrocarburos y el carbón usados como fuente de energía, en grandes cantidades, pueden también producir óxidos de azufre y nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales

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eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas suben a la atmósfera forman una nube y después caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida

Monóxido de carbono CO Las Normas Internacionales dictaminan que para que una exposición a CO no provoque daños a la salud debe ser de un máximo de 10 partes por millón I.S.E.V.(INSTITUTO DE SEGURIDAD Y EDUCACION VIAL) registran en Avenida Pueyrredon y Alcorta 62 ppm y Tucumán y S.Martín 33 ppm. No existen datos homologables para todo el país, aunque algunas investigaciones como la anterior superan los valores internacionales. Estudios serios norteamericanos observaron una marcada tendencia a emitir más CO a medida que la edad del auto es mayor Daño producido por la lluvia ácida Tienen efecto negativo sobre el crecimiento de las plantas, pierden sus hojas y se debilitan, destruyen también sustancias vitales del suelo y depositan metales venenosos como el aluminio que dificulta la respiración y la fotosíntesis de los vegetales. En un lago contaminado con ácidos no existe vida animal, erosiona edificios y monumentos. Los ácidos reaccionan con minerales metálicos y forman sales entre ellos el carbonato de calcio (yeso). La lluvia arrastra el yeso y el ácido que contiene erosiona las piedra. El agua potable puede ser contaminada fácilmente por la lluvia ácida liberando sustancias químicas al mezclarse el aluminio y plomo, sustancias dañina a la salud. Conceptualmente la acidez no neutralizada por la copa de los arboles, entra al suelo por vía infiltración provocando: • • •

Disminución del pH (el aluminio se hace soluble con pH<4,2). Incrementa la movilidad de metales pesados. Reduce las nutrientes al variar su ciclo.

UNIDADES DE

DE UNA SOLUCIÓN

UNIDADES QUÍMICAS DE CONCENTRACIÓN

- Normalidad (N): es el número de equivalentes gramos de soluto que hay en un litro de solución. - Molaridad (M): es el número de moles de soluto que hay en un litro de solución. - Molalidad (m): es el número de moles de soluto que hay en 1000 gramos de solución Estas unidades las verás con mayor detenimiento en 4º año UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACIÓN

-Porcentaje masa en masa (% m /m): cantidad de soluto en gramos que contienen 100 gramos de solución -Porcentaje masa en volumen (% m / v): cantidad de soluto en gramos que contienen 100 centímetros cúbicos de solución -Porcentaje volumen en volumen (% v / v): cantidad de soluto en centímetros cúbicos que contienen 100 centímetros cúbicos de solución Si observas la etiqueta del recipiente de alcohol que utilizaste para la experiencia Ciencia en casa 3 verás que en la parte inferior derecha presenta una inscripción como la siguiente 98 % v/v ¿Qué significa esto? Significa que no se trataría de alcohol puro, sino de una solución alcohólica que contiene 98 cm 3 de alcohol y 2 cm3 de agua cada 100 cm 3 de solución. Cantidad de solución 100 Cantidad de soluto que contiene la solución

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98 % % vv / v

Unidad en la cual se deberá expresar la solución (cm 3)

Unidad en la cual se deberá expresar la cantidad de soluto (cm 3) En general, los recipientes no contienen 100 cm 3 de solución y muchas veces es necesario realizar cálculos para saber el contenido de soluto de una determinada solución, ya sea para poder compararla con otra o para poder prepararla. Así, por ejemplo puede ser que tu recipiente de alcohol sea de 500 cm 3 o lo que es lo mismo de medio litro, por lo tanto para saber el contenido de alcohol y el de agua deberías realizar determinados cálculos. Existen diferentes formas de resolver el problema:

Opción 1 : PROPORCIONALIDAD Despejar la incógnita x a partir de la siguiente ecuación. Cantidad de soluto

Cantidad de soluto cont. en 100 de solución

Cantidad de solución

100 unidad de la solución

Reemplazando nuestros datos en la ecuación quedaría Cantidad de soluto con su respectiva unidad (X)

98 cm3

500 cm3

Despejamos nuestra incógnita X Cantidad de soluto con su respectiva unidad (X)

100 cm3 500 cm3

98 cm3 100 cm3

Cantidad de soluto con su respectiva unidad (X)

490 cm3 de alcohol

Ya sabes que el recipiente contiene 490 cm 3 de alcohol y por lógica todo lo que falta para llegar a los 500 cm3 corresponderá al agua. Para expresarlo de otra manera, sabiendo que la solución es la suma del soluto y el solvente, podemos despejar la cantidad de agua presente en la solución sabiendo la cantidad de alcohol y la cantidad total de la solución

Cantidad total de solución 500 cm3 de solución Cantidad de agua Cantidad de agua

Cantidad de alcohol 490 cm3 de alcohol 500 cm3 de solución 10 cm3

Cantidad de agua Cantidad de agua 490 cm3 de alcohol

Opción 2 :REGLA DE TRES SIMPLES, de acuerdo al siguiente razonamiento

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Cantidad de soluto

Presente en

100 cm3 de solución

Cantidad de soluto

Presente en

Nuestra solución

98 cm3de soluto

Presente en

100 cm3de solución

X cm3 de soluto

Están resentes en

500 cm3de solución

Por lo tanto Cantidad dde ssoluto een 1100 cm3 dde ssolución . 5500 cm3de ssolución X= --------------------------------------------------------------------------------100 cm3de ssolución 98 cm3 . 5500 cm3 X= ----------------------------- = = 4490 cm3 100 cm3de ssolución Solución = = C Cantidad dde ssoluto + + C Cantidad dde ssolvente Cantidad dde ssolvente = = S Solución – Cantidad dde ssoluto Cantidad dde ssolvente = = 5500 cm3 – 490 cm3

Unidad Nº 2

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Concepto de calor y temperatura. El calor como forma de energía. Formas de transmisión. Calor específico. Caloría. Calculo de la cantidad de calor. Escalas termométricas, conversión entre las distintas escalas. Dilatación. Equilibrio térmico. Efecto invernadero. Contaminación por calor. MATERIA Gas lí uido sólido SUSTANCIAS PURAS

MEZCLAS Mét.físicos de separación

COMPUESTOS

ELEMENTOS

HOMOGÉNEAS

HETEROGÉNEAS

Mét. uímicos de se aración

Unidades f f ísicas oo q q uímicas dde cconcentr ación

SOLUCIONES

com po ponentes

Cr iter ios dde cclasif icación Gr ado dde aacidez

Estado dde aagr egación Concentr ación

Por centa jes p/ p p, p/v, vv/v Ex r esiones Gr amos dde ssoluto // 1100 ggr amos dde ssolvente

SOLUBILIDAD

Naturaleza cantidad de soluto solvente

Factores ue la afectan

Tamaño dde par tícula yy aagitación

TEMPERATURA

Escalas (( ººF, ººK , ººC)

Cur vas Dilatación CALOR

Eq uili b br io ttér mico En la red de la unidad número 1 iremos integrando los temas de la unidad número 2, recuerda que cada nuevo tema visto se integra con el anterior, estando estrechamente relacionados, por lo cual si en la unidad anterior has tenido dificultades o haz estudiado poco es hora de subsanarlas y ponerte al día con el estudio. ¡No podrás aprobar esta unidad si no comprendes la anterior!

¿Calor ees llo m mismo q que ttemperatura? 17


En el lenguaje cotidiano estos conceptos suelen confundirse, pero debe quedar claro que si bien ambos conceptos están estrechamente relacionados, son distintos. Al calor actualmente se lo considera energía en tránsito esto significa que los cuerpos ceden y ganan calor pero no lo poseen, mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas que forman un cuerpo. Cuando un cuerpo recibe calor (energía en tránsito) aumenta la velocidad con que se mueven dichas moléculas, y este aumento de velocidad será tanto mayor cuanto mayor sea la cantidad de calor recibido, o menor sea el número de moléculas que forman ese cuerpo

¿Cómo sse m mide lla ttemperatura? El instrumento utilizado para medir el estado térmico de un cuerpo es el termómetro, de los cuáles existen diferentes tipos: a- Termómetro de bulbo Tubo capilar cerrado Vástago Escala Bulbo Mercurio o alcohol coloreado Termómetro de bulbo digital

El termómetro de mercurio no puede utilizarse para temperaturas mayores de 357 ºC ni menores de -39 ºC porque a esas temperaturas el mercurio hierve y se solidifica respectivamente. Aún utilizando otras sustancias existen limitaciones : los termómetros de alcohol actúan entre +76ºC y -110ºC, mientras que el de toluol tiene por márgenes +110 ºC y -110 ºC. b- Termómetro clínico o de máxima: Estos termómetros presentan un estrechamiento del tubo capilar en la parte superior del bulbo, esto impide que al retirar el termómetro de un paciente la columna de mercurio descienda, es por esto que para lograr el descenso de la misma se debe agitar el termómetro. Los termómetros clínicos presentan una escala entre 35 y 42 grados, representando cada división una décima de grado. Termómetro digital para tomar la tem eratura auricular

Para determinación de tem eratura axilar u oral

Termómetro digital que permite Para toma de temperatura determinar la temperatura corporal sin contacto axilar,oral o anal

c- Termómetro de máxima y mínima:

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Se lo usa en meteorología. Contiene un bulbo y una cámara ambos con alcohol y además un tubo capilar con mercurio. Por medio de dilatación del alcohol cuando aumenta la temperatura o contracción cuando disminuye, se desplaza la columna de mercurio indicando en una de las ramas la temperatura mínima y en otra la temperatura máxima. Cundo la temperatura aumenta el mercurio se desplaza hacia el bulbo mas pequeño porque este tiene un espacio libre para absorber el empuje del depósito del bulbo mayor. Cuando la temperatura disminuye ocurre a la inversa.. El mercurio empuja los indicadores sin mojarlos y el alcohol, si bien los moja no los afecta ya que son de hierro revestidos en porcelana. El hierro presente en los indicadores permite volverlos a su posición inicial mediante el uso de un imán

c- Pirómetros: se utilizan cuando deben medirse temperaturas superiores a 500 ºC, como sucede en la industria metalúrgica. Su funcionamiento se basa en variaciones en la luz, en la radiación e incluso el primer pirómetro inventado por el abuelo de Darwin basaba su funcionamiento en la dilatación de unas esferas de cerámica.

Escalas ttermométricas 19


Dentro de las escalas termométricas existen dos puntos fijos, el superior y el inferior. El punto fijo superior de la escala corresponde a la temperatura de ebullición del agua a presión normal ( 1 atmósfera), es decir 100 ºC. El punto fijo inferior de la escala corresponde a la temperatura de fusión del agua a presión normal de 1 atmósfera, es decir 0 ºC Además existen tres escalas que permiten medir la temperatura, éstas son: a- Escala Celsius o centígrada (ºC) b- Escala Kelvin o absoluta (ºK ) c- Escala Fahrenheit o anglosajona (ºF ) En cada una de las escalas el punto superior es el punto de ebullición de agua y el inferior el de fusión del agua, pero el número y sus subdivisiones son diferentes según se detalla a continuación.

Para realizar el pasaje de una escala a otra se puede utilizar la siguiente fórmula:

ºC

=

100

ºF -32 180

=

ºK – 273 100

CALOR Joule demostró cuantitativamente que el trabajo mecánico genera calor, para ello utilizó el siguiente dispositivo, en el cual a partir del suministro de una determinada cantidad de energía se lograba aumentar la temperatura del agua en un grado centígrado. Al dejar caer las pesas desde diferentes alturas, la energía potencial que poseen se transforma en trabajo mecánico que hará girar las paletas y por lo tanto aumentará la temperatura del agua Así, demostró que para aumentar en un grado centígrado un gramo de agua se necesitaba una energía de 4,18 julios. Esta cantidad de energía equivale a una caloría, la cual es la unidad de calor y se define como la cantidad de calor que debe absorber 1 gramo de agua para aumentar su temperatura desde 14,5 ºC hasta 15,5 ºC. El calor es, por lo tanto un tipo de energía y se puede medir en julios o en calorías, y a la relación de ambas unidades se le conoce como equivalente mecánico de calor: 1 cal. = 4,18 J 1 J = 0,24cal

Propagación d del ccalor

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Tod o cuerpo c n una dete minada ca tidad de c lor, tiene l propiedad de cederlo a otro cuer o, siempr que éste se encuentre a menor temperatur . Es ecir, existe un flujo té mico que onsiste en a cesión d l calor de los puntos d e mayor te peratura. e esa manera, en onces, la e ergía térmica se transfiere del ni el térmico o temperat ra más alt al más bajo, has a alcanzar n estado d e equilibri o igual te peratura. Los fenómeno que interv enen en la transmisió del calor on tres: 1. Conv ección 2. Radia ión 3. Cond cción 1 - Conducción La transmisión del calor por conducc ón es típic de los sólidos. Se ori ina por la gitación molecular pro ocada por el calor qu se transmite progresi amente, si modificar la distanci relativa d las moléc las. La elocidad c n que el aterial deja pasar el calor por con ucción,de ende de su conductividad que es una pro iedad que iene cada aterial. Hay materiales que condu en más qu otros. Los metales so muc o más conductores del calor que por ejemp o, los mat riales de c rramiento e una con trucción. sí, existen mat riales que on conduc ores, como los metale , mientras que otro son malos conductor s, como el poliuretan y por ello se utili an como aislantes.

-Convecci n La orma de tr nsmisión d e calor por convecció es propia e los fluid s, por ejemplo, en nuestro c so el aire el agua. P r efecto d la variación de su peso deb do a un au ento o disminución d e temperat ra, se esta lece en ellos una ci culación p rmanente continua. se movim ento del fl ido produce, ento ces, la transferencia d l calor por convecció , que se or enta desde los puntos caliente a los fríos. - Radiaci n La orma de tr nsmisión d el calor po radiación e produce en el vacío igual que l radiación de la luz e for a de onda electroma néticas. D esa mane a el proceso de transferencia de calor por rad iación no esta vin ulado a so orte o vehículo material alguno, o pudiend ser explic do como e n los casos anteriores n tér inos de m léculas qu chocan o e desplaza . Se efine entonces la radi ción térmica como la transmisió de calor e un cuerp a otro sin contacto dire cto , en for a de ener ía radiante. Entonces un cu rpo calien e transfor a una parte de su contenido de c lor en ene gía radiant sobre su s uperficie, l cual se e ite en f rma de o das, que al ser absorb das por otr o cuerpo, s manifiesta en f rma de cal r. Se desp ende de ello que para ue la e ergía radia te pueda ser converti a en calor es necesari que sea bsorbida por una sustancia. Tod s los cuer os absorbe y además emiten energía radian e, dependiendo de la temperatura a que e encuentr n y de sus cara terísticas ísicas.

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El cuerpo negro es un cuerpo ideal que emite y absorbe el máximo el calor mediante radiación. Por ello, cuando un cuerpo esta constituido por superficies oscuras, emite y absorbe el calor por radiación en gran proporción, ocurriendo todo lo contrario cuando se trata de cuerpos de superficies blancas o brillantes. Los cuerpos calientes emiten mayor cantidad de calor que los fríos, habiendo un continuo intercambio de energía radiante entre las sustancias que se encuentran a distintas temperaturas. En el siguiente ejemplo se indican las tres formas de trasmisión de calor. Supóngase que en un local se ubica un recipiente que contiene agua caliente. Se origina una trasferencia de calor del agua caliente al aire del local, debido a la diferencia de temperatura. Si se analiza el proceso de trasferencia a través de la pared del recipiente se observa que en una primera etapa el calor fluye del agua caliente a la cara interior de la pared por convección, originándose el movimiento de la misma debido que al enfriarse aumenta su densidad y desciende. Luego el calor se trasmite por conducción a través de la pared, y por último se entrega al local por convección al aire produciéndose la circulación del mismo debido a que al calentarse disminuye su densidad y asciende, y por radiación a los distintos elementos del entorno que rodean al recipiente.

Fórmula p para ccálculos d de ccalor El calor absorbido o desprendido por un cuerpo depende de tres variables:

a- Masa: A mayor cantidad se deberá suministrar mayor cantidad de calor, es decir que el calor es directamente proporcional a la masa y por ello la masa figurará en el numerador de la fórmula b- Variación de temperatura: Cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura final alcanzada, mayor será la cantidad de calor intercambiada y por ello la variación de temperatura también figurará en el numerador de la fórmula c- Calor específico: Finalmente, la absorción o desprendimiento de calor dependerá de la naturaleza de la sustancia y para definir ésta se introduce una nueva propiedad intensiva denominada calor específico y se define como la cantidad de calor que debe absorber un gramo de sustancia para que su temperatura se eleve en 1 grado centígrado. Decimos que el calor específico es directamente proporcional al calor, por lo cual esta tercer variable considerada también figurará en el numerador de la fórmula de calor Con estas consideraciones llegamos a la fórmula para realizar cálculos de calor:

Q = m . ce .

T

Siendo Q = calor, que se mide en calorías o en julios m = masa, cuya unidad se expresará en gramos o kilogramos Ce = calor específico, cuyas unidades son cal/g .ºC ó J/Kg.ºK

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T = delta T, es la diferencia entre la temperatura final e inicial del sistema y será expresada en grados centígrados o en grados kelvin dependiendo de las unidades en las cuales se encuentre expresado el calor específico Por ejemplo, si se nos presenta el siguiente problema: Se decide calentar desde el punto de fusión hasta el punto ebullición, una masa de 300 gramos de agua cuyo calor específico es de 1 cal/g.ºC ¿Cuál será la cantidad de calor requerida?

1º- Comenzamos anotando los datos que nos brinda el problema DATOS: m = 300 gramos ce = 1 cal/g.ºC temperatura final= punto de ebullición del agua que es 100 ºC temperatura inicial= punto de fusión del agua que es 0 ºC T = temperatura final menos temperatura inicial. Es decir, (T final – T inicial ) ,o sea ( 100ºC – 0ºC) que da por resultado 100ºC 2º- Identificamos la incógnita, que en este caso sería Q 3º - Escribimos la ecuación correspondiente y reemplazamos en ella los datos con sus respectivas unidades Q = m . ce . T Q = 300 g . 1 cal / g . ºC . 100ºC 4º - Verificamos que todas las magnitudes estén expresadas en las unidades correctas y simplificamos si es Q = 300 g . 1 cal / g . ºC . 100ºC posible 5º - Nos queda una ecuación con una sola incógnita que podremos despejar a partir de pasajes de término si fuera necesario. Como en el ejemplo no es necesario realizar ningún pasaje de término se resuelven las Q = 30.000 cal operaciones matemáticas como se presentan y obtenemos que: Pero no siempre será tan simple en ocasiones tendrás que averiguar el ce, la masa, la temperatura final o la inicial y para ello deberás realizar pasajes de término. Por ejemplo, si la incógnita fuera la masa deberías realizar el siguiente procedimiento a partir de la fórmula general Q = m . ce .  T El ce y  T que se encuentran en el numerador pasan al denominador del otro miembro de la igualdad Q / (ce . T) = m Si la incógnita fuera ce, el procedimiento sería similar Q = m . ce .  T En este caso m y  T que se encuentran en el numerador pasan al denominador del otro miembro de la igualdad Q / (m . T) = ce El procedimiento presentaría gran similitud con los anteriores si la incógnita fuera T Q = m . ce .  T Aquí m y ce que se encuentran en el numerador pasan al denominador del otro miembro de la igualdad Q / (m .ce) = T Si la incógnita fuera temperatura final deberíamos desarrollar  T , a partir de la fórmula anterior Q/ (m .ce) =  T Q/ (m .ce) = Tfinal – Tinicial

Aquí se reemplaza el  T por su igual ( T final – T inicial) y como temperatura inicial se encuentra restando, se pasa al otro miembro de la igualdad sumando

Q / (m .ce) + Tinicial = Tfinal Por último, si la incógnita fuera temperatura inicial al igual que anteriormente, deberíamos desarrollar  T Q/ (m .ce) =  T Q/ (m .ce) = Tfinal – Tinicial Q/ (m .ce) - Tfinal = -Tinicial

- Q/ (m .ce) - ( - Tfinal ) = -( -Tinicial ) - Q / (m .ce) + Tfinal = Tinicial

Aquí se reemplaza el  T por su igual ( T final – T inicial) y como temperatura final se encuentra positivo, se pasa al otro miembro de la igualdad negativo. Al quedar la temperatura inicial con signo negativo podemos colocarle a ambas igualdades signo negativo en el frente y transformar de esta manera el negativo de T inicial en positivo

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DILATACIÓN T TÉRMICA Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.

¿POR Q QUÉ S SE D DILATAN L LAS S SUSTANCIAS C CON L LA T TEMPERATURA? La temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas o moléculas de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas; éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que no varían de volumen; pero se labran un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme. ALGUNAS A APLICACIONES La dilatación térmica puede aprovecharse. • El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato • La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar. • Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico. • En las carreteras de hormigón o en los embaldosados de gran tamaño se ven, a intervalos regulares líneas de material asfáltíco destinadas a absorber las dilataciones producidas por el calor; de otro modo la construcción saltaría en pedazos en los días de mucho sol. • El vidrio común es un mal conductor del calor y se dilata apreciablemente; si echamos agua hirviendo en un vaso grueso, la parte interior se calienta y expande, mientras la parte exterior queda fría y encogida, de modo que el recipiente se rompe. Si previamente, colocamos una cuchara capaz de absorber el calor, neutralizaremos en parte la brusquedad del ataque y salvaremos el vaso. • El vidrio pirex se usa para cambios bruscos de tempetatura, simplemente porque su coeficiente (le dilatación es muy bajo y se libra así del peligro de ruptura. • Los líquidos se dilatan mas que los sólidos: el mercurio sube en el termómetro porque se dilata más que el recipiente de vidrio que lo contiene.

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CÁLCULO D DE D DILATACIÓN Los efectos comunes de cambios de temperatura son cambios de tamaño y cambios de estado de los materiales. Consideremos los cambios de tamaño que ocurren sin cambios de estado. Tomaremos como ejemplo un modelo simple de un sólido cristalino. Los átomos están sostenidos entre sí, en un ordenamiento regular, mediante fuerzas de origen eléctrico. Cuando aumenta la temperatura se incrementa la distancia media entre los átomos. Esto conduce a una dilatación de todo el cuerpo sólido conforme se eleva la temperatura. El cambio de cualquiera de las dimensiones lineales del sólido, tales como su longitud, ancho espesor, se llama dilatación lineal. Si la longitud de esta dimensión lineal es L, el cambio de longitud, producido por un cambio de temperatura δ T ( se lee delta T y corresponde a la diferencia entre la temperatura final y la inicial). Experimentalmente encontramos que, si delta T es suficientemente pequeña, este cambio de longitud es proporcional al cambio de temperatura. Por con siguiente, podemos escribir: L = Li . T O sea: ( longitud final – longitud inicial) = longitud inicial . coeficiente de dilatación . (temperatura final – temperatura inicial)

El coeficiente de dilatación final, λ (lambda), es una constante cuyo valor depende del material que estemos considerando y se mide en grados centígrados inversos ºC -1 o lo que es lo mismo 1/ºC. Algunos coeficientes de dilatación lineal son: Aluminio 0,000024 ºC-1 Bronce 0,000018 ºC-1 Hormigón 0,000018 ºC-1 Cobre 0,000017 ºC-1 Fundición de hierro 0,000012 ºC-1 Acero 0,000013 ºC-1 Platino 0,000009 ºC-1 Vidrio térmico 0,000003 ºC-1 Vidrio comercial 0 000011 ºC-1 Cuarzo fundido 0,0000005 ºC-1 Invar (aleación) 0,0000009 ºC-1 Roble, a lo largo de fibra 0,000005 ºC-1 Roble, a lo ancho de fibra 0,000054 ºC-1 Caucho duro 0,000080 ºC-1

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UNIDAD Nº 3 : Energía Energía: concepto. Transformaciones de la energía. Principio de conservación. Degradación de la energía. Unidades de energía. Cálculos de energía cinética y de energía potencial. Clasificación de las fuentes de energía. Energía nuclear. Introducción a los diferentes modelos atómicos. A. Z. Isótopos

Introducción La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc. Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera. El ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en las ferrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento. Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural. En física se define energía como la capacidad para realizar un trabajo

Unidades d de eenergí a La energía se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energía es el julio o joule. Se define como el trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro. En la vida corriente es frecuente usar la caloría. 1 Kcal = 4,186 · 10 3 julios. Las Calorías con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías (mil calorías). Para la energía eléctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una máquina cuya potencia es de 1 KW durante 1 hora. 1 KW-h = 36·10 5 J Cuando se estudian los combustibles fósiles como fuente de energía se usan dos unidades: • tec (tonelada equivalente de carbón): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 · 10 9 J • tep (tonelada equivalente de petróleo): es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. 1 tep = 41,84 · 10 9 J

Traba jo El Trabajo es una de las formas de transmisión de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace. El trabajo, W, de una fuerza aplicada a un cuerpo es igual al producto de la fuerzaen la dirección del movimiento, F, por el desplazamiento, d, del cuerpo W = F·d El trabajo, W, se mide en julios (J). La fuerza se mide en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m).

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Potencia La otencia es la relación entre el tra bajo realiz do y el tie po empleado. Se ide en vat os, W, en l Sistema Internacion l. La potencia mide la rapidez co que se efectúa un trabajo,o se , la rapide con que ti ene lugar la transferen ia de ener ía desde u cuerpo a tro.

Prin ipio d de c c nservación d de lla nergí a En odos los pr ocesos que se dan en l Naturaleza se cumpl el principio de conse vación de la energía, uyo enu ciado es e siguiente: En oda transformación e ergética, la energía e itida es igual a la ener gía absorbi a. Est principio indica que, cuando un uerpo ced energía a tro, la ene gía perdid por el pri ero es igu l a la gan da por el s egundo. A í, por ejem lo, la ener ía eléctric que recib una lamparita es igual a la suma de las nergías lu inosa y calorífica em tidas por d cha lampa ita. Por tanto, podemo s concluir firmando ue la ene gía ni se c ea ni se de truye, únicamente se transforma e una clas en otra.

Degrad ac ción d de a e energí Si el principio e conserv ción de la nergía esta blece que esta se mantiene constante, ¿qué s ntido tiene hab ar de cons mo de ene gía si los t rminos «c nservació » y «consu o» son in ompatible entre sí? Pues bien, al h blar de co sumo de e ergía no e tamos indi ando que sta dismin ya, sino q e, tras cad transformación energética, la energía transformada es cada ez menos til para posteriores transformaci nes. Es ecir, que l energía se degrada: a nque cuan itativamente tenga el ismo valor antes que después de una transformación, al utilizar a la conver timos en otra forma d energía m nos aprov chable par su utiliza ión pos erior. Par que comp endas mej r esto, puede valer el iguiente ejemplo: el agua que uti izas al duc arte no des parece al utilizarla, pero se ensucia y ya no irve para d arte con ell o1ra duc a. Pues algo parecido ocu re con la e ergía: una vez utiliza a, ya no es posible ap ovecharla e nuevo al cien por cien. Es ecir, la energía se conserva cuantitativamente (su valor numérico es el mismo antes y des pués de qu hay ocurrido na transfo mación en rgética), p ro no se conserva cualitativamen e, es decir, se degrada (tras cad transformación que p roduce va erdiendo calidad para ser utilizad a). Un s formas d energía p eden trans ormarse e otras. En estas transf rmaciones la energía e degrada, pier de calidad. En toda tra nsformación, parte de la energía e convierte en calor o energía cal rífica Cualquier tipo de energía uede transformarse í tegramente en calor; pero, éste n puede tra sformarse íntegramente e otro tipo e energía. Se dice, en onces, que el calor es una form degradad a de energ a. Son ejemplos: La ener gía eléctric , al pasar or una resistencia. La ener gía químic , en la co bustión de algunas su tancias. La ener gía mecáni a, por cho ue o roza iento Se efine, por anto, el Rendimiento como la relación (en por cient ) entre la energía útil btenida y la ene gía aporta a en una tr nsformaci n.. •

•

•

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Fuentes d de eenergí a Las fuentes de energía se pueden clasificar siguiendo dos criterios:

a- De acuerdo a su uso masivo o no, se clasificarán en :  Convencionales: son aquellas fuentes de energía de uso masivo, como los combustibles fósiles  No convencionales. Son aquellas fuentes de energía que se usan en pequeña o mediana escala, o que se encuentran en fase de experimentación. Por ejemplo energía de biomasa, mareomotriz, etc. b- De acuerdo a su capacidad de no agotarse se clasificarán en:  Renovables: Son aquellas fuentes de energía inagotables que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. Existen varias fuentes de energía renovables, como son: Energía mareomotriz (mareas), Energía hidráulica (embalses), Energía eólica (viento), Energía solar (Sol), Energía de la biomasa (vegetación)  No renovables: es aquella que existe en una cantidad limitada en el planeta y que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse ya que su velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Por ejemplo la proveniente de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y la energía nuclear (fisión y fusión nuclear). 

Formas d de eenergí a Existen dos formas de energía dentro de las cuales podríamos agrupar todas las demas, ellas son:

a- Energía cinética Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación: E = ½ mv2 donde m es la masa del objeto y v 2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado.

b- Energía potencial •

Energía La suma de l

La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una super se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial convierte en energía cinética. También se la puede definir como la energía almacenada que posee un siste como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por l pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes p polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un siste igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuració La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energí ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética. La energía potencial gravitatoria es la que posee un cuerpo debido a su posición dentro del campo gravitatorio de la superficie terrestre; se mide en j y se calcula mediante la fórmula Ep = m × g × h, donde m es la masa, g la aceleración de la gravedad y h la altura en la que se encuentra el cuerpo. 28


DE ACUERDO A SU ORIGEN PUEDEN SER: a- Energía mecánica: La suma de las energías potencial y cinética de un cuerpo es la energía mecánica. b- Energía química: La energía química está almacenada en los enlaces que unen entre sí los átomos que forman las moléculas de las sustancias y; puesto que las fuerzas que mantienen unidos a los átomos son de origen electromagnético, puede decirse que la energía química es en realidad, una forma de energía electromagnética. Esta forma de energía se encuentra en los combustibles como, gas, carbón y alimentos. c- Energía eléctrica: Producida por las cargas eléctricas que se originan en las fuerzas electromagnéticas de atracción y de repulsión que existen entre los cuerpos con carga eléctrica. d- Energía elástica: es la que se produce por deformación de los materiales e- Energía térmica: A la energía que se transfiere de los objetos mas calientes hacia los mas fríos se la conoce como calor o energía térmica f- Energía radiante: todos los cuerpos que tienen luz envían energía con sus radiaciones al medio que los rodea, pero existen otros tipos de radiaciones invisibles al ojo humano que también transportan energía como los rayos x, las microondas, las ondas de radio y televisión,y los rayos ultravioletas. Aunque no podamos verlo, todos los objetos emiten energía radiante en una proporción que depende de su temperatura. g- Energía hidráulica: Energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. Hace más de un siglo, se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla. El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. Es por tanto, un recurso renovable y autóctono. El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroeléctrica. h- Energía solar:

Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos (pedacitos) de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores. El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. Gran parte de la energía que hay en la Tierra procede del sol. Así, sin energía solar no crecerían plantas en el planeta y por lo tanto no existiría el carbón procedente de ellas, tampoco se podría realizar fuego, no existirían lluvias, ni viento, ni siquiera existiría el ser humano; en definitiva no habría vida. Otro sistema de aprovechamiento de la energía del Sol se utiliza para producir energía eléctrica y se denomina conversión fotovoltaica. Las células de los paneles solares están fabricadas de unos materiales con unas propiedades específicas, denominados semiconductores, que captan la energía Solar y la transforman en energía eléctrica.

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i- Energía geotérmica: La energía geotérmica se basa en el hecho de que la Tierra está más caliente cuanto más profundamente se perfora. La energía geotérmica puede derivarse de vapor de agua atrapado a gran profundidad bajo la superficie terrestre. Si se hace llegar a la superficie, puede mover una turbina para generar electricidad. Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energía en su interior. Un volcán o un géiser es una buena muestra de ello. La forma más generalizada de explotarla, a excepción de fuentes y baños termales, consiste en perforar dos pozos, uno de extracción y otro de inyección. En el caso de que la zona esté atravesada por un acuífero se extrae el agua caliente o el vapor, este se utiliza en redes de calefacción y se vuelve a inyectar, en el otro caso se utiliza en turbinas de generación de electricidad. En el caso de no disponer de un acuífero, se suele proceder a la fragmentación de las rocas calientes y a la inyección de algún fluido. Es difícil el aprovechamiento de esta energía térmica, ocasionado por el bajo flujo de calor, debido a la baja conductividad de los materiales que la constituyen; pero existen puntos en el planeta que se producen anomalías geotérmicas, dando lugar a gradientes de temperatura de entre 100 y 200ºC por kilómetro, siendo estos puntos aptos para el aprovechamiento de esta energía

j- Energía eólica: El viento, es decir, el aire en movimiento, posee una energía cinética que puede transformarse en otras energías en las centrales eólicas. Una central eólica esta compuesta por varias hélices, conectadas a generadores de corriente eléctrica, que están situadas en los extremos de torres de gran altura. Cuando el viento sopla, se produce un movimiento giratorio de las hélices, movimiento que, trasladado al generador, hace que este produzca una corriente eléctrica.

k- Energía mareomotriz: Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos. La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros. La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 100 m de profundidad. Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que es un salto térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos. La iteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas. Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar. El calentamiento de la superficie terrestre genera viento, y el viento genera las olas. Una de las propiedades características de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía. Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental. De este modo la energía de las olas se concentra en las costas La influencia gravitatoria de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas.

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La limit ción para la construc ión de est s centrale , no solam nte se centr en el ma or costo e la energ a producid a, si no, e el impacto ambiental ue genera . Los co tos de in ersión tienden a ser altos con respect al rendimi nto, ya qu e son necesarios grandes equipos para manejar las enor es cantid des de ag a puestas en movimiento. Por llo, esta fue te de ener ía es sólo provechable en caso e mareas ltas y en lugares en os que el cierre no suponga construcci nes demasia o costosas.. Diq e para aprov echamiento de energía ma reomotriz

l- Energía de iomasa: a más amplia definici n de BIO ASA sería considerar como tal a toda la ma eria org nica de origen vegetal o animal, i ncluyendo los materiales procedentes de su t ransformación natural o arti icial. Clasi icándolo d e la siguiente forma: Biomasa atural, es a que se roduce en la naturaleza sin la intervenci n humana. Biomasa esidual, q e es la q e genera cualquier ctividad humana, principalme te en los rocesos ag ícolas, ga aderos y los del pro pio hombr , tal como, basuras y aguas resid ales. Biomasa roducida, que es la cultivada on el pro ósito de obtener biomasa transformable en comb stible, en vez de producir alimentos, c mo la cañ de azúcar en Brasil, rientada a la produ ción de et nol para carburante.

Desde el punto de vista energético, la biomasa s puede apr vechar de dos maneras; quemán pro ucir calor transformándola en c ombustible para su m jor transporte y almacenamiento la b omasa es uy variada, ya que de pende de la propia fue te, pudien o ser animal o vegeta generalmente se puede de ir que se c mpone de hidratos de carbono, lí pidos y prótidos. Sie do la biomasa vegetal la que se compone m yoritariam nte de hidr atos de car ono y la a y pr ótidos. Pud iéndose ob ener comb stibles: Sólidos co o leña, as illas, carbón vegetal Líquidos como biocar urantes, a eites, alde ídos, alco oles, ceton s, ácidos orgánicos... Gaseosos omo biogá , hidrógen .

ola para a naturaleza de , pero imal de lípidos

•

•

•

Ll- Energía s nora: Pro ucida por las vibracio es de algu os cue pos

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m- Energía nuclear: es la energía obtenida por fusión o fisión de los núcleos de los átomos Los núcleos de los átomos poseen cierta inestabilidad debido a la concentración de cargas positivas (protones) en un espacio reducido, esto hace que la fuerza de repulsión sea importante y pueda llegar a separar el núcleo en pedazos liberando una inmensa cantidad de energía nuclear, a este fenómeno se lo conoce como fisión nuclear. También se produce energía nuclear por fusión, como en el sol.

Energía nuclear producida por una central nuclear de forma controlada

Energía nuclear producida por una bomba atómica de forma incontrolada

Para entender un poco mejor la energía nuclear es necesario conocer mejor al átomo. Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración. Añ o

Científico

Descubrim ientos experimentales

Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química.

1808

John Dalton

Modelo atómic o

La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico.

De este descubrimiento dedujo que el Demostró que dentro de los átomos átomo debía de ser una esfera de hay unas partículas diminutas, con materia cargada positivamente, en cuyo carga eléctrica negativa, a las que se interior estaban incrustados los llamó electrones . electrones. (Modelo atómico de Thomson.)

1897

J.J. Thomson

1911

Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo .

Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford .)

Espectros atómico s discontinuos

Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr .)

E. Rutherford originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso.

1913

Niels Bohr

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Actualmente en el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. - El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es similar a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue, es el número atómico y se representa con la letra Z. - La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número

Isótopos La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones. Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico. Para representar un isótopo , hay que indicar el número másico (A) A X propio del isótopo y el número atómico (Z), colocados como índice Z y subíndice, respectivamente, a la izquierda del símbolo del elemento. Ahora, retomando el concepto de energía nuclear profundizaremos en las dos formas que existen para producir energía nuclear: La Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) como los isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio para formar otro más "pesado" y estable como helio mas un neutrón, esto produce un gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas). Este proceso se produce en el Sol a temperaturas de millones de grados La Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se llama reacción en cadena. Gran parte de las centrales nucleares existentes en la actualidad se basan en reactores de fisión, utilizando como combustible uranio compuesto de entre un 3,5% y un 4,5% de U-235 y el resto de U-238 (Este isótopo es el conocido como uranio enriquecido La reacción nuclear en cadena genera la energía controlada y se produce cuando un núcleo de Uranio-235 se divide en dos o más núcleos por la colisión de un neutrón. De este modo, los neutrones liberados colisionan de nuevo formando un reacción en cadena. En las centrales nucleares por fisión, el calor desprendido de las reacciones genera vapor de agua, el cual, al pasar por un sistema de turbinas, genera la electricidad que puede ser trasladada a la red eléctrica.

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SISTEM S MATERIALES RE PONDE 1 a- onsigue una imagen d e una zona lacustre y pégala b- bsérvala e indica qué sistema material podrí s estudiar e ese luga y cuál sería su entor o c- Se desea est diar el ren imiento a adémico d los alumnos de 1º añ de un Ce tro de Enseñanza Med ia de euquén; de acuerdo a esto identif ca el siste a material y el entor o

COMPLETA 2 1-

2-

3-

4567-

obre la mesada dejé un termo ce rado con a ua calient ; después d e una hora compruebo que la can idad e agua es ……………… y la temperatura dentro del termo es ………………. Por lo tanto pod emos ecir que el agua contenida en u termo ce rado es un ejemplo d e sistema aterial… …………….ya ue ………………… . masa… ……………………e ergia con l entorno i dejo aho a una botella destapad a con agua caliente de tro, duran e toda la n che, la te peratura d l gua …… ……………………. la masa e agua … …………….. Por lo tanto pode os decir q e el gua contenida dentro e la botell es un eje plo de sist ma materi l ……… …….ya q e ……… …materia y ……… …… ener ía i hubiése os dejado na botella cerrada co agua caliente dentro, la temperatura del agu hubiera ………… ……………… y la asa de agua…………………… .. Por lo cual podem s decir qu el gua caliente contenid en una bo ella tapada es un ejem lo de siste a aterial… …………………… .ya que …………… ……….............……………… …………… Un a botella de alcohol destapada es un siste a materia ………… ……… ……. Una mama era térmica tapada es un sistema material…………… …………….. Una gaseo a helada y tapada fuer a de la heladera es un istema ma erial…… …… Una prend húmeda e el tended ro de ropa es un siste a material………… ya que … ……… … materia y ……… ………… energía

COMPLETA 3 1-

n sistema material e tá formad por agua, hielo y v apor de agua por lo ual pode acuerdo a s s propieda es intensi as se lo puede clasificar como ………… pr esentando componentes 2- n un recipiente se encuentran co tenidos alcohol, lima uras de hierro, agua y oxígeno p e un siste a material ……………… que resenta… ….fases y ……. com ponentes 3- n una olla se coloca gua, aceite, sal, fideo y un dien e de ajo; d e acuerdo ello pode t ata de un sistema material……………….que presenta …fases y …. Componentes 4- n las sigui ntes imágenes indica: a- número de com ponentes y nómbralos b-núm ro de fase indicando su estado f sico c- número de inte fases

os decir q e de …. fases y... .. r lo cual s trata os decir ue se

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RESPONDE 4 1- Un sistema material formado por agua, sal y nafta presenta …………. componentes y ……….. fases 2- De acuerdo al enunciado, marca la opción correcta Un sistema material formado por arena, agua y aceite se puede separar por : a- Filtración y tría b- Disolución e imantación c- Tamización y disolución d- Filtración y decantación 3- Explica cada uno de los procedimientos utilizados en el punto anterior 4- Completa el siguiente esquema con los métodos de separación de fases correspondiente ARENA + AGUA + ACEITE + LIMADURAS DE HIERRO + TIERRA + CORCHO ………………….. ARENA + AGUA + ACEITE + LIMADURAS DE HIERRO + TIERRA ………………………. AGUA + ACEITE ……………………… AGUA

CORCHO

LIMADURAS DE HIERRO + TIERRA + ARENA ……………………..

ACEITE

TIERRA + ARENA …………………… TIERRA

LIMADURAS DE HIERRO

ARENA

RESPONDE 5 a- Representa con esferas de diferentes colores los átomos que componen las siguientes moléculas e indica si se trata de sustancias simples o compuestas. Representación Clasificación - Trióxido de azufre

SO3

- Agua

H2 O

- Metano

CH4

sustancia compuesta

- Monóxido de carbono CO - Oxígeno

O2

- Cloruro de sodio

Na Cl

b- En los siguientes esquemas se muestran tres representaciones, de acuerdo a ellas indica en qué caso se trata de una sustancia pura y en cual de una mezcla. En el caso de sustancias puras indica si es simple o compuesta

…………………

…………………

………………..

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c- A partir de los datos presentados y con ayuda de una tabla periódica completa el siguiente cuadro ELEMENTO

SÍMBOLO

PROTONES

NEUTRONES

ELECTRONES

LITIO

Li

3

4

3

ESQUEMA

BERILIO

CARBONO

SODIO

OXÍGENO

UNIR 6 1- Unir con flechas según corresponda Azúcar Agua de mar

Sustancia pura simple

Monóxido de carbono Agua

Sustancia pura compuesta

Aire Oxígeno

Solución

Vino

RESPONDE 7 1-¿Cuáles de las siguientes mezclas pueden ser considerada sistemas materiales homogéneos y cuáles heterogéneos? Indica número de fases y componentes. a - Solución fisiológica b - Gaseosa c - Sangre d - GNC 2- ¿Cuáles son los métodos físicos de separación?¿Qué es lo que puedes separar mediante su utilización? 3-Menciona algún método químico de separación e indica que puedes separar mediante su utilización

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SOLUCIONES

SOLUBILIDAD Y PH RESPONDE 8

a- ¿Cómo explicarías según la teoría cinético-molecular el aumento de solubilidad al aumentar la temperatura? b- A partir de la teoría cinético- molecular, explica el hecho del aumento de solubilidad ocurrido al agitar la solución c- ¿Porqué al aumentar la presión de un gas aumenta su solubilidad? Explica según la teoría cinéticomolecular

CIENCIA EN CASA 9 1º- Coloca tres recipientes ( tazas o vasos ) en la mesada de tu casa 2º -Agrega en los dos primeros agua de la canilla y en el tercero agua caliente 3º- A uno de los recipientes agregale 1/4 cucharadita de sal fina, al otro 1/4 cucharadita de sal gruesa y al que contiene agua caliente 1/4 cucharadita de sal gruesa 4º- Anota que sucedió con la solubilidad de la sal en cada caso 5º- Agita cada solución salina y anota lo sucedido. Explica de acuerdo a la teoría cinético- molecular

CIENCIA EN CASA 10 1º- Coloca tres recipientes transparentes e iguales en algún lugar bien ventilado 2º- En el primero agrega agua, en el segundo alcohol y en el tercero nafta aproximadamente las mismas cantidades 2º -Agrega a cada uno una punta de cucharita de sal fina y agita con un palito . 3º- Observa la mayor o menor facilidad con que se disuelve la sal en cada uno de los solventes. ¿Cómo lo explicas?

CIENCIA EN CASA 11 1º- Cortar un repollo colorado en trozos, cubrirlo de agua y hervirlo durante 5 minutos. Una vez fría la solución coloreada, trasvasarla a 6 frascos transparentes y perfectamente limpios. 2º- Agregar al primer frasco igual cantidad de vinagre que de la solución coloreada que contiene. Repetir en el segundo frasco cambiando la solución a ensayar y así sucesivamente 3º Completa la tabla Solución (20 gotas) Color de la sc. de repollo Carácter de la solución --------------------No cambia de color Neutra ---------------------

Acida

---------------------

Básica

Vinagre Bicarbonato de sodio Jugo de limón Lavandina Solución jabonosa

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CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES TACHAR LO QUE NO CORRESPONDA 12 1- Tenemos tres vasos con la misma cantidad de agua: En el vaso A disolvemos una cucharada de sal común. En el vaso B hemos disuelto dos cucharadas. En el vaso C hemos disuelto tres cucharadas. a- La disolución A es más concentrada / diluida que la B. b- La disolución A es más concentrada / diluida que la C. c- La disolución C es más concentrada / diluida que la B. 2- Tenemos un vaso con agua en el que vamos echando sal común y agitando para disolverla., llegará un momento que no podamos disolver más; cuando estemos en dicha situación diremos que la disolución se encuentra sobresaturada / saturada / concentrada / diluída. Si logramos disolver algo más de sal de la que podría disolverse a esa temperatura,diremos que la disolución se encuentra sobresaturada / saturada / concentrada / diluída

3- ¿Cómo podríamos tener disuelta más sal de la que admitiría la solución a una temperatura determinada? a- Enfriamos / calentamos la disolución para que se disolviera más b- Agregamos / evaporamos disolvente 4- Si queremos preparar 3 litros de una solución de sal común en agua, cuya concentración sea de 3 g / l. Debemos agregar 9 / 6 / 5 / 3 / 1 gramos de sal y agregárselos a 1 / 2 / 4 / 5 / 6 litros de agua potable / destilada 5-

Si queremos preparar 3 litros de una disolución de sal común en agua y disponemos de 30 g de sal, obtendremos una solución cuya concentración será de 10 g/l / 0,1 g/l / 90 g/l / 27 g/l / 60 g/l

6- Si tenemos 30 g de sal común y queremos preparar una disolución cuya concentración sea 15 g/l, volumen de la disolución será de 0,5 / 2 / 3 / 4 litros 7- Si disolvemos totalmente 100g de azúcar en 1 kg de agua, La concentración resultante será de 9,09 / 10 / 11 / 1100 / 99 % m/m. 8- Si tenemos 3 kg de una disolución al 20% m/m, la solución contiene 0,15 / 150 / 20 / 30 / 600 / 1200 gramos de azúcar

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RESUELVE 13 A (cálculos sencillos)

NOTA: En todos los casos debe adjuntar los cálculos realizados 1- Se quiere preparar una solución de sal en agua de manera que la concentración sea de 15 % m/m a- ¿Qué cantidad de solución se puede preparar con 50 g de sal? b- ¿Cuánta agua se precisa? 2- a-Calcular el % m/m de 420 gramos de una solución que contiene 100,2 gramos de ácido acético? b-¿Qué cantidad de soluto existirá en 60 gramos de solución? 3- Si a 90 gramos de una solución acuosa al 38% m/m de cloruro cúprico se le agregan 85 g de agua ¿Cuál será la concentración % m/m de la solución final? 4- De una solución al 28% m/m quedan solamente 5 g ¿Cuál es la cantidad de soluto disponible? 5- El bronce está constituido por 80% m/m de cobre y 20% m/m de estaño de acuerdo a ello responde: abcde-

¿Cuál es el soluto y cuál el solvente en el bronce? Justifica tu respuesta ¿Cuál será el peso del cobre contenido en una estatua que pesa 600 gramos? ¿Cuál será el contenido de estaño en la estatua del punto anterior? ¿Qué cantidad de soluto existirán en 100 gramos de solvente? Si la solubilidad del bronce a 20°C es de 20 gramos de soluto en 100 gramos de solvente ¿cómo se encontrará la solución? Justifica tu respuesta 6- 344 gramos de solución se preparan agregando 164 gramos de nitrato de potasio ( KNO 3) en agua dest. a- ¿Cuál será el % m/m de la solución? b- ¿Cuántos gramos de solvente contiene la solución? c- Observando el gráfico de solubilidad indica como se encontrará la solución a 50 °C. Marca como punto 2c d- Si se enfría la solución a 10°C ¿qué cantidad de soluto precipitará? e- Si se mantiene la temperatura del ítem b, pero se le agregan90 gramos de solvente ¿Cómo se encontrará la solución?

a-¿Cuántos cm 3 de etanol contendrá una botella de 750 cm 3? b-¿Cuántos cm3 de etanol consumirá una persona que bebe dos vasos de 250 cm3 cada uno? 8-Se disuelven 5 cm 3 de azul de metileno en 350 cm 3 de agua destilada ¿Cuál será el % v/v de la solución? 9-Se desea preparar una solución al 25%m/v de azúcar en agua ¿Cuántos gramos de azúcar serán necesarios para preparar 3 litros de solución? 10a- A partir de los datos realiza las curvas de solubilidad en un único gráfico de coordenadas 7-Si una bebida posee 8%v/v

Sustancias /Temperatura Nitrato de potasio Sulfato de sodio

0 °C 13,3 5

20 °C 31,6 19,4

40 °C 64 48,8

60 °C 110 45,3

80 °C 169 43,7

100 °C 246 42,5

b- ¿ A 50°C qué sustancia es más soluble? c- ¿Cómo varía la solubilidad del sulfato de sodio con la temperatura? d- Si quisieras preparar una solución saturada de nitrato de potasio a 40 °C ¿Cuánto nitrato de potasio y cuánta agua destilada necesitarías? e- Si ahora, cuentas con 480 gramos de nitrato de potasio y tienes que preparar una solución saturada a 40 °C ¿Qué cantidad de agua destilada necesitarías y qué cantidad de solución podrías preparar?

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RESUELVE 13 B (cálculos utilizando densidad)

NOTA: En todos los casos debe adjuntar los cálculos realizados. 1- Se disuelven 35 g de cloruro de magnesio (MgCl 2) en 150 g de agua dando una solución cuya

densidad es de 1,12 g/cm 3. Expresar la concentración de la solución resultante en: a) % m/m, b) % m/v , c) g st/dm 3 sv. Rtas.: a) 18,92% m/m b) 21,19% m/v c) 233,33 g st/dm 3 sv. 2- Una solución acuosa de nitrato de potasio (KNO 3) tiene una composición de 42 g st/100 cm 3 de sc (42% m/v) y una densidad igual a 1,16 g/cm 3. Calcular su composición expresada en: a) g st/100 g sv b) g st/kg sc. Rtas.: a) 56,76 g st/100 g sv b) 362,07 g st/kg sc. 3- Con 30 g de nitrato de plata (AgNO 3) se desea preparar una solución acuosa de esta sal al 22% m/m (dens.= 1,08 g/cm3). Calcular:a) el volumen de solución que puede preparar b) la masa de solvente necesaria. Rtas.: a) 126,26 cm3; b) 106,36 g. 4.- Un producto de limpieza de uso doméstico que no daña el medio ambiente contiene 25 cm 3 st/100 cm3 sc (25% v/v) de aceite de pino, 30% v/v de ácido acético, 15% v/v de aceite de palma y el resto de alcohol. ¿Cuántos cm 3 habrá que tomar de cada sustancia para obtener 75 cm 3 de solución limpiadora? Rtas.: 18,75 cm3; 22,5 cm3; 11,25 cm3; 22,5 cm3 respectivamente. 5.- La leche entera posee un 4% v/v de crema, siendo la densidad de la crema de 0,865 g/cm 3. Calcular la densidad de la leche descremada sabiendo que la masa de un litro de leche entera es de 1032 g. NOTA: Considerar volúmenes aditivos. Rta.: 1,039 g/cm3. 6.- Una persona ha bebido 400 cm 3 de pisco, cuya graduación alcohólica es de 30 g alcohol/100 cm 3 de licor. Sabiendo que el 15% del alcohol ingerido pasa al torrente sanguíneo; que el volumen de sangre de un adulto es de 5 litros y que la concentración considerada tóxica es de 0,003 g alcohol/ml sangre, indicar si dicha persona está intoxicada. Rta.: Sí. 7- El suero fisiológico es una solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) de concentración 8,78 g NaCl/dm3 sc. Calcular la masa de NaCl que ingresa en el organismo de un paciente al que se le a administra suero durante 4 hs. con una velocidad de goteo de 1gota por segundo (1 gota/seg). NOTA: Considerar el volumen de una gota = 0,05 cm3. Rta.: 6,32 g NaCl. 8- Se dispone de una solución al 30% m/m de bromuro de litio (LiBr),¿qué masa de agua habrá que agregar a 150 g de la solución original para obtener una solución al 10% m/m? Rta.: 300 g. 9- 400 cm3 de una solución acuosa de sulfato de cinc (ZnSO 4) al 20% m/v y densidad 1,18 g/cm 3 se mezclan con 200 cm 3 de agua. Calcular la composición de la solución resultante expresándola en: a) g st/kg sc b) g st/dm3 sv. Rtas.: a) 119,05 g st/kg sc b) 135,14 g st/dm 3 sv. 10- Se mezclan 500 cm 3 de solución acuosa de ácido nítrico (HNO 3) al 62% m/m (dens.= 1,38 g/cm 3) con 500 cm3 de otra solución acuosa de este ácido al 22% m/m (dens.= 1,13 g/cm 3). Hallar: a) el % m/m de la solución resultante. b) el volumen de solución obtenida si la dens.= 1,27 g/cm 3. Rtas.: a) 43,99 % m/m b) 0,98 dm3.

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RESPONDE 14 1)

2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

SOLUCIONES GASEOSAS

Completa las frases sobre las soluciones en las cuales el soluto es un gas y el solvente es un líquido a. Los gases ………..su solubilidad cuando la temperatura de la solución…………… b. Los gases son mas solubles cuando la presión ……………………………………. ¿Porqué al abrir una lata de gaseosa aparecen burbujas? El aire es una solución gaseosa ¿ Cuál es su composición? ¿Cuáles son los supuestos de la teoría cinético- molecular para los gases? ¿Qué relación existe entre el volumen de un gas y su temperatura? ¿Qué diferencia existe entre gas y vapor? Enuncia las tres leyes de los gases y la ecuación del gas ideal que relaciona las tres leyes mencionadas De acuerdo a la teoría cinético-molecular y a la ley de Boyle-Mariotte explica porqué al disminuir la presión ejercida sobre un gas, éste aumenta su volumen Resuelve el siguiente problema utilizando la ley de Boyle-Mariotte: El señor Perez compró una lata de aerosol de 490 ml que contiene un gas envasado a una presión desconocida. Si la etiqueta indica que a 1 atmósfera de presión el gas ocupará un volumen de 7000 ml , ¿a qué presión fue envasado el gas?

ESCALAS TERMOMÉTRICAS RESUELVE 15 1. ¿A cuántos ºF corresponderán 25 ºC? 2. ¿A cuántos ºK corresponderán 25 ºC? 3. Ordena de menor a mayor las siguientes temperaturas a- 300 ºK b- 18 ºC c- 68 ºF 4. En el exterior de una estación de investigadores en la Antártica se comprueba un día que un termómetro graduado en grados centígrados marca el mismo número que otro graduado en grados Fahrenheit ¿Cuál era la temperatura en ese instante? 5. Dos recipientes con agua se encuentran colocados sobre el fuego, el primero contiene 1 litro de agua mientras que el segundo contiene dos litros de agua. ¿A qué temperatura hierve cada uno de los recipientes?¿Cuál tarda mas tiempo en hervir? ¿ Porqué?

INTEGRACIÓN: SOLUBILIDAD–CONCENTRACIÓN-ESCALAS TERMOMÉTRICAS RESUELVE 16

NOTA: En todos los casos debe adjuntar los cálculos realizados. 1- El bronce está constituido por 80% m/m de cobre y 20% m/m de estaño a- ¿Cuál es el soluto y cuál el solvente en el bronce? Justifica tu respuesta b- ¿Cuál será el peso del cobre contenido en una estatua que pesa 600 gramos? c- ¿Cuál será el contenido de estaño en la estatua del punto anterior? d- ¿Qué cantidad de soluto existirán en 100 gramos de solvente? e- Si la solubilidad del bronce a 20°C es de 20 gramos de soluto en 100 gramos de solvente ¿cómo se encontrará la solución? Justifica tu respuesta

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2- 340 cm3 de solución se preparan agregando 82 gramos de cromato de potasio ( K 2CrO4) en agua destilada a-¿Cuál será el % m/v de la solución? b-¿Cuál será la masa de solución, sabiendo que la densidad es de 1,2 g/cm 3? c-¿Qué cantidad de soluto existen en 100 gramos de solvente? d-Observando el gráfico de solubilidad indica cómo se encontrará la solución a 50 °C. Marca como punto 2d e-Si se enfría la solución a 10°C ¿qué cantidad de soluto precipitará? 3- Se preparan 684 gramos de solución con agua destilada y 324 gramos de nitrato de potasio ( KNO 3). De acuerdo a esto y el gráfico de solubilidad, responde: a bcd-

Cuál será el % m/m de la solución? ¿Cuántos gramos de soluto contienen 100 gramos de solvente? ¿Cómo se encontrará la solución a 122 °F? Marca el punto en el gráfico lateral como C Si se enfría la solución hasta 278 °K ¿qué cantidad de soluto precipitará? Marca el punto en el gráfico lateral como D e- Si se mantiene la temperatura a 278 °K pero se le agregan 1000 gramos de solvente a la solución ¿Cómo se encontrará la solución con respecto a su solubilidad? Marca el punto en el gráfico lateral como E ?

4- 344 gramos de solución se preparan agregando 164 gramos de nitrato de potasio ( KNO 3) en agua destilada a- ¿Cuál será el % m/m de la solución? b- ¿Cuántos gramos de solvente contiene la solución? c- Observando el gráfico de solubilidad indica como se encontrará la solución a 50 °C. Marca como punto 2c d- Si se enfría la solución a 10°C ¿qué cantidad de soluto precipitará? e- Si se mantiene la temperatura del ítem b, pero se le agregan 90 gramos de solvente ¿Cómo se encontrará la solución?

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CALOR REPASO 17 1- ¿Qué es el calor? 2- El calor se puede medir en calorías o en Joule ¿Cómo definirías la caloría? 3- ¿A cuántos Joule equivale una caloría? Estos valores constituyen el equivalente mecánico de calor. 4- Si calientas dos masas de agua una de 500 gramos y la otra de 1000 gramos, sabiendo que inicialmente se encontraban a la misma temperatura; responde a- ¿A qué temperatura hierve la masa uno y a qué temperatura lo hace la masa dos? b-¿Cuál tarda mas en hervir? c- ¿Cuál absorbe mas calor? “Por lo tanto, se puede decir que la cantidad de calor que absorbe un cuerpo para llegar a una determinada temperatura final depende de la cantidad de materia”

5- Si calientas dos masas iguales (500 gramos) de agua, la primera hasta 50 ºC y la segunda hasta 100 ºC a-¿Cuál absorbe mas calor? b- Si la primera se encuentra inicialmente a 20 ºC y la segunda a 70 ºC -¿Cuál absorbe mas calor? “Por lo tanto, se puede decir que la cantidad de calor que absorbe un cuerpo depende de la temperatura final y de la temperatura inicial, o sea de la variación de temperatura producida”

6- Existen sustancias que son buenas conductoras del calor y otras que son malas conductoras del calor, pensando en esto responde, si calientas durante 2 minutos un clavo y una tiza a la llama ¿Cuál aumenta mas su temperatura? “Por lo tanto, se puede decir que la cantidad de calor que absorbe un cuerpo depende de la naturaleza de la sustancia que lo forma”

7-¿Qué es el calor específico? 8- ¿Cuál es la fórmula utilizada para calcular el calor absorbido o desprendido por una sustancia? 9- ¿Cómo se transmite el calor en los sólidos, en los líquidos y gases y en el vacío? 10-Pensando en la teoría cinética- molecular ¿tiene sentido decir la frase “cierra la ventana que entra frío en la casa” ? ¿Porqué?¿Qué frase con sentido científico deberías decir para expresar lo mismo?

INTEGRACIÓN: RESUELVE 18 1- 10 gramos de aluminio se calientan desde 10 ºC hasta 100 ºC. Calcula la cantidad de calor que absorbe sabiendo que el calor específico de aluminio es de 0,217 cal/g ºC 2- Averiguar cuantas calorías están involucradas en el calentamiento de una placa de hierro de 110 gramos cuya temperatura era de 300ºK y luego del proceso se modificó a 340ºK. Indicar además si la placa de hierro absorbió o perdió Energía calórica . C e del hierro: 0,115 cal/gr.ºC .-

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3- De acuerdo a la curva de solubilidad que se adjunta a-¿Cuál será el % m/m de la solución en el punto A? b- ¿Cómo clasificarías la solución de acuerdo a su solubilidad si 40 gramos de soluto en 100 gramos de solvente se encuentran a 104 ºF? Marca el punto en la curva c- Si la solución del punto 3b es calentada hasta 333 ºK ¿Cómo se clasifica la solución de acuerdo a su solubilidad? d- ¿Qué cantidad de calor intercambió la solución si la masa es de 450 gramos y el ce de 0,97 cal/gºC Solubilidad (g de sto/100gsvte)

60 50 40 30 20 10 0

Xa

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura en ºC

RESUELVE 19 1- Para determinar el calor específico del plomo se ha calentado una pieza de 100 gramos de ese metal hasta una temperatura de 97 ºC, introduciéndolo a continuación y con gran rapidez en un calorímetro donde hay 200 gramos de agua a 8 ºC. Una vez agitada la mezcla se observa que la temperatura del líquido se estabiliza en 9,4 ºC ¿Cuál es el calor específico del plomo

2- Para dterminar el calor específico del aluminio se han introducido 40 gramos de aluminio a 100 ºC en 150 gramos de agua a 20 ºC. Calcula el calor específico del aluminio sabiendo que la temperatura de equilibrio es de 24,4 ºC

3- Se mezclan 200 gramos de agua a 20 ºC con 300 gramos de alcohol a 50 ºC. Si el calor específico del alcohol es de 0,66 cal/g.ºC, calcula la temperatura final de la mezcla

4- Dos masas iguales de agua y aceite se encuentran respectivamente a 40ºC y 50 ºC. Calcula la temperatura de equilibrio de ambos líquidos sabiendo que el calor específico del aceite es 0,47 cal/g.ºC

RESUELVE 20 1. ¿Qué ocurre cuando se ponen en contacto dos cuerpos de distinto nivel térmico? 2. ¿Qué es un calorímetro y para qué se utiliza? 3. a-Define capacidad calorífica ( C ) b-¿Cuál es la fórmula utilizada para calcular la C? c-¿Cuál es la unidad de capacidad calorífica? 4. Cuando se utiliza un calorímetro para determinar el calor intercambiado por los cuerpos se debe tener en cuenta el calor absorbido por dicho calorímetro a-¿Cómo se calcula el calor absorbido por el calorímetro? Explica el procedimiento experimental y matemático necesario. b-¿Qué es la constante del calorímetro y como se determina matemáticamente?

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DILATACIÓN RESPONDE 21 1- ¿Porqué un cuerpo cambia sus dimensiones cuando se calienta? 2- ¿Cómo se relaciona el aumento de energía interna con la dilatación de los cuerpos? 3-¿De qué depende la medida en que se dilata un cuerpo? 4-¿Qué es el coeficiente de dilatación?¿Cuál es su unidad? 5- ¿Qué es y para que se utiliza un termostato?¿Cómo funciona? 6- a- ¿Cuál es la fórmula utilizada para calcular la dilatación de los cuerpos? b- De acuerdo a dicha fórmula completa las siguientes frases con la palabra mayor o menor según corresponda “Es decir, que a mayor coeficiente de dilatación ……………… variación de longitud” “Es decir, que a mayor variación de temperatura ……………… variación de longitud” “Es decir, que a mayor longitud inicial ……………… variación de longitud” 7-¿En qué consiste el equilibrio térmico?¿Cuándo se puede decir que dos cuerpos han alcanzado el equilibrio térmico? 8- ¿Qué fórmula matemática se utiliza para cálculos en los cuales se produce equilibrio térmico? 9- ¿Qué es un calorímetro y para qué se utiliza? 10- La longitud de una varilla a 0 ºC es de 1000 milimetros. Calcula el coeficiente de dilatación lineal de la varilla si su longitud a 100 ºC es de 1000,5 milimetros? a- De acuerdo a las unidades indica¿de qué magnitud se trata en cada uno de los datos del problema? b- Identifica la incógnita e indica cuál será su unidad c- ¿De qué tipo de problema se trata: de calor, de dilatación o de equilibrio térmico? d- Reemplaza cada uno de los datos en la fórmula correspondiente y resuelve

ENERGÍA RESPONDE 22 1- Selecciona la respuesta correcta: Un arco tenso tiene: a- Energía cinética b- Energía potencial c- Energía radiante Una piedra colocada en la azotea de un edificio de 20 m tiene: a- Energía cinética b-Energía potencial c-Las dos Si esa piedra cae, cuando se encuentre a 5 m del suelo tendrá: a- Energía cinética b-Energía potencial c-Las dos Cuando la piedra llegue al suelo tendrá: a- Energía cinética b-Energía potencial c-Las dos La energía se mide en: a- julios b- vatios c- newtons

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2- Indica el caso en que se realiza trabajo a- Una persona sostiene una cesta en reposo b- Un conductor empuja la palanca del cambio de marchas de su vehículo c- Una persona empuja una pared d- Una persona sube un libro a la parte más alta de la estantería 3- ¿Siempre que se realiza una fuerza se está haciendo un trabajo? 4- ¿Porqué, a veces, saltan chispas cuando la mecha de un taladro perfora un trozo de metal? 5- Cuando se produce un rayo, se dan una serie de transformaciones energéticas. ¿Cuáles son? 6- Dos esferas de idéntica masa han caído a la arena, de acuerdo a la imagen responde ¿Cuál de las dos esferas ha caído desde mayor altura? ¿Porqué? 7- ¿Qué significa la expresión “esta pila está gastada”? 8- Construye un cuadro comparativo explicando en qué forma una familia consume energía a lo largo de todo un día y como podría haberlo hecho hace un siglo atrás 9- Describe todas las conversiones de energía que ocurren desde una caída de agua, hasta la cocción de un alimento en un microondas 10- Supongan que deben reducir en un 25 % el consumo de enrgía familiar. Formen grupos y definan una lista de acciones recomendadas para lograr ese objetivo

RESPONDE 23 1- Completa Según corresponda a- La partícula subatómica con carga negativa se denomina…………………………… b- Los átomos que poseen igual número atómico pero diferente número másico se denominan……… c- La partícula sin carga eléctrica que se encuentra en el núcleo es el…………………. d- La región del átomo con mayor masa es…………………………… e- Con la letra Z se representa el……………………….y con la letra A el………………………….. 2- En los siguientes ítems están señaladas las características de los distintos modelos atómicos. Clasifícalas a-La carga positiva y la masa del átomo están concentradas en una zona del átomo llamada núcleo b- El átomo es una esfera sólida de materia cargada positivamente en la que se insertan los electrones, de manera que la carga total es nula c- Los electrones no pueden girar en cualquier órbita sino en ciertos estados energéticos estables d- Los electrones se mueven alrededor del núcleo tal como los planetas lo hacen alrededor del sol 3- Elige de la siguiente lista los símbolos que representen: a- Grupos de isótopos b- átomos con el mismo número de neutrones c- átomos con el mismo número másico 14 C 8

4

15 N

7

16 N

7

13 N

7

B 5

16 O 8

7

18 F

9

Ne 10

13

17 N

7

N 7

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CUADERNILLO FISICO-QUIMICA 2°

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