Taller de Química I
Semana 1 y 2
Temario 1. Introducción a la Química
1.1. Definición del concepto Química 1.2. Breve historia de la Química 1.3. Conoce la relación de la Química con otras ciencias 1.4. El método científico 1.5. Riesgos y beneficios de la Química 2. Propiedades de la materia 2.1. Reconoce las propiedades de la materia
2.1.1. Características y manifestaciones de la materia 2.1.2. Propiedades de la materia 2.1.3. Estados de agregación de la materia 2.1.4. Cambios de estado de la materia 2.1.5. Clasificación química de la materia 2.2. Describe las características de los diferentes tipos de energía
2.2.1. Manifestaciones de la energía 2.2.2. Beneficios y riesgos en el consumo de la energía 2.3. Describe las características de los cambios de la materia
2.3.1. Cambio físico 2.3.2. Cambio químico 2.3.3. Cambio nuclear 3. El modelo atómico y sus aplicaciones
3.1. Describe las aportaciones al modelo atómico actual 3.1.1. El modelo atómico de Dalton 3.1.2. El modelo atómico de Thompson 3.1.3. El modelo atómico de Rutherford 3.1.4. Modelo atómico de James Chadwick 3.1.5. Número atómico, número de masa y masa atómica 3.1.6. Isótopos y sus aplicaciones 3.1.7. Modelo actual y los números cuánticos (n, l, m, s) 3.1.8. Subniveles de energía y orbitales 3.1.9. Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas de orbitales. 4. Antecedentes históricos de la clasificación de los elementos
4.1. Nociones de grupo, periodo y bloque, aplicadas a los elementos químicos en la tabla periódica actual 4.2. Propiedades periódicas (electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, radio y volumen atómico) y su variación en la tabla periódica 4.3. Caracteriza la unidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país 4.3.1. Importancia de los minerales en México
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Sesión 1 Los temas a revisar el día de hoy son: 1. Introducción a la Química 1.1. Definición del concepto Química 1.2. Breve historia de la Química 1.3. Conoce la relación de la Química con otras ciencias
1. Introducción a la Química
¡La química está en todas partes! Todo lo que puedes tocar, ver u oler contiene una o más sustancias químicas. Vivimos en un mundo de sustancias químicas. Una sustancia química es cualquier material con una composición definida, sin importar su procedencia. Hoy en día se conocen más de 25 millones de sustancias químicas. Aprender sobre el mundo que nos rodea puede conducirnos a invenciones interesantes, útiles y a nuevas tecnologías. En tu vida diaria, puedes observar constantemente cambios como la fermentación de los alimentos (queso, yogurt, entre otros) o darte cuenta que los alimentos que consumes se transforman dentro de tu cuerpo, aunque no los puedas ver. Puedes encontrar las respuestas a estas preguntas y a muchas más por medio del estudio de la Química. 1.1. Definición del concepto Química
La Química es definida como la ciencia que se ocupa de los materiales que se pueden encontrar en el Universo y las transformaciones que estos sufren. Su estudio es de gran importancia para el ser humano, ya que se aplica a todo lo que lo rodea. Por ejemplo, el lápiz que utilizas, tu cuaderno, el perfume que usas, la ropa que vistes, tus zapatos, los alimentos que ingieres y los compuestos que respiras como el aire, todo. Esta disciplina permite entender muchos de los fenómenos que observamos y también aprender a intervenir en ellos para nuestro beneficio. Esta ciencia está presente en medicinas, vitaminas, pinturas, pegamentos, productos de limpieza, materiales de construcción, automóviles, equipo electrónico, deportivo y cualquier cosa que puedas comprar, usar y comer. Todos los objetos que usas en tu vida están hechos a base de procesos químicos. Como ves, vivimos de la Química, las reacciones y sustancias que hacen posible la vida son a través de la Química. 1.2. Breve historia de la Química
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La uímica co o ciencia no surgi de la noche a la añana, si no que s fue desarrollando n la antig edad en la medida ue el ho bre buscaba satisfacer su curi sidad acer a de la naturaleza y el origen del Universo. Las rimeras e periencias del ser humano como químico e dieron con la utilización del uego en l transfor ación de la materia, la obtención de hierro a partir del min ral y de vi rio a partir de arena, son claro ejemplos. Poco a poco el hombre se dio uenta de ue otras sustancias t mbién tie en este p der de transformaci n. Se dedicó un gran empeño e buscar una sustancia que trans ormara un metal en oro, lo que llevó a la creación de la alquimia. Los lquimistas tenían co o fin la b squeda de la piedra filos fal, que les permitirí transfor ar diverso metales en oro, curar c alquier enfermedad rejuvenecerse ellos mis os Los ilósofos griegos y lo alquimist s del siglo V a. C. p nsaban q e la mate ia se com one de 4 lementos: tierra, air , fuego y gua. Esta teoría estu o presente toda la Edad Media (hasta el siglo XV d.C. aproximada ente). La uímica surge en el siglo XVII, el alquimista se había onvertido en químic y la alquimia había asado a s r la ciencia Química. a alquimia dejó un le ado importante a la química ac ual, como el perfecci onamiento de los div rsos métodos que usamos (des ilación, cristalización, sublimaci n y comb stión). Dimitri Mendeleiev (183 moderna.
‐1907). Realizó la primera versión de la tabla periódica
Niel Bhor (1865 ‐1962). Realizó imp rtantes co tribuciones para la c mprensión de la
estr ctura del átomo. Aun ue la química es una ciencia anc stral, sus undament s modern s se instru eron en el siglo XI y XX cuand los avanc s tecnoló icos e intelectuales permitieron a los cien íficos separar sustancias en componentes ún más p queños y or consiguiente explicar mucha de las car cterísticas físicas y químicas. Rob rt Boyle ( 627 ‐1691 fue un gr n líder en el desarrollo de la quí mica, publicó su libro: “The sce tical chymistk” (El Q ímico escéptico), en 961, dond explica q e las sust ncias a las que llamó elementos, no se pueden desco poner en lgo más si ple;
tam ién menci na que si e combina dos o más elementos se forma ía una sustancia com letamente diferente la que se llamaría co puesto. Ant nie Lavoisier (1743 ‐1794) quí ico francés, realizó
una tabla de 33 elemento en el primer texto d Química moderno, llamado “Tratado elem ntal de Química” (1789), algunos de estos materiales no eran elementos, pero Lavoisier fue el primero en poner nombres modernos y sis emáticos. Lavoisier d scubrió que cuando se quema carbón mineral, se combina con el oxígeno para formar di xido de carbono, fue el primero en saber 3
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el r l que jue a el oxíg no en la combustió . Por su trab jo enfoca o a establecer a la química como una cien ia cuantitativa se l considera “El padre de la Quí ica Mode na”.
Prá tica 1 Instrucciones: ontesta la siguientes preguntas en tu cuad rno de ap ntes.
1.‐ ¿Por qué se ice que la química es una cienci fundamental?
2.‐ Elabora un iagrama donde se m estren en orden cro ológico lo antecede tes y las principales aportaciones del desar ollo de la uímica.
3.‐ ¿Cuáles de los métod s import ntes que urgieron aplicas a tu vida diaria?
partir d la alquimia los
4.‐ ¿ uáles son los princip les retos p ra la química en esta década?
1.3. Conoce la relación de la Química con otras iencias
Si a alizas los bjetos y p oductos q e usas en tu vida diaria entenderás qu en su obtención o producci n se aplican con cimientos e diferent s ciencias. Los problemas graves que enfrentamos son innumerables, aun ue la escasez de los alimentos, la aparici n de nue as enfermedades, el agota iento de las fuentes de energía convencionales y el d terioro del ambie te, son las prin ipales pre cupacione de la quí ica actual. Ade ás de ser una cien ia, la Quí ica sirve a otras ciencias y a la industri . Los prin ipios químicos contri uyen al es udio de la Física, Biol gía, Geología, Agricultura, Ingeniería, Me icina, Ecol gía, Astro omía y m chas otras disciplinas. En la Biología, tiene una muy es recha relación, porque en los seres viv s se desarrollan un amplísim variedad de reacciones químicas y la materia en estudio proporciona conocimient s básicos para entend erlas y pre ecirlas. Muchos procesos químicos también se cuantifican. Para llo las aportaciones e las mat máticas, son absolutamente necesarias, d sde las si ples sum s y restas hasta modelos mate áticos de alta complejidad u ilizados p ra describir la estructura
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atómica y los mecanismos de reacción, estos son ejemplos de cómo interactúan ambas ciencias. En áreas como la medicina, la química ha permitido comprender como actúan las plantas medicinales usadas en ciertos pueblos o comunidades, ya que no sólo tienen un uso medicinal, también se obtienen de ellas tintes, saborizantes y otros productos. Otro logro en el área de las ciencias es la Nanociencia y sus aplicaciones en la Nanotecnología, las cuales se dedican al conocimiento de los procesos biológicos, químicos y físicos a nivel molecular, y en un futuro se convertirán en una de las revoluciones científicas más importantes para la humanidad. La Química se relaciona con la Geografía, al momento de estudiar cómo está formada la corteza terrestre para entender los fenómenos que se llevan a cabo en ella o para la búsqueda de recursos naturales. La Química y la Física son ciencias complementarias. ¿Sabías que la teoría atómica fue hecha por físicos? Otro ejemplo son las reacciones nucleares para producir energía nuclear y después transformarla en energía eléctrica para uso doméstico, como consecuencia de este proceso se producen residuos radiactivos de lenta desintegración. La Química y la Astronomía tienen múltiples puntos de contacto. Un ejemplo claro lo tenemos cuando el astrónomo requiere conocer la edad y la composición de las estrellas que se encuentran a años luz de distancia. Analizando la luz que nos llega de ellas ha sido posible calcular la distancia a la que se encuentran de nuestro planeta y etapa de desarrollo. Igualmente con la Arqueología, se utiliza para descifrar datos e interrogantes como la antigüedad de piezas (jarrones, armas, cascos). La exactitud se logra por medio de métodos químicos como el del carbono 14. En el área de la Ingeniería, la química hace posible la alta tecnología desde los chips de computadora hasta los cristales líquidos de tu televisión y calculadora. Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son: Química Aplicada. Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en
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particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc. •
Química Inorgánica. Estudia las sustancias que provienen del reino mineral.
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Química Orgánica. Estudia principalmente los compuestos que provienen de
seres vivos, animales y vegetales. •
Fisicoquímica. Estudia la materia empleando conceptos físicos.
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Bioquímica. Es la ciencia que estudia los componentes químicos de los seres
vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células.
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La química tiene un papel fundamental para la comprensión de procesos y descubrimientos que formarán parte de las soluciones a los problemas.
Práctica 2 Instrucciones: lee los siguientes párrafos y señala en la línea cuál o cuáles ciencias
mencionadas se relacionan con la Química en cada caso. 1.‐ En la combustión de los automóviles se liberan sustancias contaminantes que ocasionan graves perjuicios a la comunidad, por lo que las dependencias de gobierno implementan medidas de control para minimizar efectos.
2.‐ Bangladesh es el séptimo país más populoso del mundo, y decenas de millones de sus ciudadanos han sido expuestos al arsénico en el agua durante las últimas décadas. Alrededor de 3.000 bangladeshíes mueren de cáncer inducido por arsénico cada año, y hoy en día millones de personas en el país viven con envenenamiento por arsénico, que se manifiesta como lesiones de la piel y trastornos neurológicos, enfermedades cardiovasculares y pulmonares, además de cáncer.
3.‐ Usando el radiotelescopio Robert C. Byrd de Green Bank (GBT por sus siglas en inglés), ubicado en Virginia Estados Unidos, se ha estudiado los precursores químicos de la vida. Estos nuevos descubrimientos están ayudando a los científicos a desentrañar los secretos de como los precursores moleculares de la vida pueden formarse en las nubes gigantes de gas y polvo donde nacen las estrellas y planetas.
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Sesión 2 Los temas a revisar el día de hoy son: 1.4. El método científico 1.5. Riesgos y beneficios de la Química 1.4. El método científico
Debido a que la ciencia tiene como objetivo la explicación de las causas y los efectos de lo que ocurren en nuestro alrededor, ha sido necesario establecer una serie de procedimientos llamados Método Científico. Éste es el proceso central de las investigaciones científicas. Pasos para el Método científico: 1. Efectuar Observaciones: describir y medir algún evento de la naturaleza. Los
datos son las observaciones basadas en las mediciones cualitativas (la casa es blanca, el aluminio es plateado); o bien cuantitativas (el agua hierve a 100ºC, el árbol mide 10 mts). 2. Formular Hipótesis: es una explicación posible a la observación. 3. Llevar a cabo Experimentos: es un procedimiento para explicar la hipótesis. Regularmente se realizan muchos experimentos para recopilar una gran cantidad de datos, si los resultados de la experimentación no coinciden con la hipótesis, se debe proponer una nueva hipótesis y hacer nuevamente experimentos. 4. Teoría: son explicaciones de fenómenos fundadas en numerosas observaciones y apoyada en numerosos experimentos, por ejemplo: el estudio del átomo, en el cual se han propuesto un serie de teorías que tratan de explicar su comportamiento y que hasta la fecha no se ha finalizado de estudiar. 5. Ley: es un enunciado que resume hechos experimentales acerca de la naturaleza, cuyo comportamiento es congruente y no presenta excepciones conocidas. Los médicos como hombres de ciencia, usan el método científico en su labor. En alguna ocasión que te hayas enfermado y te llevaron al médico, después de examinarte, seguramente se determinó que siguieras un tratamiento, se incluyó el uso de medicamentos para aliviarte o curar la enfermedad y pidieron que te realizaran análisis para establecer un diagnóstico. Problemas cotidianos Instrucciones: identifica el problema de las siguientes situaciones y dale una solución
acertada. Supón que necesitas realizar varios encargos en diversos lugares, como ir a una tienda de abarrotes, al banco, alquilar un video e ir a dejar un encargo a casa de un amigo, antes de las 3:00 p.m.
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Siguiendo con el ejemplo de cuando necesitas hacer varios encargos antes de las 3:00 p.m., en el paso número uno: identifica el problema que sería, idear una ruta para completar el mayor número de encargos antes de la hora establecida. Las observaciones previas te proporcionan datos como la hora de cierre del banco y el alquiler de videos, considera que tienes que conservar los alimentos fríos de la tienda de abarrotes. Estos datos te aportan información acerca del tiempo aproximado que necesitas para ir de un lugar a otro. Como puedes ver el mundo está lleno de problemas, simples y complejos en los cuales aplicamos un razonamiento crítico, y si te das cuenta, los científicos siguen estos mismos procedimientos para estudiar el mundo que nos rodea, lo importante es que el pensamiento científico sea aplicable a cualquier aspecto de la vida. Gráfico del Método Científico
Revisaremos un ejemplo que se puede presentar en nuestra vida cotidiana y que
refleja una forma simple del método científico, en su aspecto más de sentido común, a pesar de que tenga otros aspectos anti‐intuitivos: Imagina que te sientas en el sofá dispuesto a ver un rato la televisión y al apretar el control a distancia, no enciende la tele. Repites la operación tres veces y nada. Miras si el control está bien, cambias las pilas y sigue sin encenderse la TV. Te acercas a la TV y pruebas directamente con sus botones, pero sigue sin funcionar. Compruebas si está desconectada, pero está conectada y sin embargo no funciona. Al caminar por la sala buscas los interruptores de la luz, pero al oprimirlos no se encienden. Compruebas en otras habitaciones y tampoco. Sospechas que el problema 8
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está en la caja de fusibles central. Vas a inspeccionarla y descubres que había uno flojo. Reconectas y todo funciona... Este proceso sigue una estrategia que desarrollamos muchas veces de manera inconsciente en la vida cotidiana, que se asemeja mucho al método científico y sirve para ilustrarlo de forma fácil. En la explicación siguiente se explican los pasos:
Observación: detectas el problema de que no funciona la TV.
‐Primera Hipótesis: quizás no oprimiste bien los botones del control o no has apuntado bien a la TV. ‐Predicción: si la hipótesis es cierta, entonces si aprietas tres veces los botones, dirigiendo bien el control, se debería encender la TV. ‐Verificación: realizas la prueba, pero no se enciende la TV, es decir, no se confirman tus predicciones.
El experimento ha sido válido, así como la comprensión de los principios que usaste. Esto hace que busques una nueva hipótesis en base a las observaciones derivadas del fallo de tus predicciones, con lo que concluyes: “ya comprobé que el problema no está en los botones del control ni en la posición de éste”.
‐Segunda
Hipótesis:
no
funcionan
las
pilas
del
control.
‐Predicción: si cambias las pilas por otras nuevas tendrá que funcionar la TV. ‐Verificación: ya cambiaste las pilas y sigue sin funcionar la televisión.
Tu experimento y la comprensión de tu hipótesis ha sido probablemente correcta. Como consecuencia y con la información adicional observada (que tampoco son las pilas del control), vuelves a generar otra nueva hipótesis: ‐Tercera hipótesis: el problema está en los botones del televisor o en la conexión. ‐Predicción: presionando fuerte los botones y comprobando el enchufe, funcionaría el televisor. ‐Verificación: lo compruebas, pero siguen sin funcionar.
Con la nueva información te puedes plantear dos nuevas hipótesis: hipótesis 4a (que el problema es del interior de la TV) o hipótesis 4b (que el problema está en el suministro eléctrico de la casa).
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Es más fácil verificar las predicciones de la hipótesis 4b, la cual optas por contrastarla.
‐Puedes predecir que si la hipótesis 4b (fallo del suministro eléctrico de la casa) es cierta, no deberían funcionar los interruptores de la luz de todo el piso. ‐Verificación: en este caso es correcta porque tras probar varios interruptores, varias veces, (replicación), éstos no funcionan.
Entonces se acepta como teoría provisional, que el fallo del funcionamiento del televisor se debe al fallo del suministro eléctrico de la casa. Para especificar más, plantea varias hipótesis adicionales y opta por la hipótesis de que han fallado los fusibles de la caja de suministro eléctrico, porque parece la más simple y fácil de contrastar. ‐Predicción: si miras en la caja de suministro eléctrico, veras el dispositivo en posición "off" y al corregirlo funcionarán los interruptores, así como la televisión. ‐Verificación: lo compruebas y se confirma la posición "off" del dispositivo. Lo corriges y funcionan todas las luces del piso y la televisión. Esta explicación es lo que solemos hacer casi siempre de forma inconsciente. El ejemplo se puede ver en muchos aspectos de nuestra vida y nos sirve para ilustrar el método científico en sus aspectos más cercanos a nosotros.
Práctica 3 Instrucciones: realiza la siguiente lectura y contesta las preguntas que están al
finalizarla. La trágica carne asada
Tu mejor amigo organizó una carne asada en el patio de su casa, realizadas las compras necesarias, tu amigo se dispuso a prender el carbón con un poco de gasolina que extrajo de su carro en un pequeño recipiente, una vez impregnado el carbón de gasolina, colocó el recipiente con sobrante sobre una pila de periódicos viejos cerca del brasero y encendió el carbón, levantándose una gran llamarada; segundos más tarde el recipiente empezó a arder y muy pronto el fuego se propagó por los periódicos llegando hasta un arbusto seco que se encontraba cerca. ¿Al encontrarte en esa situación qué harías? a) Tomar la manguera, abrir la llave del agua y dirigir el chorro hacia el incendio. b) Ir por el extinguidor que traes en tu carro (considerando que el carro está cerca) y apagar el fuego. c) Tomar una cobija que estaba tendida, mojarla y cubrir el fuego.
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Explica cómo aplicar los asos del étodo científico (planteamient del problema, hipótesis, obtención y r gistro de información, experi entación, contrastación e interpretación de resultados y conclusión) para esolver la cuestión. 1.5. Riesgos y beneficios de la Quími a
La industria quí mica ha cr ado múlti les beneficios para la sociedad, pero también se ha encargado de generar uchos pr blemas. hora enfrentamos m chos problemas cuyas soluciones depende de la ciencia. A di rio leemos u oímos historias ace ca de: La elaboración de vacunas contra el SIDA. La prohibición del uso de herbicidas y pe ticidas. Los análisis de ADN para eterminar enfermedades genéticas, crímenes, pruebas de paterni ad, etc. El plom en el agu potable. El calen amiento global. El aguje o de la capa de ozono. Los ries os asociados con el afé, el alc hol, las grasas satur das entre otros aliment s. Contaminación. Quema de bosque y sus efec os en la ecología.
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Esto problemas persistir n durante muchos a os y otro se añadirán a la lista. En don e vivimos, cada un de nosotros estam s expuestos día a ía a productos quí icos y ries os químic s peligros s. Por eso nos debe os preguntar: ¿Los ri sgos superan a los b neficios? La e aluación de riesgos e un proceso que conjunta a prof esionales de los campos de la q ímica, biología, toxicología y estadística para evalua el riesgo asociado con la exp sición de cierto producto químic . Se h n llevado cabo estudios para demostrar como se p rciben est s riesgos, or ejempl la exposición a un producto químico. La percepción epende si son ries os voluntarios como umar o viajar en avión, se a eptan con más facilid d que los involuntari s, por jemplo: lo herbicida en los cítricos o el as esto en l s edificios. Las personas llegan a conclusion s de que todo lo “sintéti o” es malo, en tanto ue todo lo orgánico es bueno. Una vez evalua o el riesgo, lo siguiente es mane jarlo. El manejo de riesgos comp ende juici s de valor en los qu confluyen aspectos ociales, económicos políticos. Estos riesgos deben confrontars con los b neficios d las nueva tecnologí s que vendrán a sustituir al viejo problema. Nosotros aplicam s la evaluación com el mane o de
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riesgos para decidir si co pramos cierto producto (un pesticida), si tomamos ierto medicamento ( n analgésico por eje plo) o comemos ciert s aliment s. Algunos beneficios de la industria química es el combatir la carestía de alim ntos ayudándose de técnicas c mo la bio ecnología para producir alimen os transgénicos con caracterís icas útile desde el punto de vista c mercial, anipulan o la información interna de los cultivos eleccionados al introducirles cambios de olor, sabor y resiste cias a pla as. Tambi n algunas sustancias naturales resentes n los alim ntos pueden provocar cáncer, los químicos ya trabajan en estos problemas. Los efrigerant s hacen p sible que los alimentos per anezcan congelados, que preserven grandes cantidades de roductos limenticio que de otra manera se ech rían a perder y por otro lado los conservadores también tienen sus fectos en la salu . También se produc n nutrientes sintétic s, pero queda m cho por acer a m dida que la población mundial aume ta en rel ción con el cam o disponible para el cultivo. Los vances en la medicina y quimio erapia, a través del desarrollo de drogas n evas han contribuid a la prol ngación de la vida y al alivio del sufrimiento humano. La industria de lo plásticos, polímeros y textiles producen ateriales de construcción durables y útile . Con iderando
l ejemplo:
La producción agrícola ha aumentado el uso de fertilizantes quí icos, pesticidas (pla uicidas) y ariedades en las me oras de s millas. A t avés de la Alianza p ra el Des rrollo rural sustentable que se está confor ando con la participa ión de todas las frac iones del sector rural y pesquer del país, la producci n de alimentos en M xico, seguirá creciendo por encima del orcentaje de aumento anual e la pobl ción, (SAGARPA, 200 ). ¿Qu beneficio tiene el uso de fertili antes quí icos con l aumento de la pobl ación agrí ola?
El incremento e la utilización de f rtilizantes sin duda se debe al aumento cosechas, lo que confirma la pauta general de ayor efic cia en la tilización fertilizantes. O ra posibilidad consiste en mejorar a tra és de la biotecnolo eficacia en la u ilización d fertilizan es, la absorción de n trientes e las plant com también eneficia a que se mantengan verdes por más tiempo.
e las e los ía la s, así
Sin mbargo, c mo ahora sabemos, o todos l s productos son buenos. Algunos han esta o implica os en en ermedade y afecci nes de toda índole, incluso c ncer, trastornos y defectos eproducti os, defectos de nacimiento, trastornos de com ortamiento neurológico y funciones inmun lógicas de icientes.
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Muchos miles de casos de enve enamient accident l son resultado del uso inapropiado de formulaci nes de plaguicidas ltamente óxicas, o u aplicaci n en luga es que carecen de equipo protector o don e el equipo no se us . Los productos quí icos agota la capa d ozono, causan cambios en el clima, y afec an la diversidad biol gica del m ndo. Se a umulan en reservas lmacenadas y sitios de eliminaci n de desechos mal manejados. Muchos de ellos p rsisten en el medio ambiente y se bioacumulan, c nduciend a niveles en constante aument en seres umanos y en la fauna silvestre. Son cuantiosos los destr zos derivados de la gran activi llevando a cabo en el mundo desarrollado h y en día, ele entos o p oductos e grandes antidades trastorna ecosistemas y r percute n gativamente en el m dio ambie
ad industrial que se está y la pres ncia de ciertos l equilibri normal de los te.
La c ntaminación industrial tiene u a gran im ortancia n cuanto generaci n de residuos sólido o líquido (como el mercurio el plomo) que se fil rarán al suelo y aguas y también en cuanto a la liberación de g ses y humos en el aire dentro e las industrias químicas, las ás conta inantes son las industrias bási as (que o eran dire tamente s bre los recursos natu ales). Deb mos estar conscient s de que btendremos muchos ben ficios de la química, pero ta bién de ue nunca podremos eliminar todo los riesg s. Nuestr meta es reducir al míni o riesgos innecesari s y tomar decisiones responsables fr nte a los riesgos necesarios. Al mejorar tu omprensión de los c nceptos de química, tendrás mayor capacidad ara enten er las posibilidades y limitaciones de la ciencia.
Prá tica 4 Instrucciones: responde las siguientes pregunta de manera individual, con base en el
con cimiento adquirido en esta semana: 1.‐ Escribe 3 riesgos invol ntarios re pecto a la química y que enfrentas en tu vi a día con ía. 2.‐ Describe qu son los in ecticidas orgánicos. 3.‐ ¿ ué benefi ios tiene l aplicación de insecti idas orgánicos?
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Sesión 3 Los temas a revisar el día e hoy son: . Propiedades de la ateria 2.1. Rec noce las propiedade de la materia 2.1.1. Características y manifestaci nes de la 2.1.2. Propiedades de la ateria 2.1.3. Estados de agrega ión de la ateria 2.1.4. Cambios de estad de la mat ria 2.1.5. Clasific ción química de la m teria 2. Propiedades de la materia 2.1. Reconoce l s propied des de la
ateria
ateria
Gran parte de l s problem s ambient les que te emos en l actualida se deben a que en el pasado s descono ían las pr piedades e algunos materiales, al igual que el dañ que originaban al int ractuar con el medio ambiente. En esta sesión vas a conocer qué es la materia, por ello, es importante conoc r sus pro iedades p ra clasific rla, identi icarla y h cer un us responsable de ella para ben ficio propi y la conservación del planeta. 2.1. . Caracterí sticas y manifestaciones de la m teria
Como habíamos visto an eriorment , los filós fos grie os mencio aban que todo orga ismo y ob eto esta an consti uidos por cuatro el mentos: aire, agu , tierra y f ego. Pero después de mucha ideas y eorías, se ha llegado a la conclusión d que el U iverso en ero está formado p r materia.
¿Qu es materia?
Es t do aquello que tiene asa y ocu a un lugar en el espa io, es todo lo que exi te en el U iverso. De hecho la Q ímica estudia la materia y los ca bios que sta sufre. La masa es la e istencia d materia e forma de partículas, es una me ida de cantidad de la materia, pero solem s confundi la masa c n el peso. El peso es la ac ión de la f erza de gr vedad sob e la masa e un objeto en partic lar. Cua do se inici la exploración al esp cio, las dif erencias entre masa y peso se hicieron más evidentes. Por ejemplo la masa de un astr nauta en la Luna es la misma que su mas en la Tie ra; la can idad de materia que lo constituye no cambia. El peso del astr nauta en la luna es ólo una sexta parte e su peso en la Tier a, por lo que la atra ción que l Luna ejerce es seis veces menor que la atracción de la Tierra. “El peso cambi con la gra edad per la masa n ”. 14
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Ta ler de uímica I 2.1. . Propiedades de la
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Los bjetos qu están en uestro entorno presentan carac erísticas que nos per iten disti guirlos un de otro. estas características e les nom ra propiedades. Las ropiedades se clasifican en: 1.‐ ropiedades generales extensivas. 2.‐ ropiedades específic s o intensi as: a) Pro iedades q ímicas. b) Pro iedades fí icas.
1.‐ Propiedade generales o extensiv s. Son comunes y depende e la canti ad de ma a que
posea, tenemo : asa: es la existencia de materia en for a de artículas y tiene com unidad el ramo (g). olumen: s la porció de espacio ocupada por un cuerpo, la unidad es el m3. nercia: es la tendencia de un cuerpo a conservar su estado en reposo, e relacion con la m sa, a ayor mas , mayor in rcia. eso: es la acción de fuerza de la gravedad sobre n objeto, su unidad e el newton (N). •
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Para clarificar ás lo anterior, analiza la siguient pregunta: ¿A qué se debe que, cuando viajam s en auto y el condu tor aceler , nos mov amos (con respecto a auto) hac a atrás?
Una de las pro iedades d la materi a es la ine cia, por lo que los cuerpos tien en a per anecer en el estado en que s encuentr n, si se e cuentran en movimiento, tien en a segui en movimiento. Por tal motivo, al frena bruscamente un vehículo las personas y cosas q e se encuentran en su interior tienden a esplazarse hacia adelante. De a í la importancia de usar el cintu ón de seg ridad. Si s encuentr n en rep so, tiende a seguir en reposo. Por eso, cuando el auto arra ca o cuan o está en eposo y es chocado desde atrás, los ocupantes se desplazan haci atrás (co respecto al auto), s decir, tienden a p rmanecer en reposo (con respecto al piso).
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2.‐ Propiedade específicas o intensi as:
Se distingue un de otra y no depend n de la ca tidad de masa que posea el cuer o. Ésta a su vez s clasifican en propiedades física y propied des químicas. )
Propiedades físic s: puede
observarse sin que existan cambios n la estructura interna de la sustancia. El color, olor, brillo, du eza, pun o de fusión, punto e ebulli ión, ductibilidad, densidad, maleabilidad, conductividad y solubilidad. Dur za: la propiedad de s r duro o blando. Pun o de fusi n: es la t mperatura a la cual la materia pasa de estado
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sólido a estado líquido. Pun o de ebullición: la materia cambia de estad líquido a aseoso. Duc ibilidad: q e es posible estirarse. Densidad: can idad de asa por u idad de volumen, s s unidades son g/ml, g/L, g/cm . Maleabilidad: la capacidad de algun s metales de martillar y laminar para darl forma. Conductividad: es una m dida con la que una muestra t ansmite c lor o electricidad. Solubilidad: e la cantidad de sus ancia que puede di olverse en una cantidad previamente esp cificada de solvente.
Mencionaremo las propiedades físic s del iphone, vamos a ejemplific r algunas: • Tiene c lor platea o, por lo t nto lustre brillo. • Presenta dureza p rque es un metal. • Alguno materiale de los qu está com uesto el aparato pue en presentar un punto d fusión si son expuestos al sol. • No es d ctil. • Es maleable, ya que si presen ara alguna caída, pue e perder l forma. • No presenta solubilidad. Como puedes observar to a la materia tiene pr piedades f ísicas un ejemplo de ello es el ip one. Otr ejemplo para describir las propiedades ísicas, es una manzana. Podemos señalar que ésta presenta brillo debido a las ceras que contiene n su cubierta exteri or; el color como la masa pueden va iar; no presenta conductividad, ni punto de ebullició y no es oluble a enos que se haga un jugo con el extracto de manza a.
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b) Propiedades químicas: son las propiedades que relacionan los cambios de composición de una sustancia, por ejemplo oxibilidad, combustibilidad, inflamabilidad y la reactividad de un elemento. Oxibilidad: es la propiedad de algunos elementos capaces de formar óxidos, cuando están en contacto con el oxígeno, ejemplo: fierro cuando se oxida, al •
igual las frutas y verduras al ponerse obscuras o negras. Combustibilidad: cuando las sustancias son capaces de arder. Inflamabilidad: esta propiedad química nos informa si la sustancia es capaz de encenderse con facilidad y desprender llamas. Reactividad: es la capacidad de reacción química que presenta ante otros reactivos.
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Vamos a identificar algunas propiedades físicas y químicas del azúcar de mesa. Es un sólido; presenta color blanco. Tiene sabor dulce. No conduce la electricidad porque no es un metal. Presenta un punto de fusión de 185°C cuando se calienta y se carameliza. Tiene propiedades químicas como arder en oxígeno para producir, bióxido de carbono. •
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Las sustancias en el mundo, tal y como las conocemos, se caracterizan por sus propiedades físicas o químicas, es decir, cómo reaccionan a los cambios sobre ellas. ¿Es importante entender las propiedades físicas y químicas?
Importa mucho, ya que puedes confundir una sustancia por otra, puede llevarte a pérdidas económicas, incluso si confundes un medicamento por otro te puede llevar el riesgo de perder salud o ir a dar al hospital. ¡Cuidado! A continuación se presentan más ejemplos, para identificar las propiedades intensivas.
Propiedades intensivas características de algunas sustancias Propiedades físicas Sustancia
Estado físico
Color
Olor
Punto de fusión
Prop. químicas La electricidad la descompone en sodio y cloro.
Sólido
Blanco
Inodoro
801º C
Líquido
Incoloro
Irritante
-117º C
Inflamable
Líquido
Incoloro
Inodoro
0º C
La electricidad la descompone en hidrógeno y oxígeno.
Toda la materia está conf ormada por características o propiedades extensivas e intensiva s.
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Práctica 5 Instrucciones: contesta las preguntas que a continuación se incluyen, observa el
ejemplo (pregunta 1). 1.‐ ¿Cuál es la masa del iphone en la Tierra, en la Luna y en Marte? R= Es 136 gramos en los 3 diferentes ambientes, la masa no cambia, lo que cambia es el peso que es la fuerza de la gravedad sobre la masa de un objeto. 2.‐ ¿De qué sustancias, metales, etc. está formado el iphone? 3.‐ ¿Por qué crees que el peso del iphone sería diferente en la Luna y en la Tierra? 4.‐ Si agregas ácido en la superficie del iphone: ¿Cómo reacciona? ¿Es inflamable?
2.1.3. Estados de agregación de la materia
Una muestra de materia puede ser un sólido, líquido, gases y plasma. Estas maneras de manifestarse se conocen como estados de agregación o simplemente estados físicos, debido a que las características de cada uno de los estados tienen relación con la forma en la que están dispuestos los átomos o moléculas que componen la materia de estudio. Estado sólido Los sólidos tienen una forma y volumen definidos. Normalmente son rígidos, ya que
sus moléculas están unidas unas con otras como una red cristalina donde las fuerzas de atracción son muy fuertes. A mayor unión, mayor rigidez del sólido. Estado líquido Los líquidos, como podemos observar a través de muchos ejemplos en nuestra vida diaria, aunque poseen un volumen propio, adoptan la forma del recipiente que los contiene. Los líquidos pueden fluir, derramarse o escurrir debido a que las moléculas
no tienen una posición espacial tan fija como en los sólidos. Las moléculas de los líquidos tienen suficiente energía cinética, es decir, la energía en movimiento que ocasiona que se mueven más rápido, pueden romper la restricción de una estructura definida. Los líquidos también tienen otras características especiales como la viscosidad y la tensión superficial. Cuando un líquido fluye, éste presenta una resistencia interna al movimiento; a este fenómeno se le conoce como viscosidad del líquido, por ejemplo: la miel y el agua, en estos dos líquidos, podemos afirmar que la miel tiene mayor viscosidad. 18
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Las moléculas del agua están en constante movimiento en fase líquida.
Estado gaseoso Los gases no tienen forma ni volumen definido, sino que adoptan la forma y el
volumen del recipiente que ocupan. Sus partículas, ya sean átomos o moléculas viajan a gran velocidad chocando con frecuencia con otras partículas y con las paredes del recipiente, porque su energía cinética es muy alta. Los gases pueden comprimirse en un grado relativamente importante, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión pueden pasar al estado líquido. Las moléculas del gas Helio, el gas para inflar globos, chocan constantemente, debido a que tienen mucha energía.
Plasma
El plasma es el cuarto estado de la materia, de acuerdo a investigaciones científicas, es el más abundante en el Universo, ya que ocupa el 99% del mismo. Las estrellas, auroras boreales, nuestro Sol y el polvo interestelar están formados por plasma. Y como lo analizaste en el Explora, el Universo tiene el estado de plasma.
El plasma es un gas ionizado que conduce corriente eléctrica, pero es eléctricamente neutro. Se forma a temperaturas muy elevadas, cuando la materia absorbe energía y se separa formando iones positivos y negativos. Como el plasma no puede estar contenido en ningún recipiente sólido, los científicos experimentan con campos magnéticos muy poderosos para poder confinarlo.
Los tubos fl uorescentes y los relámpagos, son mani festaciones del plasma.
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2.1. . Cambios de estado e la materia
Los ambios de estado so cambios f ísicos ya q e no se m difica la estructura in erna de la sustancia. Los ambios de estado son: Fusión: es el cambio de estad sólido a l quido. Evapor ción: cuando el estado líquido s convierte a estado g seoso. Condensación: el ambio de as a estado líquido, por ejempl si enfriamos un gas per erá veloci ad, tendr que junt rse y tom r el estado de agregación líquido, omo las n bes. Solidifi ación: cambio de estado líquido a sólido. Sublim ción: es el cambio sólido a gase so, sin pas r por el es ado líquid . Deposi ión: cambio de estad gaseoso al sólido sin pasar por stado líquido. •
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Vea os algun s cambios e estado señalando como ejemplo el ciclo del agua:
Sublimación
Hiel (agua en stado sólido) + temperatura = vapor (agua en estado g seoso). Fusi n
Cub de hielo ( ólido) + te peratura agua (líquida). El calor acelera el movimi nto de las partículas del hielo, e derrite y se convierte en agua líquida.
Eva oración
No hay que confundir a la vaporació con la su limación. uando te lavas las manos y las pones bajo la máquina que tira aire caliente, éstas se se an y el agua se evapora. Lo mis o pasa cuando por cción de l temperatura en la ierra el agua de los ares cam ia de líquido a gas y a hacia la tmósfera.
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Ebullición
El agua tiene su punto de ebullición a los 100º C, el alcohol a los 78º C. El término hervir es una forma común de referirse a la ebullición. Condensación
El vapor de agua al chocar con una superficie fría, se transforma en líquido. En invierno los vidrios de los automóviles se empañan y luego le corren "gotitas"; es el vapor de agua que se ha condensado. 2.1.5. Clasificación química de la materia
Una sustancia pura es una sustancia química particular compuesta de la misma clase de materia, con partículas del mismo tipo en toda su extensión y puede ser un elemento o un compuesto. a) Los elementos son las sustancias más fundamentales de las cuales se construyen todas las cosas materiales. La partícula más pequeña que conserva las propiedades del elemento es un átomo. b) Los compuestos son sustancias puras constituidas por elementos de dos o más tipos, combinados unos con otros. Cada compuesto tiene una fórmula química ejemplo la fórmula del amoníaco NH3. El amoníaco está formado por dos elementos como Nitrógeno e Hidrógeno. La sal es otro compuesto y su fórmula es NaCl, está formada por dos elementos que son el Sodio y Cloro.
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a) Ejemplos de elementos:
b) Ejemplos de compuestos:
Oxígeno Oro Plata Aluminio Hierro
Agua Sal común Azúcar Amoníaco Alcohol etílico
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Las mezclas son el resultado de la combinación física de dos o más sustancias puras. Como por ejemplo podemos mencionar las aleaciones metálicas como el acero, el aire que es una mezcla de varios gases y el agua de mar que es una mezcla de agua y sales minerales. Las mezclas se clasifican en dos tipos: Mezclas homogéneas: esta mezcla es uniforme en toda su extensión, por ejemplo, alcohol en agua, el latón, acero, un enjuague bucal y gasolina. Las aleaciones también son mezclas sólidas homogéneas de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. •
Mezclas heterogéneas: se les conoce como soluciones y presenta los tres
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estados físicos. No tiene propiedades uniformes; la composición de una zona difiere de la composición de otra zona, por ejemplo aceite en agua, un aderezo, un tiradero de residuos o una pizza. Algunos ejemplos de mezclas homogéneas como las aleaciones y algunos usos se presentan a continuación.
Como la mayor parte de la materia está mezclada, los científicos para analizarla separan las mezclas en sus sustancias componentes. Filtración. Técnica que usa una barrera porosa para separar un sólido de un
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líquido. Destilación. Se basa en las diferencias de los puntos de ebullición de las
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sustancias involucradas. Se calienta hasta que la sustancia más volátil se convierte en vapor y luego se puede condensar y recoger. Cristalización. Da como resultado la formación de partículas sólidas puras de la sustancia a partir de una solución que contenía dicha sustancia.
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Cromatografía. Separa los componentes de una mezcla aprovechando la
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tendencia de cada componente a desplazarse por la superficie de otro material. Decantación. En este método se deja reposar durante cierto tiempo una mezcla de componentes sólidos y líquidos, para que la acción de la gravedad los separe. Centrifugación. En ocasiones la sedimentación del sólido es muy lenta y se puede acelerar mediante la fuerza centrifuga. Se coloca la mezcla en recipientes que se hacen girar a gran velocidad y los componentes menos densos (menos pesados) se depositan en el fondo. Muy usado en genética, industria acerera y alimenticia. Evaporación. Separa un sólido de un líquido, cuando se quiere recuperar el sólido. Se calienta la mezcla, se evapora el componente líquido, y queda el sólido en el recipiente. Sublimación. Se usa para separar al yodo de otros materiales sólidos, el yodo se sublima al calentarlo, pasa de sólido a gaseoso sin pasar por el líquido, luego el gas se condensa en una superficie fría.
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Práctica 6
Instrucciones: realiza lo que a continuación se te indica.
1. Clasifica el estado de agregación de la siguiente lista de objetos y menciona alguna propiedad que lo caracterice. Recuerda que algunas propiedades de la materia son: color, olor, sabor, textura, etc. Revisa el ejemplo. Objeto
E s ta d o d e a g re ga ció n
Ejemplo: Té
Líquido
Propied a d Sabor dulce a amargo, varían varían colores.
Aire Pluma Calculadora Tanque de oxígeno Estrella
Objeto Lámpara Gas metano Gelatina Goma Tubo fluorescente Refresco
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Estado de agregación
Propiedad
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Sesión 4 Los temas a revisar el día e hoy son: 2.2. Des ribe las características de los di erentes tipos de ener ía 2.2.1. Manifestaciones d la energía 2.2.2. Beneficios y riesgo en el consumo de la energía 2.3. Des ribe las características de los ca bios de l materia 2.3.1. Cambio físico 2.3.2. Cambio químico 2.3.3. Cambio nuclear
2.2. Describe las caracterí ticas de lo diferente tipos de energía
La energía es la capacidad de los c erpos o sistemas de cuerpos para efectu r un trab jo. Por e jemplo: c ando un persona sube unas escaleras o gasta una determinada cantidad de nergía debido a que r aliza un tr bajo. La ezcla de hidrocarbur s que for an la gas lina posee en sus enlaces una uena cantidad de en rgía quími a, que se provecha ara realizar un trabaj al hacer ue el auto se mueva. La e ergía potencial que tiene el agua almacen da en una presa desarrolla un trabajo cuando se deja caer sobre las turbina para generar electricidad. Bási amente existen dos tipos de energía: la cin tica y potencial. La e ergía ciné ica es la energía en movimiento se puede calcular co la fórmul : 2
E c=1 /2mv
Ec= nergía cinética en joul en joules m= asa del ob jeto en Kg v= v locidad del objeto m/s El ti o de ener ía potenci l es la que posee un objeto debido a su posición dentro de
un campo de f erzas. Por ejemplo la energía humana, la del agua, del vapor, la solar, etc. Se u iliza la siguiente fórm la: E p= gh E p= nergía pot ncial, en j en j ules m= asa del ob jeto en Kg 2 g= a eleración e la grave ad 9.8 m/s h= altura, en m
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Para entender cómo se relacionan las diferentes manifestaciones o tipos de energía, la Ley de la conservación de energía propuesta por Antonio Lavoisier a finales del siglo XVII es un concepto clave, esta ley enuncia: “La energía no puede crearse o destruirse, pero si cambia de una forma a otra”.
La energía potencial o energía almacenada en un cuerpo que se encuentra a una altura determinada puede convertirse en energía cinética. ¡Imagínate en cuántas formas de energía se transformará la energía que proviene del Sol! 2.2.1. Manifestaciones de la energía
La energía puede manifestarse de varias maneras, a continuación se mencionan cada una de ellas: Energía mecánica. Es la que poseen los cuerpos por el hecho de moverse a una determinada velocidad (cinética) o de encontrarse desplazados de su posición (potencial). Energía térmica o calorífica. Esta energía se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de esta energía. Por ejemplo: cuando hervimos agua, al aumentar la temperatura, el agua comienza a moverse porque incrementa su energía térmica y sus moléculas se desplazan a gran velocidad. Energía eléctrica. Es la que produce por ejemplo una pila o una batería de un coche. Energía electromagnética. Es la que transportan las llamadas ondas electromagnéticas, como la luz, las ondas de radio, las microondas, televisión, etc. Energía interna. Bajo esta denominación se engloban todas las formas de energía existentes en el interior de un cuerpo. Energía química. Es la energía que se desprende o absorbe de las reacciones químicas, por ejemplo, en una reacción de combustión, fotosíntesis, la energía química de los alimentos, la cual se transforma en nuestro organismo en otro tipo como calorífico. Energía nuclear. Es la que se genera en los procesos de fisión nuclear (ruptura del núcleo atómico) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos). •
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Energía original Eléctrica
Aparato
Energía transformada
Química
Licuadora Horno de gas
Mecánica Térmica o ca lorífica
Eléctrica
Radio
Electromagnética
La energía y sus diversas formas de manifestarse es básica para el bienestar humano. Ejemplo: luz, refrigeración, aire acondicionado, agua caliente, etc. El acceso a diferentes fuentes de energía es fundamental para combatir la pobreza. Hay cada vez mayor relación entre energía, economía y medioambiente.
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2.2.2. Beneficios y riesgos en el consumo de energías
La sociedad actual se ha llegado a acostumbrar a hacer uso de las diferentes formas de energía, con el objetivo de hacer nuestra vida más confortable y obtener mayor control sobre el entorno físico. Nuestra vida sería inimaginablemente complicada sin el uso de las distintas formas de energía. Los vehículos automotores como vimos anteriormente funcionan con energía química, producto de la combustión de los hidrocarburos. La energía eléctrica usada en casas, escuelas y centros de trabajo se obtiene de centrales termoeléctricas (en México el 79.16% proviene de centrales termoeléctricas). ¿Alguna vez pensaste que al encender un foco en tu casa contaminas el medio ambiente?, no que lo hagas directamente, sino que para hacer llegar esa energía a tu casa tuvo que darse un proceso para generarla y es donde se liberan los contaminantes al ambiente. Una casa produce dos veces más gases contaminantes que un auto. Una casa produce aproximadamente 10 mil Kg de CO2 y un auto 5, 200 kg. De aquí la importancia de ahorrar energía; mientras más ahorras menos contaminarás. El uso de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas) son y seguirán siendo la principal fuente de energía, debido a menor costo y mayor eficiencia en la transformación. Sin embargo, el impacto ambiental por la emisión de gases y el efecto invernadero como consecuencias de su combustión pueden limitar su uso en el futuro. Ésta es la actividad humana que más contamina el ambiente. La energía nuclear puede usarse cuando se emplean isótopos radiactivos para el diagnóstico y tratamiento de diferentes enfermedades como el cáncer; también se utiliza para generar energía eléctrica, sin embargo, el estigma de su uso bélico en Hiroshima y Nagasaki en Japón en 1945, el cual produjo la muerte de miles de personas, así como también el tratamiento de desechos nucleares provocan mucha controversia respecto a su aplicación. A pesar de los múltiples aspectos benéficos debemos pensar que la sociedad ha traído y seguirá trayendo graves riesgos para el ecosistema. Energías limpias
La conciencia ecológica ha dejado de ser una moda, para convertirse en una necesidad apremiante. Si no modificamos las formas de obtener energía, estaremos condenando irremediablemente nuestro presente y futuro, toda la humanidad y por lo tanto el planeta. Las energías limpias representan una alternativa prometedora para mejorar las fuentes energéticas minimizando los riesgos actuales, éstas provienen de fuentes de energía renovables.
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Este tipo de energías limpias consta de seis bases como son: a) Eólica b) Biomasa c) Solar d) Hidroeléctrica e) Geotérmica Mareomotriz (energías del mar).
a) Energía Eólica: es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. La energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. Ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. En México hay una central eólica ubicada en La Venta, Oaxaca y es la zona con mayor potencial eólico en el mundo. b) Biomasa: consiste fundamentalmente en el aprovechamiento energético de los residuos naturales (forestales, agrícolas, etc.) o los derivados de la actividad humana (residuos industriales o urbanos). La biomasa podría proporcionar energías sustitutivas a los combustibles fósiles, gracias a biocombustibles líquidos (como el biodiésel o el bioetanol), gaseosos (gas metano) o sólidos (leña), pero todo depende de que no se emplee más biomasa. c) Energía solar: el Sol emite a cada instante grandes cantidades de radicación luminosa y calorífica. Desde hace tiempo se han estado construyendo colectores para aprovechar esta radiación. La energía solar puede aprovecharse para producir energía mecánica y eléctrica. d) Energía hidroeléctrica: aprovecha los saltos de agua de las presas o de los pantanos para generar energía eléctrica y es una de las más limpias. e) Energía geotérmica: corresponde a la energía calorífica contenida en el interior de la Tierra, van de los 3,000 a 4,000 º C, que se transmite por conducción térmica hacia la superficie por medio de Géiseres, volcanes y fuentes termales y fumarolas, la cual es un recurso parcialmente renovable y de alta disponibilidad. Sirve para generar electricidad y produce el denominado Magma. México es uno de los países más avanzados en cuanto a la producción de energía geotermoeléctrica. 27
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f) Energía mareomotriz: hace uso del movimiento de las masas de agua que se producen en las subidas y bajadas de las mareas. Se estima que en el siglo XXI la mayor parte de la energía que consuma la humanidad será extraída de los océanos. Actualmente apenas está explotada; las investigaciones se centran sobre todo en las mareas y el oleaje, tanto una como otra ofrece expectativas, no en vano son fuentes permanentes con gran potencial y además 100% renovables. La energía mareomotriz se transforma en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable.
Práctica 7 1.‐ Complementa la tabla que a continuación se presenta, con los tipos de energía que usa o manifiesta cada aparato. Objeto
Energía que se usa o se manifiesta
Molino de viento Asador Termómetro Aparato de rayos X Pizza Movimiento de una bicicleta Boiler solar
2. Reflexiona y justifica tus respuestas con argumentos sustentados sobre la siguiente situación: Armando es estudiante de preparatoria, él puede ver televisión, escuchar música y estar en la computadora al mismo tiempo. Tiene la costumbre de dejar todo el día y la noche prendida la computadora para tener abierto el MSN y Facebook. •
¿Cómo afecta el mal uso de la electricidad en tu persona y a la sociedad?
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¿Crees que la conducta de Armando es correcta?
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¿Qué harías tú en el caso de Armando?
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2.3. Describe las características de los cambios de la materia
Desde que un organismo vivo nace hasta que muere, está sujeto a cambios continuos. La muerte no representa el fin, sino el comienzo de un nuevo ciclo, donde los componentes que integraban a un organismo, serán utilizados por otros organismos, de esta manera sigue fluyendo el ecosistema. Los cambios de un objeto u organismo se clasifican en 3 tipos: Cambio físico. Cambio químico. Cambio nuclear. •
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2.3.1. Cambio físico
En un cambio físico la composición de la sustancia no se modifica, pero su forma o su estado de agregación sí se alteran, por ejemplo un cubo de hielo, puede cambiar su estado líquido y a su vez a estado gaseoso sin que la estructura interna del agua se altere. Algunos ejemplos de cambios físicos son: Doblar un alambre. Fragmentar un objeto. Moler granos. Disolver agua con azúcar. Rizar las pestañas. •
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Un cambio físico indispensable para el funcionamiento de la vida es el ciclo de agua, donde esta molécula, va cambiando de estado sin modificar la composición química de la sustancia. 2.3.2. Cambio químico Un cambio químico es cuando la estructura interna de la materia es alterada. Todas las reacciones químicas son cambios químicos, y en una reacción química las
sustancias originales se parecen poco o casi nada a las sustancias finales, que son los productos. Algunos ejemplos son:
Combustión. Oxidación de los metales. Agriado de la leche. Cocinar alimentos. Digestión, etc.
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En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de cambios físicos y químicos. Proceso que tiene lugar
Tipo de cambio
Explicación
Oxidación
Químico
El metal brillante se transforma en oxido café rojizo.
Cocción de un huevo
Químico
La clara y yema se convierten en sólidos y camb ia la estructura interna.
Moler maíz
Físico
Sólo se corta en piezas más pequeñas, no cambia la estructura interna.
Ebullición del agua
Físico
El líquido se transf orma en vapor.
2.3.3. Cambio nuclear
Un cambio nuclear es aquel donde la constitución del núcleo de un átomo es modificada. Esta transformación implica una gran cantidad de energía liberada. La materia está formada por átomos y cada uno tiene un núcleo donde se encuentran los protones y neutrones y alrededor del núcleo están los electrones, sobre este tema profundizaremos en los siguientes bloques. Algunos beneficios positivos de estos cambios se encuentran en la medicina por ejemplo los rayos X, que permiten captar estructuras óseas y diagnosticar enfermedades. Las centrales nucleares son industrias las cuales son totalmente necesarias ya que son productoras de electricidad. Los reactores nucleares son dispositivos en donde se produce una reacción nuclear controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio que es un elemento químico, para ser usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o de satélites artificiales o la investigación. Los reactores nucleares generan residuos radiactivos. Algunos de ellos como el americio, el neptunio o el curio, elementos químicos de una alta toxicidad. Dicho interés en la creación de dichas sustancias impone un diseño específico del reactor en deterioro de la ecología del mismo. La percepción de peligro en la población proviene de que un accidente o un ataque terrorista les exponga a la radiación. Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente sólo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión. La fisión nuclear consiste en la división del núcleo de un átomo pesado en otros elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se libera gran cantidad de energía. A pesar de ser altamente productiva (energéticamente hablando), es también muy difícil de controlar. 30
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Las bombas están constituidas por los elementos uranio o plutonio, donde es afectado el núcleo de estos elementos; un gramo de estos puede producir tanta energía nuclear como la combustión de una tonelada de aceite. Los cambios nucleares tienen aplicaciones tanto para el bienestar como para la guerra y la destrucción. La energía nuclear debería ser reconocida como una herramienta para el progreso de la historia humana y no para su extinción.
Práctica 8 Instrucciones: resuelve el siguiente ejercicio clasificando si es un cambio físico,
químico o nuclear. Observa el primero, ya se encuentra contestado como ejemplo. Proceso: 1.- Disolver azúcar en agua. 2.- La combustión de la gasolina. 3.- El bombeo para extraer petróleo. 4.- Una carne asada. 5.- Hervir agua. 6.- La explosión de una carga de dinamita. 7.- La leche hierve. 8.- Fragmentar una vela. 9.- Un clavo se oxida. 10.- Radiaciones contra el cáncer. 11.-Zanahorias se rayan para una ensalada. 12.- Cortar una hoja de papel.
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Tipo de cambio:
Cambio Físico
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Semana 2 Sesión 5 Los temas a revisar el día de hoy son: 3. El modelo atómico y sus aplicaciones 3.1. Describe las aportaciones al modelo atómico actual 3.1.1. El modelo atómico de Dalton 3.1.2. El modelo atómico de Thompson 3.1.3. El modelo atómico de Rutherford 3.1.4. Modelo atómico de James Chadwick 3.1.5. Número atómico, número de masa y masa atómica 3. El modelo atómico y sus aplicaciones 3.1. Describe las aportaciones al modelo atómico actual
Los científicos diseñan modelos o representaciones de la realidad para poder comprender mejor los fenómenos de la naturaleza, en este caso el 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”. Por lo que, 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 tuvo que transcurrir cerca de 2,200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración. El modelo atómico actual no es producto de la casualidad, su historia está llena de acontecimientos, experimentos y teorías, que nos han llevado a explorar el espacio exterior, nos proporciona una vida más cómoda y placentera, al igual nos permite conocer lo más íntimo del cuerpo humano. Empecemos a conocer la asombrosa historia del átomo. 3.1.1. El modelo atómico de Dalton
El desarrollo de la química tomó un nuevo giro, Antonio Lavoisier demostró que en una reacción química la cantidad de materia es la misma al comienzo y al final de la reacción, enuncio la Ley de la conservación de la materia, que menciona: “La materia no se crea ni se destruye sólo se transforma” por ello es el padre de la Química Moderna.
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Posteriormente Joseph Louis Proust (1754‐1826), propuso la Ley de las proporciones definidas, la cual establece que “los elementos se combinan para formar compuestos y siempre lo hacen en proporciones definidas”. Una tercera ley fue postulada por el químico y físico británico John Dalton, donde señala que los elementos se pueden combinar en más de uno y que cada conjunto corresponde a un compuesto diferente, a esta ley se le conoce como Ley de las proporciones múltiples.
En 1808 Dalton, publicó su obra titulada “Un nuevo sistema de filosofía Química”, donde establece su Teoría atómica a partir de las propiedades físicas del aire atmosférico. Dalton incluyó en ese trabajo la masa atómica de varios elementos y compuestos conocidos. Aunque sus masas no eran muy precisas, fue una aportación importante en la clasificación de los elementos, además que proporcionaba una simbología para representar a los elementos y las moléculas. Dalton estableció los siguientes:
Postulados dela teoría atómica:
1. Los elementos se componen de partículas extremadamente pequeñas, llamadas átomos que son indivisibles. 2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales en tre s í e n p ro pie dades ; los á tomos de eleme ntos diferentes tienen propiedades distintas entre sí . 3. Los átomos de un elemento no se crean ni se destruyen en una reacción química, sino que simplemente se reordenan. 4. La formación de compuestos resulta de la combinación de dos o más átomos y siempre lo hacen en proporciones fijas de números enteros positivos.
El primer postulado de la teoría atómica de Dalton, indica que los átomos son la base estructural de la materia. Para el modelo de Dalton un átomo es una partícula sólida y pequeña que es indivisible y que posee una masa. Del segundo postulado podemos mencionar que un elemento es la sustancia más simple, químicamente hablando y se considera que está formada por átomos de un mismo tipo El tercer postulado cabe señalar que en una reacción química se produce un arreglo y distribución de los átomos. Dos átomos originalmente juntos se separan y se unen a otros. Muy similar a lo que ocurre en un baile cuando hay intercambio de parejas. Y el cuarto postulado de Dalton, es que cuando representamos a un compuesto con ayuda de una fórmula química, lo que ésta nos indica es la proporción en la que se encuentra combinados los átomos. Dicha proporción siempre tendrá que darse en números 33
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enteros ya qu los átomos son indivisibles y no hay posi ilidad de t ner fracci nes de átomos.
Esta teoría ayu ó a explic r el comportamiento de la mate ia en diversas situaciones. También esta teoría pre enta algu as imprecisiones, p rque como veremos más adel nte, el át mo sí se puede dividir y sí existen elementos iguales pero con asas disti tas. Dalto no presentó una pro uesta clar de la estr ctura del tomo. 3.1. . El model atómico e Thomps n
Para finales del siglo XIX la idea de que la materi estaba formada por át mos, no era tan extraña. La co unidad cien ífica intentaba explicar la naturaleza de unos extr ños rayos que emití un dispositivo surgi o en la épo a. El dispositivo era conocido como tubo de Crookes o tubo de rayos c tódicos. Al retirar el air de ellas (cátod nombre de ray haz de luz, un eléc ricos.
de su interior y aplic r voltaje a las placas, se podía observar qu una ) emitía rayos luminosos con ciertas caract rísticas, a los que se io el s catódicos. Estos ra os tenían la propieda de comp rtarse co o un haz de pa tículas y además ser desviados por camp s magnéticos y
Jose h John Thompson realizó una s rie de experimentos con estos rayos y lleg a la conclusión de que estab n formad s por par ículas car adas negativamente y los llam corpúsculos que act almente s n llamam s electrones. Para ese ento ces, ya s consider ba que la materia ebería ser eléctrica ente neutra. Thompson supus que las artículas egativas que constit ían a los rayos catódicos formaban part del áto o y que ara garantizar que el átomo fuera eléc ricamente neutro, las partículas negativas debían nadar en un mar de carga posi iva. A es as partículas negati as se les dio post riormente el nombre de elec rones.
Tho pson
había com robado l existencia de elec rones y propuso en se entonc s una explicación, que se conoce como el odelo del “ pudin con pasas” del átomo, d nde ima inó un átomo con cargas neg tivas (electrones) en este cas pasas, dispersas entr un número igual d cargas p sitivas (pr tones), eso lo hacía ser neutro. La i portancia de este m carg da negati amente, ll así en la prime partícula áto o no es in ivisible co
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delo radic en que e idencia la existencia de una partícula mada electrón, que f orma parte del átom , convirtié dose ubatómica descubierta; de este modo se comprobó que el o se creía.
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El estudio de los rayos catódicos en el tubo de Crookes dio origen a otras observaciones, como la del físico alemán E. Goldstein (1850‐1831) quien observó que además de los rayos catódicos, también se producían un conjunto de rayos que se dirigían en dirección opuesta, a los que llamó rayos canales. Goldstein propuso que como la materia tiene que ser eléctricamente neutra, los rayos canales deberían estar compuestos por partículas de carga positiva que representan la contraparte del electrón y que ahora conocemos como protones. Esta
propuesta no tuvo peso en la comunidad científica de su época y no fue tomada en cuenta.
Práctica 9 Instrucciones: identifica la respuesta correcta y contesta las siguientes preguntas
acerca de las primeras contribuciones sobre la estructura del átomo. 1.‐ Describe los postulados de la teoría atómica de Dalton y señala aquel o aquellos que son erróneos. 2.‐ Consideras acertado el tercer postulado de la teoría de Dalton, de acuerdo a la Ley de la conservación de la materia propuesta por Lavoisier. Justifica tu respuesta.
3.‐ ¿En qué se basó Thompson para desarrollar su modelo atómico, y cuál es su principal aportación? Señala las imprecisiones que tiene la teoría atómica de Dalton:
•
¿Cómo imaginaba el átomo Thompson?
•
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3.1.3. El modelo atómico de Rutherford
El conocimiento del núcleo del átomo comenzó con el descubrimiento de la radiactividad en 1985, con el hallazgo de los rayos X. Poco antes de iniciar el siglo XX Wilhelm Roentgen (1845‐1923) físico alemán, se encontraba trabajando con diversas sustancias, usando el tubo de rayos catódicos, cuando descubrió una nueva clase de rayos. Cubrió el tubo con cartón y obscureció el laboratorio para observar mejor la nueva clase de rayos; después observó que el cartón empezó a irradiar una luz muy intensa, accidentalmente interpuso su mano en el tubo sobre el cartón y pudo ver su mano reflejada en el cartón. Roentgen, no tenía idea de la naturaleza de los rayos que acababa de descubrir y los llamo rayos X, los cuales tienen la capacidad de traspasar el papel, la madera y la carne provocando la impresión de placas fotográficas. La radiactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunos cuerpos o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Los avances con el estudio de la radiactividad continuaron con Ernest Rutherford (1871‐1937) quien estudio emisiones radiactivas y logró clasificarlas en alfa, beta y gamma.
Rutherford y sus colaboradores Geiger y Mardsen, realizaron un experimento que consistió en bombardear con partículas alfa una finísima laminilla de oro con el fin de explorar en el interior del átomo. Para esto colocaron una laminilla de oro y una pantalla de sulfuro de zinc, con la finalidad de recoger los impactos de las partículas alfa. Las partículas alfa atravesaron la laminilla de oro, pero algunas se desviaron en la trayectoria. Esto hizo suponer a Rutherford que las partículas desviadas habían chocado con algo muy denso y que ocupa un espacio muy pequeño a comparación con todo el tamaño del átomo. Esta parte pequeña fue llamada Núcleo.
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A partir de estos resultados Rutherford postuló lo siguiente: Casi toda la masa del átomo está concentrada en el núcleo y éste es muy pequeño, lo que señala que el átomo es en gran parte espacio vacío. Alrededor del núcleo se encuentran cargas eléctricas negativas con una masa muy pequeña, pero que ocupan casi todo el volumen del átomo. El modelo de Rutherford propone la existencia de dos cargas: los protones ubicados en el núcleo del átomo y que concentran toda la masa; y los electrones ubicados alrededor del núcleo ocupando el mayor volumen del átomo. •
•
3.1.4. Modelo atómico de James Chadwick En 1932 el físico inglés James Chadwick sugirió que la radiación estaba formada de partículas. Para determinar su tamaño, bombardeó átomos de Boro con ellas y a partir
del incremento en masa del nuevo núcleo, calculó que la partícula añadida al Boro tenía una masa más o menos igual al protón. Sin embargo, la partícula en sí no podía detectarse en una cámara de niebla de Wilson. Chadwick decidió que la explicación debía ser que la partícula no poseía carga eléctrica
(una partícula sin carga no produce ionización y, por lo tanto, no condensa gotitas de agua). Por ello, Chadwick llegó a la conclusión de que había emergido una partícula del todo nueva, una partícula que tenía aproximadamente la misma masa del protón, pero sin carga, o en otras palabras, era eléctricamente neutra. La posibilidad de una partícula así ya había sido sugerida y se propuso un nombre: Neutrón. Chadwick aceptó esa denominación. Los neutrones se encuentran en el núcleo junto con los protones. Hasta ahora hemos estudiado las tres partículas elementales que forman el átomo y a partir de aquí podemos definir las propiedades que las caracterizan. 3.1.5. Número atómico, número de masa y masa atómica El número atómico es el número de protones que tiene un átomo en el núcleo y se simboliza con una letra Z. El átomo es eléctricamente neutro , el número de protones es igual al número de electrones. Para cada elemento su número atómico es único y determina la identidad del elemento.
Por ejemplo: Un átomo tiene 8 protones, nos estaríamos refiriendo al Oxígeno, pero si tiene 7 protones estamos hablando del Nitrógeno. Z=Número atómico= Número de protones Todos los átomos de Hidrógeno tienen 1 protón: el número atómico del Hidrógeno es 1. Todos los átomos de Sodio tienen 11 protones; el número atómico es 11. Todos los átomos de Aluminio tienen 13 protones; el número atómico es 13. •
•
•
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Nú ero de ma a o número másico
Los rotones y los neutro es tienen prácticame te la mism masa: 1.007276 uma y 1.008665 uma, respectiva ente. Esto equivale a decir, por jemplo, q e una pers na pesa 100.6 Kg y otra pesa 00.7 Kg, la diferencia es muy pequeña, que resulta insignificante. Consideraremos la masa del protón y la del n utrón como de 1 um . Uma (unidad d masa ató ica) es un medida q e se creó con fines prácticos par medir la masa del átomo. Los lectrones constituye una fracción extremadamente pequeña de la masa e un áto o. Serían ecesarios ,837 elect ones para tener una masa total equivalente a la mas de un sól protón. L masa del electrón e prácticamente de ce o, de mod que la masa del áto o es fund mentalmente la de s s protones y neutrones.
Partí culas suba ómicas
La s ma de pro ones y neutrones de un átomo r cibe el no bre de número de m sa.
úmero de
asa= Nú ero de protones + Nú ero de neutrones
La representaci n de los á omos pue e tomar la siguiente f rma, por e jemplo:
Pue to que el úmero de protones electrone es el mis o númer en un átomo y está representando por la Z , el único que llega variar es l número de neutrones, el cual se puede obtener rest ando el nú ero atómi co menos el número ásico. Tomando el ejemplo anterior tendría os: 75 33
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Revisemos algunos más ejemplos a continuación: 238 92
U
uma
No. de masa
Protones
92
1
92
Neutrones
146
1
146
Electrones
92
0 238 uma
207
uma
No. de masa
82 Pb
Protones
82
1
82
Neutrones
125
1
146
Electrones
82
0 238 uma
Masa atómica
La masa atómica de un elemento es la masa promedio de los átomos de un elemento, en relación con la masa del átomo de Carbono‐12 tomada como 12 uma exactamente. La masa exacta de un átomo no es un número entero, como sucede en el número de masa. Por ejemplo la masa exacta del As con 42 neutrones es de 74.9216 uma, ligeramente interior a su número de masa. En realidad los isótopos que los veremos en la próxima sesión, son los responsables de que la masa de los elementos químicos en la tabla periódica no sea un número entero, ya que la masa que se presenta en la tabla es una resultante de promediar las masas de los diferentes isótopos existentes de un mismo elemento.
Práctica 10 Define los siguientes conceptos. a) Número atómico b) Número de masa c) Masa atómica Resuelve los siguientes ejercicios relacionando las partículas subatómicas, número de masa y número atómico. Revisa el siguiente ejemplo. Átomo 31 15
P
60 27
Co
No. de protones
No. de electrones
No. de neutrones
No. atómico Número de masa
15
15
16
15
197 Au 79 64 Cu 29
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Sesión 6 Los temas a revisar el día de hoy son: 3.1.6. Isótopos y sus aplicaciones 3.1.7. Modelo actual y los números cuánticos (n, l, m, s) 3.1.8. Subniveles de energía y orbitales 3.1.9. Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas de orbitales. 3.1.6. Isótopos y sus aplicaciones
Hay casos especiales en el que existen elementos con el mismo número atómico pero diferente número de masa, a estos elementos se les llama Isótopos La mayor parte de los elementos tienen varios isótopos. Un ejemplo de isótopo es el Hidrógeno, que es el elemento más abundante en el Universo con un 75% aproximadamente. El Hidrógeno posee tres isótopos naturales que se denotan como: Protio (Hidrógeno ordinario), 1H Deuterio, 2H Tritio, 3H •
•
•
Después del descubrimiento de la radiactividad, se encontró que existían elementos con propiedades químicas idénticas, pero, propiedades radiactivas diferentes, por lo que fueron llamados radioisótopos. Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son múltiples y abarcan distintos campos en la industria, medicina e investigación. Industria
•
En este ámbito se realizan sustancias radiactivas que son introducidas en un determinado proceso. Después se detecta la trayectoria de la sustancia gracias a su actividad radiactiva. También se han elaborado instrumentos radioisotópicos que permiten realizar mediciones sin contacto físico directo.
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Es posible obtener imágenes de la estructura interna de algunas piezas utilizando radiografías basadas en rayos gamma. Y así comprobar la calidad de piezas metálicas fundidas, piezas cerámicas, análisis de humedad en material de construcción, etc. Medicina
•
Es común la utilización de elementos radiactivos no encapsulados, normalmente en estado líquido, como trazadores para el estudio del corazón, hígado, glándula tiroides, etc. En estas actividades se generan materiales de desecho contaminados con los elementos radiactivos empleados como son las jeringuillas, agujas, viales contenedores de líquidos radiactivos, guantes, papel, tejidos y material médico diverso. Por medio de técnicas nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer en la terapia médica, el radioisótopo Yodo‐131 es usado en exámenes médicos y en el tratamiento del cáncer de la glándula tiroides. Investigación
•
En el ámbito de la Biología, la introducción de compuestos radiactivos marcados, ha permitido observar actividades biológicas hasta en los más mínimos detalles, dando impulso a los trabajos de carácter genético. En los centros de investigación nuclear (laboratorios, universidades, reactores de enseñanza e investigación) se producen a su vez residuos radiactivos de naturaleza física y química muy variable, que requieren también una gestión segura y eficaz. Un radioisótopo importante es el carbono‐14 que se emplea en la datación de fósiles.
3.1.7. Modelo atómico actual y los números cuánticos (n, l, m,s)
Fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de Hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de Hidrógeno se recurre a métodos aproximados. El modelo atómico actual llamado "modelo orbital" o "cuántico ‐ ondulatorio" se basa en: •
•
La dualidad onda‐partícula de luz: Louis de Broglie (1924) postula que el electrón y toda partícula material en movimiento tienen un comportamiento ondulatorio. El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) físico‐alemán, establece:"Es imposible determinar simultáneamente y con exactitud, la posición y la velocidad del electrón". El acto de observar al electrón produce una incertidumbre significativa en la posición y el movimiento del electrón.
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La n turaleza o dulatoria el electró permite que éste se descrito por una ecuación de ndas. Sc rödinger (1926) formuló una ecuación (ecuación de ondas de Schrödinger) que permit obtener valores q e corresp nden a regiones de alta probabilidad d encontrar electron s en una región tridimension l alreded r del núcl o llamada orbital ató ica, dond es proba le ubicarlos. Comparando el movimien o de los orbitales con las aspas de un ventilador pr ndido, no podremos ver la forma de las aspas por la velocid d ni dond se encuentran, al igual lo el ctrones e la órbitas no pod mos asegurar exacta ente la osición donde está , solame te observarías las ubes que se forman alrededor del núcl o. Aun ue con el odelo de la mecánica cuántica del áto o queda claro que no se puede aber dónd se encuentra un electrón, si efine la región en la que pue e encontrarse en un omento d do. De l época de Dalton a la de Schrö inger nue tro modelo del átomo ha sufrido muchas modificaciones y la investi ación sigu en march . Nú eros cuánticos Los úmeros c ánticos nos indican la posición y la energía del electrón. Cada electrón
dentro de un átomo pued ser identif icado por cuatro núm ros cuánti os que son: N mero cu ntico principal “n” N meros cuánticos
N mero cu ntico sec undario o azimutal l” N mero cu ntico ma nético “ ” N mero cu ntico de iro “s”
Nú ero cuánt co principal n: indi a los niv les
energéticos principales. Se encuent a relacionado con el tamaño de las órbitas. En la edida qu su valo aumenta, el nivel ocupa un vol men may r y pue e contener más electrones, y su conte ido energético es superior. Puede tomar val res enteros de n = 1, 2, 3…
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cuántico
secundario
o
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azimutal l:
determina el achatamiento de la órbita, entre más achatada sea, más aplanado será el elipse que recorre el electrón. Puede tomar valores de l = 0, 1, 2, 3,…(n‐1)
indica la orientación espacial de las órbitas de los elipses. Su valor depende del número de elipses existentes y varía desde ‐1 hasta l , pasando por el valor de 0, m =2l+1. Las órbitas pueden tener 5 orientaciones en el espacio. Número
cuántico
magnético
m:
Número cuántico de giro s: cada electrón en un
orbital, gira sobre sí mismo. El giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento o en sentido contrario como las manecillas del reloj, el número cuántico es spin s, que puede tener dos valores ½ y ‐1/2.
Práctica 11 Instrucciones: identifica las respuestas correctas a las siguientes preguntas. 1.‐ Describe con tus palabras el principio de incertidumbre de Heisenberg: 2.‐ Completa la tabla con la información de los números cuánticos:
Número cuántico
Nombre del número cuántico
Qué describe
n
Número cuántico principal
El tamaño de las órbitas.
l m s
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Representa su forma
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3.1. . Subnivel s de energía y orbitales
Gracias a la ecánica cuántica y la ecuación del científico Schrödinger n s ha per itido comprender más la estruct ra electró ica de los tomos. De acuerdo a l mecánica cuántica, cada nivel e energía el átomo tiene uno más sub iveles. El primer nivel de energía tiene un s lo subniv l; el segundo tiene dos subniveles; el terc r nivel tie e tres su niveles y sí sucesiv mente, en otras palabras el nivel de energía “n” tie e “n” subniveles. Cada subnivel tiene uno más orbitales, que es una regi n en el espacio del tomo en orma tridi ensional específica. Los orbitales se desi nan mediante letras inúsculas y son: “s”, “p”, “d” y f”. •
rbital “s”. La forma e este orbital es esférica su tamañ aumenta su número cuántico . El rbital s tie e un máxi o de 2e‐. Estos orbit les
se designan como 1s, s, 3s. El or ital 3s es rande que el orbital 1 . •
rbital
ás
“ p”. Tienen la forma de dos lób los
bicados en lados opuestos al n cleo y con un odo. Hay tipos de rbitales “ ” que difieren n la orie tación. Los 3 orbitales p pueden lojar 6e‐ c mo máximo. •
rbital “d” Presentan la forma de lóbulos pero con
na distrib ción más compleja. Existen 5 ipos de rbitales d . Un conjunto de cinc orbitales, tiene 5 ares de electrones en un total m ximo de 1 e‐. •
“ f . Es la f rma más compleja ue los rbitales d . Tiene un aspecto multilob lar y rbital
resenta u conjunto de siete rbitales, capaz de contener si te pares d electrones en total asta un áximo de 4 e‐. Tabl que resume la inf rmación f ndamental acerca d los niveles de ene gía, subniveles, orbitales atómicos y la di tribución de los electrones.
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3.1.9. Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas de orbitales
La forma en que están distribuidos los electrones en un átomo entre los diferentes orbitales se denomina, configuración electrónica. Con la configuración electrónica se pretende predecir la distribución de los electrones en un átomo simple o con muchos electrones y para esto tenemos que considerar tres reglas o principios: Principio de exclusión de Pauli. Menciona que cada orbital puede tener como máximo dos electrones, pero si los electrones tienen espines opuestos. •
Principio de Aufbau. El cual indica que si un átomo es polielectrónico, los
•
distintos electrones van ocupando los orbitales en orden creciente de energía, es decir, primero ocupan los de menor energía y así sucesivamente. Dicho orden es el siguiente.
Regla de Hund. Establece los electrones cuyo giro es igual. Deben ocupar todos los
orbitales que tienen igual energía, antes de que electrones que tengan giros opuestos puedan ocupar los mismos orbitales. Se representan con un par de flechas en sentidos opuestos, en un diagrama de orbitales, que a continuación se presenta.
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Para construir una configuración electrónica hay que seguir los siguientes sencillos pasos: 1.‐ Conocer el número de electrones que hay que acomodar.
Para cada elemento tenemos asociado un número atómico que representa al número de protones. Como el átomo es neutro, el número de protones deberá ser igual al número de electrones. De esta forma, si sabemos el número atómico del elemento podemos conocer el número de electrones que hay que acomodar. 2.‐ Aplicar el principio de Aufbau, esto significa seguir el orden de llenado,
establecido por el principio de exclusión de Pauli. 3.‐ Tomar en cuenta la regla de Hund. O
O
De acuerdo con las reglas anteriores, las configuraciones electrónicas se pueden representar conociendo el número atómico y distribuyendo los electrones, vamos a ilustrar la configuración electrónica del átomo más simple: el Hidrógeno, que tiene número atómico de 1 y por lo tanto tiene 1 electrón.
1
H
El orden de llenado de los subniveles de energía de los átomos va en orden creciente y la configuración electrónica se leería de la siguiente manera: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s 2 3d10 4p6 5s 2 4d10 5p6 6s 2 4f 14 5d10 6p6 7s 2 5f 14 6d10 7p6
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Taller de Química I s
s
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p
Las configuraciones electrónicas y los diagramas de orbitales permiten especificar la distribución de los electrones en los subniveles de los átomos y así nos permiten saber la posición de los elementos en la tabla periódica.
Práctica 12 Instrucciones: con base en tus conocimientos adquiridos en la sesión identifica y
contesta lo que se te pide. 1.‐ Explica el principio de exclusión de Pauli: 2.‐ ¿Cuál es el número máximo de electrones que se pueden acomodar en cada uno de los siguientes subniveles de energía? a) 2s _______ d) 4p _______
b) 5f _______ e) 3d ______
c) 4f ______ f) 7s ______
3.‐ Arregla los siguientes subniveles en orden creciente de energía: 3p, 3d, 4s, 3s, 2p, 4p 4.‐ Debes consultar la tabla periódica y la sesión previa para encontrar el número atómico que representa la cantidad de protones y electrones, y escribir la configuración electrónica de los siguientes elementos. Elemento Magnesio
Número atómico 12
Cloro Arsénico Kriptón Plata Plomo
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Configuración electrónica 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2
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Sesión 7 Los temas a revisar el día e hoy son: . Antecedentes hist ricos de la clasificaci n de los elementos 4.1.
ociones d grupo, periodo y bloque, aplicadas a los elementos uímicos e la tabla p riódica actual
4. A tecedentes histórico de la clasi icación de los eleme tos El s r humano se carac eriza por la constante exploración de u orden e la naturaleza y cl sificar to o aquello que considera de im ortancia. os seres vivos
tenemos un sistema de clasificaci n, los Cinco Reinos y actual ente los Dominios.
res
A principios del siglo XI se conocían unos 55 elemen os con propiedades que parecían difere tes y sin un orden. Vari s químic s intenta on organizarlos de manera sistem tica y fue así como empezaron a s rgir las primeras clasificacion s de los ele entos. En l tabla peri dica que revalece e nuestros días aparecen l s element s en una grupación ordenada segú sus cara terísticas uímicas y físic s. Johann Döbereiner (1780‐1849) Tria as de Döb reiner
Uno de los pri rela ionarlo co Döb reiner (17 existía entre la gradual del pri
eros intentos para agrupar los elementos de propiedades análogas y los peso atómicos se debe al químico alemán Jo ann Wolf ang 0‐1849) quien en 1817 puso d manifiest el notabl parecido que propiedades de ciertos grupos e tres ele entos, co una varia ión ero al últi o.
Posteriormente (1827) se aló la existencia de o ros grupos de tres el mentos e los que se daba la misma rel ción (clor , bromo y yodo; azu re, selenio y telurio; litio, sodi y potasio). A es os grupos de tres ele entos se les denomi ó Triadas y hacia 18 0 ya se ha ían enc ntrado un s 20, lo ue indicaba una cie ta regularidad entre los eleme tos quí icos.
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Döb reiner intentó relacionar las pro iedades q ímicas de estos elementos (y de sus com uestos) con los peso atómicos, observand una gran nalogía entre ellos, y una vari ción gradual del prim ro al último. Tria as Döbereiner
En s clasificación de las t iadas (agr pación de tres elementos) Döberei er explica a que el peso atómico promedio de los pesos de los ele entos extremos, es parecido al peso ató ico del ele ento de en medio. Por jemplo, p ra la triad Cloro, Br mo, Yodo los pesos atómicos son re pectivamente 36, 80 y 127; si suma os 36 + 127 y dividi os entre dos, obtenemos 81, que es aproximadamente 80 si le da os un vis azo a nuestra tabla peri dica el elemento c n el pes atómico aproximado a 0 es el br mo lo cual hace que concuerde un aparente ordenamiento de triadas. John Newlands (1838‐189 ) Ley e las octa as de Newlands
En 1864, el quí ico inglés John Alexander Reina Newlands omunicó of Chemistry (Real Colegio de Quí ica) su bservación de que ele entos en orden creci nte de sus pesos ató icos (prescindiendo el octavo elemento a parti de cualquier otro tenía unas pr piedades primero.
l Royal Col ege l ordenar los el hidrógeno), uy similar s al
En e a época, l s llamados gases nobles no habí n sido aún descubiert s. Esta ley mostraba una cierta ordena ión de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecid s entre sí y en Peri dos, form dos por ocho eleme tos cuyas propieda es iban va iando pro resivamen e.
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El nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de Ley de las octavas. Como a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenación no fue apreciada por la comunidad científica que la menospreció y ridiculizó, hasta que 23 años más tarde fue reconocida por la Royal Society, que concedió a Newlands su más alta condecoración. Lothar Meyer (1830‐1895)
Realizó una de las mejores clasificaciones, donde pone en evidencia una cierta periodicidad en el volumen atómico en relación con sus masas atómicas. Meyer logra clasificar 56 elementos. Dimitri Mendeleiev (1834‐1907)
Presenta su primera versión de la Tabla periódica en 1869 que contenía 63 elementos y similar a la tabla periódica moderna. Señaló que las propiedades físicas y químicas de los elementos varían periódicamente al aumentar la masa atómica. Esto se conoce como la Ley periódica. Por lo tanto los elementos de la tabla de Mendeleiev estaban ordenados por masa atómica. Otro criterio de Mendeleiev fue que tomó en cuenta una propiedad llamada valencia, que es la capacidad que tienen los átomos para formar compuestos. La tabla periódica de Mendeleiev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radiactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existían para compaginar el criterio de ordenación por masa atómica creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes. 50
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Henry Moseley (1887‐1913)
En 1913, hizo experimentos con algunos metales en el tubo de rayos catódicos y al ordenar los datos observó las longitudes de onda de los rayos emitidos por un elemento dado, así pudo determinar el número atómico. Mosely estableció el concepto de número atómico, el cual relacionaba el número de cargas positivas del núcleo del átomo que coincide con el número de electrones en los niveles de energía. También ordenó los elementos de la tabla periódica de Mendeleiev, y demuestra que las propiedades de los elementos están en función periódica de sus números atómicos.
Aunque se reconoce a Mendeleiev como el descubridor de la tabla periódica, Meyer había ideado de forma individual su tabla periódica, pero su trabajo no se publicó hasta 1870, un año después de Mendeleiev, quien ya había logrado predecir las propiedades químicas de elementos por descubrir.
Como puedes observar, los científicos intentaron buscar un orden y clasificar a los elementos de acuerdo a sus características físicas, químicas y número atómico; tú también puedes clasificar los objetos dependiendo del tipo de material del cual están hechos, color, brillo, masa, etc.
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Prá tica 13 Instrucciones: on base e el conocimiento ad uirido en la sesión 1 , complet de
forma individual el siguien e cuadro de antecedentes de la tabla perió ica.
¿Qu información se pue e obtener de la tabla periódic ? ¿Cuál e la utilida de con cer esta in ormación?
4.1. Nociones de grupo, periodo y loque, aplicadas a los element s químico en la tabla periódica actual
La t bla periódica ha expe imentado uchos ca bios para incluir ele entos nuevos, valo es más exactos y dife entes formas de rotular los grup s de elem ntos. En la actualidad, lo elemen tos está organizados en la tabla pe iódica en orden de: • Númer atómico, número e la mas atómica creciente. • •
Periodos. Grupos o Familias.
Bloque “f” . So
los elem ntos que se encuen ran en la parte inferior de la t bla peri dica, se llaman elementos d transició interna y muchos de ellos son obtenidos de manera artificial. Aquí s encuentr n los lantánidos y actí nidos.
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Elementos Repr sentativos
El ementos de transición
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Elementos represent tivos
Elementos e transición in terna
Vea os algun s ejemplo para ide tificar a l s elementos de acuerdo al gr po, peri do y bloq e, en que se encuen ran, de ac erdo con la tabla pe iódica. Revisa tam ién los sig ientes elementos (en la tabla se encierra c da uno de ellos): 1. Cloro:
Gru o: VIIA Peri do: 3 Bloque: p el CI se encuentra en los ele entos rep esentativ s. 2. C lcio:
Gru o: IIA Peri do: 4 Bloque: s Ca está dentro de los ele entos repr sentativo . 3. O o:
Gru o: IB Peri do: 6 Bloque: d Au s encuentr en los ele entos de t ansición.
Prá tica 14 Instrucciones: ontesta l que se te pide, de acuerdo a l sesión pr via y utiliza la
tabl periódica, para un m jor desem eño. 1. L s metales alcalinos e tán en la isma familia en la tabla periódica, ¿cuál es su n mero de grupo y cuá tos electr nes de val ncia tiene cada uno? 2.‐ L s halógen s están en la misma amilia en l tabla periódica, ¿cuál es su nú ero de g upo y cuá tos electr nes de val ncia tiene cada uno? 53
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3.‐ Escribe la configuración electrónica para el elemento que se localiza en: a) Grupo III A y periodo 4 b) Grupo VII A y periodo 3 4.‐ Indica el número de grupo y el número de electrones de valencia de los siguientes elementos. Ejemplo: carbono gpo. IV, 4 e‐ de valencia. Magnesio Flúor Potasio Nitrógeno
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Sesión 8 Los temas a revisar el día de hoy son: 4.2.
Propiedades periódicas (electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, radio y volumen atómico) y su variación en la tabla periódica
4.3.
Caracteriza la unidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país 4.3.1. Importancia de los minerales en México
4.2. Propiedades periódicas (electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, radio y volumen atómico) y su variación en la tabla periódica
Actualmente muchas empresas, negocios y casas utilizan purificadores de aire, debido a que la atmósfera presenta un alto grado de contaminación, así como iones negativos y positivos. Te preguntarás ¿qué son los iones negativos y positivos?, pues los verás a detalle más adelante en el avance de la sesión. El aire tiene una carga excesiva de iones positivos con efectos perturbadores que afectan la salud y el estado anímico de las personas. Los iones positivos provocan un aumento en la producción de serotonina que es una hormona que segregamos en el cerebro y causa hiperactividad y por consecuencia agotamiento, ansiedad y depresión. Y por el contrario los iones negativos son producto de la naturaleza, lo cual, tiene un efecto “positivo” para la salud, ya que adquieren importantes propiedades terapéuticas. Por ejemplo, es recomendable pasear cerca de montañas o donde existan plantas, ríos o lagunas, así como aspirar brisa marina, esto produce bienestar inmediato en cualquier ser vivo. Los iones negativos despejan la mente, levantan el ánimo y producen una sensación de alivio y bienestar, tienen efectos tranquilizadores y una reducción de serotonina.
Esta sensación de acuerdo a investigaciones científicas, es la que se producirá cuando un aparato purificador limpie el aire de nuestro espacio, ya sea casa u oficina. Las propiedades periódicas son características de los elementos químicos, varían en forma similar a lo largo de los periodos o los grupos, y las tendencias observadas se repiten periodo tras periodo o grupos tras grupos. Hay un gran número de propiedades periódicas.Entre las más importantes destacaríamos: • Tamaño atómico: Los electrones c arga negativa son atraídos hacia el núcleo del átomo donde se encuentran los protones carga positiva. Los electrones se repelen entre sí, por que poseen cargas negativas iguales. • Radio atómico: distribución de los electrones en los orbitales del átomo. • Energíade ionización: energía necesaria para arrancarle un electrón. • Electronegatividad: midela tendencia para atraer electrones. • Afinidad electrónica: energía liberada al captarun electrón.
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La configuración electrónica de valencia explica por qué los grupos de la tabla periódica definen a familias con propiedades similares. Debido a que los electrones de valencia determinan el comportamiento químico de un elemento, y los grupos tienen configuraciones electrónicas de valencia parecidas, entonces los elementos dentro de un mismo grupo presentarán un comportamiento químico similar. A continuación veremos algunas propiedades que presentan un comportamiento periódico. Tamaño atómico
•
Los electrones poseen carga negativa, por tal motivo, son atraídos hacia el núcleo del átomo donde se encuentran los protones con carga positiva. Además, los electrones también repelen entre sí debido a que todos poseen cargas negativas iguales. Al aumentar el número atómico, aumenta también la cantidad de protones en el núcleo y con ello la carga nuclear, pues, conforme crece esta carga nuclear, los electrones son atraídos hacia el núcleo con mayor fuerza. Sin embargo, entre más lejano esté un electrón del núcleo, menos será la atracción que experimentará debido a éste. Se debe considerar que de acuerdo a la configuración electrónica de un átomo, existen electrones en varios niveles de energía, por lo que aquellos electrones con capas más internas repelerán a aquellos que se encuentran en las capas más externas haciendo que la atracción que sientan por parte del núcleo sea menor. A este efecto de protección que ejercen los electrones de las capas internas se le conoce como efecto pantalla. El efecto pantalla permite que la atracción nuclear sobre los electrones de las capas más externas sea menor al que se esperaría de no haber repulsión entre electrones. Por tal motivo, se define a la carga nuclear efectiva como la atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones de las capas externas, considerando el efecto de pantalla que ejercen los electrones de las capas internas. La carga nuclear real es la atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones externos sin considerar el efecto pantalla. De acuerdo a lo anterior, observamos que al recorrer la tabla periódica de arriba hacia abajo a lo largo de un grupo, se incrementa el nivel de energía principal (número cuántico n) y con ello aumenta la distancia entre los electrones y el núcleo; por lo que el tamaño del átomo debe aumentar. Si recorremos la tabla periódica a lo largo de un periodo de izquierda a derecha, el nivel de energía principal no cambia, sin embargo, aumenta la cantidad de protones en el núcleo, por tanto, la atracción hacia los electrones también aumenta haciendo que el tamaño del átomo disminuya.
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Radio tómico
No s tan fácil de medir, omando en cuenta el radio de un átomo aislado, puest que su nub de electr nes, se ex iende en el espacio y varía segú los fac ores ambientales. Cua do los tomos s unen f rmando mol culas co o Cl2, es posible edir la distancia entre dos núcleos, por lo tanto el radi atómico es la distan ia entre lo centros de l s átomos. En la tabl periódica el radio aumenta hacia abajo en u grupo y disminuye a lo largo de un periodo. •
Energía de ionizaci n
Es l energía necesaria ara arrancar electro es a un á omo. Y cuando un átomo pier e un elect ón se dice que se ioniza y se convierte en un ion positivo o Catión. Y cuando gana un electrón s convierte en ion negativo o Anión. Existen distint s energía de ioniz ción, dep nde de la especie que se trate. La primera energí de ioniza ión es la energía nec saria para separar el primer electrón de un átomo neutro. La segunda en rgía de ionización, e la energí necesaria para separar el segu do electrón de un át mo y así s cesivamente hasta “n” electrones que tenga el átomo. Entr mayor sea el valor de la ener ía de ioni ación, má difícil ser separar a ese elec rón. Los átomos co valores ajos de e ergía de ionización, pueden perder elec rones para formar iones cargados positivamente (cationes) con fa ilidad. La e ergía de i nización e un periodo aumenta al hacerlo grupo disminu e conforme aument el número atómico distancia entre los electr nes y el úcleo; por lo que l alejados del núcleo son fácilmente s parables. or ejempl de i nización q e el F. •
Afinida electrónica
Es la energía q e se absorbe o se libera cuand un áto o acepta un electrón y se convierte en un anión o ion n gativo. Esta energía tiene val res posi ivos, cuan o la ener ía es absorbida, y tiene valo es negativos cuando es liberada. ara ele entos de un mis o period la afinidad elec rónica depende de la carga nucl ar. La afinidad elec rónica au enta en un periodo, confo me aumenta el nú ero atómico. Por e jemplo el 5Br tien mayor afi idad que el 19K.
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l número tómico, y n un debido a que aume ta la s electrones al estar más el Cl tien menor e ergía
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Electronegatividad
•
Es la capacidad que tienen los átomos para atraer electrones cuando forman un enlace covalente en una molécula, posteriormente veremos los tipos de enlaces. La electronegatividad no es estrictamente una propiedad atómica, pues se refiere a un átomo dentro de una molécula y por lo tanto, puede variar ligeramente cuando varía el "entorno" de un mismo átomo en distintos enlaces de distintas moléculas. Louis Pauling ideó una escala numérica de electronegatividad, donde el más electronegativo es el flúor, seguido del oxígeno. La propiedad equivalente de la electronegatividad para un átomo aislado sería la afinidad electrónica. En un periodo de elementos, la electronegatividad aumenta con el número atómico y dentro de un grupo la electronegatividad disminuye a medida que el número atómico aumenta. Los no metales tienen electronegatividades más altas, es decir, más capacidad de atraer electrones.
Electronegatividad aumenta D i s m i n u y e
Por ejemplo: El elemento Flúor es m ás electronegativo que el Carbono (C), el ´ flúor (F), tiene una tendencia m ayor a atraer electrones. Así como el oxigeno ´ electronegativo que el boro (B)y el litio (Li) (O) es mas
Práctica 15 Instrucciones: atendiendo a las propiedades periódicas de los elementos y con ayuda
de la tabla contesta las siguientes preguntas, es necesario también que cuentes con la tabla de electronegatividad. 1. a) ¿Qué elemento tiene mayor Radio Atómico?
¿C
o
b) ¿Qué elemento presenta mayor energía de Ionización?
¿N
c) ¿Qué elemento presenta menor electronegatividad?
¿Se o Zn?
d) ¿Qué elemento presenta menor Afinidad Electrónica?
¿Cr
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o
Fe? K?
o W?
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2. ¿Cuál elemento de cada par puede predecirse que tenga mayor radio atómico? a) b) c) d)
Ca y Mg Na y Al Li y Fr As y Se
4.3. Caracteriza la unidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país
Los elementos químicos también se clasifican en clases como los metales, no metales y metaloides o semimetales, a partir de sus propiedades físicas y químicas. A continuación te presentamos las características de cada clase.
Características delos metales
No metales
• Todos son sólidosexcepto elHg. • Son buenos conductores de calor y electricidad . Ejemplo: la Ag, Au, Hg, Cu y Al. •Tienen superficiesbrillantes. • Son maleables, que se pueden martillaro laminar. Ejemplo: Fe, Au, Sn, Pb. • Son dúctiles, muchos se pueden estirar para formar alambres. Ejemplo: Al, Cu, Fe. • No tienden a combinarse químicamente unos con otros, pero si reaccionan con los no metales para formarc ompuestos,ejemploNaCl.
• Puedenser sólidos,líquidos o gases. • Son malos conductores de calor y electricidad. Ejemplo:S, Se, I • Tienen superficies opacas, como el carbón, azufre y fósforo. • Sonfrágiles y se desmoronanal golpearlos,S, C, P. • No dúctiles. • No tienen dureza,excepto el diamante. • Se combinan unos con otros para formar compuestos como CO2, SO2, metano CH4. El flúor es el no metal ´ reactivo. mas
Metaloides
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• Se encuentran en la parte intermedia de la tabla periódica. • Tienen propiedades intermedias, son semiconductores eléctricos. • El silicio es el metaloide más abundante y el cuarto elemento más abundante en la tierra, forma parte del suelo, la arcilla, ágata, amatista y la arena en combinación con otros elementos.
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Los lementos e clasifica en metales, no metales y met loides, como se muestra en la tabla peri dica. 4.3. . Importancia de los inerales en México Los inerales son sólidos aturales de origen in rgánico. E iste una gran varieda de
min rales que e acumulan en yacimientos en l subsuelo, al aire libre o a gra des prof ndidades n el mar. Los inerales se clasifican en: • • •
Metálicos No metálicos Mineraloides Los mineraloides se dife encian d los met licos porq e presentan una forma cristalina definida, como l calcita y l cuarzo. Den ro de los etálicos podemos e unciar los metales p eciosos como el oro y la plat ; los metales no ferr sos como l cobre, zi c y plom ; los metales siderúrgicos
com el hierro sus aleaci nes. En l s no metálicos pode os citar al arbón, ámbar y petróleo. Los inerales tienen gran importancia por sus cam os de la actividad hu ana.
últiples a licaciones en los diversos
La i dustria m derna depende directa o indirectamente e los min rales; se san para fabricar múltiples pr ductos, desde herra ientas y ordenadores hasta edificios rasc cielos. En el territorio nacional s encuentr n yacimie tos de mi erales qu son extraídos para ser sometidos a proc sos industriales empleando maquinaria, co bustibles que gen ran energí a y equipos. Es un roceso con la finalidad de obtener todos los ele entos que se conocen en la naturaleza, con ribuyendo al desarrollo tecnoló ico, eco ómico y social de la nación. 60
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Uno de los elementos más importantes de la industria metalúrgica es el hierro, pues es la base de la fabricación de maquinaria, vías férreas, puentes, barcos y otros productos. México es un país escaso en este mineral, sus reservas ahora conocidas son 1, 100 millones de toneladas, representando un 0.5% de las reservas mundiales. Uno de los estados con mayor producción de hierro es Coahuila. El desarrollo de mayores recursos minerales ha contribuido a la industria de la construcción con nuevos materiales como yeso, arcilla, cemento, adhesivos, concretos, ladrillos y material aislante, entre otros.
Por otro lado, existe un grupo de minerales como el zinc, plomo, cobre, aluminio y níquel que participan activamente en la industria eléctrica, en la construcción de buques, aviones y maquinaria. Cabe destacar, que en la agricultura se desarrollan fertilizantes de origen mineral como potásicos y la fosforita que también se emplea en la elaboración de detergentes, explosivos y cerámica. Una gran cantidad de industrias se basan en la producción de sustancias minerales. México se ubica entre los primeros diez lugares de la producción de minerales no metálicos a nivel mundial, donde uno de los representantes en producción es el azufre. Los minerales no metálicos son empleados para producir medicinas, impermeabilizantes, jabones, reactivos, pinturas, hules y cosméticos, entre muchos otros. El petróleo y gas natural
La mayor parte de la energía empleada actualmente en el mundo proviene de los combustibles fósiles. Se utilizan en transporte, para generar electricidad, para calentar ambientes, para cocinar, etc. Estos son compuestos a base de carbono e hidrógeno, que son dos no metales. El petróleo y el gas natural son los recursos de mayor significación dentro de la industria minera en México y constituyen también un factor decisivo en el crecimiento de la economía nacional debido a su significativo aporte de divisas, a su cuantiosa contribución fiscal, a la generación de empleos y a la demanda de insumos industriales. Desde su nacionalización, sucedida en el año 1938, el Estado mexicano controla la producción y la comercialización del petróleo y del gas natural a través de la empresa Petróleos Mexicanos (PEMEX), la empresa más grande del país. PEMEX cuenta con un total de 133.040 empleados, de los cuales 109.739 pertenecen a la plantilla fija y el resto es personal temporal. En el año pasado, tuvo un gasto programable superior a los 62.000 millones de pesos y unos ingresos brutos de más de 240.000 millones. Los descubrimientos de yacimientos a finales de los años setenta situaron a México entre los cinco primeros países exportadores de petróleo en el mundo. 61
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