Quimica I 14

Química I Primer semestre

Química I

Química I Primer semestre

Dirección y realización del proyecto

ISBN: 978-607-743-001-8

Planeación y coordinación !" # $%& Metodología y estrategia didáctica ' '% ()*&+" $%& Agracecimientos a: -.!/ 0&/ .1(

4ª Edición Julio 2014

Impreso en México

DERECHOS RESERVADOS Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del texto de la presente obra, bajo cualquier forma electrónica o mecánica, incluyendo fotocopiado, almacenamiento en cualquier sistema de recuperación de información o grabado sin el consentimiento previo y por escrito del editor.

2

Química I La Reforma Integral de la Educación Media Superior La Educación Media Superior (EMS) en México enfrenta desafíos que podrán ser

avanzar ordenadamente hacia los objetivos propuestos. Es importante saber que la EMS en el país está compuesta por una serie de subsistemas que operan de manera independiente, sin correspondencia a un panorama general articulado y sin

comunes de esos subsistemas para potenciar sus alcances y lograr, entre todos, reglas claras de operación. Es importante para el desarrollo de la EMS, que ustedes, docentes y estudiantes, conozcan los ejes que la regulan, cómo opera y los retos que enfrenta en la actualidad para asumir una actitud diferente que nos permita coadyuvar en este esfuerzo. Los diferentes subsistemas de la EMS han realizado cambios en sus es

que la población a la que atiende (jóvenes entre los 15 y 21 años aproximadamente) adquiriera conocimientos y habilidades que les permitan desarrollarse de manera satisfactoria, ya sea en sus estudios superiores o en el trabajo y en la vida. En esta misma línea, no se debe perder de vista el contexto social de la EMS: de ella egresan individuos en edad de ejercer sus derechos y obligaciones como ciuda

su desarrollo personal, una serie de actitudes y valores que tengan un impacto positivo en su comunidad y en el país. En este contexto, las autoridades educativas del país han propuesto la Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS), cuyos objetivos consisten en dar identidad, calidad, equidad y pertinencia a la EMS, a través de mecanismos que permitan articular los diferentes actores de la misma en un Sistema Nacional de Bachillerato dentro del cual se pueda garantizar, además de lo anterior, tránsito

los mismos. Lo anterior será posible a partir del denominado Marco Curricular Común (MCC) de la RIEMS, el cual se desarrolla considerando el modelo de competencias y que incluye competencias genéricas, competencias disciplinares (básicas y extendidas) y competencias profesionales (básicas y extendidas). Esta estructura permite observar, de manera clara, los componentes comunes entre los diversos subsistemas, así como aquellos que son propios de cada uno y que, por consiguiente, los hace distintos. Esto muestra cómo la RIEMS respeta la diversidad del nivel educativo del país, pero hace posible el Sistema Nacional del Bachillerato, conformado por las distintas instituciones y subsistemas que operan en nuestro país.

Bachillerato universitario

Bachillerato general

Bachilleratos tecnológicos

Competencias genéricas Competencias disciplinares básicas Competencias disciplinares extendidas Competencias profesionales básicas Competencias profesionales extendidas

3

Química I Una competencia es la integración de habilidades, conocimientos y ac

y programas de estudio existentes y se adapta a sus objetivos; no busca reempla !

"

#$

Nuestro subsistema pertenece al conjunto de los que ofrecen bachi % #&&

' %

desarrollar capacidades que les permitan adquirir competencias genéricas, competencias disciplinares básicas y extendidas, además de competencias profesionales básicas. Las competencias genéricas son las que todos los bachilleres deben estar * + "

en él; les capacitan para continuar aprendiendo de forma autónoma a lo largo de sus vidas y para desarrollar relaciones armónicas con quienes les rodean, así como ' ! /

% $ 0 3 4 nuación se enlistan las once competencias genéricas, agrupadas en sus categorías correspondientes: Se autodetermina y cuida de sí 1.

Se conoce y valora a sí mismo, y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

2.

Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

3.

Elige y practica estilos de vida saludables.

Se expresa y comunica 4.

Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

6

" 5.

Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

6.

Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia ge

"

Aprende de forma autónoma 7.

Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

Trabaja en forma colaborativa 8.

Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Participa con responsabilidad en la sociedad 9.

Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.

10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

4

Química I Las competencias disciplinares son las nociones que expresan conocimientos, habilidades y actitudes que consideran los mínimos necesarios de cada

' % $

extendidas. 7 des que todos los estudiantes deben adquirir, independientemente del plan y programas de estudio que cursen y la trayectoria académica o laboral que elijan al terminar sus estudios de bachillerato. Éstas dan sustento a la formación de los %/ % %

EMS y pueden aplicarse en distintos enfoques educativos, contenidos y estructuras

+ % % 8 #

Ciencias Experimentales (Física, Química, Biología y Ecología), Ciencias Sociales y Humanidades (Historia, Sociología, Política, Economía, Administración, Lógica, Ética, Filosofía y Estética) y Comunicación (Lectura y Expresión oral y escrita, Li 7% 9' <

Propósito *

'

y valores relacionados con el campo de las ciencias experimentales, promoviendo el reconocimiento de esta ciencia como parte importante de su vida diaria y como una herramienta para resolver problemas del mundo que nos rodea, implementan /

/

La relación de la química con la tecnología y la sociedad, y el impacto que ésta genera en el medio ambiente, buscando generar en el estudiante una conciencia de cuidado y preservación del medio que lo rodea así como un accionar ético y responsable del manejo de los recursos naturales para su generación y las generaciones futuras. Estrategia didáctica 6

ció una estrategia que permita integrar los elementos del programa de la asignatura, con los materiales de apoyo y la actividad de docentes y estudiantes. $ % "

pretende ser un algoritmo que el docente deba seguir al pie de la letra, sino que debe adaptarlo a las características propias del contexto en el que se desarrollan 7 %

en las primeras sesiones, para un mejor desarrollo. Los pasos se enlistan y descri 8 »

!

»

&

»

Desarrollo de saberes

»

Síntesis

»

Realimentación

»

Evaluación de la competencia

5

Química I Dinamización y motivación En el proceso de construcción del aprendizaje, es indispensable que el facilitador tenga evidencia de los aprendizajes previos que el alumno ha adquirido y considerar que es a partir de éstos que se desarrollarán los nuevos. Contextualización En el desarrollo de competencias se hace necesario el aprendizaje contextual, es / %

estudiantes. La contextualización deberá realizarse al inicio de uno de los bloques en los que se organizan los contenidos en los programas de estudio. Desarrollo de saberes Etapa en la cual el facilitador, a partir de la Base Orientadora de la Acción (BOA), facilita el quehacer del estudiante en la adquisición de competencias. En esta etapa de la estrategia, estudiantes y docentes deben estar pendientes del proceso de asimilación. Galperin lo describe como un proceso y no como un fenómeno inmediato. Las distintas etapas del proceso de asimilación que el alumno experimenta para desarrollar el aprendizaje son la etapa de motivación, la cual debe fomentarse y mantenerse durante todo el curso, recordemos que si un alumno no está motivado, difícilmente aprenderá. La BOA puede llevarse a cabo de varias formas, cubriendo tres aspectos importantes, la orientación al alumno, que debe estar precedida por una buena carga de motivación (dicha orientación puede ser de dos tipos: completa, en la que el maestro le proporciona al alumno todos los aspectos de un contenido; e incompleta, en la cual se dejan ciertos aspectos de un contenido para que el alumno pueda descubrir o investigar por sí mismo). La generalidad es otro aspecto importante en la constitución de la BOA, la cual puede ser concreta o generalizada, es decir, el docente puede mostrar hechos concretos relativos a algún contenido o abarcar el mismo contenido pero por medio de hechos generales, que tengan alguna relación con el concepto que se expone al alumno. Síntesis Actividad que permite integrar los aprendizajes del estudiante a través de evidencias de conocimiento, desempeño, producto y actitud de manera que el docente cuente con estrategias para la evaluación formativa logrando involucrar al estudiante en procesos de coevaluación. Realimentación 4

con la vida cotidiana del estudiante y se hace referencia a las situaciones en las cuales éstos resultarán útiles para el estudiante. Evaluación de la competencia Para llevar a cabo la evaluación sumativa de las competencias que se indican en los programas de estudio, se contempla esta etapa que debe verse como parte del proceso, es decir, no debe, en ningún momento, separarse de la formativa. La mejor forma de lograr esta unidad será integrando un portafolio de evidencias de aprendizaje.

6

Química I

Simbología empleada en la guía 1.

Dinamización y motivación

2.

Contextualización

3.

4.

Desarrollo de saberes

5.

6.

Síntesis

Realimentación

Evaluación de la competencia

7

Contenido

Química I Propiedades extensivas e intensivas

Bloque I Reconoces a la Química como una herramienta para la vida

12

Sesión A. ¿Qué es la Química?

15

Propiedades químicas y físicas de la materia 44

¿Qué es la Química?

15

La Química en nuestro mundo cotidiano

16

Sesión B. Desarrollo histórico de la Química

19

La Química a través del tiempo

19

Relación de la Química con otras ciencias

21

Sesión C. El método científico Método científico

Bloque II Comprendes la interrelación de la materia y la energía

24 24

38

Sesión A. Aprendiendo las propiedades de la materia 41

8

43

Sesión B. Características de los estados de agregación y los cambios de la materia

46

Estados de agregación de la materia

46

Cambios de estado de la materia

48

Cambios de la materia

49

Sesión C. Tipos de energía y sus características

52

Energía

52

Características y manifestaciones de la energía

52

Bloque III Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones Sesión A. Aportaciones históricas al modelo atómico actual

68 71

Definición de materia

41

Primeras aproximaciones al modelo atómico 71

Clasificación de la materia

42

El cubo atómico

73

Química I Sesión B. Partículas subatómicas

75

Partículas subatómicas y sus características más relevantes 75 El electrón y el modelo atómico de Thomson 75

Bloque IV Interpretas la tabla periódica

110

Sesión A. Historia de la tabla periódica 113 Tabla periódica

113

Eugen Golstein: el protón y los rayos canales 76 Ubicación y clasificación de los elementos 113 El neutrón y los experimentos de Chadwik

Sesión C. Isótopos y su aplicación

76

80

Isótopo

80

Radiactividad Utilidad de los isótopos

Sesión B. Características de la tabla periódica

116

84

Distribución de los elementos en la tabla periódica

116

85

Grupo, periodo y bloque

117

Bloques s, p, d y f

119

Sesión D. Modelo atómico actual de la mecánica cuántica (números cuánticos y configuraciones electrónicas) 88 Modelo atómico actual

88

Números cuánticos

90

La configuración electrónica

92

Representación gráfica o diagrama energético

95

Configuraciones y diagramas energéticos con la técnica de Kernel

96

Electrón diferencial

99

Relación entre la configuración electrónica, los números cuánticos y la tabla periódica 119

Sesión C. Las propiedades periódicas 126 Propiedades periódicas y su variación en la tabla periódica

126

Radio atómico

127

Energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad 128

9

Contenido

Química I Sesión D. Importancia de los metales y no metales

Sesión C. Enlace metálico 131

Utilidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país 131

El enlace metálico. Concepto y teorías

164

Teoría de bandas

165

Sesión D. Fuerzas intermoleculares

167

Características de los metales

132

Fuerzas intermoleculares

167

Características de los no metales

133

Fuerzas de Van der Waals

168

Fuerzas dipolo-dipolo

168

Bloque V Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares

Fuerzas de dispersión o fuerzas de London 169

142 Sesión E. Puente de hidrógeno

Sesión A. Enlace químico, estructura de Lewis y regla del octeto 146 Enlace químico

146

Regla del octeto

147

Formación de iones y enlace iónico

151

Sesión B. Enlace covalente

155

Enlace covalente

155

Características de los diferentes tipos de enlace covalente

156

Geometría molecular y polaridad

160

Teoría de orbitales moleculares

161

Distribución tetraédrica

162

171

Puente de hidrógeno

171

Características del agua

172

Bloque VI Manejas la nomenclatura química inorgánica

180

Sesión A. Generalidades para formular compuestos inorgánicos 183 Valora la utilidad y manejo del lenguaje químico

183

Sesión B. Nomenclatura de los compuestos inorgánicos

189

Nomenclatura de los compuestos binarios 189 Compuestos ternarios

10

164

206

Química I Bloque VII Representas y operas reacciones químicas

216

Sesión A. Símbolos utilizados en las ecuaciones químicas

219

Símbolos y fórmulas

219

Reacciones de sustitución simple

224

Reacciones de sustitución doble

225

Sesión B. Balanceo de ecuaciones químicas

252

Entalpía de formación y entalpía de reacción

229 229

Balanceo por tanteo (aproximaciones)

230

Balanceo de ecuaciones rédox por el método del número de oxidación

231

Pasos para balancear una ecuación por rédox

Sesión A. Entalpía de formación y de reacción, y reacciones exotérmicas y endotérmicas

252

Sesión B. Velocidad de reacción

Balanceo de ecuaciones químicas

Reglas de asignación para los números de oxidación

Bloque VIII Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas 248

233 234

256

Velocidad de reacción

256

Teoría de las colisiones

256

Frecuencia de colisión

256

Orientación

257

Energía de activación

257

Factores que modifican la velocidad de reacción

257

Sesión C. Desarrollo sustentable

261

Desarrollo sustentable

261

Desarrollo tecnológico

262

Glosario

270

Bibliografía

271

11

Bloque I Reconoces a la Química como una herramienta para la vida

Desempeños del estudiante al concluir el bloque

12

»

Comprende el concepto de química, su desarrollo histórico y su relación con otras ciencias.

»

= /

relacionados con la Química de su entorno inmediato.

Objetos de aprendizaje »

La Química

»

/

Competencias a desarrollar &* % = 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísti % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. ?@ $%

" prendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.5.-Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. &* * 1

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

J

9 ' %

plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

4

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder pre% '

lizando experimentos pertinentes.

13

Química I Dinamización y motivación Seguramente alguna vez te has preguntado de dónde provenimos, de qué estamos formados, de qué está formado el universo; si tú eres parte de ese universo, cómo podemos sentir, ver, oler, saborear. ¿Cómo es que cada vez se crean o aparecen nuevas sustancias u objetos para consumo humano? ¿Quién es la responsable de explicarnos y enseñarnos todo lo relacionado con el universo que nos rodea y del cual formamos parte, de explicarnos las características y el comportamiento de lo que está conformado el universo: la materia? La responsable de responder estas incógnitas la ciencia universal denominada Química.

Contextualización Analicemos la siguiente situación: Lupita se levanta a las 6:00 a.m. para iniciar su rutina de cada día. Por lo general, antes de salir de su casa, realiza las siguientes actividades: se baña, 4 %

con mucho entusiasmo, mostrándose siempre muy alegre y colaborativa con sus compañeros. A la hora de la comida, se encuentra con su novio Carlos y almuerzan juntos. Sus amigas le han dicho que él no es nada guapo, no se explican por qué están juntos: ella es muy bonita; por lo que ella les responde que “hubo química” entre ambos y que además la trata muy bien. Cuando regresa al trabajo, cumple todas sus tareas, procurando dejar el menor número posible de pendientes para el día siguiente. Se retira a las 7:00 p.m., llega a su casa, se cambia de ropa y sale a caminar al parque con su perro. Después de un rato, vuelve a casa, prepara una rica cena, se baña y se dispone a dormir, para descansar y poder comenzar de nuevo su rutina al día siguiente. Después de haber leído el texto anterior, contesta lo siguiente:

14

1.

¿En qué parte de la rutina diaria de Lupita interviene la química?

2.

¿Crees que la química tiene que ver con el hecho de que Lupita haya aceptado por novio a Carlos?

3.

¿Qué ocurre químicamente en Lupita cuando duerme?

Reconoces a la Química como una herramienta para la vida

Bloque I

Nube Árbol Fábrica

Automóvil Ser humano Después de observar la imagen anterior, menciona los fenómenos que muestra y de qué manera se relacionan con la química.

Sesión A. ¿Qué es la Química? ¿Qué es la Química? La Química es la ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones de la materia y forma parte, al igual que la Física y la Biología, de las Ciencias Naturales. Llamamos naturaleza al conjunto de seres y hechos que nos rodean, los cuales constituyen el campo de estudio de las ciencias. 6

%

mediante experimentación y cuyo objetivo es llegar a la llamada verdad absoluta.

Actividad de aprendizaje 1 1)

Organizados en equipos colaborativos, según instrucciones del facilitador, elaboren una lista de cinco actividades que realizan cotidianamente.

2)

Indiquen en qué actividades interviene la química.

15

Química I

La Química en nuestro mundo cotidiano

Fig. 1.2 La quema excesiva de combustibles está dañando el ambiente.

Química es la ciencia que estudia la estructura, propiedades y transformación de la materia.

16

Y Z

hombre ha creado millares de sustancias para su bienestar. En efecto, esta ciencia resulta decisiva en el área alimentaria, tanto en la fabricación de crementan la cantidad y calidad de nuestros alimentos, como en la conservación de éstos; en la industria del vestido, al permitir el desarrollo y /

% +

campo de la salud, al suministrar medicamentos como las hormonas, la quinina, las sulfamidas, la penicilina, los anestésicos, así como las vitaminas y los desinfectantes, salvan y prolongan la vida Fig. 1.1 La Química puede encontrarse en humana, al combatir las enfermedades y aliviar el nuestra vida cotidiana. dolor y en otros ámbitos, como la fabricación de materiales de construcción, el de la comunicación, /

productos y materiales que utilizamos a diario. La Química aparece en todos los fenómenos que observamos durante el día. Por ejemplo, cuando se quema un combustible, ocurren reacciones químicas que liberan energía capaz de proporcionar potencia para el transporte y la electricidad para hogares y negocios. Sin embargo, algunos de los productos secundarios originados por la quema de cantidades masivas de combustibles están dañando nuestro ambiente. Por ello, los investigadores trabajan en estos problemas. Las sustancias químicas adicionadas a los alimentos proporcionan energía y nos ayudan a conservar la salud, pero en ocasiones también 7

solver los problemas relacionados con el cuidado de la salud, por lo que han desarrollado sustancias químicas para ayudar en el diagnóstico y tratamiento de muchos problemas médicos: compuestos que sirven para combatir infecciones, aliviar el dolor, controlar el cáncer y detectar padecimientos como la diabetes o el sida. La química está Fig. 1.3 La Química ayuda en el tratamiento ayudando a mejorar la calidad de vida en diversas de mucho problemas médicos. áreas: hace posible desarrollar la alta tecnología de la actualidad, desde los chips de computadora 4 '

que visten, abrigan y divierten, por ejemplo: trajes espaciales, materiales aislantes, tableros solares, raquetas de tenis y cañas de pescar. Así, la química resulta fundamental para prácticamente todo lo que la sociedad produce y consume.


Bloque I

Actividad de aprendizaje 2 Investiga acerca de la utilidad de la Química en la industria farmacéutica, alimentaria, textil, del plástico y agropecuaria.

Síntesis 1.

Investiga las divisiones de la química para el estudio de la materia y sus características, transformaciones y comportamiento.

2.

Con la información obtenida, elabora un mapa conceptual de las divisiones de la química para el estudio de la materia.

3.

Observa las cosas que están a tu alrededor, haz un listado con ellas y con la información del mapa indica qué rama de la química se relaciona con su creación, elaboración o explicación.

4.

\

"

en tu vida cotidiana.

17

Química I #?= * &* % @$

Categoría

2. Se expresa y se comunica

3. Piensa crítica y

"

18

Competencia genérica 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

Niveles Atributo

Indicador Regular

4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o %

5.1. Sigue instrucciones y procedimientos de

"

comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

] $

manera lógica y creativa. ] 6

una redacción propia para expresar ideas. ] \

relaciones entre diversos conceptos. ] &

las instrucciones que se le indican. ] 9

relación entre los pasos para resolver un problema. Sigue una secuencia lógica. ] &

la relación entre el procedimiento y el objetivo.

Bueno

Excelente

Bloque I

Reconoces a la Química como una herramienta para la vida #?= * &* * @$

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales

1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Niveles de logro Desempeños

Indicadores Regular


Bueno

Excelente

] &

concepto de Química. ]

importancia que tiene la Química, ubicando sus aplicaciones en sus actividades cotidianas. ] !

de responsabilidad y compromiso al reconocer que la Química se aplica de manera permanente en su vida diaria. ] &

de la Química en su vida cotidiana y en el desarrollo de la humanidad.

Observaciones

Sesión B. Desarrollo histórico de la Química La Química a través del tiempo Antes del nacimiento de la Química como una ciencia formal, los materiales habían sido ya objeto de transformaciones y estudio. En el Medioevo, los alquimistas practicaron la metalurgia, la fabricación de vidrio, la destilación, la fermentación '

! ^ _ '

los materiales”. Los artesanos de la antigua Mesopotamia (3000 a.C.) aprendieron a alear cobre y estaño para obtener bronce. Los chinos propusieron que la materia se componía de cinco elementos: agua, fuego, metal, tierra y madera (2200 a.C.). Alrededor del año 1200 a.C., apareció el postulado del yin-yang, el cual proponía que los cambios que ocurren en la naturaleza son el resultado de mezclar dos elementos opuestos: un yang (elemento positivo) y un yin (elemento negativo). Según esta

Fig. 1.4 Demócrito.

19

Química I propuesta, los planetas se originaron de la combinación del sol (yang), que simbolizaba el fuego, y la luna (yin), que simbolizaba el agua. En esta misma época, los egipcios y los persas utilizaban el oro, el cobre y compuestos de plomo en la alfarería y para teñir ropas con índigo. También realizaban embalsamamientos. Por su parte, los chinos y los egipcios sabían preparar bebidas alcohólicas mediante el método de fermentación. Las contribuciones griegas (6600 a 200 años a.C.) fueron sólo especu

4 `Jkw{J|| &<

había cuatro elementos: tierra, agua, fuego y aire. Leucipo y su discípulo Demócrito (460-370 a.C.) argumentaron que la materia no era continua y que estaba compuesta de pequeñas partículas indivisibles (átomos). Los alquimistas pensaban que las sustancias inanimadas se comportaban de alguna manera como seres vivos. También creían que todo tiene una perfección natural, alcanzable mediante la intervención humana. Entre los metales, la perfección era el oro y la transmutación en este metal podía lograrse con una sustancia conocida como _ ' } 4 % seerla, podían curar cualquier enfermedad y rejuvenecerse ellos mismos. En el siglo XII, la alquimia se extendió desde el mundo árabe hacia Europa occidental, época en la que el alquimista `@w?{@?w@< "

en la Medicina con sus criterios sobre la salud y la enfermedad, así como con el uso que hacía de drogas preparadas mediante principios químicos.

Fig. 1.5 Paracelso, alqui-

Se considera que la .A& &empezó con " la publicación, en 1661, de El químico escéptico, escrito por blemente en la Medicina durante la Edad Media. / \ 3 `@|{@@<

Boyle atacó los puntos de vista aristotélicos y alquimistas sobre la materia y propuso una forma de atomismo. Por la misma época, +(1660-1734) propuso la Teoría del "% Z $ "%

al quemar la sustancia. Sólo después de que el químico francés Antoine Lavoisier (1743-1794) rebatiera dicha teoría y explicara la combustión como la combinación de la materia con el oxígeno, pudo desarrollarse la nueva Química.


Organizados en equipos colaborativos, investiguen en internet las aportaciones que realizaron a la química los personajes enlistados en la siguiente tabla, y completen lo indicado.

Personaje 1 BC Lavoisier, uno de los principales sabios de la Química.

Leucipo y Demócrito George Ernst Stahl Antoine Laurent Lavoisier John Dalton

20

Aportación

Fecha

Reconoces a la Química como una herramienta para la vida Personaje

Aportación

Bloque I

Fecha

John Joseph Thomson Pierre y Marie Curie Ernest Rutherford Niels Bohr Erwin Schrödinger Werner Heinserberg Vicente Ortigosa Mario José Molina Henríquez 5.

4 ' " mando como referente las siguientes preguntas: D ¿Piensas que la ciencia cambia de manera continua? =D ¿Crees que la sociedad donde vives puede limitar el desarrollo del cono 6 /

Relación de la Química con otras ciencias Existen muchas ciencias relacionadas con la Química, como es el caso de la Medicina, la Agricultura, la Oceanografía, la Ingeniería y las Matemáticas. Esta última, por ejemplo, es utilizada por la Química para representar las ecuaciones ' Geografía Matemáticas Química Física Historia Paleontologia Informatica Biología Ética

Ciencias auxiliares Son las áreas del conocimiento en que se apoya la Química para realizar sus investigaciones.

Ramas Química general Química inorgánica Química orgánica Química analítica Fisicoquímica Bioquímica

Son las divisiones de la química las cuales tienen métodos, términos y enfoques distintos para abarcar la amplitud y complejidad que caracteriza a la materia.

Campos de especialidad Surgen de la unión de la Química con las ciencias auxiliares.

Química-geográfica Químico-matemáticas. Ética-química Bioquímica Físico-química Paleontología-química Química informática

Subdivisiones Son las divisiones de las ramas, las cuales consideran todas las características de las sustancias en estudio, o con aplicación más específica.

1 BFDivisión de la Química.

Termoquímica Electroquímica Cinética química Geoquímica Astroquímica

21

Química I El campo de estudio de la Química es muy amplio, por lo que resulta imposible que alguien pueda poseer todos los conocimientos que la constituyen. Es por ello que se divide en diferentes ramas, entre las cuales, las más importantes son: »

.A& 8

a la estructura íntima de los cuerpos y sus propiedades. Esta rama se relaciona estrechamente con la Física.

»

.A& G su objeto de estudio son las sustancias que forman el reino mineral. No estudia los compuestos del carbono, con excepción de los compuestos oxigenados de este elemento.

»

.A& : estudia los compuestos del carbono.

»

.A& A : comprende los métodos del reconocimiento y determinación de los constituyentes de los compuestos, tanto en su calidad (análisis cualitativo) como en su cantidad (análisis cuantitativo).

»

1 HA& : comprende las leyes básicas de la Química, junto con las hipótesis y teorías físicas que se emplean para explicarlas.

»

HA& : su objeto de estudio lo constituyen los procesos químicos que ocurren en los seres vivos.

Z 8

Termoquímica, la Electroquímica, la Cinética química, la Geoquímica, la Astroquímica, etcétera.

Actividad de aprendizaje 4 En equipos colaborativos, utilizando papel bond, elaboren un mapa mental donde

Z te imágenes recortadas de distintas fuentes.

Sintesís Investiga en internet, por décadas, desde el año 1900 hasta la actualidad, iden '

Z '

que obtuvo el ser humano. Por ejemplo, la bioquímica, con ayuda de la biología molecular, permitieron a Watson y Crick realizar el modelo tridimensional que explicaba la estructura del ADN.

22

Bloque I

Reconoces a la Química como una herramienta para la vida #?= * &* % @

Categoría

2. Se expresa y se comunica.


"

Niveles

Competencia genérica

Atributos

Indicadores Regular

4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o %

] $


redacción propia para expresar ideas. ] \

relaciones entre diversos conceptos.


5.1. Sigue instrucciones y procedimientos de manera

"


] &

instrucciones que se le indican. 9

relación entre los pasos para resolver un problema. ] $%

secuencia lógica. ] &

relación entre el procedimiento y el objetivo.

Bueno

Excelente

Observaciones:

#?= * &* * @

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.


Indicadores Regular


Bueno

Excelente

] \ %

momentos del desarrollo de la Química. ] \ Z

con otras ciencias, como las Matemáticas, la Física y la Biología, entre otras. ] &


Observaciones:

23

Química I

Sesión C. El método científico Desarrollo de saberes

Método científico 4 /

un desarrollo continuo. Para obtener conocimientos, sistematizarlos y llegar a con % 8 /

explican en el siguiente esquema, el cual puede variar en función de los objetivos ciencia:

/

utilizado por diversas ciencias.

Sistemática: Emplea el método científico para sus investigaciones.

Objetiva: no se deja influir por ideas preconcebidas para ajustar los resultados a lo esperado.

Comprobable o verificable: puede verificar si lo que se propone como conocimiento es falso o verdadero.

Características básicas de la ciencia

Perfectible o modificable: es decir, sus enunciados de ninguna maneradeben considerarse como verdades obsolutas.

4 Planteamiento de la hipótesis

1

Observación

2

Planteamiento del problema

5

3

Información previa

6 Experimentación

Diseño experimental

7 de Análisis resultados

8

Conclusiones

9 Informe escrito

1 BI7 /

24

10 Teoría


1.

N=" @: es mirar con cuidado las cosas que nos rodean; cuando se observa, se puede aprender sobre la naturaleza, pero es muy importante limitarse a anotar y a mirar lo que se ve sin alterar con la presencia de uno el fenómeno que se observa. La observación no sólo es el primer paso de la investigación, sino que se lleva a cabo durante todo el proceso.

2.

& *=&: es el cuestionamiento que parte de la observación, es decir, es la formulación de un problema, planteado en términos que faciliten el camino para encontrar la solución.

3.

-)& @*" 8

% car datos que puedan ser útiles para desarrollar la investigación.

4.

& *@ : una hipótesis es una suposición que se hace acerca de un fenómeno determinado, la cual suele basarse en una variable experimental y en una predicción. Si la hipótesis no se cumple, entonces se debe plantear otra.

5.

QU* &8 *

la práctica la predicción hecha en el planteamiento de la hipótesis. Para ello, diseñarse se deben tener en cuenta varios factores importantes como: 1)

0

haber un error en el muestreo, de tal manera que mientras se tenga mayor ^ bilidad que tendrán los resultados.

2)

Es necesario tener un lote control o testigo, el cual servirá como punto de comparación. Ciertas variables deben de mantenerse constantes para que los resultados sean constantes y no varíen entre una muestra y otra. Cuando se diseña un experimento, hay una variable experimental que es la que se manipula para poner a prueba la hipótesis, por lo que a esta variable se le denomina independiente y al resultado que se observa se le llama variable dependiente.

6.

U* & @: consiste en llevar a la práctica el diseño experimental, anotando cuidadosamente los resultados obtenidos de manera que sea posible reproducirlos.

7.

$ : después de realizar la experimentación y de anotar los resultados, éstos se interpretan para obtener conclusiones, las cuales

% %

puedan ser analizados con mayor facilidad.

8.

: una vez obtenidos y analizados los resultados, se regresa de nuevo a la hipótesis para saber si ésta es aceptada o rechazada y, a partir de dichas conclusiones, se determinen nuevos experimentos que permitan complementar la investigación.

9.

-)& : una vez que se logra hacer un experimento, es de mucha utilidad comunicar los resultados por medio de un informe escrito, tales como libros, revistas especializadas, etcétera, en los cuales se publica la información obtenida.

Bloque I

10. A: cuando se llevan a cabo experimentos y observaciones sobre un mismo fenómeno, es posible llegar a formular teorías que integran los conocimientos adquiridos sobre el tema.

25

Química I Una teoría es un marco conceptual que abarca toda un área de conoci No siempre un experimento dará lugar a una teoría, ya que a veces sólo %

Actividad de aprendizaje 5 Realiza los siguientes ejercicios y después forma un equipo con dos de tus compañeros para comparar las respuestas: 1)

Los siguientes pasos son útiles para resolver problemas; ordénalos cro % / /

cada uno:

D 4 cribe un plan para llegar a la respuesta: =D Evalúa la respuesta y comprueba que es una solución correcta: D 9 8

D Pone en práctica el plan propuesto, para tratar de obtener una solución: D Recopila, escribe los datos y hechos conocidos relacionados con el problema: 2)

Es cumpleaños de tu mamá y, para festejarlo con toda la familia, decides prepararle un pastel de nuez, con la famosa receta de tu abuelita. Después de leerla, consideras que el pastel tendrá mejor sabor si le agregas esencia de vainilla y chispas de chocolate. Al preparar el pastel, viertes al tanteo la esencia de vainilla y algunas chispas de chocolate y, cuando lo sirves, toda tu familia lo encuentra delicioso. Repites nuevamente la preparación, pero esta vez mides y registras la cantidad de vainilla y de chispas de chocolate que agregaste a la receta. Nuevamente el pastel le encanta a toda la familia.

D ¿Cuál es la experimentación?

=D ¿Cuál es la hipótesis?

D ¿Cuál es la observación?

D ¿Cómo redactarías en este caso tu teoría?

D ¿Qué más tendrías que hacer para convertir tu teoría en una ley?

)D

/ Z

26


Bloque I

Síntesis 1.

- 8 % /

y escríbelo junto a cada párrafo al que hace referencia.

*

En la época en que vivía, por ahí de 1893, se veía que muchas personas en Indonesia padecían una enfermedad llamada beriberi, que afectaba severamente al sistema nervioso. Nadie sabía el origen de esta enfermedad, así que el problema era descubrir a qué se debía que algunas personas la adquirieran. Así que consultó libros donde había información relacionada con esta enfermedad, para desarrollar su investigación y encontró que los pollos también presentan la misma enfermedad, además de que se podían alimentar con arroz con cascarilla o sin ella. Para ello, Eijkman se planteó dos posibles respuestas: »

Z '

»

Que la enfermedad era causada por una bacteria.

Entonces determinó utilizar pollos como parte de la investigación que iba a realizar y decidió probar la primera posible respuesta, para ello observó cómo eran alimentados los pollos y descubrió que los que comían arroz con cascarilla no presentaban el mal y los que comían el arroz sin la cascarilla sí.

" %8 Si el beriberi es el resultado de una alimentación con arroz sin cascarilla, entonces los pollos que se alimentan con este tipo de arroz padecerán la enfermedad. Si esta opción de respuesta no se probaba, entonces podría comprobar la segunda opción. Eijkman entonces preparó dos grupos de pollos, los cuales dividió en aquellos que se alimentaban con arroz integral y los que se alimentaban con arroz descascarado. Eijkman mantuvo encerrados a los pollos por dos semanas en condiciones idénticas, excepto por el tipo de alimento que se les suministraba. Observó que después de las dos semanas de práctica, 40% de los pollos alimentados con arroz sin cascarilla desarrollaron la enfermedad, mientras que el otro grupo no presentó ningún síntoma de la misma. Concluyó entonces que existía en la cascarilla del arroz algún factor nutrimental relevante que prevenía la enfermedad. 6

cárceles del lugar donde vivió y pudo observar que aquéllos que en su dieta comían arroz sin cascarilla padecían la enfermedad y los que comían arroz integral, no. Eijkman dio a conocer sus resultados, que a su vez sirvieron de fundamentación para realizar otras investigaciones, las cuales indicaron que el factor presente en la cáscara del arroz es la tiamina o vitamina B12, indispensable para el buen funcionamiento del sistema nervioso.

27

Química I

28

2.

Las siguientes imágenes representan algunas de las ciencias que se relacionan con la Química. Escribe el nombre que les corresponde al lado de cada óvalo:

3.

Las siguientes imágenes representan cada una de las distintas etapas del método $ *

ponde y la posición (número) que tienen en el orden del método en cuestión:


Bloque I

#?= * &* % @

Categoría



"



Niveles Atributos

Indicadores Regular


] $



relaciones entre diversos conceptos.

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera

"


] &

instrucciones que se le indican. ] 9




5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

] &

resultados de la experimentación. ]

resultados de sus observaciones. ] Y

hipótesis o

planteadas.

Bueno

Excelente

Observaciones:

29

Química I #?= * &* * @

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. J 9

problemas, formula preguntas de carácter

hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas

consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.


Indicadores Regular

Utiliza el método

la resolución de problemas de su entorno inmediato relacionados con la Química.

Bueno

] \

/ 8

@ 9

y formulación de preguntas de

2. Planteamiento de hipótesis 3. Obtención y registro de información. 4. Experimentación. 5. Contrastación de resultados. 6. Comunicación de las conclusiones. ] 4 /

problemas del campo de la Química. ] !

experimentales y/o de campo, siguiendo los pasos / ] 6

metódico y organizado. ] = /

en la resolución de problemas relacionados con la química de su entorno inmediato.

Observaciones

Actividad experimental 1: Conocimiento del equipo y material de laboratorio N= " Conocer el equipo y material que se utiliza frecuentemente en el laboratorio de Química, así como su manejo. / Materiales de cristal, porcelana, metal, hule, plástico y todo el equipo que esté disponible.

30

Excelente


Bloque I

+ No necesarias. $ 7 Z %

equipo y material de laboratorio, cuyas características y adecuado empleo resulta indispensable conocer. Sólo mediante la observación y la comprobación, es decir, a través del trabajo práctico, es posible experimentar el comportamiento de la materia, así como formar el hábito de trabajar con seguridad y precisión e interpretar los resultados obtenidos. De ahí la necesidad e importancia de conocer no sólo el equipo y el material que integran un laboratorio químico sino, sobre todo, su uso correcto y seguro. & El maestro mostrará a los alumnos el equipo y material más usuales, explicando brevemente el uso de cada uno.

Material de vidrio

}

Tubos de ensayo

} Matraz volumétrico

}

Matraz de destilación

}

Vidrio de reloj

}

Probeta

}

Frasco gotero

31

Química I

Material de vidrio

}

Matraz Erlenmeyer

}

Matraz kitazato

}

}

Vaso de precipitados

Cristalizador

}

Tubo refrigerante

}

}

Pipeta

Termómetro

}

Bureta

Material metálico

}

32

Pinza para tubo de ensaye

}

Anillo metálico


Bloque I

Material metálico

}

Pinza para bureta

}

Pinza para crisol

}

Pinza tres dedos

}

}

Soporte universal

}

Tela de asbesto

}

}

}

Tripié

Mechero de Bunsen

Espátula

Cucharilla de combustión

33

Química I Material de hule y plástico

}

}

}

Piseta

}

Embudo

Tapón de hule

Manguera de hule

Material de porcelana

}

}

Mortero

}

Crisol

Cápsula

Otros materiales

}

34

Gradilla

}

Balanza

Bloque I


Evaluación de la competencia #?= * &* % =H

Categoría



"

4. Participa con responsabilidad en la sociedad.



11.Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables

Niveles de logro Atributos

Indicadores Regular

4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o %

Bueno

Excelente

] $

lógica y creativa. ] 6


entre diversos conceptos. ]

la representación de un fenómeno.


"

comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

] &


entre los pasos para resolver un problema ] $%

lógica. ] &


1.1. Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

] 9

instituciones que promueven la protección del medio ambiente. ] # /

por los problemas ambientales. ] \

para la protección del ambiente.

11.3. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

] %

ecológicas para evitar el deterioro ambiental. ] \

de sus acciones en el impacto ecológico a corto y largo plazo.

Comentarios:

35

Química I #?= * &* * =H

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. J 9

formula preguntas de

plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas


36


Indicadores Regular


] &

Química. ]

tiene la Química, ubicando sus aplicaciones en sus actividades cotidianas. ] !

de responsabilidad y compromiso al reconocer que la Química se aplica de manera permanente en su vida diaria. ] \ %

momentos del desarrollo de la Química. ] \ Z

con otras ciencias, como las Matemáticas, la Física y la Biología. ] &


Bueno

Excelente

Bloque I



1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. J 9





Indicadores Regular

Utiliza el método

la resolución de problemas de su entorno inmediato relacionados con la Química

Bueno

Excelente

] \

/ 8

@ 9

problemas y formulación de preguntas de carácter

2. Planteamiento de hipótesis. 3. Obtención y registro de información. 4. Experimentación. 5. Contrastación de resultados. 6. Comunicación de las conclusiones. ] 4 /

problemas del campo de la Química. ] !

experimentales y/o de campo, siguiendo los pasos / ] 6

metódico y organizado. ] = /

de problemas relacionados con la química de su entorno inmediato.

Comentarios:

37

Bloque II Comprendes la interrelación de la materia y la energía


38

»

& piedades de la materia.

»

Describe las características de los estados de agre%

»

Argumenta la importancia que tiene la energía en el cuidado del medio ambiente.


Materia

»

6

»

%

Competencias a desarrollar Competencias genéricas y atributos w

%

w@ %

% ? !

/todos establecidos. ?@ $%

" ?? $

' % Competencias disciplinares @

%

/

J

9 ' %

w

% '

%

'

perimentos pertinentes.

39

Química I Dinamización y motivación $% _ } % $

/ %

uno de los cuales posee una masa, se encuentra ocupando un espacio único que le

No necesitas ser químico para poder determinar las características de un %

las distintas cosas que nos rodean.

Actividad de aprendizaje 1 % % ` %seoso o plasma) al que pertenece cada una de las imágenes que te presentamos ' servar.

4 ' ' Z

40

Comprendes la interrelación de la materia y la energía

Bloque II

Sesión A. Aprendiendo las propiedades de la materia Definición de materia 7 _ }

materiales del universo. El agua, la sal, el azúcar, el acero, las estrellas, incluso los % 7 Z

/ ' La masa es la medida de la cantidad de la materia. Incluso el aire tiene

'

& ' '

' % !

%

' %

/ _ } _ }

$ % / $ %

' ' 7

7

8

de materia de la que está hecho no cambia. El peso del astronauta en la Luna, sin %

la gravedad, pero la masa no.

Fig. 2.1 La materia se encuentra a nuestro alrededor.

$

es todo lo que ocupa un lugar

Actividad de aprendizaje 2 &

"

%8 1) 6 /

7 2) &

3) 4 / _ } _ } /

41

Química I 4) ! %

respuesta. a.

Luz

h.

Pintura

o.

Electricidad

b.

Fresas

i.

Chocolate

p.

Papel

c.

Agua

j.

Vidrio

q.

Madera

d.

Sonidos musicales

k.

%

r.

Vela

e.

Aire

l.

\

s.

&

f.

Calor

m. Hierro

t.

Hielo

g.

Azúcar

n.

Plástico

Clasificación de la materia

=

7

= ' de descomponer por medios químicos en otras más sencillas. Los elementos son =

'

/ Una mezcla está constituida por dos o más sustancias puras, cada una de 7

%/ %/ 7 %/ % = %/

7 ' '

distribuidas de manera irregular. En ella, podemos distinguir, a simple vista o con '

Actividad de aprendizaje 3 Utilizando los conocimientos que ahora tienes, integra equipos con tus compañeros % %/ %/ 4 % %

cada una de sus respuestas.

42


a.

Calcio

j.

Sonidos musicales

s.

Hierro

b.

Cobre

k.

Aire

t.

Plástico

c.

Silicio

l.

Calor

u.

Electricidad

d.

Sal

m. Azúcar

v.

Palomitas de maíz

e.

Papel

n.

Pintura

w. Madera

f.

Alcohol

o.

Chocolate

x.

Vela

g.

Luz

p.

Vidrio

y.

&

h.

Fresas

q.

%

z.

Hielo

i.

Agua

r.

\

Bloque II

Propiedades extensivas e intensivas 7 8

intensivas. Llamamos propiedades extensivas a aquellas características que depen % %

Estas propiedades son aditivas, es decir, directamente proporcionales al tamaño /

que se trate. »

Volumen: es la capacidad de la materia para ocupar un lugar en el es

»

Peso: ' %

»

Inercia: es la propiedad por la que un cuerpo se opone a cambiar el ' cuentra.

»

Impenetrabilidad: es la característica que impide que dos cuerpos puedan ocupar, al mismo tiempo, un mismo lugar.

»

Porosidad:

'

»

Divisibilidad:

' %

»

Elasticidad: es la propiedad que le permite a la materia, dentro de ' '

' % '

Fig. 2.2 Las propiedades de la materia.

El valor de una propiedad intensiva no se basa en la cantidad de materia *

4 '

43

Química I % 8 »

Punto de fusión: '

'

»

Punto de ebullición:

% '/

»

Densidad8

»

Solubilidad8

/

6

será de 0.916 g/cm3, no importa si la medimos en una cucharada o en un litro.

Propiedades químicas y físicas de la materia 7 $

' 6 %

' + %

' % & '

' '

/

Síntesis Las propiedades son características que

%

!

Rúbrica para registrar el logro de las competencias genéricas de la sesión A

Categoría

| $

44

Competencia genérica 4. Escucha,

emite men tes en distintos

mediante la

de medios, %

herramientas apropiados.

Niveles Atributos

Indicadores Regular

w@

ceptos mediante representaciones %

matemáticas %

$

%

creativa. Practica una

ideas. Representa relaciones entre diversos conceptos. Emplea modelos para la repre

'

Bueno

Excelente

Bloque II


Categoría

3. Piensa críti

"mente.

Niveles


Atributos

5. Desarrolla

propone soluciones a problemas a partir /

establecidos.

5.1. Sigue instrucciones imientos de manera

"

comprendi

cada uno de sus pasos

alcance de

Indicadores Regular

Bueno

Excelente

Comprende las instrucciones que se le indican. 9

pasos para resolver un problema. Sigue una secuen % Comprende la

& 8 Rúbrica para registrar el logro de las competencias disciplinares de la sesión A


2. Fundamenta opiniones sobre los impactos

tecnología en su vida cotidiana, asumiendo /


Indicadores Regular

Comprende el concepto, la

propiedades de la materia.

Bueno

Excelente

@

2. Describe las propiedades de la 8

'

químicas. 3. Promueve el uso responsable de la materia para el cuidado del medio ambiente.

& 8

45

Química I

Sesión B. Características de los estados de agregación y los cambios de la materia Estados de agregación de la materia Características o propiedades físicas de los estados de la materia La materia ello que ocupa un lugar en el espacio, es lo que

Un sólido ' *

% ' ' ' Fig. 2.3 Materia en

Un líquido '

4 % ' ' % Un gas '

recipiente que lo contiene.

Fig. 2.4 Materia en estado líquido.

El plasma presenta unas características especiales, por lo que aborda % % 7

'

6

mantequilla o los cristales líquidos que se usan en las pantallas de computadoras

% $ '

4 %

` * < /

' 6 / de obtener de

químicas de la sustancia de que se trate. 7 / ' /

/ % / % / %

` < ! '

atractivas o repulsivas, no tiene energía potencial.

Fig. 2.5 Materia en estado gaseoso.

46

Por ello, se puede distinguir un cuarto estado de la materia, el cual se % 3

/

%

%

$

Bloque II


7 / ' 7 / un sólido ' `< `% ' <

%

% 0

En los líquidos '

% / % 7

/ %

los gases / % /

7 % ' %

de los estados de la materia

Características físicas generales

Sólido

Líquido

Gaseoso

Forma

!

9 ` <

9

` <

Volumen

!

!

9

` <

Orden molecular

Ordenado

Desordenado

Altamente desordenado

Fluidez

0

Media

Alta

`' <

Alta

Media

3

Densidad

Alta

Media

3

% /

3

Media

Alta

#

0

Medio

Alto

`

o energía potencial)

Alta

Media

3

` 7<

Alta

Media

3

Compresibilidad `6 4<

0

Ligera

Alta

Actividad de aprendizaje 4 1) ! %

8

% 7 * %

/ + %

' +

%

47

Química I ! /

% ` %

actividad en un lugar amplio).

% | = % /

6

%

2) \ % %8 / '

Actividad de aprendizaje 5 & %

" /

' % %

& %

'

Cambios de estado de la materia %

48

Seguramente, alguna vez habrás observado,

de sol intenso, pero con una leve llovizna, '

` <

% '

temperatura del día iba en aumento. Esto 8 tura, la materia puede cambiar de un esta '

% /

% ` <

% 8 to de temperatura, comienza a derretirse,


Bloque II

7 ` <

' '

se pueden representar mediante el triángulo de la página anterior. Por medio de % / `k o Ec< / ble cambiar su estado, como se muestra en la siguiente tabla.

Cambio de estado

Reacciones de sus moléculas

Se denomina

!

Aumenta su Ek

! %

Aumenta su Ek

$

! % ` <

Aumenta su Ek

` <

! %

Se reduce su Ek

!

De gas a líquido

Se reduce su Ek

&

!

Se reduce su Ek

$ ` <

En estado gaseoso

Se reduce la temperatura

7'

Actividad de aprendizaje 6 1) % / %

/ 8 »

$ ` <

»

&

»

!

»

$

»

»

»

7'

2)

% %

conclusiones.

Cambios de la materia

Fig. 2.7 Cambios de estado de la materia

8

%

%

'

49

Química I ' 7

/ ' $

% '

' 8 1.

Cambios físicos8

' * % %

6 %

% % % cada en tales cambios generalmente será pequeña.

2.

Cambios químicos8 '

/ reacciones químicas. =

7 %

'

3.

Cambios nucleares8 ^ = '

' 7 %

8

' ^

*+ % ^

* % ' %

Actividad de aprendizaje 7 '

8 '

1

Cambio o fenómeno

Tipo

7

Z

2 3 4 5 6 7

Síntesis 8

50

1.

=

2.

7

3.

Un diagrama sobre los cambios de estado.

4.

& ' '

Bloque II


Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B

Niveles


Categoría

| $

se comunica.

3. Piensa

"

Atributos

Indicadores Regular

4. Escucha,

pertinentes en distintos

mediante la

de medios, %


] $

%

creativa. w@ ] 6

mediante representaciones ] \

%

relaciones entre matemáticas o diversos conceptos. % ]

modelos para la

'

5. Desarrolla innovaciones

soluciones a problemas a partir de /

establecidos.

5.1. Sigue

procedimientos de manera

"

comprendiendo

de sus pasos

alcance de un

Bueno

Excelente

] $%


pasos para resolver un problema. ] $%

% ]\

procesos que sigue con el alcance de un

& 8

Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 5. Contrasta los resultados obtenidos %

conclusiones.


Indicadores Regular

Bueno

Excelente

@ 9

% % Describe las 2. Describe las características características '

de los estados químicos de la materia. % %

3. Utiliza el concepto de los cambios de cambios de estado para la materia. ' '

del ambiente.

& 8

51

Química I

Sesión C. Tipos de energía y sus características Energía 7 %

! %

'

' '

/ 6

*

% % '

' 4 %

considerada como el principio de actividad interna de la masa.

Unidades $ % /

algún cambio estándar. 7 `joule< 3= `= / 3 < »

Una caloría ` < %

Celsius de temperatura a un gramo de agua.

»

@ & w@k

»

7 ` <

% & % % @ @

»

@ 3= %

@ `w?w %< % @ 3= |?| |?| 7 % 8 @ @ 0 @ @7 % ` <

Características y manifestaciones de la energía 7 % ' ' 8 %

/ / + % 8 / 7 /

6 %

' %

$

p.

52


Bloque II

6 % ^

`<

` %< `< =

% 8 `< `< `%< `< `0< ` < % % % ' % 8 EP `< `%< `< % 8

& % w %

encuentra a una altura de 10 metros. ! 8 w % @ % k 2 EP 8

EP `< `%< `< !

8 EP `w %< `k 2< `@ < EP `J| 0< `@ < EP J| 7 % / / +

o EC. Este tipo de energía es observa 8

/ ! /

# `<

`< mV2 1 EoEC

EoEC

2 2 2 & % / J

millas/h. ! 8 J J % |k EC

53

Química I 8 mV2 EC

2 !

8 EC

`J %< `|k <2

2

@J

Actividad de aprendizaje 8 I.

9

% /8 1) % 8

2) = 8

3) =

8

4) 7 % 8

5) = 8

6) % 8

7) = ' 8

8) % "8

9) = *8

10) =

8

II.

& % @| %

@| `\ @w@@| <

III. ! % / @J %

J `\ w?@ <

Las principales ' %

en el mundo son

7

inmensa quema de estos hidrocarburos ' _ }

de energía, pero

/

centros generadores de contamina

%

54

Beneficios y riesgos en el consumo % %

'

&

% $ ' %

la humanidad podría detenerse, lo cual nos haría retroceder a los tiempos en que 7 % '

/

` < % & `

de carbono), CO2 ` < $2 ` ' < 0 `

%< 7 ' %


Bloque II

%

& %/

' ` % <

' %

%

' %

% & &2 `

<

% ' %

'

"

'

% ' % %

'

6 % % ' `SO2<

' `SO3), al combinarse con la humedad, generan la llamada lluvia ácida, /

' &2 en O2 `%< %

' ' %

solar en energía química.

* 4 Y `

= < ' %

' '

%

de la humanidad.


II.

9 % % ` %/ / < 7 8 »

$%

»

4

»

3

»

Riesgos

»

\ %

Contesta las siguientes preguntas, investigando previamente lo necesario para

8 »

& 4 Y

»

Z/

4 Y %

»

Z/ *

%

55

Química I

Aplicación de energías no contaminantes 7 % ` % % / < '

% ' ` <

piente cerrado llamado biodigestor. A partir de la biomasa, se generan combustibles % % 4

#/ 7 % %

' %

% '

por la energía que recibimos del Sol. %

%

' % /

a su vez, mueve un generador, lo que permite obtener electricidad. La energía nuclear surge de las partículas llamadas nucleones, así como ^

% ^ * `k? # <

`? # < 7 % ^

7 % | { `| #< % ' `=<

% %

/ + % ' / % / % / % +

' peraturas de 400 a 500 o& @? '


! % %

'

%

II.

\ % %

tus respuestas con tus compañeros. 1) & % % 2) & % %

Síntesis 1.

%

% %

* 1) / %

* 8

cuando comienza a ascender por la primera pendiente o cuando alcanza la 6 /

56

Bloque II


2) Z/ % 8 J

' @

3) =

' %

/ % % / %

total. 4) Z/ %8 %

5) Z/ %8 % %

respuesta. 2.

% % '

9 / % / ' 1) 4 8

2) 4 8

3) 4 ' % 8

4) 4 % 8

5) 4 8

6) 4 8

7) & % 8

8) & ' % 8

3.

6 '

muestre el uso de energías alternativas.

Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión C

Categoría



@@ &

al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Niveles Atributos

Indicadores Regular

11.1 Asume una actitud '

de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

Bueno

Excelente

] 9

instituciones que promueven la

ambiente. ] # /


ambiente.

57

Química I Niveles


Categoría

3. Piensa

"

Atributos

Indicadores Regular

5.1. Sigue


"

comprendiendo

de sus pasos

alcance de un


soluciones a problemas a partir de /

establecidos.

Bueno

Excelente

] $%

que se le indican. ] 9

entre los pasos para resolver un problema. ] $%

% ]\

que sigue con el alcance

& 8

Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión C

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la %

vida cotidiana, asumiendo / 5. Contrasta los resultados obtenidos en una %

comunica sus conclusiones.


Indicadores Regular


Bueno

] !

características de los '

energías. ] 4 %

importancia que tienen las energías limpias en el cuidado del medio ambiente. ] 6

responsable de la energía.

& 8

Realimentación I.

58

$

% %

` % < %

8

Excelente


II.

Bloque II

!

/

`< ' `Z<

se trata de un cambio químico. 7

`

<

7

`

<

El estiramiento de una liga

`

<

7

`

<

7

`

<

III. & '

8

1) Energía que proviene del viento. 2) Energía que presentan los cuerpos en reposo. 3) Energía que proviene del agua. 4) Energía que presentan los cuerpos en movimiento. 5) Energía que es captada mediante celdas. 6) Potencial

59

Química I »

6

`

<

»

$

`

<

»

&/

`

<

»

`

<

»

`

<

»

0

`

<

IV. 7

que se te pide en cada caso. Asegúrate de entender bien las preguntas, antes de responderlas. 1) Z/ 7 % 2) Z/ % 3) & %

Actividad experimental 1. Propiedades de la materia Objetivo 9 % Materiales 3 vasos de precipitados | w % `? 7< `w &< Mechero de Bunsen / 6 / Sustancias 5 mL de aceite 25 mL de agua ? 7 2 mL de anticongelante ? 7 % `&3HkO3) 1 mL de colorante Antecedentes ' ** *A son aquellas características que permiten distinguir ' 6 físicas químicas. Las primeras son

'

'

60


Bloque II

A las características que se relacionan con la manera en que cambia la /

como propiedades químicas

/ Procedimiento 1. Punto de ebullición En un vaso de precipitado, coloca 25 mL % /

% \

procedimiento, pero utilizando ahora 25 mL de anticongelante. 4 8

Procedimiento 2. Densidad En un vaso de precipitado, coloca cuidadosamente 5 mL de cada una de las siguien 8 % % 4% % %

*

4 8

Conclusiones 8

Procedimiento 1 1.

& % %

2.

4 / '

3.

Z/

Procedimiento 2 1.

&

61

Química I 2.

& 8 % %

3.

6 / '

4.

&

5.

/ "

el agua.

Actividad experimental 2. Materia, energía y cambios Objetivo 9 Z

' % Materiales y cantidades | `? 7< Papel de estraza |

Agitador de vidrio / Espátula w @ × 150 6 Y Pinzas para crisol Mechero de Bunsen Bloque de madera de 5 cm × 5 cm × 2 cm Sustancias ? 7 '^ `2SO4) ? 7 `&2H5OH) @ % % Z6 `#4) @? 4 `&< ? % `9< ? % ' `&$4) ? % `#%<

62


Bloque II

J 7 / `&4H10O) 4% `< Antecedentes 7 % %

% 7 '

4 ran la naturaleza íntima de la materia, se les conoce como ' ' +

' & B @AA* de energía química 1.

? 7 '^ +

@ % %

Precaución: no toques con las manos ninguna de estas dos sustancias, porque producen graves quemaduras. Mantenlas separadas. 2.

& / /

de estraza impregnada de alcohol.

Introduce el agitador de vidrio en el vaso '^ /

%

adheridos al agitador algunos cristales del permanganato. Observa lo que ocurre al entrar el contacto las dos sustancias. 4 8

% %

4 8

Procedimiento 2. Cambios de la materia, aplicando calor ? % + ? %

' + | 7 + ^ | 7 %

destilada. Procede a calentar cada uno de ellos hasta que se observen cambios en &

cuál lo hace primero.

63

Química I P @G A \*H& ]&= 4 8

$ % / "

# \

utilizando el alambre de cobre. 4 8

Procedimiento 3. Enfriamiento del ambiente a partir de la energía química %

J 7 / dera.

'

6

4 8

64


Bloque II

! % 8

Sólidos

Líquidos

Gases

' 8

Cambios físicos

Cambios químicos

1.

Z/ ' % % '^

2.

Z/ ' %

%

3.

Z/ '

65

Química I Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas del bloque

Categoría

| $

comunica.

3. Piensa crítica

"


& 8

66


Niveles Atributo

Indicador Regular

4. Escucha, interpreta


mediante la

de medios, %


w@

conceptos mediante representaciones %

matemáticas o %

] $

%

creativa. ] 6

] \

relaciones entre diversos conceptos. ]

'


soluciones a partir de /

establecidos

5.1 Sigue


"

comprendiendo como cada uno de sus pasos

alcance de un

] $%



% ] \

procesos que sigue con el alcance de un

@@ &

al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

11.1 Asume una actitud '

de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

] 9

instituciones que promueven la

ambiente. ] # /


ambiente.

Bueno

Excelente

Bloque II


Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares del bloque



Indicadores Regular

2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de

tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones /

Comprende el concepto, la

las propiedades de la materia.

]

] !

8

'

químicas. ] 6

responsable de la materia para el cuidado del medio ambiente.

5. Contrasta los resultados obtenidos %

conclusiones

Describe las características de los estados % %

los cambios de la materia.

] 9

% % ] !


de la materia. ] =

cambios de estado para '

'


] !


energías. ] 4 %

importancia que tienen las energías limpias en el cuidado del medio ambiente.

Bueno

Excelente

& 8

67

Bloque III Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones


68

»

Construye modelos atómicos a partir de las aportacio

»

9

»

Reconoce la importancia y las aplicaciones de los

»

!

%


#

»

& `^ ^

masa)

»

&% ^

»

Los isótopos y sus aplicaciones

Competencias a desarrollar Competencias genéricas y atributos w

%

w@

% % ? !

/ ?@ $% " @@ &

@@@ &

%

Competencias disciplinares | %

/ w

% '

%

'

? &

%

! *

' @@ 4 %

% ' '

%

69

Química I Dinamización y motivación $% %^ `

/ <

%

%^

' * % '

\ %^

% % *

/

% /

'

%

%

Contextualización 4 % 8 # % ' '

'

$ % % /

%

'

%

/

% ' % %

'

! ' # %

* {

' % % % /

* ! / /

# % * %

* % % ' %

&

% %

% # %

% ' %

7 ' /

' *

70

Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones

Bloque III

Actividad de aprendizaje 1 & % % 8 1)

& / / # %

2)

Z/

{

3)

6 / '

9 %

\ /

Sesión A. Aportaciones históricas al modelo atómico actual Primeras aproximaciones al modelo atómico 4 % %

| * ' % % Leucipo

* '

%^ Demócrito

% ^ átomo

% _ } 4 ' % %

7 !

7

'

por partículas

se conoce como

'

% 9 % / John Dalton

@kJ @kk

% ` <

71

Química I Dalton es considerado el padre de la teoría

'

para representar su

La teo ! % 8 1.

_7 ` < '

% }

2.

_7 '

' }

!

'

%

'

7 `7 7 < la Ley de `7 6 < 7 ^

`7 ! < 7

`7 \ { < !

! / !

% 9 * @k

' % / Joseph John Thomson / %/ / % 6 @@ \ '

0

% @@@ Ernest Rutherford

'

%

% &

'

* ^

/ '

@@J ' / Niels Bohr \ '

% % !

3 ^

Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld

0 3

/ '

%/

^ @| Erwin Schrödinger 3

%

^ 4 %

%

3 %

% =

%

`% <

72


Bloque III

&

% /

/ @| '

6 ! 3 % 3

$ % % ! ^

/ ! $ %

' % /

Actividad de aprendizaje 2

El cubo atómico »

! / _4

} ' %

»

=

»

4

/

»

\ % % ' %

»

% %

%

»

6

'

73

Química I Síntesis *

Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión A


Categoría

| $

J 6

crítica y

"


Indicadores Regular

w

interpreta y emite


mediante la utilización

%

w@

ideas y conceptos mediante representaciones %

%

] $

%

] 6

redacción propia para ] \

relaciones entre ]

para la representación '

? !

y propone soluciones a partir de /

?@ $%

instrucciones y procedimientos de manera

"

comprendiendo cómo cada uno de sus pasos

alcance de un

] $%

] 9

entre los pasos para

] $%

% ]\

%

con el alcance de un

Bueno

Excelente


74



w

%

y sistematiza la '

%

'

y realizando

Construye modelos atómicos a partir de las aportaciones

Indicadores Regular

] \

aportaciones al modelo atómico

Bueno

Excelente

Bloque III




Indicadores Regular

? &

%

y comunica sus conclusiones

] 9


! *

o prototipos para

'

o demostrar principios

] !


% | 4 %

%

limpias en el cuidado

Bueno

Excelente

Sesión B. Partículas subatómicas Partículas subatómicas y sus características más relevantes 8 núcleo positivo `' <

corteza o envoltura / orbital `'

< 6 %

% % %

7 Z %

el electrón el protón y el neutrón partículas subatómicas fundamentales

El electrón y el modelo atómico de Thomson @k

Thomson

/ * /

% / *

' '

75

Química I 4 %

$ "

% 6 %

/ %/ 3

% !

'

$ % / % Electrón 6 % % `< _e} 7

'

% ^ $

8 @@ @{|k %

@@kJ % Joseph John Thomson. % J@ !

Eugen Golstein: el protón y los rayos canales @kk ' % Y

6

% % '

/ % /

&

»

Protón. _p} $ %

/ `¡< '

@|?| @-24 % ' ' Eugen Golstein.

El neutrón y los experimentos de Chadwik @J| % \ ' ' % /

&

% / /

$ ' ^

% ! * / & '^ % '

% % 9 %

'

@¢ »

76

Neutrón. 6

_n} 0 % /

% `< `¡<

^

$ %

`@wk| @-24 %< '

' % / James Chadwik.

% J| = 8


Bloque III

Átomo 7 átomo % % átomos % _ }

*

Número atómico ^

6

^

^ ^ /

^

0^ ^ ^

^ Masa o peso atómico 7

\

% @ `

% @ < 0 %

6 % ^

7 4

^ # 4 ^ ¡ ^ /

& `

< % Número de masa $

% %

^ ^ 8 4 ^ ^

Actividad de aprendizaje 2 \ % ' 8 1)

& '

*

77

Química I 2)

'

% ^

8

Número de electrones

Elemento

Número de neutrones

Número de protones

#% 6 6 Bismuto Mercurio

Síntesis 1.

2.

Elemento $ $ $ Yodo 4 %

78

! % / 8 a)

Átomo

b)

0^

c)

Masa atómica

d)

0^

& % 8

Z

A

Protones

Neutrones

Electrones

Bloque III

Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B


Categoría

| $

J 6

crítica y

"


Indicadores Regular

w

interpreta y


mediante la utilización de %

] $

%

w@

] 6

y conceptos redacción propia para mediante representaciones ] \

%

relaciones entre

% ]


? !


?@ $%


"


alcance de un

Bueno

Excelente

] $%

] 9


] $%

% ]\

%


& 8




w

%

y sistematiza la '

%

'

y realizando

sustentan los procesos para la solución de


Indicadores Regular

Bueno

Excelente

@ \

| !

^

^ J \

relacionados con partículas

& 8

79

Química I

Sesión C. Isótopos y su aplicación Isótopo *

$ %

/

^ % /

7 ^ '

masa atómica se llaman isótopos del elemento. 7 7

' ' $ |@

+

` < 4 | |

k 6 %

^ ' ^

^ `^ % @< &

primer isótopo (protio) ^ @+ segundo isótopo (deuterio) ^ ^

|+ tercer isótopo (tritio) ^

J 7 @

/ 7 % % 8

A

X

Z

X + z (subíndice), ^ ^

+ A (exponente<

^ ^

^

^ 6 ^

' ^

`4 <

80

Bloque III


^ ' %8 0^ ^ ^ 8

Nombre 6

%


Número de protones


@

@

0

@

@

@

@

@

2

Notación @ @

2

Deuterio

@

J

@

8 @ | J '

%8 % % ^ &

% %8 %¤@ %¤| %¤J 8 10 5

11 B y 5 B ? ? + % ?


% @w

@| @J % 8

Notación del carbono

Notación 1

Notación 2

Notación 3

C

¤@|

& @|

& @J

@|

C

@|

@J

C

C

¤@J

@J

& @w

81

Química I II.

% 8

Isótopos del carbono


Número de protones


& @| & @J & @w |

8 3 0 6 $

# 4 § 0 \

9 & 6

4 3<

7

' / &

/ ' % '

8 '%

%

' 7

% % k 8

7 !

'

4 %

4 % @k %

@ %

@| & @| 7

/ % 8 ¥ ¦ 8 »

= '

»

mi = 8

7 % k?¢

% @?¢ \'

\ @k |@?w

% % 8

82

»

¥ ¦

»

¥ `k?< `@k < ¡ `@?< `|@?w <


»

¥ @kw ¡ J|

»

¥ @k@?

Bloque III

8 | 8 {@|

@| kk¢

{@J @JJJ @@@¢ &

' % Solución8

' ` @< $ _ }

% 8

Isótopo

Masa (uma)

Abundancia (decimal)

Contribución a la masa

& {@|

@|

kk

= @@kk

& {@J

@JJJ

@@@

= @wwJ

Masa media

= @|@@@

Actividad de aprendizaje 4 & 36 Li y 37 Li w¢ |¢

@

@ % /

83

Química I

Radiactividad 4 % 9 ' ' / Henri Becquerel '% #

% '

% 7

'

'% 7 ^

% / Marie y Pierre Curie *

/ ' % `

6 <

3 4

' # & ` # $ < radiactividad

'

%

4 * *

7

'

$ ' / % `{<

`¡< %/ % JJ \8

La radiactividad %

% % % ^

atómico.

' !

8 '

%

% + ^ + % 1.

A)D $

¨ w | w |¨

%

% / `¡|< $ %

J | J|

?@-24 % 4 / % 4

^ /

'

^

2.

A=D$

© 0 -1e o B $

% % / (-1) /

7 ' ' / % ` @ @{|k %<

$

^

84


3.

Bloque III

# && D $

' % % + ' _ } * % %/ %

$ %

/ ' /

% ^

^ % 6

_ }

6

%

^ %

' ' '

& % /

tipo de armas se emplearían en una

Y

#

8 _0

/

palos y pie }

Utilidad de los isótopos El isótopo radioactivo del carbono–14 `14C) $ % % 14C se encuentra ' % ' %

Isótopos del cobalto ' 3@| ¤

^

% '

$ ||

Isótopos del yodo J ¤@| ¤@J@

k % Isótopos del plomo

4 %

`99Tc< % ` < ¤@J@

%

k ¤

%

85

Química I ¤@w % %

% %^ ' % /

% % 4 % *

/ / 7

Actividad de aprendizaje 5 !

% %

` <

¤?? ¤|w ¤ ¤@ ' ' ¤J| 7 %

8 »

$ %

»

4

»

3

»

\ %

Síntesis 1.

% %

2.

&

'

3.

\ ' % '

8

Dominio del tema

Puntualidad en los tiempos asignados

Responsabilidad

8 ªªªªªªªªªªªªª

86

Sustento adecuado de argumentos

Actitud colaborativa

Respeto y tolerancia hacia los demás compañeros

Bloque III



Categoría

| $

J 6

crítica y

"

6

en la sociedad



Indicadores Regular

w

interpreta y emite



%

w@

y conceptos mediante representaciones %

%

] $

%

] 6

redacción propia ] \

relaciones entre ]

modelos para la representación de un '

? !


?@ $%


"


alcance de un

] $%

] 9

relación entre los

] $%

% ]\

%


@@ &

al desarrollo

de manera

acciones

@@J &

al alcance de un

los intereses de %

plazo en relación

Bueno

Excelente

] %

%

] \

relación de sus acciones en el %

%

& 8

87

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales |

de la ciencia y la %

/

sustentan los procesos para la solución de @@ 4

%

%

'

'

%


Indicadores Regular

Reconoce la importancia y las aplicaciones

Bueno

] &

] !

%

] \

%

del empleo de isótopos en '

& 8

Sesión D. Modelo atómico actual de la mecánica cuántica (números cuánticos y configuraciones electrónicas) Modelo atómico actual 7 '

/

4

la empleó para ' ' /

% 999 9 %

"

* @ # 6 ` < _7

%}

88

Excelente


Bloque III

$ %

&

' '

/ 7 ^

% ' 8 1.

0 3 %

8 »

7 % % &

%

»

& %

% '

»

'

% % '

4

%/

»

& %

%

E=h-f

W3W3W2

W3W3W2 W3W3W2

% Jw

Naturaleza dual de la masa sugerida por Louis de Broglie ! 3 %

Principio de incertidumbre de Werner Heisenberg 4 %^

3 % 6

% %

función de onda (ecuación de onda) $ %

3 *

La situación de los

% presan mediante ^

89

Química I

Números cuánticos 7 ^

% $

8 n, l, m, s. Número cuántico: n (principal o primario) 3

niveles de energía, *

7 # 0 6 Z ^ `< @

| J w ? & n %

^ % '

% % ' % '

^

% ^ 7 8

K

s

7 7 8

s L p 7 # 8

s M

p d

7 0 8 '

N

s p d f

Número cuántico: l (azimutal o secundario) parámetro l ^ ' %

%

^ %

90


Bloque III

8 s, p, d y f & ' '

de l 7 %

+

l {@ »

`Sharp8 <

»

@ `Principal8 <

»

| `Diffuse8 ' <

»

' J `Fundamental8 ' <

Número cuántico: m (magnético) & %/ % %

el efecto Zeeman 6 @k % 6

0 @| $ n y l se le aplica un %/ {

%/ ^ m & l `| ¡ @< m

%

de –l ¡l $ l 0 m / 0 capa s / '/ " %/ $ l @ m {@ ¡@ %

p %/

% número cuántico m

%/

cuando estos se encuentran sometidos a %/

= %

\#6 `\%

%/

#

6

encontrar un <

^ $%^

^ m % @

0 s J

«@ p

0 p

?

«2 d

«@ d

@ p 0 d

@ d

2 d

'

«J «2 «@ 0 @ 2 J

'

'

'

'

'

'

' px py y pz $

%/ p % % 7

d ? / " %/ % dxy dyz dxz dx2-y2 y dz2

91

Química I Número cuántico: s o ms (espín) & $ Y

%/ %/ '% % _' }

' ' 6

%/

% 8 ? @ %

%

$ % ` <

/ %

^ ¡@| {@|

" 8 Ç¡@| È{@| Los orbitales atómicos & %

% n, x, y n es el ^ + x % s p d f

^

@ | J / + y ^


% % % '

% s p d y f ^

2)

\ ' ' % %

La configuración electrónica &

7 %

consiste en la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía %

%

*

92

1.

6 6 % 8 _!

% ^ } 8 _ }

^ '

%

2n2 4 8 » @ |`@<2 | » | |`|<2 k » J |`J<2 @k » w |`w<2 J|

2.

6 % `\% Building–up o de Aufbau< / Principio de construcción 8 _& * %}

Bloque III


6

¡ %

% % % \% % %

" @

'

1 1s 2 2s

3 2p

4 3s

5 3p

7 3d

6 4s

8 4p

10 4d

13 4f

9 5s

11 5p

14 5d

17 5f

12 6s

15 6p

18 6d

16 7s

19 7p

Fig. 3.5 \% %

%

% 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d,7p. 6

% % ' %

\ ^

^ &

% ` < !

^ cada %8

Subnivel

Número de orbital

Electrones

Representación

s

@

2

s2

p

J

p

d

5

@

d@

'

7

@w

'@w

93

Química I 6 % 8 »

$ número de electrones 6

conocer el número atómico (Z) \ ^ %

^ ` ¡<

»

= % ^ ` @<

»

\ ` |– – @– ' @w–< 8

Número de electrónes

Nivel de energía

1s22s22p63s1 Subnivel de Z

Electrón de valencia

$

% %

%

8

Elemento

No. atómico

Configuración electrónica

@

@ @

0

7

@ 2 2s2 2pJ

|

@ 2 2s2 2p J 2 J 4s2 J

Kr

J

@ 2 2s2 2p J 2 J 4s2 J@ 4p

Actividad de aprendizaje 7 % % 8

94

a)

Calcio

b)

$

c)

\

d)

4'

e)

Berilio


Bloque III

Representación gráfica o diagrama energético 7

% % %/

$ `^ < `" <

en cuenta el Principio de máxima multiplicidad o Regla de Hund, 8 _! ocupan orbitales separados y } 7

% % % »

6

" 8↑↓

»

6

8 _____

»

$ "

8

↑↓ 1s 8

' ^ Z=16 @

8 Representación gráfica:

1s 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz |

4

%

`% < La Regla de Hund

%/ /

+

% %

95

Química I

Actividad de aprendizaje 8

% % 8 %

#%

4

Cromo

Litio

Configuraciones y diagramas energéticos con la técnica de Kernel 6 % % ^ ` < / ` <

%

` 0 4 \< %

` ^ k— He |—<

96

Bloque III


7 % % 8 2

8 @s

2

@

08 @s 2 2s 2 2p

@k

4 8 @s 2 2s 2 2p Js 2 Jp

J

8 @s 2 2s 2 2p Js2 Jp 4s2 Jd

54

8 @s 2 2s 2 2p Js 2 Jp 4s 2 Jd

@

4p 5s 2 4d

@

5p

k

\8 @s 2 2s 2 2p Js 2 Jp 4s 2 Jd

@

4p 5s 2 4d

@

5p s 2 4f

@

4p

@w

5d @ p

6

%

%

/ % 8 ¯°8

% ¯0°8

¯4 °8 % %

Ejemplos: 1.

&, '^ % 8

& ^ `&<

% % ^ *

¯2°, |

' ' 8 7 %

% 8 C=[2He]2s2,2p2

C=[2He]:

6

6

2s 2.

2p

2p

2p

Sr = %

+

38 [36Kr]. $ %

% 8 Sr=[36Kr]5s2

Sr=36[Kr]:

38

38

5s 3.

Pt %

78 $ %

% 8 Pt=[54Xe]: 6s2, 4f14, 5d8

78

78

Pt=[54Xe]: 6s

4f

4f

4f

4f

4f

4f

4f

5d

5d

5d

5d

5d

97

Química I

Actividad de aprendizaje 9 %

% %

/ ` <8 a)

b)

=

c)

4

d)

98


e)

Bloque III

*

Electrón diferencial $ ^ &'

%

^ ` < \% 6

/

% ` < 8 7 ^ ' "^ 8

F=[2He]

9

2s

2p

2p

2p

^ $

8

|

@

@| 6 ^

Actividad de aprendizaje 10 ^ '

% 8 a)

\

b)

4

c)

d)

6

e)

Cloro

99

Química I Síntesis & % ' 8

Configuración electrónica Elemento

0 %

4'

Litio

^

Boro

\

Bromo

0

Cloro

#%

100

Núm. atómico

Desarrollada

Abreviada

Diagramas

Núm. de e— no apareados

Bloque III



Niveles de logro


Categoría

| $

J 6

crítica y

"

Atributos

Indicadores Regular

w

interpreta y emite



%

w@

y conceptos mediante representaciones %

%

] $

%

] 6


relaciones entre ]


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instrucciones y procedimientos de

"


alcance de un

] $%

] 9


] $%

% ]\

%


Bueno

Excelente

& 8


Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales ! *

o prototipos para

'

o demostrar principios


Indicadores Regular

Desarrolla las %

electrónicas partiendo del modelo atómico

Bueno

Excelente

@ ! %

^ | 9

%

%

J %

electrónicas para la determinación de las características de un

& 8

101

Química I Realimentación I.

II.

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43< 6

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8 a)

7

8

b)

4

8

c)

7

8

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7

^ 8

III. \ % % 8

102

a)

Z/ '

b)

Z/ ^

c)

Z/ \#6

d)

Z/


e)

&

f)

Z/ ^

Bloque III

Actividad experimental 1. Ensayo a la flama Objetivo 9 % " Materiales »

# 3 `@<

»

`<

»

Y `@<

Reactivos »

? % `7& <

»

? % `0& <

»

? % `& <

»

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»

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»

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»

4% ` <

Antecedentes 4 %

" %

' "

3 7

%/ %/ 4

%

%/ ! /

%

% '

'

103

Química I ^ %/

% &

% %

% ' 7 % ` <

% & %

Menos energía absorbida

Más energía absorbida

Menos energía liberada

Más energía liberada

Violeta

Roja

% J 0^ %/

400 nm

500 nm

Violeta

700 nm

Roja Luz visible

% J 7%

104

600 nm

Infraroja

Ultravioleta

Longitudes de onda


Bloque III

Procedimiento &

% `% <

" $ %

" `@<

Ácido clorhídrico diluido

1 & / '

6

" `|<

sustancia muestra

2

105

Química I \ 7

'

6

/ " Colores de la Flama

Li

Na

K

Colores de la Flama

Sr

Ba

Observaciones 4 % 8

106

Cu

Bloque III


Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de las competencias genéricas del bloque

Categoría

| $

J 6

crítica y

"



Indicadores Regular

w

interpreta y emite



%

w@

ideas y conceptos mediante representaciones %

%

] $

%

] 6


relaciones entre ]


? !


?@ $%


"


alcance de un

] $%

] 9


] $%

% ]\

%


@@J &

al alcance de un

los intereses de %

plazo en relación

] %

%

] \

de sus acciones en el %

%

@@ &

al desarrollo 6

de manera

acciones

Bueno

Excelente

& 8

107

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares


los impactos de la ciencia y la %

consideraciones / w

%

y sistematiza la '

%

'

y realizando

? &

%

y comunica sus

procesos para la

! *

o prototipos para

'

o demostrar principios @@ 4

%

%

'

'

%

108


Indicadores Regular


@ \

aportaciones al modelo atómico | 9


J &

9

características de las partículas

@ \

y sus características

| !

^

masa atómica y ^ J \

sencillos relacionados con partículas

Bueno

Excelente

Bloque III



los impactos de la ciencia y la %

consideraciones / w

%

y sistematiza la '

%

'

y realizando

? &

%

y comunica sus

procesos para la

! *

o prototipos para

'

o demostrar principios @@ 4

%

%

'

'

%


Indicadores Regular

Reconoce la importancia y las aplicaciones

Desarrolla las %

electrónicas partiendo del modelo atómico

Bueno

Excelente

@ &

| !

aplicaciones de %

J \

importancia y los

%

'

@ !

%

^

| 9

%

%

J

%

electrónicas para la determinación de las características de un

& 8

109

Bloque IV Interpretas la tabla periódica


110

»

Describe el proceso histórico de la construcción de la tabla periódica.

»

Utiliza la tabla periódica para obtener información de los elementos químicos.

»

Comprueba, de manera experimental, las propiedades físicas y químicas de algunos elementos químicos.

»

Ubica los elementos químicos en la tabla periódica a través %

»

9

el quehacer humano y en el suyo propio.

»

Reconoce la importancia socioeconómica de la producción de metales y no metales en nuestro país y el mundo.


Elementos químicos

»

Grupo, periodo, bloque

»

Propiedades periódicas y su valoración

»

Utilidad e importancia de los metales para la vida socioeconómica del país y el mundo

Competencias a desarrollar Competencias genéricas y atributos 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. ?@ $%

" diendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.5. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. Competencias disciplinares 1. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. J 9 ' %

hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas '

rimentos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida.

111

Química I Dinamización y motivación Como se mencionó en el bloque I, la química es la ciencia encargada de estudiar el + 99

en homogénea y heterogénea y sabes que de la primera existen mezclas homogéneas, soluciones, y sustancias puras (de estas últimas también sabes cuántos tipos existen y de qué están constituidas). Como pudiste constatar en el bloque II, un tipo de sustancia pura son los elementos químicos y están formados por átomos. Actualmente se sabe de la existencia de más de 106 elementos químicos / '

simbólicamente, como descubrirás más adelante en tu recorrido por este bloque en el que nos abocaremos al estudio de los mismos.

Contextualización Observa detenidamente el siguiente esquema y responde lo que se indica:

112

1.

9

2.

$ /

3.

9 % #

4.

$ /

5.

$ /

Interpretas la tabla periódica

Bloque IV

Sesión A. Historia de la tabla periódica Tabla periódica La tabla periódica que conocemos en la actualidad se originó con el trabajo de dos 7 # `@kJ¤@k?< @kw

@k ?

* ! # / `@kJw¤@<

en el que hacía la descripción de una tabla periódica.

El origen de la palabra periódica proviene del griego periodus que sig

Las propiedades periódicas se repiten igual que las horas, los días y las semanas.

# / ' #

y predecir que serían descubiertos nuevos elementos que los llenarían. También ^ #deléiev vivió para ver el descubrimiento de algunos de los elementos que predijo, con propiedades similares a las que había pronosticado. 7 # / # '

algún sentido, puesto que ellos ordenaron los elementos con base en las masas ! / Y #

`@kkk¤@@?< ' %

elementos, con lo que concluyó que los elementos se debían ordenar con base en sus números atómicos crecientes. De esta manera corrigió las discrepancias que existían en la tabla periódica. Cuando los elementos están ordenados por número atómico creciente, los que tienen propiedades químicas similares se encuentran idos. Esta relación se conoce como ley periódica.

Ubicación y clasificación de los elementos La representación de los elementos químicos en una forma fácil y sencilla de re ' 3 `@k@w< 6 '

usando la inicial del nombre del elemento, o bien, la inicial acompañada de otra letra representativa de dicho nombre. Los símbolos de los elementos químicos constan de una o dos letras como máximo. Si es una letra, debe ser mayúscula, y si son dos, la primera es mayúscula y la segunda minúscula, invariablemente. Se exceptúan, en el presente, los elementos del 104 en adelante, pues @ %

de los números en latín; así, el nombre del elemento 105 es unnilpentio; un (1), nil (0), pent (5), con la terminación io (del latín ium< @ 9=64&

% @w @8 @w

' @?

@ % @ @k @

113

Química I

Actividad de aprendizaje 1 En equipos colaborativos, investiguen en internet sobre los siguientes personajes, *

tabla periódica, así como la fecha (año) en que se realizó.

Personaje

Aportación al desarrollo de la tabla periódica

Año

Berzelius Döbereiner Chancourtois Newlands Julius Thomson # / 7 # # Alfred Werner Gil Chaverri

Síntesis Con la información obtenida anteriormente, indaga en internet o cualquier otro medio de consulta, imágenes de los trabajos realizados, por los personajes, con respecto al desarrollo de la tabla periódica y elabora una línea del tiempo, donde compiles todos los antecedentes históricos de la tabla periódica. Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión A

Categoría

2. Se expresa y comunica.

114



Indicadores Regular


] $




modelos para la representación de un fenómeno.

Bueno

Excelente

Bloque IV



Categoría


"

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a partir de métodos establecidos.


Indicadores Regular


"


Bueno

Excelente

] &



lógica. ] &


Comentarios:

Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión A

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales J 9





Indicadores Regular

] !

el proceso histórico de la construcción de la tabla periódica.

Bueno

Excelente

] !

antecedentes históricos

elementos químicos.

Comentarios:

115

Química I

Sesión B. Características de la tabla periódica Distribución de los elementos en la tabla periódica Niveles o periodos de elementos.

Son las 7 líneas horizontales de izquierda a derecha.

Elementos representativos. Grupos de elementos son las columnas de elementos en general son tres.

Elementos de transición. Elementos de transición interna.

Tabla periódica

Es la clasificación de los elementos basándose en su número atómico y se pueden clasificar en:

Familia A: son 3 y van de la A a la VIIIA.

Familias de elementos son las 4 columnas de la tabla periódica.

Familia B: son 10 y van de la IB a la IIIB.

Lantánidos

Actínidos

Metales. Clases de elementos. Son 5 y se clasifican según sus propiedades físicas y químicas.

No metales.

Metaloides.

116


Bloque IV

@@k k

7 / 6 ` @< 0

` J< ` @@k< ! @@k ^ |

en los seres vivos, son principalmente: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno ya que constituyen las biomoléculas; los demás elementos son: azufre, fósforo, sodio, % %

cloro, molibdeno, yodo. Los elementos radiactivos son: tecnecio, polonio, astato, radón, francio, radio, junto con todos los elementos que forman la serie de los actínidos y los des ^ * @w @@k Con respecto a su estado de agregación, la mayoría son sólidos a condiciones normales de presión y temperatura (TPN). Sólo dos son líquidos a TPN: mercurio y bromo. Los que son gases en estado natural son: hidrógeno, nitrógeno, % "^ % 7

% % `@¢< `k?¢< `|?¢<

Grupo, periodo y bloque 7

% @k?

`@k|{@< /

%

periodos @k grupos (familias). El número del periodo determina el del último nivel de energía principal que los electrones comienzan a llenar, mientras que los elementos que se encuentran en un determinado grupo son semejantes porque tienen propiedades químicas similares.

Grupo A los grupos se les asignan números romanos, el cero y las letras A y B. A los grupos de I A al VIII A se les llama también familias y se les asignan nombres particulares. »

Grupo I A o familia de los metales alcalinos, entre los cuales no está considerado el hidrógeno.

»

(H) porque no todas sus propiedades se parecen a las de éstos.

»

Grupo II A o familia de los metales alcalinotérreos.

»

Grupo III A o familia de los térreos.

»

Grupo IV A o familia de los carbonoides.

»

Grupo V A o familia de los nitrogenoides.

»

Grupo VI A o familia de los anfígenos o calcógenos.

»

Grupo VII A o familia de los halógenos.

»

Grupo VIII A o familia de los gases nobles, raros o inertes.

El origen de la palabra halógeno proviene del griego hals (sal) y genos (productor), los halógenos reaccionan con los metales para formar sales.

7 % / 8 »

Elementos representativos: elementos de los grupos A.

»

Elementos de transición: todos los elementos de los grupos B.

117

Química I »

Elementos de transición interna: (tierras raras) se encuentran debajo de la tabla periódica y forman la serie de los lantánidos o actínidos.

»

Gases nobles: elementos del grupo VIII A o grupo cero.

Periodo 4 ` % zontales).

118

»

Periodo 1: Contiene sólo 2 elementos: el hidrógeno (H) y el helio (He). En este periodo se llena el nivel de energía principal (subnivel 1s con dos electrones). El helio está colocado en el grupo VIII A de los gases nobles. El número de periodo indica el número del nivel de energía principal que los elementos comienzan a llenar.

»

Periodo 2: & k

En este periodo se llena el segundo nivel de energía principal (subniveles 2s y 2p), llegando hasta un segundo nivel de energía completamente lleno en el neón.

»

Periodo 3: / k `0<

argón (Ar), con el tercer nivel de energía principal lleno (sólo los subni J J< % k %

principal (nivel completo).

»

Periodo 4: & @k

(Kr). En este periodo se llenan los subniveles 4s, 4p y 3d. El subnivel 3d se llena a partir del escandio hasta el zinc (Zn).3

»

Periodo 5: & @k

`<

En este periodo se llenan los subniveles 5s, 5p, y 4d. El 4d se comienza a llenar desde el itrio hasta el cadmio.

»

Periodo 6: Contiene 32 elementos, desde el cesio hasta el radón. En este periodo se llenan los subniveles 6f, 6p, 5d y 4f. El subnivel 5d se llena con el lantano y el hafnio hasta el mercurio. A los elementos del ?k @

o elementos de tierras raras. Estos elementos corresponden al llenado del subnivel 4f y están colocados al pie de la tabla por conveniencia, ya que si los colocáramos en la tabla, ésta sería demasiado ancha y difícil de manejar.

»

Periodo 7: Tiene 32 elementos, desde el francio hasta el último descu

5f. El subnivel 6d se llena parcialmente con el lawrencio y el rutherfor ` < 7 @J

torio hasta lawrencio, se denominan serie de los actínidos y corresponden al llenado del subnivel 5f. Estos elementos también se encuentran 4 w ?

largos porque contienen más elementos que los de otros periodos.


Bloque IV

Bloques s, p, d y f La disposición de los electrones de un elemento se puede establecer con rapidez, localizando el símbolo del elemento en la tabla periódica. Por ejemplo, si se estudia la tabla periódica, se podrá observar que los elementos de las dos primeras columnas (grupos I A y II A) tienen uno o dos electrones externos (de valencia) s, 1 y s2. A los elementos de esta región de la tabla periódica se les llama bloque s de elementos. Los elementos que aparecen en las seis columnas de la extrema derecha de la tabla periódica (excepto el helio) tienen todos ellos 2 electrones en el subnivel s y de uno a 6 electrones en un subnivel p; a éstos se les conoce como bloque p de elementos. Los elementos de los bloque s y p se conocen como elementos representativos. Los elementos que poseen electrones externos en orbitales d se conocen como bloque d de elementos (de transición). Se encuentran en la región central de la tabla periódica, donde hay 10 columnas, d1 a d10, que corresponden a los electrones posibles (de 1 a 10) en un subnivel d. Los electrones que poseen electrones externos en orbitales f se conocen como elementos de transición interna o tierras raras, y se agrupan en la parte inferior de la tabla periódica. Los elementos de transición interna forman el bloque f de elementos, donde hay 14 columnas, f1 a f14, que corresponden a los electrones posibles de (1 a 14) en un subnivel f.

Relación entre la configuración electrónica, los números cuánticos y la tabla periódica Como aprendiste en el bloque III, los números cuánticos son los parámetros que nos indican la probabilidad de saber dónde se puede encontrar un electrón en un átomo, pues indican el nivel o periodo (n), el subnivel (l), el orbital donde se encuentra (m) y hacia donde gira (s). 4 ' %

` % <

de un átomo en los diferentes espacios energéticos del mismo. § ^ | % 8 1s22s22p63s23p64s23d6 Su Kernell sería [ Ar18] 4s23d6 ! `@ | Jw< %

` <

los electrones y los superíndices (2,6,) indican los electrones que hay en ese subnivel, |

6 /

Esto puede ayudar a determinar dónde debe ubicarse el Fe en la tabla periódica.

119

Química I ! / 4 %

podemos determinar en qué casillero de la tabla periódica va el Fe y, por ende, cualquier otro elemento. A continuación se presenta un croquis de la tabla periódica donde se pueden observar los niveles, las familias, los grupos o las columnas y los bloques de elementos. En el caso de los bloques, cada uno tiene un determinado número de columnas, dependiendo de la capacidad máxima de electrones que puede llevar el subnivel, por lo que s tiene dos columnas, pues como máximo lleva dos electrones, p tiene 6, d 10 y f 14. Entonces para saber dónde se ubica el Fe realizamos el siguiente análisis: [ Ar18] 4s23d6 $%^ %

periodo o nivel 4, pues éste fue el nivel más alto utilizado, pertenece al bloque d porque esta fue la últi % columna 6 porque ése fue el total de electrones que colocó en dicho subnivel d. Entonces en la tabla nos vamos al nivel 4, nos ubicamos en el inicio del bloque d y de ahí contamos seis casilleros, donde le corresponde al hierro estar. [Familias] IA

n

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB VIIB VIIIB IXB

XB

IB

IIB

IIA

IVA

VA

VIA

VIIA VIIIA

1

Bloque s

2 3 4

Hierro

Bloque p

Bloque d

5 6 7

Lantánidos

6

Actinidos

7

Bloque f

Una vez ubicado al hierro, observando su posición en la tabla e integrando %

120

Elemento

Hierro

Periodo o nivel

4

Bloque o subnivel

d

Bloque IV


Elemento

Hierro

Columna de bloque

6

Grupo

Elementos de transición

Familia

VIIIB

#

#

Actividad de aprendizaje 2 Escribe en la línea que sigue a cada enunciado, si se trata de un grupo o un periodo de la tabla periódica. a)

Contiene los elementos C, N y O:

b)

Comienza con el helio:

c)

Es una columna vertical de elementos:

d)

Termina con el neón:

e)

Contiene al sodio, al potasio y al rubidio:

f)

Comienza con el número atómico 3:


II.

sentan a continuación, escribe sobre la línea si forman un grupo, (escribe el nombre del grupo), familia (escribe el número o nombre de la familia) o un periodo de elementos. Si no representa ninguno de éstos, entonces escribe “ninguno”. a.

B, Al, Ga

b.

Si, P, S

c.

0 #% 4

d.

Cu, Ag, Au

e.

Cl, Br, I

f.

O, S, Po

g.

Ni, Pd, Pt

h.

Eu, Er, Ba

i.

Ra, Rf, Am

j.

Rn, Ne, H

De acuerdo con su posición en la tabla periódica, escribe el número de electrones de valencia de los siguientes elementos representativos. a.

Potasio

b.

Litio

c.

Azufre

121

Química I d.

Oxígeno

e.

Boro

f.

Aluminio

g.

Cloro

h.

Estroncio

i.

Germanio

j.

Antimonio

III. & %

transición interna; en caso de ser representativo, escribe el nombre del grupo (metales alcalinos, alcalinotérreos, grupo del boro-aluminio, grupo del carbono-silicio, grupo del nitrógeno, grupo del oxígeno o carbógenos, halógenos o gases nobles). a.

Escandio

b.

Pr

c.

Zinc

d.

Tl

e.

Radón

f.

Be

g.

Lutecio

h.

Au

i.

Silicio

j.

Ga

k.

Actinio

l.

Sr

m. Cesio

122

n.

Sb

o.

Fierro

p.

H

q.

Cloro

r.

W

s.

Bismuto

t.

Cd


Bloque IV

IV. Escribe el número de la familia a la cual pertenecen los siguientes elementos, sólo para el caso de tratarse de un elemento de transición interna, pondrás si es lantánido o actínido. a.

Telurio

b.

Hidrógeno

c.

Platino

d.

Cesio

e.

f.

Radio

g.

Indio

h.

Aluminio

i.

Curio

j.

Bismuto

k.

Yodo

l.

Silicio

m. Telurio n.

#

Síntesis En equipos colaborativos realicen lo siguiente: 1)

% %

sus respectivos números atómicos:

&% ` <

\ J

#% @|

& |

& wk

Ga 31 P 15 Kr 36 7 ?

4 k

7 @

Lw 103

123

Química I 2)

Ubica en la tabla periódica, de acuerdo con la información obtenida de %

casillero correspondiente. [Familias]

IA

n

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB VIIB VIIIB IXB

XB

IB

IIB

IIA

IVA

VA

VIA

VIIA VIIIA

1

Bloque s

2 3 4

Hierro

Bloque d

5

Bloque p

6 7

Lantánidos

6

Actinidos

7

3)

Elemento Rb #% Co Cd Ga P Kr La Ac Lu Lw

124

Bloque f Completa la siguiente tabla con los datos que ahí se solicitan para cada uno, apóyate en la información del punto anterior:

Nivel o periodo

Subnivel o bloque

Columna del bloque

Grupo de elementos

Familia de elementos

Metal, semimetal y no metal

Bloque IV


Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B

Categoría



"


"



Indicadores Regular


] $





5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a partir de métodos establecidos


"


] &





5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a partir de métodos establecidos

5.5. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

] &


resultados de sus observaciones ] Y

hipótesis o

planteadas.


Bueno

Excelente

Comentarios:

125

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión B



hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas

consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.


Indicadores Regular

] =

periódica para obtener información de los elementos químicos.

] #

para obtener información sobre las características y propiedades de los elementos. ] &

en metales, no metales y semimetales, destacando sus características

] &

manera experimental, las propiedades físicas y químicas de algunos elementos químicos.

] !

%

/

práctica experimental en la que observe las propiedades de algunos elementos químicos y las asocia con la información que le brinda la tabla periódica.

] =

químicos en la tabla periódica a través de la interpretación %

electrónica.

] \

grupo, período y bloque, aplicadas a los elementos químicos.

Bueno

Comentarios:

Sesión C. Las propiedades periódicas Propiedades periódicas y su variación en la tabla periódica Existe un cambio gradual en muchas de las propiedades físicas y químicas dentro de los elementos de un mismo grupo o periodo, según se va incrementando el número atómico. Algunas de estas propiedades son los radios atómicos de los elemen % %

electrónica y las propiedades metálicas.

126

Excelente

Bloque IV


Radio atómico

Es la distancia que hay desde el centro del núcleo atómico hasta el nivel de los electrones de valencia.

Electronegatividad

Es la capacidad de los átomos de atraer hacia ellos los electrones compartidos en un enlace.

Afinidad electrónica

Tendencia de los átomos de ganar electrones, convirtiéndose de átomos neutros en aniones.

Energía de ionización

Es la energía que se requiere para arrancar un electrón de un átomo neutro y convertirlo en un catión.

Propiedades periódicas

Radio atómico

^

de un átomo hasta el último nivel de energía principal en donde existen electrones. Al referirnos al radio atómico de un átomo, estamos hablando de su tamaño. Los radios atómicos de los distintos elementos y de sus iones varían periódicamente en función del número atómico. Se pueden resumir las tendencias del tamaño atómico como sigue: }

Dentro de un mismo periodo, el tamaño atómico tiende a disminuir conforme aumenta el número atómico. Dentro de un mismo grupo, el tamaño atómico aumenta conforme lo hace el número atómico.

}

Este aumento también se observa en los radios iónicos. Los radios de los iones negativos son mayores que los radios de los átomos neutros, debido a que el átomo se convierte en ion negativo, ganando electrones en el nivel energético exterior. En cambio, los iones positivos son menores que los átomos neutros, ya que éstos se ionizan en forma positiva al perder electrones.


¿Cuál es la tendencia en el tamaño de los átomos en los periodos de iz 6 /

2)

¿Cuál es la tendencia del tamaño atómico en los grupos o familias de arri 6 /

127

Química I 3)

¿Quién tiene el tamaño atómico mayor, el átomo de potasio o el ion po 6 /

4)

Z/ *

6 /

5)

Empleando la tabla periódica, señala cuál de los elementos presentados en cada uno de los pares siguientes tiene el mayor tamaño atómico.

a)

Flúor y bromo

b)

Azufre y oxígeno

c)

Bario y magnesio

d)

Cobre y oro

e)

Carbono y silicio

f)

Plomo y estaño

g)

Bario y estroncio

h)

Zinc y mercurio

Energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad Otra propiedad periódica es el potencial de ionización o energía de ionización, que _ %

convirtiéndolo en ion positivo o catión”. Ejemplo: Na + energía de ionización → Na+ + 1e Dentro de cada periodo, la energía de ionización de los elementos aumenta conforme lo hace el número atómico. Dentro de un mismo grupo, la energía de ionización de los elementos disminuye conforme aumenta el número atómico. Los elementos de carácter más metálico (Grupo IA) presentan la energía de ioni =

la tendencia que tienen los átomos por ganar electrones, convirtiéndose de iones negativos en aniones. La energía de ionización son conceptos importantes porque nos ayudan a comprender los enlaces de los átomos, pues estos últimos ganan, pierden o comparten electrones al momento de enlazarse. La energía de ionización ayuda a comprender lo que sucede cuando un átomo pierde un

que sucede cuando un átomo gana un electrón.

128

Bloque IV


La electronegatividad

de atraer con mayor fuerza el par de electrones compartidos. La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en cada periodo y disminuye de arriba hacía abajo en cada grupo.


¿Cuál es la tendencia en la energía de ionización de los átomos en los 6 /

2)

¿Cuál es la tendencia en la energía de ionización en los grupos o familias

6 /

3)

En los siguientes pares de elementos indica cuál tiene la energía de ionización más elevada.

a)

Sodio o cesio

b)

Sodio o silicio

c)

Silicio o cloro

d)

#% '

e)

Flúor o litio

f)

Bario o magnesio

g)

Nitrógeno o aluminio

h)

Berilio u oxígeno

4)

5)

% %

energía de ionización más baja. a.

F, Ne, Na

b.

S, Cl, Br

c.

P, S, Se

&

/

Síntesis Elabora una tabla periódica en tu cuaderno y, con lápices de colores, representa esquemáticamente el comportamiento de las propiedades periódicas en los niveles o periodos y en los grupos o familias.

129

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión C

Categoría



"

Comentarios:

130




Indicadores Regular


] $




para la representación de un fenómeno.


"


] &



lógica. ] &



] &



las planteadas.

Bueno

Excelente

Bloque IV








Indicadores Regular

] =

tabla periódica para obtener información de los elementos químicos. ] &

de manera experimental, las propiedades físicas y químicas de algunos elementos químicos.

Bueno

Excelente

] #

para obtener información sobre las características y propiedades de los elementos. ] !

propiedades periódicas (electronegatividad, energía de ionización,

y volumen atómico) y su variación en la tabla periódica. ] !

%

/

práctica experimental en la que observa las propiedades de algunos elementos químicos y las asocia con la información que le brinda la tabla periódica.

Comentarios

Sesión D. Importancia de los metales y no metales Utilidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país !

metales, no metales, metaloides y gases nobles. En la tabla periódica larga, los gases nobles se localizan en el grupo VIIIA (grupo 0); los metales en el triángulo comprendido al trazar una línea diagonal (escalonada) del boro al oberón y de éste "^ + 8 % /

estaño, antimonio, telurio, polonio, astato, y los últimos descubiertos: efelio y oberón; el resto de los elementos son metales.

131

Química I

Características de los metales Los metales son muy útiles en la fabricación de herramientas, materiales de construcción, automóviles, etcétera, pero los no metales son igualmente útiles en nuestra vida diaria, como componentes principales de ropa, alimentos, combustibles, vidrio, plásticos y madera. Los metaloides se usan con frecuencia en la industria electrónica. El siguiente mapa conceptual presenta las principales características de los metales, no metales y metaloides. Las propiedades de los metales se basan en sus estructuras atómica y electrónica, en virtud de las cuales presentan alta conductividad eléctrica y térmica, brillo metálico, maleabilidad (capacidad de ser ' < ` ' tos o alambre) y resistencia (capacidad de ser deformados con tensión). En ocasiones, las propiedades de los metales puros cambian drásticamente a las de los metales impuros, cuando se mezclan químicamente con otros metales u otros elementos; este proceso recibe el nombre de aleación. Los elementos metálicos incluyen los grupos I A, II A y los elementos de transición del grupo III A, con excepción del boro, así como los grupos I B, II B, y los de la parte superior de la tabla periódica; los grupos IV A (Sn, Pb), V A (Sb, Bi) y VI A (Se, Te). Clases de elementos

Metales

Semimetales o metaloides

No metales

Se caracterizan por Se caracterizan por Son sólidos a temperatura ambiente, menos el Hg que es liquido.

Son más densos que el agua, excepto el Li, Na y K.

Presentan brillo o lustre metalico.

Son ductiles. Son buenos conductores del calor y electricidad.

Se caracterizan por

Algunos son sólidos, otros gaseosos y el Br es el único líquido.

Tienen propiedades intermedias entre los metales y no metales.

Son menos densos que el agua.

No son dúctiles, ni maleables, ni buenos conductores del calor y la electricidad.

Su estructura es monoatómica. Sus átomos tienen 1, 2, o 3 electrones de valencia.

Al combinarse, sus átomos pierden electrones y se convierten en cationes.

132

Forman óxidos básicos al combinarse con el oxígeno.

Sus átomos tienen 5, 6 o 7 electrones de valencia, al combinarse ganan electrones y se convierten en aniones.

Al combinarse con el oxígeno forman óxidos ácidos o anhídridos.

Bloque IV


Características de los no metales Dentro de estos elementos destacan el oxígeno y el nitrógeno, los cuales consti ¢ ' +

compuestos que el resto de los elementos combinados. La mayoría de los no metales no conducen la electricidad, conducen # % ra ambiente, sólo el bromo es líquido; mientras que son sólidos (C, P, S, Se y I), carecen de brillo, sus puntos de fusión tienden a ser más bajos que los de los no metales. Con excepción del carbono, los no metales tienen cinco o siete electrones de valencia. Los elementos carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre y los halógenos son típicos no metales y presentan propiedades diferentes a los metales. El boro, el silicio, el germanio, el estaño y el arsénico ocupan una posición intermedia en la tabla periódica entre los metales verdaderos y los no metales; poseen algunas propiedades metálicas, pero con variantes en cierto grado, razón por la cual se les denomina metaloides. El hecho de estar en esa posición intermedia indica que sus propiedades obedecen a una estructura que les es común a ambos tipos de elementos. 7 '

'

cristales, es decir, los paquetes de sus átomos se agrupan en arreglos regulares de diferentes geometrías, conocidas como cubo de cara centrada, el cerrado paquete hexagonal y el cuerpo cúbico centrado.


& % 8

gases nobles. a.

Lantano

b.

Sr

c.

Astato

d.

Ne

e.

Cesio

f.

Os

g.

3

h.

B

i.

Cromo

j.

Cl

k.

Helio

l.

Rh

m. Selenio

133

Química I Al

o.

Flúor

p.

#

q.

Uranio

r.

Sn

s.

Antimonio

t.

Br

Grupo

Familia o serie

Bloque

Periodo

Z

Símbolo

Consulta la tabla periódica y completa el siguiente cuadro. Si encuentras que algún espacio no tiene respuesta, cancélalo.

Elemento

II.

n.

Metal, no metal, metaloide

2 36 40 11 25

Síntesis

134

1.

Indaga en internet sobre cuáles son los elementos químicos naturales con que contamos en el país, qué estados de la República los explotan, qué se hace con ellos y en qué porcentaje intervienen en el aspecto socioeconómico de nuestro país.

2.

Investiga en qué lugar mundial se encuentra nuestro país gracias a la explotación de los elementos químicos.

3.

Investiga cuáles son las clases de elementos que se reciclan en nuestro país y

" /

disminuir la explotación de los mismos, propiciando un manejo responsable, protección al medio y un mejor desarrollo sustentable.

4.

Indaga en tu comunidad si existen grupos o instituciones que promueven el reciclado.

Bloque IV


Realimentación I.

Relaciona las columnas: Grupo de elementos que se ubica en el bloque d. ( )

a. Periodo

Propone una agrupación de elementos a las que llamo triadas. ( Son las columnas verticales de la tabla periódica. ( Elementos que se ubican en el bloque s y p. (

)

#

)

c. Representativos

)

Agrupa 63 elementos en orden creciente de sus masas atómicas. (

d. Grupos o familias )

# /

Señala que las propiedades de los elementos están en función de sus números atómicos. ( )

f. Transición interna

\ `

<

g. Döbereiner

Establece una agrupación de los elementos a las que llamó ley de las octavas. ( )

h. Ley periódica

Determinó agrupar a los elementos en función de sus números atómicos. ( )

i. Newlands

Elemento que pertenece al bloque f. (

II.

)

j. Transición

/ % % %ración electrónica.

Elemento

Grupo

Periodo

k @& Jk$ wk& 32Ge 55Cs

III. ! % 8 »

Potencial de ionización

»

4

135

Química I »

Electronegatividad

»

Radio atómico

Proyecto Tabla periódica grupal El siguiente proyecto consiste en la elaboración de una tabla periódica interactiva grupal. Para poder armarla, los alumnos tendrán que resolver, por cada elemento químico, una serie de ejercicios relacionados con los temas abordados tanto en el bloque III como en el presente bloque (IV). Cada grupo se dividirá en 10 equipos colaborativos. Los elementos a resolver serán determinados por el número de equipo que les haya tocado, a través de un sorteo hecho por el facilitador, de la siguiente manera:

Equipo

Elementos

1

1 al 11

2

12 al 22

3

23 al 33

4

34 al 44

5

45 al 55

6

56 al 66

k

k kk

k

10

100 al 110

Los equipos deberán elaborar la tabla periódica interactiva grupal de la siguiente forma:

136

»

Con papel ilustración, cortar un pliego de medidas aproximadas de un metro y medio de altura por dos metros de longitud.

»

Dibujarán en el pliego la tabla periódica simétricamente; el tamaño lo determinará el facilitador. En ésta se indicarán los niveles, familias, bloques y grupos de elementos, con plumones de diferentes colores.

»

Utilizando cinta contactel, peguen en cada cuadro de la tabla una de las partes de la cinta.


»

Para representar a los elementos, se utilizarán cuadretas de fomi del tamaño de los cuadros de la tabla, poniendo en el anverso de la cuadreta guración de Kernell y la contraparte de la cinta contactel, que permitirá adherirlo en el croquis que se hizo en el papel ilustración.

»

Una vez elaborado todo lo anterior, los cuadros de fomi representativos de los elementos se ponen en una tómbola.

»

Se invita a alguien a elegir un elemento.

»

en el casillero correspondiente.

»

Señala las características del elemento en cuestión, como nivel, bloque, columna, familia, grupo, clase, entre otros.

»

Terminada la actividad, se retiran los elementos adheridos y se devuelven a la tómbola, para reutilizarse en otra ocasión.

Bloque IV

Actividad experimental 1. Tabla periódica Objetivo Observar las propiedades de algunos elementos de la tabla periódica. Materiales »

Gradilla

»

Reactivos »

Nitrato de plata1 (AgNO3< @¢

»

& `0& < @¢

»

3 `03 < @¢

»

§ `09< @¢

»

Tiosulfato de sodio (Na2S2O3< @ #

»

Amoniaco (NH3< J #

Procedimiento 1.

Etiqueta tres tubos de ensaye con las siguientes sustancias: cloruro de sodio, bromuro de sodio y yoduro de sodio; agrega 10 gotas de cada una de las sustancias en su respectivo tubo.

2.

Agrega tres gotas de nitrato de plata a cada tubo. Observa qué ocurre.

3.

Agrega diez gotas de amoniaco a cada tubo y agítalo. Observa qué ocurre.

4.

Repite los pasos 1 y 2. Agrega diez gotas de tiosulfato de sodio. Observa qué ocurre.

5.

Repite los pasos 1 y 2, y deja los precipitados expuestos a la luz. Observa qué ocurre.

1

El nitrato de plata manchan la piel y la ropa, pero las manchas desaparecen después de unos días.

137

Química I Resultados Anota tus observaciones en la siguiente tabla:

AgNO3

NH3

Na2S2O3

Exposición a la luz

NaCl NaBr NaI

Conclusiones Anota tus conclusiones en tu cuaderno según lo observado en cada tubo. Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión D

Categoría



"

Comentarios:

138



Indicadores Regular



] $







"


] &



lógica. ] &


Bueno

Excelente

Bloque IV


Categoría



11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.


Indicadores Regular


] &



las planteadas.

11.1 Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

] 9




11.3. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo en relación con el ambiente.

] %



Bueno

Excelente

Comentarios:

139

Química I Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de las competencias genéricas del bloque.


J 9




140


Indicadores Regular

Describe el proceso histórico de la construcción de la tabla periódica.

] !

de los elementos químicos.

Utiliza la tabla periódica para obtener información de los elementos químicos.

] #

para obtener información sobre las características y propiedades de los elementos. ] &

en metales, no metales y semimetales destacando sus características

Comprueba, de manera experimental, las propiedades físicas y químicas de algunos elementos químicos.

] !

propiedades periódicas (electronegatividad, energía

electrónica, radio y volumen atómico) y su variación en la tabla periódica. ] !

%

/

práctica experimental en la que observe las propiedades de algunos elementos químicos y las asocia con la información que le brinda la tabla periódica.

Ubica a los elementos químicos en la tabla periódica a través de la interpretación de %

electrónica.

] \

grupo, periodo y bloque, aplicadas a los elementos químicos.

Bueno

Excelente

Bloque IV



J 9





Indicadores Regular

9

aplicaciones de metales, no metales y minerales en el quehacer humano y en el propio.

] &

importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país.

Reconoce la importancia socioeconómica de la producción de metales y no metales en nuestro país y el mundo.

] \

comunitarios relacionados con la explotación, tanto racional como irracional de recursos minerales. ] 4 %

del manejo racional y sustentable de algunos elementos de relevancia económica. ] 6

los recursos minerales. ] 4

forma de resolver una problemática social. ] 6

ambiental en relación con el uso racional de elementos químicos de relevancia económica.

Bueno

Excelente

Comentarios:

141

Bloque V Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares


142

»

Elabora estructuras de Lewis para los elementos y los compuestos con enlace iónico.

»

Elabora estructuras de Lewis para los elementos y los compuestos con enlace covalente.

»

Describe las teorías que explican el enlace metálico.

»

Explica las propiedades macroscópicas de los líquidos y gases, a partir de las fuerzas intermoleculares que los constituyen.

»

Describe la importancia de los puentes de hidrógeno.


Enlace químico

»

Regla del octeto

»

Formación y propiedades de los compuestos con enlace iónico

»

Formación y propiedades de los compuestos con enlace covalente (tipos de enlace covalente)

»

Enlace metálico

»


Competencias a desarrollar Competencias genéricas y atributos 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. ?@ $% " prendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. Competencias disciplinares 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas '

perimentos pertinentes. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesi 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o mo

143

Química I Dinamización y motivación Los diversos productos que nos rodean y que utilizamos en nuestra vida diaria están formados por la unión de los diversos átomos y moléculas que conforman toda la materia, pero estas uniones no se dan al azar, sino de acuerdo con las características y naturaleza de cada átomo, esto hace que las uniones formen los diferentes tipos de enlaces químicos que conocemos.

Contextualización

del conocimiento de la estructura de la materia. En nuestro quehacer cotidiano utilizamos una serie de materiales preparados a partir de compuestos químicos; por ejemplo, usamos jabones y detergentes para limpieza, cosméticos, perfumes, medicamentos, gas doméstico, aditivos para preparar alimentos, polvos para preparar bebidas refrescantes, entre otros. $ %

al igual que los citados, son necesarios para el desarrollo de tus actividades o el de la sociedad, nos daremos cuenta de su importancia. Pero, ¿cómo se forman esos compuestos? O ¿a qué se deben sus características? 7

que se enlazan como se muestra en el esquema a continuación.

144

Bloque V

Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares

Uniones químicas

Son fuerzas que mantienen unidas a las siguientes partículas: átomos y moléculas. Según el tipo de partícula que unen se dividen en

Enlace químico


Si únen átomos

Si unen moléculas Se dividen a su vez en

Estos a su vez se dividen en

Enlace ionico.

Enlace covalente

Enlace metálico

Se forma entre metales y no metales, al ganar y perder electrones.

Se forma entre no metales al compartir electrones.

Ocurre entre átomos de metales.

Fuerza dipolo dipolo o dipolos permanentes

Fuerzas ion dipolo o dipolo dipolo inducido.

Se clasifica en

No polar. Se forma entre dos átomos del mismo no metal, es de igual electronegatividad.

Polar: se forma entre dos átomos no metálicos de diferente electronegatividad.

Se denomina también puro u homopolar.

Se denomina también heteropolar.

Dativo o coordinado. En éste, uno de los átomos aporta el par de electrones y el otro no aporta nada.


Surgen entre moléculas no polares, en las que pueden aparecer dipolos instantáneos.

Este tipo de unión se produce cuando una molécula no polar redistribuye la concentración de los electrones (tiene la posibilidad de polarizarse) al acercarse una molécula polar.

Actúan entre moléculas polares.

Se denomina también: salino o electrovalente.

Fuerzas de dispersión de London

Fuerzas de Van der Waals

Según el número de pares de electrones que comparten en

Simple o sencillo

Múltiple

Si comparten sólo un par de electrones.

Si comparten más de un par de electrones y puede ser

Doble ligadura.

Triple ligadura.

145

Química I

Sesión A. Enlace químico, estructura de Lewis y regla del octeto Enlace químico La mayoría de los metales se adhieren a los imanes, lo mismo que los globos a la pared, después de ser frotados con el cabello. En ambos casos operan fuerzas de atracción o repulsión, en virtud de las cuales los polos opuestos se atraen y los semejantes se rechazan. Las relaciones sociales también traen consigo, análogamente, procesos de atracción y repulsión que en muchos casos concuerdan con la descripción del comportamiento de los átomos. Continuando con la analogía, las sustancias forman lazos y los rompen, como resultado de atracciones eléctricas, tal como lo hacemos nosotros en nuestro entorno social. Hasta ahora hemos considerado a los átomos como corpúsculos aislados; pero realmente, en su gran mayoría, se encuentran unidos con otros átomos de la misma especie, formando las moléculas de sustancias llamadas elementos, o con otros de distinta especie, formando moléculas de compuestos. Las fuerzas de atracción que mantienen unidos los átomos para formar moléculas reciben el nombre de enlaces químicos. Estas fuerzas son de carácter eléctrico y en ellas intervienen, para los elementos representativos, los electrones periféricos que forman los orbitales s y p; para los de transición, también los electrones de los orbitales d; y para los de transición interna, los de los orbitales f. A estos electrones se les llama electrones de valencia. La valencia, en términos generales, se describe como la potencia o capacidad de un elemento para combinarse con otro. Por ejemplo: el átomo utilizado % ^ro de átomos de hidrógeno que pueden combinarse con un átomo de ese elemento. Así, el átomo de cloro en HCl es univalente, mientras que el de oxígeno en H2O es divalente. El magnesio en MgO es divalente porque se combina con un átomo de oxígeno. Más directamente, el Mg se puede combinar con el H, formando el hidruro de magnesio MgH2, por lo que exhibe el carácter divalente. Mientras algunos elementos muestran sólo una valencia, otros elementos forman compuestos con dos o más valencias diferentes. El nitrógeno forma los óxidos: N2O, NO, N2O3, NO2 y N2O5, en los cuales el N varía su valencia de 1 a 5. La valencia de un elemento en un compuesto está designada como un número apropiado con respecto a la carga del elemento en el compuesto en equilibrio de cargas. Un concepto más adecuado de valencia es aquél que la describe como la capacidad de combinación de un elemento en términos de las fuerzas que actúan para unir la combinación de átomos en un compuesto estable. La valencia de un elemento no indica su naturaleza eléctrica o carga en un compuesto químico. Por conveniencia, para indicar la naturaleza eléctrica de un átomo en un compuesto químico o en un ion, el término número de oxidación debe ^

carga que un átomo muestra para cumplir las siguientes reglas:

146


1.

Los átomos en su forma elemental tienen número de oxidación cero, por ejemplo: H2, P4, S8, F2, O2, H2, N2, etcétera.

2.

Los iones monoatómicos tienen un número de oxidación igual a la carga en el ion. El número de oxidación de Fe2+ es +2, y el del O2- es 2.

3.

En compuestos que contienen oxígeno, el número de oxidación del átomo de oxígeno es 2 excepto, en H2O2, y OF2, cuyos números de oxidación son 1 y +2, respectivamente.

4.

En compuestos que contienen hidrógeno, el átomo de hidrógeno tiene un número de oxidación de +1, excepto en hidruros tales como el LiH y MgH2, cuyo número de oxidación es 1. Los números de oxidación del S en H2S, SO2 y (SO4)2 son 2, +4 y +6, respectivamente. Dos reglas adicionales permiten escribir la fórmula química de un compuesto o de un ion poliatómico cuando el número de oxidación de sus átomos constituyentes son conocidos.

5.

La suma de los números de oxidación positivo y negativo en un compuesto es cero.

6.

En un ion poliatómico, la suma algebraica de los números de oxidación positivo y negativo es igual a la carga del ion. Así, en el compuesto AlPO4, el aluminio, el fósforo y el oxígeno tienen número de oxidación +3, +5 y 2, respectivamente, y el ion fosfato (PO4) debe tener carga 3, debido a que el oxígeno (2 x 4 = 8) y el P +5, entonces el ion +5 + (8) = 3.

Bloque V

Regla del octeto Para comprender la formación de los enlaces químicos, nos referimos a la regla de los ocho o regla del octeto, enunciada en 1916 por Walter Kossel y Gilbert N. Lewis, la cual establece que, al formarse un enlace químico, los átomos ganan, pierden o comparten electrones para lograr una estructura electrónica estable similar a la de un gas raro. Esta regla se basa en el hecho de que todos los gases raros tienen ocho electrones en su nivel energético exterior. La regla del octeto establece que, cuando se forma una unión química, los átomos ganan, pierden o comparten electrones, de tal forma que la capa exterior o la capa de valencia (última órbita) de cada átomo contiene o tiende a tener 8 electrones. Una excepción a esta regla de los ocho la constituye el helio, cuyo nivel principal de energía está completo con sólo dos electrones. Esta excepción origina la regla de los dos, según la cual el primer nivel principal de energía completo / % 7 %

estado combinado obedecen esta regla.

147

Química I 7 %

%

electrónica que imparte estabilidad de unión. La regla del octeto tiene algunas excepciones con los primeros dos octavos miembros de los periodos. Más allá, tanto del nivel cuántico como la capa de valencia pueden contener más de 8 electrones, y cuando esto último ocurre, se dice que la capa de valencia está “expandida” para acomodar más de 8 electrones. Éste es un término insatisfactorio pues durante la expansión usa los orbitales d. Generalmente, los metales forman cationes (+) al perder electrones y los no metales, aniones (-) al ganar electrones, con lo que en ambos casos adquieren una estructura estable de electrones de valencia. Los electrones de valencia (nivel más externo) son los que generan la actividad electrónica que se presenta en la formación de enlaces químicos. En la estructura de Lewis se presentan los electrones de valencia de un átomo, esto es, se representa el símbolo del elemento rodeado de puntos, para representar los electrones s y p del nivel más externo. Ejemplo:

Fig. 5.1 Ejemplos de las excepciones a la regla de octeto del segundo periodo: BeCl2 y BCl3.

Fig. 5.2 Tercer periodo, tres de los siete átomos (Al, P y S) muestran excepciones: AIF3, PF5 y SF6.

148


Bloque V


Contesta las siguientes preguntas:

II.

a)

¿Cómo explica la regla del octeto la formación de un ion positivo?

b)

¿Por qué crees que los elementos del grupo I A (1) y II A (2) se encuentran en muchos compuestos, pero no los elementos del grupo VIII A (18)?

c)

¿Cómo explica la regla del octeto la formación de un ion negativo?

% %

e indica si el elemento pierde o gana electrones o si se queda estable como está escrito:

A) Argón

D) Bromo

B)

Azufre

E)

Nitrógeno

C)

Berilio

F)

Helio

III. Establece el número de electrones que deben perder los átomos de cada uno % % %

noble: a)

Indio pierde __________ electrones.

b)

Mg pierde ___________ electrones.

c)

Tl pierde ____________ electrones.

d)

Cesio pierde ___________electrones.

e)

Ba pierde _____________ electrones.

f)

Rubidio pierde __________electrones.

149

Química I IV. Determina el número de electrones que deben ganar los átomos de cada uno % % %

noble: a)

Cl gana ____________ electrones.

b)

Oxígeno gana ___________electrones.

c)

N gana ____________ electrones.

d)

Yodo gana ____________ electrones.

e)

P gana ____________ electrones.

f)

Carbono gana __________ electrones.

La representación de la forma en que los electrones de la última capa o capa de valencia están distribuidos en una molécula se logra gracias a las fórmulas o estructuras de Lewis. En este método, los electrones de valencia de cada átomo están representados por puntos, cruces o círculos. Es importante recordar que el uso de puntos y otros elementos para representar los electrones tienen un objetivo meramente ilustrativo, pues no existe actualmente diferencia alguna entre los electrones de los diferentes átomos, ya que todos ellos son equivalentes. También debe notarse que el par de electrones es usualmente necesario para formar una unión, lo que se llama par de electrones de unión o unión covalente. Así, las estructuras pueden ser escritas con líneas que representan el par de electrones de unión.

X

X

X

X

X

X

X

X

Fig. 5.3 Estructuras de Lewis.

& % "^

anteriores, en ocasiones se omiten. Otro ejemplo, considerando el ión sulfato de Lewis de acuerdo con la regla del octeto, es:

Fig. 5.4 El ión sulfato de Lewis.

En general, los átomos que tienen 1, 2 o 3 electrones de valencia tienden a perderlos para convertirse en iones con carga positiva, como es el caso de los metales. Por otro lado, los átomos con 5, 6 o 7 electrones de valencia tienden a ganar electrones y convertirse en iones con carga negativa. Muchos de los no metales caen en esta categoría. Estos no metales también pueden compartir sus electrones para obtener ocho electrones en su nivel de energía de valencia. Los elementos con cuatro electrones de valencia, como el carbono, son los más aptos para compartir tal tipo de electrones.

150


Bloque V

Actividad de aprendizaje 2 En equipos de cuatro integrantes desarrollen la representación punto-electrón de Lewis para los siguientes elementos. a)

Helio

b)

Potasio

c)

Magnesio

d)

Indio

e)

Estroncio

f)

Fósforo

g)

Plomo

h)

Kriptón

Formación de iones y enlace iónico Existen compuestos que conducen la corriente eléctrica y aquellos que no la con '

explica por la diferencia en la forma en que los electrones de valencia en los átomos se comportan cuando reaccionan para formar una unión química. En los compuestos iónicos, la unión está formada por la completa transferencia de un electrón de la capa externa de un átomo con su gran tendencia a %

capa de valencia del átomo para formar una unión química. Ejemplo: NaCl Na+ pierde 1 electrón, se convierte en ión positivo +1e. Cl gana 1 electrón Cl, se convierte en un ión negativo menos 1e. Las cargas opuestas de los iones formados se combinan y se unen por fuerzas eléctricas. Por dicha razón esta unión es llamada unión electrostática o unión electrovalente (unión iónica). Característica del enlace iónico »

Se forman iones.

»

Hay transferencia de electrones (uno pierde y otro gana).

»

Se da entre un metal y un no metal.

»

La electronegatividad es mayor a 1.

Enlace iónico: es la fuerza de atracción entre los iones de carga opuesta que los mantiene unidos en un compuesto.

151

Química I Na pierde 1 eMg pierde 2eAl pierde 3e-

Na+1

N acepta 3e-

Mg +2

O

acepta 2e-

O -2

F

acepta 1e-

F

Al+3

N

-3

-1

Fig. 5.5 Formación del enlace iónico.

Se ha encontrado experimentalmente que los compuestos químicos se % % 8 % / ca, inmersos en una solución o estando fundidos, y aquellos que no lo hacen. Según la forma en que los electrones de valencia se comportan cuando reaccionan para ' En el caso de los compuestos iónicos, la unión está formada por la completa transferencia de un electrón de la capa externa de un átomo con su gran %

electrón de la capa de valencia del átomo para formar una unión química. Así, por ejemplo, en el NaCl, el sodio y el cloro, el sodio pierde su electrón 3s1. Na0 « @«

Na+ + 1e«

Y el cloro acepta el electrón para producir el ion cloruro Cl0 + 1e«

Cl« « @«

Fig. 5.6 Formación del ion sodio y cloruro.

Las cargas opuestas de los iones formados se combinan y se unen por fuerzas coulómbicas. Por esta razón este tipo de unión se llama unión electrostática o unión electrovalente (en ocasiones le llaman unión iónica). El enlace iónico ocurre cuando hay transferencia completa de electrones de un átomo a otro. Un enlace iónico es la fuerza de atracción entre los iones de carga opuesta que los mantiene unidos en un compuesto iónico. Estos iones de carga opuesta se forman por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro. El átomo que pierde electrones se transforma en ion positivo o catión, y el que acepta se convierte en ion negativo o anión. El número de electrones perdidos o ganados determina la valencia o número de oxidación del elemento. $ % ` < Estos iones forman un enlace puesto que, como establece la ley electrostática, las partículas con carga diferente se atraen y las partículas con cargas iguales se repelen. Por esto el enlace iónico se llama también electrovalente. Ejemplos

Na + F

152

+1

Na + F

-1

La fórmula del compuesto es NaF `" <


Mg + 2 F

Mg+2 + 2 F

2Na + O

2Na+1 + O

3K

3K+1 +

+ N

N

-1

Bloque V

La fórmula del compuesto es MgF2 `" % <

-2

La fórmula del compuesto es Na2O (óxido de sodio)

-3

La fórmula del compuesto es K 3N (nitruro de potasio)

Fig. 5.7 Ejemplos de electrovalentes.

Síntesis 1.

2.

Escribe sobre la línea los iones que se formarían (símbolo y carga) en cada uno de los elementos ya sean que ganen o pierdan electrones. »

Aluminio

»

Azufre

»

Bario

»

Yodo

»

Rubidio

»

Bromo

»

Litio

»

Fósforo

Recordando la regla del octeto y utilizando el punteo de Lewis, escribe la formación del enlace iónico para los siguientes compuestos: a)

KCl

b)

Ca O

c)

Al2 O 3

153

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión A

Niveles de logro


Categoría



"

Atributos

Indicadores Regular



] $


propia para expresar ideas. ] \





"


] $%



lógica. ] \

que sigue con el alcance de un objetivo.

Bueno

Excelente

Comentarios:


Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar Comentarios:

154


Indicadores Regular


] &

de enlace químico y su ] &

de enlace iónico. ] =

de Lewis y la regla del octeto en la formación del enlace iónico. ]

de Lewis para los compuestos con enlace iónico.

Bueno

Excelente


Bloque V

Sesión B. Enlace covalente Enlace covalente El enlace covalente se forma cuando los átomos que se combinan comparten electrones. Los compuestos no iónicos, los cuales comprenden la mayoría de los compuestos orgánicos y muchos compuestos inorgánicos, se forman porque comparten los electrones de valencia. La unión así lograda se llama unión covalente. La unión covalente es cuando dos electrones, uno de cada átomo, se comparten en la misma magnitud por cada átomo y no llegan a pertenecer exclusivamente a uno solo. Los electrones son restringidos a la región entre los núcleos de los dos átomos y se dice que son electrones localizados. La energía de estabilización lograda en este tipo de unión es llamada energía de intercambio. El ejemplo de la formación de una unión covalente es:

En donde la x denota los electrones de los dos átomos de H. Esta ilustración es, por conveniencia, sólo para el ejemplo, puesto que realmente los dos electrones son indistinguibles. Un segundo ejemplo sería:

Fig. 5.8 Formación de un enlace covalente.

Se observa que en ambos casos, los electrones compartidos guían la rea % %

% `< %

helio (He) y el F a la del neón (Ne). La teoría de la unión, asume que una unión ' % % %

raro, fue propuesta por primera vez por G.N. Lewis. En los ejemplos anteriores, para la formación de la unión covalente, el par de electrones fue formado por la donación de un electrón de cada uno de los átomos involucrados en la unión. Otro tipo de unión covalente es posible cuando ambos electrones son donados sólo por uno de los átomos involucrados en la unión. Este tipo de unión es llamada dativa o covalente coordinado. Generalmente el átomo que dona el par de electrones es el que tiene un par de electrones no compartidos en su capa de valencia exterior. Así, en los compuestos de oxígeno y nitrógeno debía esperarse que formaran este tipo de unión.

% % %

155

Química I (H+), B y Al. Ejemplos de la formación de la unión dativa o covalente coordinada son la reacción entre el protón con agua y la del amoniaco, para formar los iones hidronio y amonio, respectivamente:

Un método útil para indicar la formación de electrones en una unión covalente simple es usando una línea .

Características de los diferentes tipos de enlace covalente Enlace covalente no polar u homopolar De acuerdo con esto, se tienen diferentes tipos de enlaces covalentes. Podríamos llamar enlace covalente puro o no polar a aquel que se forma entre átomos de la misma especie, en donde las cargas eléctricas negativas se encuentran simétricamente distribuidas. Por ejemplo, en el enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno, cada uno con un electrón, comparten un par para formar una molécula de hidrógeno, que es más estable que los átomos de hidrógeno individuales.

Fig. 5.9 Formación de una unión covalente.

El átomo de cloro, con siete electrones de valencia, cuando se une a otro átomo de cloro, comparte un par de electrones para formar una molécula biatómica con un enlace covalente:

Cl + Cl Fig. 5.10 Átomo de cloro.

156

→

Cl

Cl


Bloque V

Cada átomo de cloro necesita ocho electrones para alcanzar un octeto de electrones estable como el del gas argón. En las moléculas de Cl2 y H2, hay un enlace covalente entre los átomos. En las fórmulas de Lewis de las moléculas, un enlace se representa como un par de electrones entre los átomos o como una raya en vez del par electrónico. Ejemplo: H — H (H2) o Cl — Cl (Cl2)

2

2

Este compartir de electrones no se limita a un solo par de ellos. Consideremos el átomo de nitrógeno con cinco electrones de valencia:

N

N

Fig. 5.11 Molécula de nitrógeno.

En este arreglo, cada átomo tiene únicamente seis electrones de valencia & mo tiene dos electrones no apareados, así que, para alcanzar más estabilidad, cada átomo de nitrógeno forma dos enlaces covalentes más, hasta sumar un total de tres. La molécula de nitrógeno se representa mediante las estructuras siguientes:

El oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y todos los halógenos son los elementos químicos que forman moléculas biatómicas en las cuales la diferencia de electronegatividad es cero.

Enlace covalente polar En este tipo de enlace, los átomos o elementos que forman la molécula o compuesto son de distinta especie y tienen electronegatividad diferente, lo que hace que en el espacio del átomo más electronegativo haya una mayor densidad de cargas eléctricas negativas y se forme un polo negativo, en contraste con el polo opuesto que es positivo. Por ejemplo, al formarse el cloruro de hidrógeno (HCl), la diferencia % %

' % `¸) y, en el lado del hidrógeno, otro polo `¸+), ya que el cloro atrae con más fuerza a los electrones del enlace (el símbolo delta indica una separación parcial de cargas). Formación ¸+¸.

157

Química I

Fig. 5.12 Formación del dipolo.

Enlace covalente coordinado o dativo En este tipo de enlace, los átomos que se combinan comparten electrones, pero el par necesario para formar el enlace es proporcionado solamente por uno de ellos. En general, el átomo que proporciona los electrones tiene un par no compartido en su nivel de valencia. Por ejemplo, en el caso del amoniaco (NH3) el

% `<

Fig. 5.13 Amoniaco NH3.

Una vez formado el enlace, no se distingue de cualquier otro enlace covalente. Por ejemplo, un ion hidrógeno (H+) puede formar un enlace covalente coordinado con una molécula de amoniaco, mediante el traslape de su orbital con un orbital del átomo central nitrógeno que contiene el par de electrones no compartidos:

Fig. 5.14 Formación del ión amonio.

Para representar la unión dativa o unión covalente coordinada se utiliza una la cual parte del átomo del donador al átomo del aceptor. Así, el ión amonio puede escribirse: H+

↑

H −N− H ↓ H

158


Bloque V

Se debe tener en mente que esta representación es por conveniencia y que realmente las cuatro uniones NH son equivalentes. El origen del par de electrones no importa después de que la unión es formada. Algunos compuestos como dímeros y polímeros existen debido a la formación de la unión dativa o unión covalente coordinada. Así el cloruro de aluminio existe en fase vapor como Al2Cl6 en la estructura de puente formada por el átomo de cloro, actuando como un átomo donador, mientras que el átomo de aluminio actúa como un átomo receptor:

El procedimiento sistemático siguiente te facilitará la escritura de fórmulas de puntos de estas estructuras más complejas, en especial de las compuestas de cuatro o más átomos. Pasos para escribir fórmulas de puntos de Lewis 1.

Escribe el símbolo central de la estructura (si intervienen tres o más átomos) y distribuye los demás átomos alrededor del átomo central. Los átomos centrales más comunes son, entre otros, los no metales (C, N, P, S y a veces, O, en H2O, CO2 y O3).

2.

Calcula el número total de electrones de valencia, sumando los electrones de valencia de cada átomo de la molécula o ion.

3.

a)

En el caso de un ion negativo, suma a este total un número de electrones igual a la carga negativa del ion.

b)

En el caso de un ion positivo, resta de este total un número de electrones igual a la carga positiva del ion.

Une cada átomo al átomo central mediante un enlace sencillo (que represente un par de electrones). Distribuye los electrones restantes alrededor de todos los átomos, para completar un octeto de electrones en torno a cada átomo, excepto el hidrógeno, que sólo puede tener dos electrones (en las estructuras grandes que contienen hidrógeno, como H2SO4, los átomos de hidrógeno se enlazan al oxígeno, el cual, a su vez, se enlaza al átomo central).

4.

Si el número total de electrones disponibles es menor que el número necesario para completar un octeto, desplaza los pares de electrones (externos) no compartidos para formar uno o más dobles enlaces (hay un doble enlace en la estructura cuando hacen falta dos electrones; un faltante de cuatro electrones indica la presencia de dos dobles enlaces o de un triple enlace). Ejemplo:

Vamos a realizar la representación punto electrón de Lewis del bióxido de carbono CO2 aplicando las reglas ya descritas.

159

Química I El átomo de carbono tiene 4 electrones de valencia y cada átomo de oxígeno, 6. Entonces, tenemos un total de 4 + (2 × 6) = 16 electrones de valencia. Primero debemos unir al átomo central cada uno de los dos átomos de oxígeno, mediante un enlace sencillo (un par de electrones): Estructura incompleta Podemos distribuir los doce electrones restantes entre los dos átomos de oxígeno, para completar el octeto de electrones en torno a cada átomo de oxígeno Estructura incompleta Hemos utilizado los 16 electrones de valencia y cada átomo de oxígeno tiene un octeto, pero el átomo de carbono tiene 4 electrones y necesita 4 más para completar su octeto. Desplazando un par de electrones no compartidos de cada oxígeno a cada enlace C—O, podemos formar dobles enlaces entre el carbono y el oxígeno, con lo cual se tiene un octeto de electrones para el carbono y también para el oxígeno:


Escribe una fórmula de Lewis del ion fosfato (PO43) aplicando el método de los cuatro pasos.

2)

Distribuye los 4 átomos de oxígeno alrededor del fósforo, que es el átomo central.

Geometría molecular y polaridad Las fórmulas de puntos de Lewis permiten explicar cómo se distribuyen los electrones de valencia entre los átomos de una molécula, pero no sirven para predecir con exactitud la forma molecular ni la polaridad de una molécula. Para predecir la dimensión tridimensional de los átomos dentro de una molécula, la forma molecular, conviene recurrir a otro modelo: la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). El concepto es muy simple: en este modelo, las nubes electrónicas con carga negativa que rodean al átomo central de una molécula se repelen mutuamente. En otras palabras, los pares de electrones que rodean el átomo central se mantienen alejados unos de otros en lo posible.

160


Bloque V

En el modelo RPECV, se visualizan los pares de electrones no compartidos, también llamados pares solitarios (los que no participan en el enlace covalente), así como los pares de electrones de enlace (los de enlaces sencillos o múltiples) distribuidos alrededor del átomo central tan lejos unos de otros como les es posible. Los pares de electrones de los enlaces sencillos, dobles y triples se tratan como una sola nube de electrones, porque los atraen los mismos átomos. Las formas de las moléculas, determinadas por la distribución de los pares de electrones no compartidos y de enlace, son similares a las distribuciones que se crean cuando se atan diferentes globos del mismo tamaño. Imagina cada globo como una nube electrónica atraída hacia el átomo central, por el cual sería el nudo entre los globos. Por ejemplo, dos pares de electrones en torno a un átomo central se pueden representar como dos globos atados; tres pares de electrones alrededor de un átomo central, como tres globos atados, y así sucesivamente.


¿Cómo se vincula el conocimiento de la ionización con el desarrollo tecnológico?

2)

Investiga ¿qué otras ciencias y disciplinas requieren un conocimiento de los tipos de enlace?

Teoría de orbitales moleculares Distribución lineal Dos globos atados uno al otro tienden a apuntar en sentido opuesto, de modo que los dos globos y el nudo que los une forman un ángulo de 180º, en distribución lineal.

Fig. 5.15 Distribución lineal.

Son ejemplos de moléculas con tres átomos en una distribución lineal (A — B — A) el CO2, el BeF2 y otras moléculas similares con dos átomos unidos de forma covalente a un átomo central que tiene únicamente dos electrones de valencia y, por lo tanto, sólo puede formar dos enlaces covalentes (los compuestos de berilio no siguen la regla del octeto). La repulsión de pares de electrones produce la forma lineal.

161

Química I Distribución trigonal plana Cuando se atan juntos tres globos, el nudo del centro y los tres globos tienden a yacer en el mismo plano y a adoptar posiciones tales que los ángulos sean de 120o, en una distribución trigonal plana.

Fig. 5.16 Distribución trigonal plana

El BF3, el BCl3 y el SO3 son ejemplos de moléculas con esta forma trigonal plana. En los compuestos de boro, el átomo (boro con tres electrones de valencia) sólo puede tener tres enlaces (tres pares de electrones). Por consiguiente, el boro puede compartir sólo seis electrones, de modo que no sigue la regla del octeto.

/

una forma trigonal plana.

Distribución tetraédrica Las moléculas con cuatro átomos unidos a un átomo central integran estructuras cuya forma se asemeja a cuatro globos atados a un centro común, los cuales se distribuyen lo más alejados posible unos de otros, formando ángulos de 109.5o alrededor del átomo central. El conjunto de los cuatro globos, y también la molécula, cabrían dentro de un tetraedro (una estructura con cuatro caras triangulares). Por consiguiente, se dice que los globos y la molécula tienen una distribución tetraédrica, como se muestra a continuación.

Fig. 5.17 Distribución tetraédrica.

Son ejemplos de moléculas que tienden a adoptar esta distribución tetraédrica el metano, CH4, el tetracloruro de carbono, CCl4, y otras moléculas con cuatro átomos unidos de forma covalente a un átomo central. 5

162

Bloque V


Actividad de aprendizaje 5 Realiza la estructura de Lewis para cada uno de los siguientes compuestos: a)

BCl3

b)

CS2

c)

H 2S

d)

SiH4

e)

CBr4

Síntesis De los compuestos anteriores, escoge tres y realiza, en equipos de tres, las geometrías moleculares. Utiliza bolitas de unicel, brillantina, plastilina, pinturas, etcétera. Presenta tu modelo y explica cómo se forma la geometría (modelo repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia, REPCV). Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B

Categoría



"



Indicadores Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \

procesos que sigue con el alcance de un objetivo.

Bueno

Excelente

Comentarios:

163


Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios


Indicadores Regular


Bueno

Excelente

] &

de enlace covalente y su ] =

de Lewis y la regla del octeto en la formación del enlace covalente. ] 4 '

de electronegatividades con el tipo de enlace covalente. ]

de Lewis para los compuestos con enlace covalente.

Comentarios:

Sesión C. Enlace metálico El enlace metálico. Concepto y teorías Este tipo de enlace se presenta en los cristales metálicos sólidos. Ocurre entre

consiste en iones metálicos con carga positiva en una red tridimensional en la que los electrones de valencia débilmente sujetos se mueven con libertad a través del " 7

sujetos con menos fuerza son los mejores conductores de la electricidad. En los elementos metálicos, a diferencia de lo que ocurre con los covalentes, muchos de sus átomos comparten electrones. Los electrones de valencia de metales, como la plata o el cobre, forman % " /

éstos no pertenecen a ningún átomo en particular, los átomos existen como iones positivos que se neutralizan con las cargas negativas de todos los electrones. Esta teoría nos permite explicar la alta conductividad térmica de los metales.

164


Bloque V

Teoría de bandas La teoría de bandas tiene como base las zonas de acercamiento de las nubes de carga de los diferentes orbitales electrónicos que constituyen el metal, que gene 7 % do que los electrones que están deslocalizados se mueven con libertad en dichas bandas que se forman por sobreposicion de los orbitales moleculares. Los electrones se mueven libremente entre bandas, provocando así la conducción eléctrica. 7 8 »

Poseen un brillo característico.

»

Son excelentes conductores de calor y electricidad, como la plata y el cobre.

»

Son maleables, por lo que pueden formar láminas muy delgadas.

»

Son dúctiles, es decir, se pueden estirar hasta formar alambres muy delgados.

Son dúctiles y maleables debido a la gran fuerza de las uniones metálicas, lo que provoca que sus electrones sólo se desplacen sin que se rompan los

Existen átomos que pierden electrones y otros que ganan; los primeros son, generalmente, los metales, y los segundos, los no metales. La tabla periódica separa los metales de los no metales por medio de una línea escalonada. A la derecha de esta línea se encuentran los no metales y, a la izquierda, los metales. En el extremo izquierdo se encuentran los elementos más metálicos. La mayoría de los elementos se consideran metales o aún no metales, como el silicio, el fósforo, el arsénico y el selenio, que tienen muchas propiedades metálicas. Los elementos que se encuentran adyacentes a la línea escalonada se llaman metaloides, con excepción del aluminio, que es un metal, ya que la mayoría de sus propiedades son metálicas. En un mismo periodo, las propiedades metálicas disminuyen conforme aumenta el número atómico. En un mismo grupo, las propiedades metálicas aumentan conforme aumenta el número atómico. Los principales metales preciosos son oro, platino y titanio. Además de su valor, estos metales tienen elevados puntos de oxidación, es decir, muy difícilmente se oxidan.


Escribe en tu cuaderno el nombre de algunos objetos de tu vida cotidiana que presenten el enlace metálico.

2)

Señala con una equis si la propiedad pertenece a los metales o a los no metales.

Propiedad

Metal

No metal

Conducen la electricidad

165

Química I

Propiedad

Metal

No metal

Se reducen Tienen brillo No conducen el calor Forman redes cristalinas Ganan electrones

Síntesis 1.

Empleando esquemas del modelo de electrones libre y de la teoría de bandas, redacta en tu libreta la explicación de cómo se forma el enlace metálico.

2.

Investiga, analiza y redacta un reporte sobre la importancia que tienen los metales en la economía de México


Categoría


Comentarios:

166



Indicadores Regular


] $





Bueno

Excelente

Bloque V



Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes.


Indicadores Regular

Describe las teorías que explican el enlace metálico.

Bueno

Excelente

] &

de enlace metálico. ] !

que explican el enlace metálico. ] \

que tienen los metales en la economía de México.

Comentarios:

Sesión D. Fuerzas intermoleculares Fuerzas intermoleculares Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre moléculas que ejer " 6

necesario estudiar diferentes tipos de fuerzas. El estado físico de una sustancia depende mucho del equilibrio entre la energía cinética y las energías de atracción intermolecular de las partículas. La energía cinética, que depende de la temperatura, tiende a conservar apartadas y en movimiento a las partículas. En cambio, las energías de atracción intermolecular de las partículas tienden a mantenerlas unidas. Aquellas sustancias que son gases a temperatura ambiente tienen atracciones intermoleculares más débiles que las líquidas y éstas, a su vez, tienen atracciones más débiles que las sólidas. Muchas propiedades de los líquidos, incluyendo sus puntos de ebullición,

" ' =

forman dentro de sí burbujas de su vapor. Las moléculas de un líquido deben ven ' ' & -

167

Química I tensas sean dichas fuerzas, mayor será la temperatura a la cual hierve un líquido. Del mismo modo, los puntos de fusión de los sólidos aumentan al incrementarse la intensidad de las fuerzas intermoleculares. Se conocen tres tipos de fuerzas de atracción entre las moléculas neutras:

h

Fuerzas de Van der Waals Las fuerzas ion-dipolo y dipolo-dipolo se llaman también fuerzas de Van der Waals, en honor a Johannes Van der Waals, quien desarrolló la ecuación para predecir la desviación de los gases del comportamiento ideal.

Fuerzas dipolo-dipolo Las fuerzas dipolo-dipolo actúan entre moléculas polares. Su origen es electrostático, por lo que se pueden entender con la Ley de Coulomb. La orientación de moléculas polares en un sólido y en los líquidos es parecido, pero su unión no es tan rígida. Estas fuerzas existen entre moléculas polares neutras. Las moléculas polares se atraen unas a otras cuando el extremo positivo de una molécula está cerca del extremo negativo de otra. Las fuerzas dipolo-dipolo son efectivas sólo cuando las moléculas polares están muy próximas y generalmente son más débiles que las fuerzas ion dipolo. Dipolo

Dipolo inducido

Fuerzas dipolo-dipolo inducido Para inducir un dipolo no sólo depende del ion o de la fuerza de dipolo, sino también de qué tan polarizable es el átomo o molécula. En general, conforme sea mayor el número de electrones será mayor su capacidad de polarizarse. En un átomo cualquiera los electrones se mueven a cierta distancia del núcleo, en ciertos

168


Bloque V

momentos estos electrones pueden llegar a tener un momento dipolo generado dipolo instantáneo, porque sólo dura una fracción de segundo. Este tipo de dipolo produce lo que se conoce como fuerzas de dispersión. A temperaturas muy bajas, estas fuerzas son muy fuertes y es lo que ocasiona que se condensen los gases.

Fuerzas de dispersión o fuerzas de London Este tipo de fuerzas fue propuesto por primera vez en 1930, por Fritz London, quien reconoció que el movimiento de los electrones en un átomo o en una molécula puede crear un momento bipolar instantáneo. Estas fuerzas de atracción se llaman fuerzas de dispersión de London %

las moléculas están muy próximas entre sí. La facilidad con la que una fuerza externa distorsiona la distribución de cargas en una molécula se llama polarizabilidad. Cuanto mayor sea la palarizabilidad de una molécula, más fácil se puede distorsionar su nube electrónica para dar un dipolo momentáneo y así mayor será la energía de las fuerzas de dispersión de London. En general, las moléculas más grandes tienden a aumentar la energía de las fuerzas de London con el incremento de tamaño molecular. La forma de las moléculas también juega un papel importante en la magnitud de las fuerzas de dispersión. Por ejemplo: el n-pentano y el neopentano tienen la misma fórmula molecular, pero el punto de ebullición del n-pentano es 27 K superior al neopentano. La diferencia se atribuye a su forma, el n-pentano tiene una forma cilíndrica (mayor atracción entre moléculas y mayor área de contacto) y el neopentano tiene una forma casi esférica.

Síntesis 1.

Determina el tipo de fuerza intermolecular que existe entre los siguientes pares de compuestos y explica tu respuesta: HBr

H2S

Cl2

CBr4

I2

NO—3

NH3

C6 H 6

C6H 6

C6 H 6

169

Química I 2.

Investiga y explica las siguientes propiedades macroscópicas de los líquidos a partir de las fuerzas intermoleculares: Punto de fusión Punto de ebullición Viscosidad

Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión D

Categoría



"

Comentarios:

170



Indicadores Regular



] $





5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a partir de métodos establecidos.


"


] $%



lógica. ] \


Bueno

Excelente

Bloque V


Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión D

Competencias disciplinares del área de ciencias experimentales 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o


Indicadores Regular

Explica las propiedades macroscópicas de los líquidos y gases, a partir de las fuerzas intermoleculares que los constituyen.

Bueno

Excelente

] 9

tipos de fuerzas intermoleculares. ] 4 '

intermoleculares con las propiedades que presentan los gases y líquidos. ] \

importancia de los modelos teóricos para explicar las propiedades de las sustancias.

Comentarios:

Sesión E. Puente de hidrógeno Puente de hidrógeno La posición del hidrógeno (H) en la tabla periódica indica que debe esperarse que actúe en sus reacciones con dos funciones: una como metal- a través de perder su electrón de 1s, y otra como un elemento halógeno (engendrador de sales), por medio de ganar un electrón y parecerse a la estructura del helio. Esto indica que se puede hallar como un protón (H+) o como un hidruro (H). En adición a aquellos compuestos electrovalentes, se ha visto que el hidrógeno forma muchos compuestos en los cuales tiene uniones covalentes. Existen muchos compuestos en los que el átomo de hidrógeno existe simultáneamente entre dos átomos, actuando como un puente entre ellos. En esta situación, el átomo de hidrógeno (H) se encuentra envuelto en dos Fig. 5.18 Puente de hidrógeno. uniones: una covalente y en otra conocida como puente de hidrógeno. Las uniones del H, halladas con otros átomos, tienen una alta densidad de electrones y, por tanto, un gran valor de electronegatividad, como en los casos del F, O y N. Es reconocido que estas uniones tienen carácter electrostático. Las uniones del H tienen una energía de unión de aproximadamente 5 Kcal/mol, es decir, mucho más débil que las uniones covalentes, las cuales tienen una energía de unión de 80 a 100 Kcal/mol. La unión del H contribuye a encontrar propiedades anormales observadas en muchos compuestos.

171

Química I Así, los puntos de ebullición anormales y pesos moleculares en soluciones pueden ser explicados con base en este fenómeno. El ácido fórmico (HCOOH) forma un dímero en solventes no polares, lo cual resulta en dos veces el peso molecular esperado. Este dímero es formado a través de unión del hidrógeno o puente de hidrógeno, de la siguiente manera:

Fig. 5.19 Dímero formado a través de unión de hidrógeno.

En esta estructura, las líneas punteadas indican la formación de la unión electrostática del hidrógeno. Nota que la distancia OH de la unión del H es mucho %

es más débil que su correspondiente unión covalente. Similarmente, el HF forma un polímero de muchas unidades HF, también unidas por puentes de hidrógeno:

La reducción anómala de la densidad del agua que ocurre cuando ésta se congela, puede explicarse con base en los puentes de H entre las moléculas de cristales de agua. Esto da como resultado una estructura con grandes aberturas entre las moléculas de agua en el hielo, lo cual aumenta su volumen. Cuando el hielo se funde, la estructura se rompe y las moléculas de agua se vuelven a empacar más cerca una de otra, incrementando con ello su densidad. Por lo tanto, algunas moléculas de agua son unidas por conjuntos de hidrógeno en el agua, pero no se extienden o desaparecen parcialmente en el hielo. Los relativos altos puntos de fusión y de ebullición de HF, H2O y NH3 pueden ser explicados también con base en la asociación de las uniones de H.

Características del agua Estructura molecular del agua Este compuesto está formado por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El enlace que forma es covalente polar, construido por el traslape de un orbital 1s del hidrógeno y un orbital 2p no apareado del oxígeno. La distancia entre 2 núcleos se llama longitud de enlace, que en el agua es de 0.0096 nm OH. La molécula del agua no es lineal, tiene un ángulo aproximado de 105° entre los dos enlaces.

172

a)

Distribución de los electrones

b)

Ángulo y longitud de enlace OH

c)

Estructura de los orbitales moleculares

d)

Representación del dipolo


Bloque V

El agua es la única sustancia que se presenta en la naturaleza en tres estados físicos. Como líquido se encuentra en los mares, ríos, océanos, lagunas y en la lluvia; en forma sólida, en el hielo, el granizo y la nieve, y como gas, en el % 6 % ' El agua pura es líquida, incolora, inodora e insípida; hierve a 100 oC a nivel del mar, y se congela a 0 °C. La mayor densidad del agua se alcanza a 4 oC, y @ %7+ @ % % ! /

aire, el agua es la sustancia más abundante sobre la Tierra. Es el único compuesto líquido con masa molecular baja (18 uma). Su forma sólida es menos densa que la líquida, característica excepcional que permite que los peces y otros organismos acuáticos sobrevivan durante el invierno en las zonas frías. Si el hielo fuese más denso que el agua, se hundiría y provocaría una congelación total desde la super ' Un gramo de hielo ocupa mayor volumen que un gramo de agua, de manera que cuando se forman cristales de hielo en las células vivas, su expansión las rompe y las destruye. Cuanto menor es la temperatura, los cristales de hielo son más grandes y peor el daño celular. La industria de la congelación de alimentos tiene en cuenta esta propiedad del agua. El alimento se congela con tanta rapidez que los cristales de hielo formado son muy pequeños y el daño que causan a la estructura celular del alimento es mínimo. Otra propiedad poco común del agua es su elevada capacidad calórica: se necesita una caloría para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C, lo que equivale a 10 veces la energía requerida para elevar 1 °C la temperatura de la misma cantidad de hierro. Esta energía se llama calor *A.

Fig. 5.20 La catarata más grande del mundo: Salto Ángel, en Venezuela.

7 % %

mucha energía para elevar su temperatura, sino también que el agua cede mucho calor cuando experimenta una disminución de temperatura. Las enormes cantida %

^ %%

moderar las variaciones diurnas de temperatura. Para apreciar la importancia de esta propiedad, basta considerar los cambios de temperatura extremos en la su 7 % 7 7

de 100 °C hasta casi 175 °C. En la Tierra, la variación oscila de 50 °C hasta 50 °C una diferencia de 100 °C.

Algunas propiedades químicas del agua Químicamente, el agua existe en forma de moléculas compuestas por 2 átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno por medio de enlaces covalentes, formando un ángulo de 105 °C. Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre el oxígeno y el hidrógeno.

Fig. 5.21 Témpano de hielo.

El oxígeno atrae los electrones con mayor fuerza que el hidrógeno, por lo que se forma una molécula polar en la que el oxígeno tiene una carga parcial negativa y el hidrógeno, una carga parcial positiva. La polaridad de las moléculas del agua explica algunas de sus propiedades singulares, por ejemplo, que se desvíe de su trayectoria al acercarse un imán. " % `| %7<

la del agua 1g/mL. La polaridad de las moléculas de agua es tan grande que provoca una fuerza de atracción entre ellas: los átomos de hidrógeno de una molécula son atraídos por el oxígeno de las moléculas vecinas. Las fuerzas de atracción son

173

Química I tan grandes que se forma un nuevo tipo de enlace: el puente de hidrógeno. Como el agua es un agregado de moléculas unidas por puentes de hidrógeno, para separarlas se necesita aplicar energía extra; por eso tiene puntos de fusión y ebullición más altos que los esperados. Las sustancias, en su mayoría, se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. El agua se rige por este comportamiento, pero se calientan a 4°C, ya no se contrae, sino que comienza a expandirse. Si se enfría todavía más, se congela formando hielo: de pronto comienza a expandirse 10% para formar un sólido que es menos denso que el agua. Las moléculas de hielo se encuentran más separadas de lo que estaban en la forma líquida.

Fig. 5.22 Electrólisis.

La naturaleza polar de las moléculas del agua permite explicar algunas otras de sus propiedades, como su capacidad para disolver muchas sustancias, su tensión supe %

la combustión del oxígeno y el hidrógeno es sumamente estable, porque para descomponerla es necesario restituirle la energía que desprendió al formarse. Para disociar su molécula se requieren temperaturas mayores a los 2 500 °C, o bien, se puede recurrir a la electrólisis, que consiste en pasar corriente eléctrica a través del agua. El agua reacciona con muchas sustancias formando nuevos compuestos; por ejemplo, al reaccionar con el dióxido de carbono produce el ácido carbónico:

En general, los metaloides no reaccionan con el agua, mientras que los halógenos sí lo hacen formando ácidos. Cuando el agua reacciona con el cloro, se forma ácido hipocloroso y ácido clorhídrico:

Cuando el agua reacciona con el sodio se forma hidróxido de sodio y se desprende hidrógeno:

4 % "^ hídrico y se libera oxígeno:

2F(g) + H20(1)

174

4HF(I) + O2(g)

Bloque V


Otros compuestos que presentan puente de hidrógeno son los siguientes:

Propiedades físicas del agua y otros compuestos de hidrógeno con los elementos del grupo VI A Fórmula

Color

Masa molar

Punto de fusión (°C)

Punto de ebullición 1 atm (°C)

Calor de fusión J/g (Cal/g)

Calor de evaporación J/g (Cal/g)

H2O

incoloro

18.00

0.00

100.0

335 (80.0)

2.26 × 103 (540)

H2S

incoloro

34.1

»k??

»J

69.9 (16.7)

548 (131)

H2Se

incoloro

81.0

»?

»w@J

31 (7.4)

238 (57.0)

H2Te

incoloro

129.6

»w

»|

-----

179 (42.8)

Síntesis Realiza las siguientes actividades y contesta las preguntas que se formulan a continuación: 1)

En equipo de tres personas, lean en el libro de texto los temas “Fuerzas intermoleculares” y “Características del agua”, y elaboren un mapa mental.

2)

Describe la diferencia entre los enlaces covalentes de la molécula de agua y los puentes de hidrógeno del agua.

3)

Z/ %

de hidrógeno?

4)

6 / " %

miento en función de las fuerzas intermoleculares del agua.

5)

Explica por qué cuando dejas tapada una botella llena de agua en el congelador, ésta puede romperse.

6)

Escribe cuáles serían algunas de las acciones necesarias para optimizar el uso del agua, investiga las estructuras químicas de moléculas biológicas y la presencia del puente de hidrógeno en ellas.

7)

¿Cuál es la importancia del enlace por puente de hidrógeno en las propiedades de compuestos que forman parte de los seres vivos?

175

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión E

Categoría



"

Comentarios:

176





Indicadores Regular


] $





5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de

"


] $%



secuencia lógica. ] \


Bueno

Excelente

Bloque V


Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión E


10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o


Indicadores Regular

Describe la importancia de los puentes de hidrógeno.

Bueno

Excelente

@ 9

características de los compuestos que presentan puente de hidrógeno. 2. Describo el comportamiento anómalo del agua mediante la naturaleza del puente de hidrógeno. 3. Reconozco la importancia de los puentes de hidrógeno en las propiedades de compuestos que forman parte de los seres vivos.

Comentarios:

Realimentación I.

Lee cuidadosamente cada una de las cuestiones planteadas a continuación y escribe en el paréntesis de la derecha, la letra de la opción que corresponda. Lee todas las posibilidades de respuesta antes de elegir la que consideres acertada. 1)

2)

3)

Tipo de enlace que se presenta cuando se forman aleaciones como en el caso del oro y la plata. ( ) a.

Covalente

b.

Iónico

c.

Metálico

d.


Es la representación tridimensional o en el espacio de los átomos que forman una molécula. ( ) a.

Ecuación química

b.

Fórmula química

c.

Geometría molecular

d.

Distribución espacial

Tipo de enlace que se presenta entre un metal y un no metal por transferencia de electrones y en el cual se forman iones. ( ) a.

Covalente

b.

Iónico

c.

Metálico

d.


177

Química I 4)

5)

6)

7)

8)

9)

Es la representación por medio de puntos de los electrones de valencia de un átomo. ( ) a.

Geometría molecular b.

c.

Estructura de Lewis

d.

&% Regla del octeto

Es la regla que deben cumplir los átomos de un elemento al formar un enlace químico, para poder obtener 8 electrones en su último nivel. ( ) a.

Ley de la conservación de las masas

b.

Regla del octeto

c.

Estructura de Lewis

d.

Ley de Hunt

Tipo de enlace que se presentan entre dos no metales por compartición de electrones. ( ) a.

Covalente

b.

Iónico

c.

Metálico

d.


Es un conglomerado eléctricamente neutro de dos o más átomos unidos mediante enlace covalente, se comportan como una sola partícula. ( ) a.

Ion

b.

Metal

c.

Molécula

d.

Catión

Es la representación por medio de puntos de los electrones de valencia de un átomo. ( ) a.

Geometría molecular b.

c.

Estructura de Lewis

d.

&% Regla del octeto

Es la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos o iones en una molécula o compuesto. ( ) a.

Electronegatividad

b.

c.

Energía de ionización d.

Enlace químico Geometría molecular

10) Tipo de enlace que se explica mediante la formación de bandas de energía. ( )

II.

178

a.


b.

Covalente

c.

Iónico

d.

Metálico

Recuerda las propiedades de los compuestos iónicos, covalentes y metálicos, y contesta lo que se te pide en cada uno de los incisos escribiendo tu respuesta sobre la línea. a)

Tipo de enlace que está presente en una sustancia problema, 34T, que % " %

b)

Tipo de enlace que está presente en una sustancia XL25, que es un sólido brillante que conduce la electricidad, no se funde al calentarlo a 11 000 °C y se disuelve en HCl.

Bloque V


c)

Tipo de enlace que está presente en una sustancia 5W, que es un sólido cristalino blanco. Una pequeña cantidad de la sustancia se disolvió en agua y la solución condujo la electricidad.

d)

Tipo de enlace que está presente en una sustancia 54D, que es un semisólido blanco, grasoso, el cual no se disolvió en agua pero sí en gasolina y en líquido para encender carbón.

e)

Tipo de enlace que está presente en una sustancia JG15, que es un sólido brillante, insoluble en agua, que reaccionó con HCl.

Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas del bloque

Categoría



"



Indicadores Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \


Bueno

Excelente

Comentarios:

179

Bloque VI Manejas la nomenclatura química inorgánica

Desempeños del estudiante al concluir el bloque »

Escribe correctamente las fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos.

»

Resuelve ejercicios de nomenclatura química.

»

Aplica correctamente las fórmulas químicas a la solución de problemas.

»

Reconoce compuestos químicos inorgánicos en productos de uso cotidiano.


Reglas de la UIQPA para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos »

180

Óxidos metálicos

»

Óxidos no metálicos

»

Hidruros metálicos

»

Hidrácidos

»

Hidróxidos

»

Oxiácidos

»

Sales

Competencias a desarrollar Competencias genéricas 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, ma % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. ?@ $%

" do cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.5.Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. Competencias disciplinares J 9 ' %

hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de '

tos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida.

181

Química I Dinamización y motivación &

% %

3

3

'

% % 9

%

' %

/ %

/ % / ' §

Chenopodium ambrosioides

%

8

7

% %

%

Contextualización

% '

'

% %

%

/ 8 ' ' ' ' ' '

62O5 % %

% 8 Simples

Formados por un mismo tipo de elemento.

Óxidos no metálicos. Formados por 2 no metales. Binarios

Formados por dos elementos.

Hidrobases. Formados por un no metal y un metal.

Compuestos inorgánicos

Oxiácidos. Temarios

Oxisales. Hidróxidos. Sales ácidas derivadas de hidrácidos

Cuaternarios

Formados por cuatro elementos.

Sales ácidas derivadas de oxisales. Sales hidroxi.

182

Sales binarias. Hidruros metálicos.

Formados por tres elementos.

Hidrácidos.

Hidruros.

Óxidos metálicos.

Manejas la nomenclatura química inorgánica

Bloque VI

& ' /

siguientes, para ello considera el número de elementos que lo conforman. H 2O HCl H3PO4 NaHCO3 Ca3(PO3)2 Br2 CO2 P4 MgO (NH4)3PO4

Sesión A. Generalidades para formular compuestos inorgánicos Desarrollo de saberes

Valora la utilidad y manejo del lenguaje químico En el transcurso de nuestra vida vamos aprendiendo distintas formas de comunicarnos, con muecas, mediante gestos y señalizaciones, hasta llegar a nuestra lengua madre. Cuando nos encontramos por primera vez con nuestro propio idioma, primero aprendemos una serie de símbolos (alfabeto) que, unidos bajo ciertas reglas, generan palabras que forman pequeñas oraciones, hasta que desarrollemos la capacidad de escribir cosas tan maravillosas como la poesía y la misma ciencia. Todo aprendizaje requiere conocer el lenguaje propio de cada disciplina '

historia, entre muchas otras, tienen características especiales que se distinguen por el lenguaje que emplean. La química tiene su propio lenguaje que incluye símbolos, fórmulas, ecuaciones y nombre de los diferentes compuestos. Debido a que existe una gran cantidad de sustancias químicas, tanto orgánicas como inorgánicas, resulta indispensable contar con un sistema de reglas que nos faciliten designar las sustancias para que en todo el mundo lleguemos a hablar el mismo idioma. Los esfuerzos para nombrar a los compuestos se remontan al siglo XIX. En época de Berzelius, quien contribuyó en gran medida a establecer una serie de símbolos más simple que los compuestos por Dalton. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés) se fundó en 1921 y desde entonces actúa como un árbitro que propone reglas o acuerdos para asignar el nombre a los nuevos elementos o compuestos que se descubran o se preparen.

183

Química I Pero antes de iniciar el estudio de las reglas que dan nombre a los compuestos, hablaremos primero de los símbolos químicos que empleamos para representar una fórmula. Un símbolo que representa a un elemento está formado de una o dos letras. Si el elemento se representa con una letra, ésta se escribe en mayúscula y, si se representa con dos letras, la primera es mayúscula y la segunda ^ 8 `< ' `$< "^ `< `&< `&<

' ` < 6 ' Z

nombre de muchos de los elementos se originan del latín como: oro, Au (Aurum); cobre, Cu (Cuprum<+

`Ferrum); sodio, Na (Natrium); mercurio, Hg (Hydrargyrum); plomo, Pb (Plumbum); plata, Ag (Argentum); estaño Sn (Stannum). El bismuto, Bi (Bismal) proviene del alemán. Algunos elementos se nombran por la localidad donde se descubrieron, como el germanio, Ge (Germany) y algunos

0 `0 <

(Einstein) y curio, Cm (por Marie Curie). En este bloque estudiaremos el sistema de nombres y fórmulas para sustancias inorgánicas, es decir, la nomenclatura química. Existen tres sistemas de nomenclatura para los compuestos inorgánicos: la nomenclatura común o tradicional, la nomenclatura stock o sistema de Ginebra y la nomenclatura sistemática o UIQPA. Pero para que aprendas a nombrar un compuesto químico, primero debes saber cómo está formulado, es decir, qué elementos lo forman y cómo se representa simbólicamente. Para ello, debes saber que la fórmula de un compuesto inorgánico contiene dos iones, excepto los compuestos simples, uno positivo y uno negativo, y que en dicha fórmula química, primero se escribe la simbología del ion positivo y luego la del negativo. Pero para que formules un compuesto, debes tener en cuenta que los compuestos químicos se forman gracias a una propiedad de los elementos que lo integran, la denominada capacidad de reacción de los elementos, conocida como número de oxidación. Pero, ¿qué es el número de oxidación? Debes recordar, como viste en los bloques III y IV, que todo átomo que representa a un elemento químico tiene un número determinado de electrones, distribuidos en diferentes espacios energéticos y que existe un nivel energético mayor y más externo, donde se acomodan aquellos electrones que se denominan de valencia. 6 ^ @ % ción: 1s22s22p63s23p5, podemos observar que el nivel energético mayor y más externo que utilizó fue el 3 y que en dicho nivel acomodó 7 electrones, 2 en el subnivel s y 5 en el subnivel p, y la suma de éstos representan la valencia del cloro. Pero entonces, ¿cuál es el número de oxidación del cloro? Esto dependerá de la especie química con la que se combine, porque:

184

}

Si lo hace con un metal, como en el caso del Na para formar el NaCl, entonces ganará un electrón y su número de oxidación o capacidad de reacción será -1, es decir, tendrá la capacidad de aceptar electrones y convertirse en un anión.

}

Pero si reacciona con otro no metal, como con otro átomo de cloro, entonces compartirá electrones, pero su número de oxidación será cero, pues la dife-


Bloque VI

rencia de electronegatividades dará ese resultado, ya que se trata del mismo elemento y tienen la misma electronegatividad. }

Pero si lo hace con el O2, que es un no metal diferente, entonces compartirá electrones para combinarse, y como el oxígeno es más electronegativo, entonces el cloro tendrá número de oxidación positivo y podrá utilizar los números de oxidación: +1 (Cl2O), +3 (Cl2O3), + 5 (Cl2O5) o + 7 (Cl2O7), dependiendo de cuántos de sus 7 electrones de valencia utilice para combinarse con el oxígeno.

Entonces, para el caso del cloro podemos ver que aunque su valencia es 7, sus números de oxidación o capacidades para combinarse pueden ser seis: -1, 0, +1, +3, +5 o +7. En conclusión, no siempre la valencia de un elemento será igual a su número de oxidación. El número de oxidación puede ser positivo, negativo o neutro, dependiendo de si pierde, gana o comparte electrones de su valencia al momento de combinarse. De manera general, se pueden aceptar ciertas normatividades sobre los números de oxidación. Para ello revisa en el bloque V, en la sesión A, en los saberes “Enlace químico”, las seis reglas que ahí se presentan sobre cómo determinar el número de oxidación de un elemento, ion monoatómico o ion poliatómico. a)

La suma algebraica de los números de oxidación de todos los elementos presentes en la fórmula es igual a cero.

b)

En los compuestos con dos átomos diferentes, el número de oxidación negativo se asigna al átomo más electronegativo. Por ejemplo, en el cloruro de hidrógeno (HCl), el número de oxidación del hidrógeno es +1 »@+ % `2O), nuevamente el hidrógeno tendrá un número de oxidación positivo (+1), dado que el oxígeno es más electronegativo por lo que le corresponderá el número de oxidación negativo `»|<

c)

En la mayoría de los compuestos que contienen hidrógeno, el número de oxidación de éste es +1, excepto en la formación de hidruros, donde actúa como un no metal.

d)

En la mayoría de los compuestos que contienen oxígeno, el número de »| 7

% '

peróxidos % ^ »@

e)

Para calcular el número de oxidación de los elementos donde éste es variable, se multiplica por el número de átomos del elemento presentes 6 2O3 (óxido de hierro) sabemos que el ^ % »| `»| J »<

^ ¡J `¡J | ¡ <

suma algebraica de los números de oxidación es cero.

f)

El número de oxidación de un elemento en estado puro, sin combinar es igual a cero, por ejemplo: H2, Mg, Na, O2, Li.

g)

El número de oxidación de los metales alcalinos grupo IA es de +1; el de los alcalinotérreos grupo IIA, es de +2, mismo que presentan el zinc y el cadmio y de +3 para el aluminio.

185

Química I h)

El número de oxidación de un ion es igual a su carga iónica. Por ejem 8 2+ ¡| 4 3+ ¡J $|»4 »| 0@»3 {@ 6

su carga iónica debe ser igual a la suma algebraica de los números de oxidación de los átomos que lo componen. Por ejemplo: en el ion sulfato SO2-4 ' ^ ¡ % »|

% ^ ¡ ¡ w `»|< »|

cuyo resultado equivale a la carga del ion. Ejemplos: & + Cl» ¡@ » @ 2 +2 O2- ¡@ `|< ¡ `»|< +1 (HCl, H2O, HNO3 < »@ `79 32, AlH3) »| `2O, MgO, CO2< »@ `2O2, MgO2, K2O2 )

Pero, ¿qué tienes que hacer para poder escribir la fórmula de un compuesto inorgánico? Una vez que ya eres capaz de determinar por regla los números de oxidación, para formular sólo basta que consideres lo siguiente: 1.

Los números de oxidación del ion positivo como el negativo indicarán cuántas veces estarán en la fórmula cada uno de ellos; mientras que el número de oxidación del positivo indicará cuántas veces estará el negativo y viceversa. Ejemplo:

Ca

2+

+N

-3

Ca3N2

Como puedes observar, el valor absoluto (sin signo) del número de oxidación del calcio indica que el nitrógeno tiene que estar dos veces en la fórmula y el del nitrógeno indica que el calcio tiene que estar tres veces. Aquí se muestran otros ejemplos ilustrativos. Al+3 + Cl- ____________________________________________ AlCl3 Na+ + S-2 __________________________________________ Na2S 2.

Cuando el valor absoluto de los números de oxidación de ambos iones es igual, no se escriben en la fórmula, pues se entiende que la relación es uno a uno. Ejemplo: +

-

Na + Cl ------------ NaCl Mg+2 Al+3 +4

Pb

Ca

+2

3.

+ O-2 ------------ MgO + P-3 -----------+ C

-4

AlP

------------ PbC

+ SO4-2 ------------ CaSO4 Si los valores absolutos de los números de oxidación de ambos iones son múlti / Ejemplos:

Pb + CO3-2 ------------ Pb(CO3)2 +4

186


Bloque VI

Como 4 y 2 son múltiplos de 2 entonces se dividen entre dos, por ello la ' 6`&3)2 Como observaste, el CO3-2 al ser un ion formado por más de un elemento, entonces se tiene que encerrar entre paréntesis para que el subíndice 2 indique que dicha especie está el número de veces indicado por dicho subíndice después del paréntesis. Pb+4 + S-2 ------------ PbS2 S+6 + O-2 ------------ SO3 Pt+4 + SeO4-2 ------------ Pt(SeO4)2

Actividad de aprendizaje 1 Escribe la fórmula de los compuestos que se obtienen al combinar los siguientes iones:

Iones combinantes

Fórmula del compuesto obtenido

Al+3 ¡ Cr+2 + S-2 Na+ + PO4-3 Pb+4 + SO4-2 Sn+2 + SiO4-2 Cl+5 + O-2 NH4+ + ClNH4+ + CO3-2

Síntesis Iones

Fórmula

Tipo de compuesto según el número de elementos que lo forman

+3 + PO3-3 Li+ + Se-2 Na+ + HCO3C+4 + ClMg+2 + OH-

187

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión A

Categoría


3. Piensa críti

"mente.

Comentarios:

188




Indicadores Regular ] $

manera lógica y creativa.



"


] 6

dacción propia para expresar ideas. ] \

ciones entre diversos conceptos. ]

para la representación de un fenómeno. ] &


ación entre los pasos para resolver un problema ] $%

lógica. ] &


Bueno

Excelente

Bloque VI




problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de carácter sultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.


Indicadores Regular

]

correctamente las fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos.

Bueno

Excelente

] !

%

establecidas por la UIQPA para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos in % 8 ¼ ½

¼ ½

¼

Hidruros metálicos. ¼ ¼ ¼ ¼ $

Comentarios

Sesión B. Nomenclatura de los compuestos inorgánicos Como te diste cuenta en el mapa de contextualización, los compuestos inorgánicos % %

Nomenclatura de los compuestos binarios Formados por 2 no metales


Binarios

Óxidos no metálicos

Sales binarias

Formados por 2 elementos Formados por un no metal y un metal

Hidrácidos

Hidruros Hidrobases

Hidruros metálicos Óxidos metálicos

189

Química I

Óxidos metálicos o básicos Se forman al reaccionar un metal con el oxígeno. Se les denominan básicos porque al reaccionar con el agua forman hidróxidos o bases. A continuación se presentan unas tablas de iones metálicos y del ion óxido, donde puedes ver sus números de oxidación y su nombre.

Forma óxidos metálicos y no metálicos. Elemento O

Nombre de ion Óxido

Núm. de Ox -2

Iones metálicos Número de oxidación Forman óxidos metálicos, sales binarias, oxisales, hidróxidos o bases, hidruros metálicos.

190

+1

+2

+3

+4

+5

Ion

Ion

Ion

Ion

Ion

Li

Litio

Be

Berilio

B

Boro

Bi

Na

Sodio

Mg

Magnesio

Al

Aluminio

Pb

Plúmbico

K

Potasio

Ca

Calcio

Ga

Galio

Pt

Platínico

Rb

Rubidio

Ba

Bario

Bi

Bismutoso

Sn

Estánico

Cs

Cesio

Ra

Radio

Co

Cobáltico

Pd

Paládico

Sr

Estroncio

Ni

Niquélico.

Ag

Plata

Zn

Zinc

Tl

Tálico

Au

Auroso

Cd

Cadmio

/

Hg

Mercuroso

Pd

Paladoso

Mn

Mangánico

Cu

Cuproso

Co

Cobaltoso

Cr

Crómico

Tl

Taloso

Ni

Niqueloso

Au

Áurico

Mn

Manganoso

Pb

Plumboso

Pt

Platinoso

Cr

Cromoso

Sn

Estanoso

Hg

Mercúrico

Cu

Cúprico

Bismútico


Bloque VI

Ejemplos: Mg + O2 -------------- MgO ¡ 2 {{{{{{{{{{{{{{

2O3Al + O2 -------------- Al2O3 Au + O2 -------------- Au2O

Nomenclatura de los óxidos metálicos Recuerda que hay tres tipos de nomenclatura, la común, la de stock y la sistemática o UIQPA. Nomenclatura común 1.

En esta nomenclatura sólo pones la palabra óxido como aparece en la tabla.

2.

La preposición “de” y el nombre del metal.

3.

$ ^

trabaja, si con el menor o mayor, y después de la preposición “de” poner el nombre como indica la tabla de iones metálicos, con la terminación oso o con la terminación ico. Ejemplos: »

Li2O Óxido de litio

»

MgO Óxido de magnesio

»

Cu2O Óxido cuproso

»

½ '

»

MnO2 Óxido mangánico

»

SnO Óxido estanoso

»

SnO2 Óxido estánico

»

2O3Óxido férrico

»

CuO Óxido cúprico

En esta nomenclatura solamente se puede dar nombre a compuestos binarios con dos estados de oxidación. Nomenclatura stock o del sistema de Ginebra (sólo se emplea cuando el metal tiene dos números de oxidación) 1.

Escribe la palabra óxido como aparece en la tabla.

2.

La preposición “de”.

3.

Después de la preposición “de”, pones el nombre del metal y entre paréntesis, con números romanos, escribes el número de oxidación del metal. Ejemplos: »

Cu2O

Óxido de cobre (I)

»

½

`99<

»

MnO

Óxido de manganeso (II)

»

MnO2

Óxido de manganeso (IV)

»

Mn2O7

Óxido de manganeso (VII)

191

Química I »

SnO

Óxido de estaño (II)

»

SnO2

Óxido de estaño (IV)

»

Mn2O3

Óxido de manganeso (III)

»

2O3

Óxido de hierro (III)

»

CuO

Óxido de cobre (II)

Nomenclatura sistemática o UIQPA 1.

Coloca la palabra óxido como aparece en la tabla de iones.

2.

& % '

mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta- para indicar las veces que está.

3.

Escribe el nombre del metal.

4.

$ ' {

{ { { { {

mono- no se emplea. Ejemplos: »

Li2O

Monóxido de dilitio

»

MgO

Monóxido de magnesio

»

Cu2O

Monóxido de dicobre

»

#

»

MnO

Monóxido de manganeso

»

MnO2

Dióxido de manganeso

»

Mn2O3

Trióxido de dimanganeso

»

Mn2O7

Heptóxido de dimanganeso

»

SnO

Monóxido de estaño

»

SnO2

Dióxido de estaño

Actividad de aprendizaje 2 Completa el siguiente cuadro dando el nombre o escribiendo la fórmula de los compuestos químicos:

Fórmula del compuesto Li2O Ga2O3 ZnO MgO CoO

192

Nomenclatura común

Nomenclatura stock

Nomenclatura sistemática (UIQPA)

Bloque VI


Fórmula del compuesto

Nomenclatura común

Nomenclatura stock

Nomenclatura sistemática (UIQPA)

Co2O3 NiO Rb2O CdO SnO2 BaO PtO Au2O3 PbO2 Bi2O3 Óxido de berilio Óxido niquélico Óxido de potasio Óxido de paladio (IV) Óxido de estaño (II) Óxido de plata Óxido de cesio Óxido auroso Óxido de talio (III) Óxido de bismuto (V) Óxido plumboso Óxido de estroncio

193

Química I

Óxidos no metálicos, óxidos ácidos o anhídridos Antes de iniciar con los óxidos no metálicos, a continuación se te presentan las siguientes tablas donde podrás ver y aprender los números de oxidación de las sustancias que participan en los mismos. Como podrás recordar, en los óxidos metálicos el oxígeno tiene número de oxidación -2 y se denomina ion óxido.

Iones no metálicos con números de oxidación positivos Forman oxiácidos, oxisales y óxidos no metálicos (anhídridos u óxidos ácidos) 9

Elemento C

Núm. Ox.

Carbonoso

+2 +4

Carbónico Si

Silicoso

Elemento N

Nitroso Nítrico

P

Silícico

'

9 Núm. Ox. +3 +5

Elemento S

Sulfúrico Se

' Ar

Sulfuroso

Arsenoso

99 Núm. Ox. +4 +6

Elemento Cl

Hipocloroso Cloroso

Selenoso

Clórico

selénico

Perclórico Br

Arsénico

Hipobromoso Bromoso Brómico Perbrómico

I

Hipoyodoso Yodoso Yódico Peryódico

Estos compuestos se forman cuando reacciona un no metal con oxígeno. Se denominan ácidos porque al reaccionar con el agua producen oxiácidos, y se llaman anhídridos porque al deshidratar los oxiácidos se obtienen estos compuestos. Ejemplo: Br2 S C

+ O2 --------------------------------- Br2O5 + +

O2 -------------------------------- SO3 O2 -------------------------------- CO2

4

unido al oxígeno, determinar cuál es su número de oxidación y hacer lo siguiente: Nomenclatura común 1.

194

Coloca la palabra anhídrido.

Núm. Ox. +1 +3 +5 +7


2.

Bloque VI

El nombre del no metal como se indica en la tabla de iones no metálicos con número de oxidación positivo. Recuerda que debes determinar con qué numero de oxidación trabaja. Ejemplos: »

Cl2O

Anhídrido hipocloroso

»

Cl2O3

Anhídrido cloroso

»

Cl2O5

Anhídrido clórico

»

Cl2O7

Anhídrido perclórico

»

SO2

Anhídrido sulfuroso

»

SO3

Anhídrido sulfúrico

»

P2O3

Anhídrido fosforoso

»

P2O5

Anhídrido fosfórico

»

CO2

Anhídrido carbónico

»

CO

Anhídrido carbonoso

»

SiO2

Anhídrido silícico

»

B2O3

Anhídrido bórico

Nomenclatura stock o del sistema de Ginebra 1.

Coloca la palabra óxido.

2.

Escribe a preposición “de”.

3.

Después de la preposición “de”, escribe el nombre del no metal y entre paréntesis, con números romanos, escribe el número de oxidación del mismo que utiliza en dicho compuesto. Ejemplos: »

Cl2O

Óxido de cloro (I)

»

Cl2O3

Óxido de cloro (III)

»

ClO2

Óxido de cloro (IV)

»

Cl2O5

Óxido de cloro (V)

»

Cl2O7

Óxido de cloro (VII)

»

SO

Óxido de azufre (II)

»

SO2

Óxido de azufre (IV)

»

SO3

Óxido de azufre (VI)

»

P2O3

Óxido de fósforo (III)

»

P2O5

Óxido de fósforo (V)

»

CO2

Óxido de carbono (IV)

»

SiO2

Óxido de silicio (IV)

»

B2O3

Óxido de boro (III)

195

Química I Nomenclatura sistemática o UIQPA 1.

Escribe la palabra óxido. Si el oxígeno aparece más de una vez en la fórmula { { { { { {

$

mono-.

2.

Coloca la preposición “de”.

3.

Poner el nombre del no metal. Si el no metal aparece más de una vez en la ' { { { { { { { Ejemplos: »

Cl2O

Óxido de dicloro

»

Cl2O3

Trióxido de dicloro

»

ClO2

Dióxido de cloro

»

Cl2O5

Pentóxido de dicloro

»

Cl2O7

Heptóxido de dicloro

»

SO

Óxido de azufre

»

SO2

Dióxido de azufre

»

SO3

Trióxido de azufre

»

P2O3

Trióxido de difósforo

»

P2O5

Pentóxido de difósforo

»

CO2

Dióxido de carbono

»

CO

Monóxido de carbono

»

SiO2

Dióxido de silicio

»

B2O3

Trióxido de diboro

Actividad de aprendizaje 3 Escribe el nombre común, de stock y sistemática de los siguientes anhídridos.

Nomenclatura común P2O3 P2O5 SO2 SO3 SiO2 Br2O Br2O3

196

Nomenclatura stock

Nomenclatura sistemática

Bloque VI


Nomenclatura común

Nomenclatura stock


Br2O5 Br2O7 N2O3 N2O5 SO SO2 SO3 SeO2 SeO3 I 2O

Actividad de aprendizaje 4 Escribe la fórmula de los siguientes anhídridos: »

Dióxido de carbono

»

Pentóxido de difósforo

»

Anhídrido carbónico

»

Anhídrido fosforoso

»

Trióxido de nitrógeno

»

Heptóxido de dicloro

197

Química I

198

»

Anhídrido nítrico

»

Anhídrido clórico

»

Anhídrido silícico

»

Anhídrido cloroso

»

Monóxido de dicloro

»

Anhídrido hipoyodoso

»

Trióxido de selenio

»

Anhídrido brómico

»

Anhídrido selenioso

»

Pentaóxido de dibromo

»

Pentaóxido de diyodo

Bloque VI


Hidruros metálicos Resultan de la combinación de los metales con el hidrógeno, que en este tipo de compuestos tiene número de oxidación -1 y se denomina ion hidruro. Ca + H2 -------------------- CaH2 ¡ 2 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

3 Ba + H2 -------------------- AlH3 Para nombrarlos, utiliza los mismos criterios que usaste cuando nombraste a los óxidos metálicos. Recuerda que una herramienta muy útil para ello es la tabla de iones metálicos empleada en lo óxidos metálicos. Nomenclatura común 1.

Escribe la palabra hidruro.

2.

Coloca la preposición “de” y el nombre del metal.

3.

$ ^

trabaja, si con el menor o mayor, y después de la preposición “de” pon el nombre como indica la tabla de iones metálicos, con la terminación oso o con la terminación ico.



2.


3.

Después de la preposición “de”, escribe el nombre del metal y entre paréntesis, con números romanos, escribe el número de oxidación del metal.



2.

& % '

di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta- para indicar cuántas veces está.

3.


Fórmula

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


LiH

Hidruro de litio

Hidruro de litio

Hidruro de litio

BeH2

HIdruro de berilio

Hidruro de berilio

Dihidruro de berilio

2

Hidruro ferroso

Hidruro de hierro (II)

Dihidruro de hierro

CuH

Hidruro cuproso

Hidruro de cobre (I)

Hidruro de cobre

PdH4

Hidruro paládico

Hidruro de paladio (IV)

Tetrahidruro de paladio

KH

Hidruro de potasio

Hidruro de potasio

Hidruro de potasio

CaH2

Hidruro de calcio

Hidruro de calcio

Dihidruro de calcio

NiH3

Hidruro niquélico

Hidruro de níquel (III)

Trihidruro de níquel

199

Química I Fórmula

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


RbH

Hidruro de rubidio

Hidruro de rubidio

Hidruro de rubidio

BaH2

Hidruro de bario

Hidruro de bario

Dihidruro de bario

CoH2

HIdruro cobaltoso

Hidruro de cobalto (II)

Dihidruro de cobalto

PbH4

Hidruro plúmbico

Hidruro de plomo (IV)

Tetrahidruro de plomo

Actividad de aprendizaje 5 En equipos colaborativos y bajo la supervisión del facilitador, elabora en tu libreta una tabla como la mostrada en los ejemplos. Con la ayuda de la tabla de iones ^ '

los tres nombres para cada uno de ellos.

Hidruros no metálicos o hidrácidos Estos compuestos se obtienen de la reacción del hidrógeno que trabaja con número de oxidación +1, con los no metales de las familias VIA y los halógenos que tienen números de oxidación negativos ( -2 y -1); por ejemplo: H2 + Cl2 ------------------ 2HCl Estos compuestos, al combinarse con el agua, dan lugar a soluciones ácidas y, por ello, también se les denominan hidrácidos. A continuación se te presenta una tabla de los no metales con número de oxidación negativo.

Iones no metálicos con número de oxidación negativos Forman hidrácidos Familia VI

Familia VII

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

S

Sulfuro

-2

-1

Se

Selenuro

Cl

Cloruro

Te

Teluro

Br

Bromuro

I

Yoduro

La nomenclatura se conforma de la siguiente manera: Nomenclatura común 1.

Escribe la palabra ácido.

2.

` ' "

yod) seguido de la terminación hídrico. Ejemplo: Ácido yodhídrico.

200

Bloque VI



Escribe el nombre del ion no metálico como aparece en la tabla anterior.

2.


3.

Después de la preposición “de”, pon la palabra hidrógeno. Ejemplo: yoduro de hidrógeno.

Nomenclatura sistemática o UIQPA

Actividad de aprendizaje 6 1.

Escribe el nombre del ion no metálico como aparece en la tabla.

2.

Coloca la palabra hidrógeno y si aparece más de una vez en la fórmula utiliza { { { { { {

está. Ejemplo: teluro de dihidrógeno.

Fórmula

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


LiH BeH2 2 CuH PdH4 KH CaH2 NiH3 RbH BaH2 CoH2 PbH4

Hidruros no metálicos o hidrobases Estos compuestos se forman cuando reaccionan con el hidrógeno los siguientes elementos: N, O, Sb, P, Si, B, As y C. La nomenclatura se elabora de la siguiente manera: Nomenclatura común El nombre común de estos compuestos son nombres que antes de la normatividad para la nomenclatura ya se les había asignado y por ello permanecen con los mismos.

201

Química I Aquí se presentan:


Nombre común

NH3

Amoniaco

H2O

Agua

SbH3

Estibina

PH3

SiH4

Silano

BH3

Borano

AsH3

Arsina

CH4

Metano

Nomenclatura stock o del sistema de ginebra (sólo se emplea cuando el metal tiene dos números de oxidación) 1.

Escribe la palabra “hidruro”.

2.


3.

Después de la preposición de escribe el nombre del no metal y entre paréntesis en números romanos su número de oxidacion. Ejemplo: hidruro de oxígeno II


Escribe la palabra “hidruro”.

2.

& % '


3.

Escribe el nombre del no metal. Ejemplo: tetrahidruro de silicio.

Actividad de aprendizaje 7 En equipos colaborativos, completen la siguiente tabla escribiendo las nomenclaturas solicitadas para las hidrobases:

Fórmula del compuesto NH3 H2O SbH3 PH3

202

Nomenclatura stock

Nomenclatura UIQPA

Bloque VI



Nomenclatura stock

Nomenclatura UIQPA

SiH4 BH3 AsH3 CH4

Sales binarias Para este tipo de compuestos es importante la tabla de iones metálicos que se proporcionó en los óxidos metálicos. A continuación se te proporciona una tabla de iones no metálicos con número de oxidación negativo.

Iones no metálicos con número de oxidación negativos Forman sales binarias. 9

9

99

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

Elemento

Nombre

Núm. Ox.

C

Carburo

-4

N

Nitruro

-3

S

Sulfuro

-2

-1

Si

Silisuro

p

'

Se

Selenuro

Cl

Cloruro

Ar

Arsenuro

Br

Bromuro

I

Yoduro

Las sales binarias son compuestos formados por la combinación de un metal y un no metal, son compuestos iónicos pues al combinarse el metal pierde electrones, los cuales gana el no metal. Ejemplo: Al

+

N2------------------ AlN

Na

+

Cl2------------------ NaCl

Ca +

C ------------------ Ca2C

Sn +

P ------------------ Sn3P4

4 /

forman la sal y hacer lo siguiente: Nomenclatura común 1.

Escribe el nombre del ion negativo como aparece en la tabla de iones no metálicos negativos.

2.


203

Química I 3.

$ | ^

trabaja, si con el menor o mayor, y después de la preposición de poner el nombre como indica la tabla de iones metálicos, con la terminación oso o con la terminación -ico.


En esta nomenclatura sólo pones el nombre del ion negativo como aparece en la tabla de iones no metálicos negativos.

2.


3.

Después de la preposición, pones el nombre del metal y entre paréntesis con números romanos escribes el número de oxidación del metal.


En esta nomenclatura sólo pones el nombre del ion negativo como aparece de la tabla de iones no metálicos negativos.

2.

Cuando el ion negativo aparece más de una vez en la fórmula, utilizas los pre { { { { { {

3.


4.

& ' {

tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta- para indicar cuántas veces está. Ejemplos:

Fórmula

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


CaBr2

Bromuro de calcio

Bromuro de calcio

Dibromuro de calcio

B2Se3

Selenuro de boro

Selenuro de boro

Triselenuro de diboro

NaCl

Cloruro de sodio

Cloruro de sodio

Cloruro de sodio

Hg2S

Sulfuro mercuroso

Sulfuro de mercurio (II)

Sulfuro de dimercurio

NiI3

Yoduro niquélico

Yoduro de níquel (III)

Triyoduro de níquel

& 3

Cloruro férrico

Cloruro de hierro (III)

Tricloruro de hierro

& 2

Cloruro ferroso

Cloruro de hierro (II)

Dicloruro de hierro

Cu3P

'

' `9<

'

Actividad de aprendizaje 8 En equipos colaborativos y bajo la supervisión de tu facilitador completa la siguiente tabla de nomenclatura de las sales binarias:

Fórmula del compuesto MgS Ni3P2 Hg2Se

204

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


Bloque VI



Nomenclatura común

Nomenclatura stock


ZnBr2 4C3 MnCl3

Hidróxidos o bases Los hidróxidos son compuestos que se forman cuando reacciona los óxidos básicos con el agua, o bien, cuando reacciona un metal con agua. CaO + H2O ------- Ca(OH)2 Al2O3 + H2O ------- Al(OH)3 Estos compuestos se caracterizan por presentar los grupos hidroxi (OH-) con número de oxidación menos uno y como es un ion formado por dos elementos, entonces cuando se presenta más de una vez en la fórmula es necesario encerrarlo entre paréntesis, como se ve en el ejemplo anterior. Nomenclatura de los hidróxidos La nomenclatura es similar a la de los óxidos metálicos, sólo que utilizas la palabra hidróxido. Nomenclatura común 1.

Escribe la palabra “hidróxido”.

2.


3.

$ | ^

trabaja, si con el menor o mayor, y después de la preposición de poner el nombre como indica la tabla de iones metálicos, con la terminación oso o con la terminación ico.


Escribe la palabra “hidróxido”.

2.


3.

Después de la preposición “de”, pon el nombre del metal y entre paréntesis, con números romanos, escribe el número de oxidación del metal.


Escribe la palabra hidróxido.

2.

Cuando el grupo hidróxido aparece más de una vez en la fórmula, utiliza los { { { { { { {

veces está.

3.


205

Química I

Actividad de aprendizaje 9 En equipos colaborativos, y con el apoyo y supervisión de tu facilitador, completen la siguiente tabla:

Formula del compuesto

Nomenclatura común

Nomenclatura stock


`<2 Hidróxido de magnesio Trihidróxido de manganeso Hidróxido de cobalto (III) Al(OH)3 Hidróxido de plomo (IV) Ca(OH)2 Hidróxido platínico. Hidróxido plumboso Dihidróxido de zinc

Compuestos ternarios Formados por 2 no metales


Binarios

Óxidos no metálicos Hidruros Sales binarias

Formados por 2 elementos Formados por un no metal y un metal

Hidruros metálicos Óxidos metálicos

206

Hidrácidos Hidrobases

Bloque VI


Oxiácidos Son compuestos que se forman cuando reacciona un óxido ácido, anhídrido u óxido no metálico con el agua. Cl2O7 + H2O ------------------ HClO4 N2O5 + H2O ------------------ HNO3 Nomenclatura de los oxiácidos Solamente tienen nomenclatura común y cómo derivan de los anhídridos, entonces el nombre se escribe de manera similar solamente anteponiendo la palabra acido. Nomenclatura común 1.

Escribe la palabra “ácido”.

2.

Escribe el nombre del no metal como se indica en la tabla de iones no metálicos con número de oxidación positivo. Recuerda que debes de determinar con que numero de oxidación trabaja. Ejemplos:

Fórmula

Nombre común

H3PO4

Ácido fosfórico

H2CO3

Ácidocarbónico

HClO3

Acido clórico

H2SO4

Ácido sulfúrico

La siguiente tabla de oxianiones te puede ayudar para escribir la fórmula de otros oxiácidos, pues solamente tienes qué ver que ácido se pide y buscar el ion en la tabla. Este ion tiene un número de oxidación y al escribir la fórmula pones hidrógenos en cantidad igual al valor absoluto del número de oxidación del oxianión.

Oxianiones Forman oxisales y oxiácidos Familia IV

Familia V

Familia VI

Familia VII

Nombre

Nombre

Nombre

Nombre

Carbonato

CO3-2

Nitrito

NO2-

$

SO3-2

Hipoclorito

ClO-

Silicato

SiO3-2

Nitrato

NO3-

Sulfato

SO4-2

Clorito

ClO2-

PO3-3

Selenito

SeO3-2

Clorato

ClO3-

'

PO4-3

Selenato

SeO4-2

Perclorato

ClO4-

Arsenito

AsO3-3

Telurito

TeO3-2

Hipobromito

BrO-

Arsenato

AsO4-3

Telurato.

TeO4-2

Bromito

BrO2-

207

Química I Oxianiones Forman oxisales y oxiácidos Familia IV

Familia V

Familia VI

Familia VII Bromato

BrO3-

Perbromato

BrO4-

Hipoyodito

IO-

Yodito

IO2-

Yodato

IO3-

Peryodato

IO4-

Ejemplo: Escribe la fórmula de los siguientes oxiácidos. »

Ácido nitroso

»

Ácido perclórico

Para ello revisa la siguiente tabla y puedes ver que el ácido nitroso, termina en oso en el ácido y en el oxianión en ito.

Terminación del ion según el tipo de compuesto Número de oxidación utilizado

Anhídrido

Oxiácido

Oxianión y oxisales

Menor de todos

Hipo-oso

Hipo-oso

Hipo-ito

Menor normal

Oso

Oso

Ito

Mayor normal

Ico

Ico

Ato

Mayor normal

Per-ico

Per-ico

Per-ato

Buscas en la tabla de oxianiones el ion nitrito que es NO2- cuyo número de oxidación es -1. Entonces la fórmula del ácido nitroso quedaría HNO2. Para el caso del ácido perclórico puedes observar que es per-ico en el ácido, según la tabla de terminaciones y es per-ato en el oxianión. Entonces buscas en la tabla de oxianiones el ion perclorato, la cual es ClO4- que tiene número de oxidación -1 y la fórmula quedaría HClO4.

208

Bloque VI


Actividad de aprendizaje 10 En equipos colaborativos completen la siguiente tabla, escribiendo la fórmula o el nombre de los siguientes oxiácidos:

Fórmula

Nombre común Ácido sulfuroso Ácido fosforoso Ácido perbrómico Ácido hipoyodoso Ácido arsénico

H2SiO3 H2TeO3 HIO HBrO2

Oxisales Son compuestos que se pueden obtener al reaccionar un óxido básico y un óxido ácido en una reacción de neutralización. Ejemplo: el óxido de calcio reacciona con el anhídrido fosfórico del que se obtiene fosfato de calcio. CaO

+

P2O5 --------------- Ca3(PO4)2

Como pudiste observar, el ion fosfato está entre paréntesis y después hay un subíndice 2, el cual indica que todo lo que está en el paréntesis está dos veces. Entonces cuando el oxianión en la fórmula de la sal requiere estar más de una vez, debes ponerlo entre paréntesis y el subíndice que indique cuántas veces estará según lo indique el número de oxidación del metal, claro y siguiendo las normas para la formulación como aprendiste en la sesión A de este bloque. Nomenclatura de las oxisales Para realizar la nomenclatura de estos compuestos te serán de mucha utilidad las tablas de iones metálicos y la de oxianiones. Nomenclatura común 1.

Escribe el nombre del oxianión como aparece en la tabla.

2.


3.

$ ^

trabaja, si con el menor o mayor, y después de la preposición, poner el nombre como indica la tabla de iones metálicos, con la terminación oso o con la terminación -ico.

209

Química I Nomenclatura stock o del sistema de Ginebra 1.

Escribe el nombre del oxianión.

2.


3.

Después de la preposición “de”, escribe el nombre del metal y entre paréntesis, con números romanos, escribes el número de oxidación del metal.


Escribe el nombre del oxianión.

2.

& '


3.


4.

$ ' { {

tetra-, penta-, hexa- o hepta- para indicar cuantas veces está. Ejemplos:


Nomenclatura común

Nomenclatura stock


Mg3(PO3)2

%

!' %

2(SO4)3

Sulfato férrico

AlPO4

'

'

CaCO3

Carbonato de calcio

Carbonato de calcio

Mn2(SO3)3

$ %

Zn(ClO4)2

Perclorato de zinc

CuNO3

Nitrato cuproso

Nitrato de cobre (I)

Nitrato de cobre

Pb3(PO4)4

' ^

' `9<

Tetrafosfato de triplomo

$ '

`999<

$ % `999<

Trisulfato de dihierro

% Diperclorato de zinc

Actividad de aprendizaje 11 En equipos colaborativos, elaboren una tabla como la anterior, busquen en la tabla de iones metálicos los que trabajan con dos números de oxidación y pregunten al facilitador con qué oxianiones los combinarán para obtener las fórmulas y escribas los tres nombres.

210

Bloque VI


Síntesis \ '

compuestos inorgánicos. Realiza un listado con ellos y clasifícalos de acuerdo con la categorización que se dio al principio del bloque. Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B

Categoría



"




Indicadores Regular


] $






"


] &



lógica. ] &


5.3. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo en relación con el ambiente.

] %



Bueno

Excelente

Comentarios:

211




hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter

fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Comentarios:

212


Indicadores Regular

]

correctamente las fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos.

] !

%

establecidas por la UIQPA para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos % 8 ¼ ½

¼ ½

¼

¼

¼ ¼

¼ $

] 4

correctamente las fórmulas químicas a la solución de problemas.

] & '

química los diferentes tipos de compuestos inorgánicos (óxidos, ácidos, bases y sales) de mayor uso.

] \

compuestos químicos inorgánicos en productos de uso cotidiano

] 9 '

químicas en productos de uso común. ] 6

%

utilizar con cuidado las sustancias químicas que utiliza cotidianamente.

Bueno

Excelente

Bloque VI


Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas del bloque

Categoría



"



Indicadores Regular



] $







"


] &



lógica. ] &



] &



las planteadas.

Bueno

Excelente

Comentarios:

213

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares del bloque



Regular

]

correctamente J 9

las fórmulas problemas, formula y nombres de preguntas de carácter los compuestos químicos hipótesis necesarias inorgánicos. para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza ] \

la información ejercicios de para responder a nomenclatura preguntas de carácter Química inorgánica. fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Comentarios:

214

Indicadores

] !

%

establecidas por la UIQPA para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos % 8 ¼ ½

¼ ½

¼

¼

¼ ¼

¼ $ ] \

nomenclatura química inorgánica siguiendo las reglas establecidas por la UIQPA.

] 4

correctamente las fórmulas químicas a la solución de problemas.

] & '

química los diferentes tipos de compuestos inorgánicos (óxidos, ácidos, bases y sales) de mayor uso.

] \

compuestos químicos inorgánicos en productos de uso cotidiano.

] 9 '

químicas en productos de uso común. ] 6

%

utilizar con cuidado las sustancias químicas que utiliza cotidianamente.

Bueno

Excelente


Bloque VI

Notas

215

Bloque VII Representas y operas reacciones químicas


Resuelve balanceo de ecuaciones de manera correcta utilizando diferentes métodos.

»

- * ) * @


Símbolos de las ecuaciones químicas

»

* HA& G

»

»

+A @

»

&* @

+ @*& &* »

»

216

+ @*& =

Balanceo de ecuaciones químicas »

Tanteo

»

U @

Competencias a desarrollar &* % 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lin% % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. ?@ $%

"

comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.5. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsable. 11.1 Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional. 11.3 Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente. &* * J 9 ' %

plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a % '

tes y realizando experimentos pertinentes. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida.

217

Química I Dinamización y motivación

procesos químicos. De hecho, todos los productos que consumes han pasado a través de tales procesos. Al leer, por ejemplo, la etiqueta de algún producto, puedes encontrar los nombres de los compuestos que se encuentran en él, y seguramente % 8 & ' ! / & ^ Z/

trae? El ser humano se ha preocupado siempre por conocer la composición de la materia, y en cada uno de sus experimentos se ha encontrado con una gran variedad de relaciones que se presentan en esta. Por ello, ha considerado que, en la elaboración de algún producto, no es tan importante conocer los ingredientes que la materia contiene, sino la gran variedad de productos que se pueden elaborar con diferentes proporciones de ella. Ante esta situación, para la Química es muy importante conocer la composición de los materiales y la relación numérica con la que está elaborado un compuesto. Una reacción química ocurre cuando las sustancias se combinan, sufren cambios y se obtienen otras con propiedades diferentes de las que le dieron origen.

Clasificación de las reacciones químicas Existen cinco tipos generales de reacciones químicas las cuales se presentan a continuación en el siguiente esquema:

Tipos de reacciones

Síntesis o combinación

Son las que ocurren cuando dos o más sustancias reaccionan para para producir una nueva.

Análisis o descomposicion

Son reacciones en las que un compuesto deriva en dos o más.

Simple reemplazo o simple sustitución

Son reacciones en las que un elemento reacciona reemplazando a otro en un compuesto.

Doble reemplazo, doble sustitucion o metatesis

Son reacciones en las que dos compuestos intercambian sus cationes.

Neutralización

Es aquella en la cual reacciona un ácido u óxido ácido con una base u óxido básico.

Contextualización La presencia de la Química en nuestras vidas ha mejorado la calidad de vida de los humanos, pues la sal, los analgésicos, nuestro cuerpo mismo, el entorno en que vivimos, los objetos que utilizamos, incluso nuestras sensaciones y pensamientos son el resultado de reacciones químicas.

218

Bloque VII

Representas y operas reacciones químicas

Desde el momento en que nos levantamos, la química forma parte rutinaria y esencial de nuestra vida, pues se halla presente, por ejemplo, en la batería de un despertador o en la cocina de nuestro hogar (en el café, al mojar una galleta ' " ' ' / <

Asimismo, el cuerpo humano es un asombroso y complejo laboratorio químico en constante funcionamiento: nuestros cinco sentidos, la digestión, los músculos o las hormonas, nuestros diferentes estados de ánimo y las enfermedades son el resultado de cambios químicos.

Sesión A. Símbolos utilizados en las ecuaciones químicas Desarrollo de saberes

Símbolos y fórmulas Desde la antigüedad, el ser humano ha nombrado y representado de manera abreviada las sustancias que utiliza. En la siguiente tabla podemos ver cómo ha evolucionado esta tendencia a lo largo del tiempo. Agua

Cobre

Azufre

Alquimistas

C

Símbolos de Dalton

Actual

H2O

Cu

S

Fig. 7.1 Cronología de la simbología química.

Como aprendiste anteriormente, la materia puede sufrir fenómenos, cambios o transformaciones al interactuar con la energía, y uno de estos tipos de cambios son los químicos, los cuales producen transformaciones en la estructura interna de las sustancias que intervienen. A estos cambios se les denomina procesos químicos o reacciones químicas y éstas ocurren a cada momento, en ti y a tu alrededor. No es posible observar físicamente las reacciones químicas al nivel que ocurren; por ejemplo, cuando prendemos un cerillo, sólo vemos que aparece una " '

219

Química I Entonces, como no es posible observar una reacción química, es necesario encontrar una forma que nos la ilustre o que la describa y represente de manera simbólica. Dicha representación se denomina ecuación química, la cual está estructurada de la siguiente manera: Reactivos

productos.

Los reactivos son las sustancias que interactúan en el proceso. Los productos son las sustancias que se obtienen como resultado de esa interacción. 7 " % En las ecuaciones químicas, además de los símbolos o fórmulas de las sustancias que intervienen, también puede aparecer otro tipo de simbologías, como las que se muestran en la tabla:

$%

lados hasta llegar al equilibrio

→

$%

( s)

Sólido

(l)

Líquido

(g )

Gas

(aq o ac )

Acuoso

Calor

(cat)

Catalizador

(pp )

Precipitado

Hf

Energía de radiación electromagnética

E

Energía

↑

Gas que se desprende en el proceso

+

Indica la separación y sumatoria entre compuestos o elementos

↓

Sólido que se precipita

A continuación se muestra una ecuación química donde podrás observar la simbología que puede presentarse en la misma. Frío Pb(NO3)2(ac) + 2HCl(ac) -----------------------> PbCl2(s) + 2HNO3(ac)

220


Bloque VII

Actividad de aprendizaje 1 1.

Representa simbólicamente cada una de las siguientes reacciones químicas, señalando cada una de las partes que la integran.

2.

Se somete a calor nitrato de sodio sólido, produciendo nitrito de sodio sólido y oxígeno gaseoso.

3.

Reacciona aluminio elemental sólido con oxígeno gaseoso, en presencia de calor y se produce óxido de aluminio sólido.

4.

Reacciona óxido de bario sólido con ácido sulfúrico acuoso, produciéndose sulfato de bario sólido y agua líquida.

Desarrollo de criterios Como mencionamos anteriormente, físicamente no podemos ver una reacción química, pero ¿cómo podemos saber que ha ocurrido una? Ya dijimos que una reacción química es un cambio en el cual las sustancias que intervienen sufren transformaciones pueden reconocerse por hechos como: 1.

7 % `' <

2.

La producción de calor o la absorción de calor (se calienta o enfría el recipien

<

3.

Un cambio permanente de color.

4.

La aparición de una sustancia insoluble, que se deposita en el fondo del reci

` <

Tipos de reacciones químicas Considerando los elementos o tipos de compuestos que reaccionan para dar lugar a

8

Reacciones de combinación o síntesis Una reacción de combinación, también conocida como reacción de síntesis, ocurre ` <

` < Esta reacción se muestra con una ecuación general: En donde A y Z son elementos o compuestos y, AZ, un compuesto. Representación esquemática:

+ Entre los diferentes tipos de reacciones de combinación, se encuentran los siguientes: 1.

Metal + oxígeno

Fig. 7.2 Tipos de reacciones.

óxido metálico

2 Mg + O2 → 2 MgO

221

Química I 2.

No metal + oxígeno

óxido no metálico o anhídrido

C + O2 → CO2 3.

Metal + no metal

sal haloidea

2Na + Cl → 2NaCl 4.

Agua + óxido metálico

base o hidróxido

H2 O + MgO → Mg ( OH)2 5.

Agua + óxido no metálico

oxiácido

H2 O + SO3 → H2 SO4 Las ecuaciones químicas poseen una expresión cuantitativa para cumplir con la Ley de conservación de la materia, según la cual, una ecuación debe tener el mismo número de átomos en cada miembro para estar balanceada. Para balancear una ecuación química, se anteponen a cada fórmula nú / ^

de átomos, moléculas o número de moles que intervienen en una reacción. Te familiarizarás con este tema en la siguiente sesión.


II.

222

Escribe las siguientes ecuaciones: a)

El hidrógeno y el cloro gaseoso explotan y forman cloruro de hidrógeno gaseoso.

b)

El hidrógeno y el oxígeno gaseoso en una botella de vidrio explotan cuando una chispa los enciende, produciendo vapor de agua.

c)

El monóxido de carbono gaseoso reacciona con el oxígeno gaseoso, produciendo dióxido de carbono.

d)

El calcio metálico reacciona con el oxígeno del aire, formando óxido de calcio.

Completa las siguientes ecuaciones: a)

_______ + _________

AlCl3

b)

_______ + _________

FeBr3

c)

SrO + H2O

____________

d)

________

SrO + H2O

e)

N2O5 + H2O

ªªªªªªªªªª ` <


Bloque VII

Reacciones por descomposición En las reacciones de descomposición, una sustancia sufre una reacción para formar dos o más sustancias. La sustancia que se rompe siempre es un compuesto, mientras que los productos pueden ser elementos o compuestos. Muchas veces se necesita calor para realizar este proceso, el cual se representa con la siguiente ecuación general:

AZ → A + Z Donde A y Z pueden ser elementos o compuestos. No siempre es fácil predecir los productos de una reacción por descomposición, por lo que solo se te

ductos de ésta. Representación esquemática:

+ 1.

Los bicarbonatos metálicos al interactuar con el calor se descomponen en carbonatos metálicos, dióxido de carbono y agua. 2NaHCOJ` <

2.

Na2COJ` <

Los carbonatos metálicos, al interactuar con el calor, producen los óxidos metálicos correspondientes y dióxido de carbono. Na2COJ` <

3.

Na2O` < + CO|`%<

Los óxidos metálicos, al interactuar con el calor, producen el metal correspondiente y oxígeno molecular. 2HgO

4.

+ CO|`%< + H2O` <

` <

2Hg` < + O| `%<

Algunos compuestos se separan para producir oxígeno gaseoso. 2KClOJ` <

2KCl` < + 3O|`%<

En las reacciones de descomposición, una sustancia sufre una reacción para formar dos o más sustancias. La sustancia que se rompe siempre es un compuesto, mientras que los productos pueden ser elementos o compuestos. Muchas veces se necesita calor para realizar este proceso, el cual se representa con la siguiente ecuación general:

AZ → A + Z Algunos ejemplos son: 1.

2.

La sal común ` < %

sodio.

NaCl → Na + Cl Los carbonatos metálicos y los bicarbonatos se descomponen para producir dióxido de carbono gaseoso.

2NaHCO 3 → Na 2CO3 + CO2 + H 2O Esta reacción describe el funcionamiento del polvo de hornear.

223

Química I

Actividad de aprendizaje 3 Completa las siguientes reacciones de descomposición:

AgCl → H 2O → CaCO 3 → KClO4 → HgO → Li

F2

K

Cl2

Ba

Br2

Ca

l2

Na

Reacciones de sustitución simple Tienen lugar cuando, siendo uno de los reactivos una sustancia simple o un elemento, actúa sobre un compuesto, desplazando uno de sus elementos y ocupando el lugar de éste en la correspondiente molécula. Se representa con la siguiente ecuación general:

M

A + BZ → AZ + B

g Al

Representación esquemática

Zn

+

Fe Cd

+

Existen dos tipos de reacciones de sustitución simple:

Ni

1.

Sn Pb

Un metal sustituye a: a)

`<

Un ion metálico en una sal Ejemplo:

Cu

Cd + CuSO4

Hg b)

Ag Aunque el hidrógeno no es un metal, está incluido en la serie de los metales.

Cu + CdSO4

Al hidrógeno en un ácido Ejemplo: 2Al + 6HCl

2.

2AlCl3 + 3H2

Un no metal sustituye a: a)

Un ion no metálico en una sal. Ejemplo: Br2 + 2NaI

b)

Un ion no metálico en un ácido. Cl2 + 2HBr

224

2NaBr + I2 2HCl + Br2

Bloque VII


¿Como funcionan estas series de actividades? Por ejemplo, tomemos como referencia al Na; este puede desplazar en una reacción de ese tipo a los elementos que se encuentran por debajo de él, pero no a los que están por encima. 7

% "^

% "^

abajo pero no a los de arriba.

Actividad de aprendizaje 4 Completa las siguientes reacciones por sustitución simple: 1.

Br2 + HI →

2.

Fe +2 + CuSO4 →

3.

Zn + HCl →

4.

H2 so 4 + Mg →

5.

HCl + Ca →

Reacciones de sustitución doble En las reacciones de doble sustitución, participan dos compuestos en la reacción, y `< `<

del otro. En otras palabras, los dos iones positivos intercambian iones negativos ` < *

/

descomposición. Su representación general es:

AX + BZ → AZ + BX AgNO 3 + HCl → HNO 3 + AgCl Representación esquemática

+

+

H *"= G

Reglas para la solubilidad de las sustancias inorgánicas en agua 1. Casi todos los nitratos (NO3-< `&2H3O2-< 2. Los cloruros (Cl-< 4%& %& 2 y el PbCl2. 3. Los sulfatos (SO4-2< 3$4, SrSO4 y el PbSO4; el CaSO4 y el Ag2SO4 son ligeramente solubles. w 7 ` 94<

(NH4+<

225

Química I Reglas para la solubilidad de las sustancias inorgánicas en agua 5. Todos los ácidos comunes son solubles. 6. Los óxidos (O-2< `{<

` 94< /

` 994< & $ 3 \ &`<|

es moderadamente soluble. 7. Los sulfuros (S-2< ` 94<

/

` 994< ' `04<2S 8. Todos los fosfatos (PO4-3< `&3-2<

` 94<

Actividad de aprendizaje 5 Completa las siguientes reacciones de doble sustitución: a)

NaCl + H2 SO4 →

b)

Ba ( OH)2 + H2 SO4 →

c)

K 2 CO3 + Sr (NO3 )2 →

d)

Se mezclan soluciones de nitrato de plata y cloruro de potasio.

e)

La Acrópolis, en Atenas, Grecia, se está deteriorando lentamente. Está hecha de mármol (CaCO3<

sulfúrico que proviene del aire contaminado para formar una sal, que desaparece luego, destruyendo este famoso lugar histórico. El ácido sulfúrico se forma a partir del contaminante del aire llamado trióxido de azufre y del agua. En tu libreta, completa las dos ecuaciones de las reacciones que acabamos de describir.

Recientemente, en el centro de Denver, Colorado, se derramaron 200 mil galones de ácido nítrico de un carro tanque que estaba estacionado en el patio del ferrocarril. El derrame se controló en unas cuantas horas, esparciendo cenizas de ` <

&

que acabamos de describir:

Las reacciones de neutralización son aquellas que ocurren entre un ácido u óxido ácido con una base u óxido base, donde en la mayor parte de estas reacciones uno de los productos es el agua.

226

Bloque VII


Las reacciones de neutralización son un tipo especial de reacciones de doble reemplazo. Existen cuatro subtipos de estas reacciones: 1.

Ácido+base

sal+agua.

El ácido puede ser hidrácido u oxiácido y la sal obtenida binaria u oxisal. 2.

Óxido metálico o básico+ácido

3.

Óxido no metálico, anhídrido u óxido ácido+base o hidróxido sal+agua.

4.

Óxido metálico o básico+óxido no metálico, anhídrido u óxido ácido oxisal.

sal+agua. oxi-

#?= * &* % @$

Categoría



"



Indicadores Regular



] $







"


] &





Bueno

Excelente

227

Química I Categoría


"


Comentarios:

228

Competencia genérica 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

12. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables


Indicadores Regular


] &



las planteadas.

1. Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

] 9


por los problemas ambientales. Realiza acciones para la protección del ambiente.

3. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

] %


relación de sus acciones en el impacto ecológico a corto y largo plazo.

Bueno

Excelente

Bloque VII


#?= * &* * @$


Desempeños

Niveles de logro

J 9


plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas


9

representa los diferentes tipos de reacción. ] 4

correctamente las fórmulas químicas a la solución de problemas. ] \

compuestos químicos inorgánicos en productos de uso cotidiano.

Indicadores Regular

Bueno

Excelente

] ! %

reacciones de síntesis, descomposición, sustitución simple y sustitución doble. ] 6

de diferentes reacciones Químicas. ]

positivas o negativas sobre el medio ambiente y la sociedad, provocadas por los procesos químicos.

Comentarios

Síntesis La actividad de síntesis de esta sesión consistirá en la realización de las actividades

Sesión B. Balanceo de ecuaciones químicas Desarrollo de saberes

Balanceo de ecuaciones químicas Como mencionamos en la sesión anterior, una reacción química se representa mediante una ecuación que simboliza un cambio o transformación donde la materia interactúa con la energía y, como te has de acordar, la materia no puede ser creada ni destruida, sólo sufre cambios, como lo establece Fig. 7.3 Equilibrio entre ambos lados de la la ley de Lavoisier. ecuación.

229

Química I Pero, ¿cómo podemos hacer cumplir esa ley en una ecuación química? La manera de realizarlo es balanceando la ecuación, proceso que consiste en igualar las cantidades de cada uno de los elementos que participan tanto en los reactivos, como en los productos, en ambos lados de la ecuación, y esto se

' / tan igualar las cantidades. Estos mecanismos se llaman métodos de balanceo de ecuaciones químicas. Existen tres tipos de métodos de balanceo y son:

Fig. 7.4 Antonio-Laurent de Lavoisier.

¿Sabías que los experimentos de Lavoisier establecieron la Ley de la conservación de la masa?

a)

El método de inspección, de aproximación o por tanteo.

b)

El método algebraico.

c)

El método rédox, el cual tiene 2 variantes: por el número de oxidación y por el ion electrón.

En este apartado sólo veremos el método por inspección y el rédox por el número de oxidación.

Balanceo por tanteo (aproximaciones) Es el más sencillo y se utiliza para balancear ecuaciones simples. Para ejecutarlo puedes considerar los siguiente pasos. 1.

Escribe las fórmulas de reactivos y productos correctamente, ubicándolos en el lugar correspondiente en la ecuación química.

2.

Elige el elemento que vas a balancear, de preferencia primero los que sean diferentes de oxígeno e hidrógeno.

3.

Balancea los iones poliatómicos.

4.

Balancea los átomos de H y luego los de O.

5.

nimas posibles, si observas que todos ellos son múltiplos de alguno de ellos

&*: Pasos: 1.

Teniendo la siguiente ecuación: @ &`<2 + H3PO4

2.

Como podrás observar, el Ca está una vez en el reactivo y tres en el producto, J

&8 J&`<2 + H3PO4

3.

230

Ca3(PO4<2 + H2O

Observa que el fosfato (PO4<

|

entonces ponemos un 2 al reactivo donde aparece el fosfato. J&`<2 + 2H3PO4

4.

Ca3(PO4<2 + H2O

Ca3(PO4<2 + H2O

J &`<2 y el 2 que pusimos al H3PO4 indica que el H aparece seis veces en cada reactivo, teniendo un total de 12 H en los reactivos,


Bloque VII

mientras que en el producto H2O solo está dos veces; entonces ponemos un 6 al agua y con esto se balancea el H. J&`<2 + 2H3PO4 5.

Ca3(PO4<2 + 6H2O

Finalmente, puedes observar que falta por balancear el O, pero si contabilizas cuántos hay de cada lado observarás que en los reactivos hay 6 en los J&`<2, y 8 en los 2H3PO4, dando un total de 14 O en los reactivos. Al contar los O de los productos, se observa que hay 8 en el Ca3(PO4<2 y 6 en las 6H2O, dando un total de 14O en los productos, lo que indica que la ecuación ya está balanceada.

Actividad de aprendizaje 6 Balancea, en tu cuaderno, por el método de inspección o tanteo las siguientes ecuaciones: »

Fe + HCl → FeCl 2 →

»

Al ( OH)3 + H3PO4 → AlPO4 + H2 O

»

BaO + SO3 → BaSO4

»

El nitrato de potasio sólido se calienta para obtener nitrito de potasio sólido y gas oxígeno.

»

Cuando se vierte una solución de ácido clorhídrico sobre piedra caliza ` < %

calcio en solución.

Balanceo de ecuaciones rédox por el método del número de oxidación & 3 9 ^ mentos que les permite combinarse con otros para forman nuevas sustancias. Existen ciertas reacciones químicas donde las sustancias participante llevan a cabo trasferencias electrónicas, es decir, unas aceptan o acercan más hacia ellos los electrones y otras los alejan o rechazan. Estas reacciones son las denominadas reacciones rédox, o reacciones de óxido reducción, las cuales se describen en términos de ganancia o pérdida de electrones, haciendo variar la capacidad de las sustancias reaccionantes.

Fig. 7.5 El proceso de oxidación de un metal.

Pero, ¿qué es la oxidación y la reducción? La U @ / mento, lo cual propicia que su número de oxidación aumente y termine oxidado. La @ %

elemento, lo que propicia que su número de oxidación disminuya. Como la oxidación y la reducción ocurren simultáneamente en la reac ` <

% `

<

231

Química I De ahí que al elemento que se oxida se le denomine agente reductor y al que se reduce, agente oxidante. A continuación se presenta un esquema que explica cómo ocurre la óxido reducción. -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7: si el sentido se mueve de derecha a izquierda para un elemento, entonces este se reduce, pero si se mueve en sentido inverso, entonces se oxida. &*: Reacciona Cl2 con H2 produciéndose HCl. Cl2 + H2

HCl

Tanto el cloro como el hidrógeno están sin combinar, por lo tanto su número de oxidación es cero, como lo viste en el Bloque III, pero en el cloruro de hidrógeno el cloro tiene número de oxidación -1 y el hidrógeno +1. Eso decir, el número de oxidación del cloro se desplazó del cero al -1, o sea a la izquierda, luego se redujo, en tanto que el hidrógeno lo hizo del cero a la derecha, entonces se oxidó. Para balancear ecuaciones por el método rédox debes tener presente lo siguiente: 1.

Al elemento que se reduce, se le llama agente oxidante.

2.

Al elemento que se oxida, se le denomina agente reductor.

3.

Al emplear el método rédox para balancear ecuaciones, no debemos olvidar que: a)

Cuando un elemento no se encuentra combinado, su número de valencia es cero.

b)

El número de oxidación del hidrógeno es +1.

c)

El número de oxidación del oxígeno es «2.

d)

El número de oxidación de los elementos del grupo I A de la tabla periódica es +1.

e)

El número de oxidación de los elementos del grupo II A de la tabla periódica es +2.

f)

El número de oxidación del aluminio es +3.

D El número de oxidación de los halógenos es «1, si en la molécula no hay oxígeno. h)

Los números de oxidación positivos son iguales a los negativos en una fórmula correctamente escrita. Ejemplos: K+ y O-2 +1

232

HCl +5 O−3 2

+2

ZnO−2

K 22 Cr +6 O7 Na 2+1S +6 O−42

Bloque VII


Reglas de asignación para los números de oxidación Para determinar los números de oxidación, debemos tener en cuenta lo siguiente: 1.

Los números de oxidación positivos y negativos se encontrarán siempre en la misma cantidad.

2.

% ¡@ tuando los hidruros, donde se hará con «1.

3.

Para el oxígeno, se trabajará en su mayoría con «2.

4.

Tendrá 0 todo elemento que se encuentre solo.

5.

Se analizará elemento por elemento, al determinar los números de oxidación. Esto se hará comparando el primer elemento de la ecuación con el segundo, para ver cuál cambia de número de oxidación. Fe 2+3 O3−2

6.

La suma algebraica de los números de oxidación deberá ser 0.

7.

Contando los átomos de cada elemento: Fe : 2 ( +3 ) : +6 O : 3 ( −2 ) : −6 0

Actividad de aprendizaje 7 Determina el número de oxidación de los elementos presentes en los siguientes compuestos:

Compuestos Fe 2 ( SO4 ) 3

Recuerda que la suma algebraica de los números de oxidación debe ser igual a cero.

Elementos Fe

S

O

NaBr

AlCl3 Pb (NO3 )2 Fe 2 O3

233

Química I Compuestos

Elementos

K 2 Cr2 O7 Cl 2 H2 O

Mg

K 2 CO3

Pasos para balancear una ecuación por rédox 1.

Escribe correctamente la ecuación de la reacción.

2.

Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos presentes en las sustancias que intervienen en la reacción, aplicando las reglas para la determinación de los mismos.

3.

9 ^

4.

Escribe dos semiecuaciones; una de oxidación, donde pongas el reactivo y el producto donde se encuentra el elemento que perdió electrones, y otra donde se encuentra el elemento que ganó electrones.

5.

9

!

o producto donde haga falta para igualar las cantidades del mismo.

6.

9

8 !

reactivo o producto donde haga falta para igualar las cantidades del mismo.

7.

Determina los electrones que perdió el elemento que se oxidó y escríbelos del lado de los productos en la ecuación.

8.

Determina los electrones que ganó el elemento que se redujo y escríbelos del lado de los reactivos.

9.

Si los electrones perdidos y ganados son iguales, cancélalos y suma ambas semirreacciones.

10. Si los electrones perdidos y ganados no son iguales, entonces multiplica la toda la reacción de oxidación por el valor absoluto de electrones ganados, y la de reducción por el valor absoluto de los electrones perdidos, esto los igualará y ahora ya puedes cancelarlos. 11. Si hubo reactivos y productos que no participaron en la reacción, bájalos y balancéalos por inspección.

234

Bloque VII


&*: Reacciona permanganato de potasio con cloruro de hidrógeno produciéndose dicloruro de manganeso, cloro diatómico o molecular, agua y cloruro de potasio. Paso 1 KMnO4 + HCl

MnCl2 + Cl2 + + H2O + KCl

Paso 2

Reactivos

Elementos que lo forman y número de oxidación

KMnO4

K+1

Mn+7

HCl

H+1

Cl-1

Productos

O-2

Elementos que lo forman y número de oxidación Cl-1

H+

MnCl2

Mn+2

Cl2

Cl0

H2O

H+1

O-2

Cl-

KCl

K+1

Cl-1

Cl-

K+

Paso 3 Como puedes observar, el elemento que aumentó su número de oxidación fue el Cl, al pasar del HCl donde era -1, al Cl2 donde terminó con número de oxidación 0, y el elemento que disminuyó su número de oxidación fue el Mn, al pasar del KMnO4, donde tenía número de oxidación +7 al MnCl2 y terminó con +2. Paso 4 HCl KMnO4

Cl2 MnCl2

Paso 5 El cloro está una vez en el reactivo, pero 2 en el producto, por lo tanto ponemos un 2 al HCl. 2HCl

Cl2

Paso 6 El manganeso está igual en ambos lados de su ecuación por lo que no se le pone % % KMnO4

MnCl2

Paso 7 El cloro, al pasar de -1 a 0 pierde un electrón, pero como son dos cloros, entonces se pierden 2 electrones. 2HCl

Cl2 + 2e—

Paso 8 El manganeso, como sólo está una vez y pasa de +7 a +2 gana 5 electrones. 5e- + KMnO4

MnCl2

235

Química I Paso 9a Si los electrones perdidos y ganados no son iguales, entonces multiplica toda la reacción de oxidación por el valor absoluto de electrones ganados, y la de reducción por el valor absoluto de los electrones perdidos, esto los igualará para que se puedan cancelar. 2HCl

Cl2 + 2e— (5)

(2)5e- + KMnO4 10HCl

MnCl2 5Cl2 +10e—

10e- + 2KMnO4

2MnCl2

Los electrones ya son iguales por tanto se cancelan, es decir, si los de la reducción al otro lado de se ecuación pasa negativo y al sumarlos daría cero. 10HCl 2KMnO4

5Cl2

2MnCl2 ahora se suman ambas ecuaciones. 10HCl + 2KMnO4

5Cl2 + 2MnCl2

Como podrás observar, el manganeso ya está balanceado, pero en el caso del cloro hay 10 en los reactivos y 14 en los productos, además aparecen 2 potasios y 8 oxígenos en los reactivos y ninguno de ellos en los productos. Entonces revisamos la ecuación inicial: KMnO4 + HCl

MnCl2 + Cl2 + H2O + KCl

Y observamos que hay dos productos que no intervinieron en la oxidorreducción, el H2 & Paso 10 10HCl 2KMnO4 10HCl + 2KMnO4

5Cl2 2MnCl2 5Cl2 + 2MnCl2 + H2O + KCl

Entonces para balancear al K ponemos un 2 al KCl. 10HCl + 2KMnO4

5Cl2 + 2MnCl2 + H2O + 2KCl

Con esto incrementa el Cl de los productos de 14 a 16, y como el único reactivo donde hay Cl es el HCl y ahí aparecen sólo 10, faltando 6, entonces cambiamos el 10 por 16, aclarando que 10 de esos 16 cloros son los que se oxidaron al producir el Cl2. 16HCl + 2KMnO4

5Cl2 + 2MnCl2 + H2O + 2KCl

Al realizar esto observamos que los hidrógenos aumentan a 16 en los reactivos y en los productos sólo hay 2 en el agua; entonces le ponemos un 8 al agua y la ecuación queda balanceada, porque al realizar esto el oxígeno también se balancea. 16HCl + 2KMnO4

236

5Cl2 + 2MnCl2 + 8H2O + 2KCl


Bloque VII


II.

Realiza las siguientes actividades con las ecuaciones que aparecen a continuación. Si tienes alguna duda, consúltala con tu facilitador. a)

Asigna números de oxidación a todos los elementos.

b)

Señala cuál es la sustancia que se oxida, y explica tu razonamiento.

c)

Menciona cuál es la sustancia que se reduce, y explica tu razonamiento.

d)

Indica cuál sustancia es el agente oxidante, y explica tu razonamiento.

e)

Indica qué sustancia es el agente reductor, y explica tu razonamiento.

f)

Balancea la ecuación por el método del número de oxidación, usando todos los pasos correspondientes.

Realiza los siguientes ejercicios: 1) HNO2 → HNO3 + NO + H2 O

2) H2 O + SO2 + HNO3 → H2 SO4 + NH3

3)

4)

5) C + HNO3 → NO2 + CO2 + H2 0

Síntesis En equipos colaborativos, escribe la ecuación correcta, determina el número de oxidación de los elementos participantes en la misma, determina el agente reductor, oxidante, balancea correctamente mediante el método rédox las ecuaciones y determina a qué tipo de reacción pertenecen. 1.

Reacciona ácido nítrico con yoduro de hidrógeno, produciéndose óxido de nitrógeno, yodo molecular y agua.

2.

Reacciona ácido nítrico con yodo molecular y se produce dióxido de nitrógeno, agua y ácido yódico.

3.

Reacciona carbono con ácido sulfúrico y se produce dióxido de carbono, dióxido de azufre y agua.

237

Química I #?= * &* % @

Categoría



"

Comentarios:

238




Indicadores Regular


] $






"


] &



lógica. ] &



] &



las planteadas.

Bueno

Excelente

Bloque VII


#?= * &* * @

Niveles de logro Categoría

Desempeños

Indicadores Regular

J 9


las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de


Balancea ecuaciones químicas por métodos diversos.

Bueno

Excelente

] \ %

los símbolos utilizados en la escritura de ecuaciones químicas. ] '

de las sustancias, empleando ecuaciones químicas. ]

de los cambios químicos. ] & /

balanceo de ecuaciones químicas por tanteo y por óxido-reducción. ]

de oxidación y reducción, agente reductor, agente oxidante y número de oxidación. ] 4

de las reacciones de óxidoreducción en su entorno y en su organismo. ] & ^

oxidación de los elementos que participan en una reacción química tipo rédox, determinando qué elementos se oxidan y cuales se reducen. ] 4

método de tanteo y óxidoreducción. ] ! 7

conservación de la materia a partir del balanceo ecuaciones. ] 7

conservación de la materia como principio fundamental de la química moderna.

Comentarios

239

Química I Realimentación Instrucciones: 1.

Escribe sobre las líneas correspondientes, el número de oxidación que presenta cada uno de los siguientes elementos: FeSO4

Fe__________S__________O__________

KCl

K___________Cl_________

GaBr3

Ga__________Br_________

MgCO3 Al 2 O3 2.

3.

Mg_________ C_________O__________ Al___________O_________

Responde brevemente las siguientes cuestiones: a)

¿Qué es una fórmula química?

b)

¿Qué es una ecuación química?

c)

¿Qué es una reacción química?

d)

¿Qué es balancear una ecuación?

e)

¿Qué es el número de oxidación?

Dada la siguiente ecuación química, balancea cada uno de los componentes por el método más adecuado, indicando el nombre de las partes que ahí se señalan:

HNO3 + P4 + 4H2O

H3PO4 + NO

Actividad experimental 1. Oxidación-reducción Objetivo Determinar el proceso de oxidación-reducción que se da en diversas reacciones. / " Gradilla 4 tubos de ensaye Jeringa de 5 mL sin aguja & ` % < # `& <À

6 `4 < 4

`&<

240


Bloque VII

6 `4%<

`< Bicarbonato de sodio (NaHCO3< ! 8 % À08 &

la piel entre en contacto directo con él, se debe lavar la parte afectada con una solución de bicarbonato de sodio, y después enjuagar con abundante agua.

& G 1.

Marca los tubos con el nombre de los metales que vas a utilizar.

2.

Agrega 1 mL de HCl a cada tubo.

3.

Agrega una pieza pequeña del metal al tubo correspondiente. Observa qué ocurre.

4.

Agrega NaHCO3 a cada tubo y observa, hasta asegurarte de que no haya formación de burbujas.

5.

Repite los pasos 2 y 3, utilizando los diversos objetos metálicos. Observa qué ocurre.

Conclusiones. Anota tus conclusiones de lo que observaste en cada tubo.

Actividad experimental 2. Reacciones químicas Objetivo

de síntesis, descomposición, desplazamiento y doble sustitución. / " 4 tubos de ensaye 1 vidrio de reloj Pipeta graduada Popote @ % `&< 10 mL de peróxido de hidrógeno (H2O2< 10 mL de solución de nitrato de plata 0.1 M (AgNO3<

J `&< ? 7 | ¢ `0& < 0.1 g de dióxido de manganeso (MnO2< Antecedentes Por experiencia sabemos que una de las formas más apropiadas de iniciar el estu

nes químicas no son la excepción. Sabemos que, al ocurrir una reacción química, se generan cambios en la composición y estructura de las sustancias reactantes; de ^ 8 a)

Reacciones de síntesis

b)

Reacciones de descomposición

241

Química I c)

Reacciones de desplazamiento

d)

Reacciones de doble sustitución

Procedimiento 1 1.

En un tubo de ensayo , coloca 0.1 g de óxido de calcio. Agrega 5 mL de agua destilada, agita y observa.

2.

3.

En este nuevo tubo, introduce un popote hasta el seno del líquido, y procede a soplar suavemente.

Anota tus observaciones:

Investiga sobre las reacciones que ocurren y completa las siguientes ecuaciones: »

CaO + H2 O →

»

Ca ( OH)2 + CO2 →

»

¿Qué tipo de reacciones ocurrieron?

Procedimiento 2

242

1.

En un tubo de ensayo, coloca 0.1 g de dióxido de manganeso.

2.

Agrega 5 mL de peróxido de hidrógeno y observa.

3.

Acerca a la boca del tubo una pajilla con un punto de ignición.


Bloque VII


Investiga sobre la reacción que ocurre y completa la ecuación: MnO2

H2 O2 →

¿Qué tipo de reacción ocurrió?

Procedimiento 3 En un vidrio de reloj, vierte 5 mL de solución de nitrato de plata. Agrégale un trocito de alambre de cobre y observa.


Investiga sobre la reacción que ocurre y completa la siguiente ecuación: AgNO3 + Cu ¿Qué tipo de reacción ocurrió?

Procedimiento 4 En un tubo de ensayo, coloca 5 mL de solución de nitrato de plata. Agrega 3 mL de solución de cloruro de sodio y observa.

243

Química I Anota tus observaciones:

Investiga sobre la reacción que ocurre y completa la siguiente ecuación: AgNO3 + NaCl →

¿Qué tipo de reacción ocurrió?

Anota tus observaciones: Investiga sobre los siguientes conceptos:

244

»

Fenómeno químico:

»

Reacción química:

»

Ecuación:

»

Reactivo:

»

Producto:

Bloque VII


Evaluación de la competencia #?= * &* % =H--

Categoría



"



Niveles Atributo

Indicador Regular


] $






"


] &



lógica. ] &



] %

ecológicas para evitar el deterioro ambiental ] \


Bueno

Excelente

245

Química I

Categoría


Comentarios:

246


13. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.

Niveles Atributo

Indicador Regular

8.3. Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

] 9


por los problemas ambientales. Realiza acciones para la protección del ambiente.

9.4. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

] %



Bueno

Excelente

Bloque VII


#?= * &* * =H--


J 9

problemas, formula preguntas de

plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de



Indicadores Regular

Balancea ecuaciones químicas por métodos diversos.

] \ %

símbolos utilizados en la escritura de ecuaciones químicas. ] '

sustancias, empleando ecuaciones químicas. ]

9

cambios químicos. ] & /

de ecuaciones químicas por tanteo y por óxido-reducción. ]

oxidación y reducción, agente reductor, agente oxidante y número de oxidación. ] 4

reacciones de óxido-reducción en su entorno y en su organismo. ] & ^

de los elementos que participan en una reacción qímica tipo Redox, determinando qué elementos se oxidan y cuáles se reducen. ] 4 /

de tanteo y óxido-reducción. ] ! 7

Conservación de la Materia a partir del balanceo ecuaciones. ] 7 &

de la Materia como principio fundamental de la química moderna.

9

representa los diferentes tipos de reacción.

] ! %

de síntesis, descomposición, sustitución simple y sustitución doble. ] 6

diferentes reacciones químicas. ]

o negativas sobre el medio ambiente y la sociedad, provocadas por los procesos químicos.

Bueno

Excelente

Comentarios::

247

Bloque VIII Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas


Distingue entre reacciones químicas endotérmicas y reacciones químicas exotérmicas partiendo de los datos de entalpía de reacción.

»

Explica el concepto de velocidad de reacción.

»

Argumenta sobre el desarrollo sustentable y su impacto en el medio ambiente.


248

Entalpía »

Entalpía de reacción

»

Entalpía de formación

»

Reacciones exotérmicas y endotérmicas

»


»


Competencias a desarrollar Competencias genéricas 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísti % 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a partir de métodos establecidos ?@ $%

" prendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables. 11.1 Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente. Competencias disciplinares 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a pre% '

perimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

para la solución de problemas cotidianos.

249

Química I Dinamización y motivación ¿Alguna vez te has preguntado por qué algunas reacciones químicas ocurren más rápido que otras; por qué, al combinar sustancias, el recipiente que las contiene se pone demasiado frío o caliente; o cómo es que se lleva a cabo una reacción química? Las respuestas a estas preguntas las podrás obtener en el presente bloque, donde hablaremos de las reacciones endotérmicas y exotérmicas, de la velocidad de reacción y de otros conceptos importantes que ocurren en una reacción química.

Actividad de dinamización I.

7 % %

la opción en que se encuentra el concepto al cual hacen referencia. Piensa todas las posibilidades de respuesta, antes de elegir la que consideres acertada.

1.

Es el cambio en la concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo. ( )

2.

3.

4.

250

a)

Entalpía

b)

Hidrostática

c)


d)


Es una forma de crecimiento que satisface las necesidades de las actuales generaciones, sin comprometer las de las futuras. ( ) a)

Impacto ambiental

b)

Consumismo

c)


d)

Dimensión social

Teoría que permite explicar la velocidad de una reacción química. ( a)

De las colisiones

b)

De las atracciones

c)

De las repulsiones

d)

De las masas

Es un factor que interviene en la velocidad de una reacción. ( a)

El punto de ebullición

b)

El color

c)

La temperatura

d)

La densidad

)

)

Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas

5.

6.

7.

8.

9.

II.

Son las reacciones en las cuales hay una pérdida de calor (se libera). ( a)

Endotérmicas

b)

Concentradas

c)

Diluidas

d)

Exotérmicas

Bloque VIII )

Energía calórica que se desprende o absorbe durante una reacción química. ( a)

Calor latente

b)

Entalpía

c)

&

d)

Calor de reacción

Son las reacciones en las cuales hay una ganancia de calor (se absorbe). ( a)

Concentradas

b)

Endotérmicas

c)

Molares

d)

Exotérmicas

)

)

Es la energía consumida o liberada en reacciones bajo condiciones de presión constante, por la transformación de reactivos a productos. ( ) a)

Electronegatividad

b)

Entalpía

c)


d)


$

recupera sin haber sufrido un cambio apreciable. ( ) a)

Hormonas

b)

Proteínas

c)

Moléculas

d)

Catalizador

Organizados en equipos de cuatro integrantes, investiguen en libros y en el % % 8 a)


b)

Consumismo

c)

Alimentos transgénicos

251

Química I

Sesión A. Entalpía de formación y de reacción, y reacciones exotérmicas y endotérmicas Desarrollo de saberes

Entalpía de formación y entalpía de reacción Entalpía Después de haber estudiado las reacciones químicas desde el punto de vista de la forma como se realizan y de las relaciones estequiométricas de las mismas, es necesario que las analicemos considerando la energía que absorben o liberan al romperse o formarse los enlaces entre las substancias que intervienen en la reacción. La entalpía (H) es la propiedad que los químicos utilizan para medir el calor liberado o absorbido durante una reacción química a presión constante. Es imposible determinar la entalpía de una sustancia, por lo tanto, lo que se

`Â<

se absorbe o se desprende durante una reacción química. El cambio de entalpía 8 Â ` < – H(reactivos) Esto indica que en una reacción química la variación de entalpía depende de sus similares de los reactivos y de los productos.

R) 7

absorbe durante una reacción química, a presión constante y de acuerdo con las cantidades de reactivos y productos. ÂR ¦F(productos) » ¦F(reactivos) El calor de reacción generalmente se expresa en calorías (cal) o kilocalorías (Kcal) aunque las unidades en el sistema internacional (SI) es el joule (J) o el `< $ 8 @ w@kw @ w@kw

252


Bloque VIII

Según se libere o se absorba energía, las reacciones químicas se 8 }

Reacciones exotérmicas8 %

}

Reacción endotérmica8

% CH4(g) ¡ |2(g) ¡k|

{k|

(Reacción exotérmica)

(Reacción endotérmica) CO2(g) ¡ |2O(g)

F) La entalpía de formación es el cambio de calor necesario para formar un mol de una sustancia, a presión constante y a partir de los elementos que la constituyen. Como este tipo de entalpía varía de acuerdo con las condiciones en las que se está experimentando, se ha determinado una entalpía estándar. Las entalpías de formación se miden, bajo condiciones estándar, a la presión de 1 atmósfera, a una |?& `|k < ` / /tricos), o bien, a partir de datos termoquímicos.

Entalpías estándar de formación para algunos compuestos Compuesto

0f. kJ/mol

Compuesto

0f. kJ/mol

Compuesto

0f. kJ/mol

AgCl (s)

127.13

CaCO3 (s)

@||

H2SO4 (ac)

|

AgNO3 (ac)

@@k?

CaSO4 (s)

@wJ

H2SO4 (l)

k@J

Ag2SO4 (s)

@||

FeO

|

H3PO4 (ac)

@|

CH4 (g)

wk?

Fe2O3 (s)

k|w|

Mn(NO3)2 (ac)

J

C2H2 (g)

||?

HCl

(g)

92.31

MnO2 (s)

?|J

C2H4 (g)

?||k

HCl

(ac)

@k?

NaCl

(s)

411.12

CH ` <

w|k

H2O

(g)

|Jk|

NaCl

(ac)

w@@

CH14 (l)

@k

H 2O

(l)

|k?kJ

NaOH

CO

(g)

CO2 (g)

(s)

(s)

w|

(ac)

w

@@?|

HNO3 (ac)

|w

NaOH

393.51

HNO3 (l)

174.1

Na2SO4 (ac)

@Jkk

Ejemplo8 ! %

etano a 25ºC y 1 atm de presión. Considera que la entalpía de formación de C2H`%< »kw 2C2H`%< ¡ 2(g)

4CO2(g) ¡ 2O(g) ÂR

253

Química I Solución8 Del cuadro anterior tomamos los datos de la entalpía de formación para cada uno de los compuestos involucrados, teniendo presente que los elementos sin combinar ÂF C2H`%< »kw O2(g) CO2(g) »JJ?@ H2O(g) »|Jk| Para efectuar correctamente el cálculo, el valor de la entalpía de forma

balanceada. ÂR

¦F(productos) » ¦F(reactivos) ÂR ¯w`»JJ?@< ¡ `»|Jk|<°»¯|`»kw<¡`<° ÂR ¯»@?ww»@wJJ?|°»¯»@w° ÂR »J?¡@w ÂR |kJk@

Síntesis 1.

2.

254

Integra un equipo de trabajo con tres de tus compañeros, y elaboren un reporte en el cual respondan las siguientes preguntas, para incluirlo en sus portafolios de evidencias. a)

En una reacción exotérmica, ¿la energía de los productos es mayor o menor que la de los reactivos?

b)

En una reacción endotérmica, ¿la energía de los productos es mayor o menor que la de los reactivos?

c)

Piensen en por lo menos seis ejemplos cotidianos.

A partir de la tabla de entalpías estándar de formación, determina la entalpía de reacción para los siguientes casos, estableciendo si se trata de reacciones exotérmicas o endotérmicas. a)

2FeO( s) + C( s) → 2Fe( s) + CO2 (g )

b)

Mn( s) + 2HNO3 ac → Mn (NO3 )2

c)

2C2H2 g + 5O2 g → 4CO2 g + 2H2 O(g )

d)

2CO2 g → 2CO+O2

( )

( )

( )

( )

( )

( ac )

+ H2 g

( )


Bloque VIII

Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión A

Niveles de logro


Categoría


J 6

crítica y

"

Atributos

Indicadores Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \

que sigue con el alcance de un objetivo.

Bueno

Excelente

Comentarios:


Competencias disciplinares del área de las ciencias experimentales 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. 7. Hace explícitas las

sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.


Indicadores Regular


Bueno

Excelente

@ \

conceptos de entalpía, reacción endotérmica y exotérmica. 2. Distingo entre reacciones endotérmicas y exotérmicas. 3. Calculo la entalpía de reacción, a partir de la entalpía de formación.

Comentarios:

255

Química I

Sesión B. Velocidad de reacción Desarrollo de saberes

Velocidad de reacción De la misma forma que medimos la velocidad de un coche, de una bicicleta, de una moneda que cae, etcétera, podemos determinar la velocidad de una reacción. 9

Z '8 &/ Zmica. ¿Cómo medimos la velocidad de reacción? Esta se puede calcular midiendo la rapidez con la que aparece un producto o desaparece un reactivo. Ciertas reacciones como la combustión de la gasolina en un motor tienen una rapidez explosiva; otras, como el enmohecimiento del hierro, son extremadamente lentas. Aunque en el bloque VII se describieron diversos tipos de reacciones químicas y se dieron ejemplos de cada uno, poco fue lo que se dijo acerca de su velocidad diferente, o de la medida en que ocurren. Ahora daremos un vistazo a los factores que afectan la velocidad de reacción. Aunque se trabajará con reacciones sencillas, los principios que aquí se describen se aplican también a sistemas más complejos, incluso a la química de las células vivas.

Teoría de las colisiones El término cinética química

de los factores que la afectan. Para que los átomos, moléculas o iones puedan reaccionar (es decir, transferir o compartir electrones de valencia), primero deben hacer contacto, es decir, haber una colisión. En segundo lugar, deben acercarse con la orientación apropiada, a menos que las partículas en cuestión sean átomos individuales o moléculas pequeñas y simétricas. Finalmente, la colisión deberá suministrar una cierta energía mínima, llamada energía de activación. Conviene examinar más de cerca cada uno de estos factores.

Frecuencia de colisión La frecuencia de colisión está controlada por la concentración y la temperatura. Cuanto mayor sea la concentración de los reactivos, con más frecuencia van a chocar las partículas, por la sencilla razón de que hay más de ellas en un volumen determinado. Un aumento en la temperatura incrementa también la frecuencia de colisión, porque las partículas se mueven con más rapidez a temperaturas más elevadas, lo que hace que entren en contacto más a menudo.

256


Bloque VIII

Orientación $

%

` % <

en el momento de la colisión. Si una partícula perfectamente simétrica, como una bola de billar, choca con otra partícula con la misma característica, la colisión es 8 / _ } /

Sin embargo, para atrapar una pelota de béisbol, resulta muy importante la orientación del guante en relación con esta. En el caso de las reacciones químicas, hay algunas circunstancias en las 8 Cuando dos átomos de hidrógeno reaccionan para formar una molécula %8 2H → H2 , su orientación no importa, porque los átomos de hidrógeno se comportan como nubes electrónicas simétricas (esféricas), es decir, no hay frente, detrás, arriba ni abajo, pues todas sus caras son iguales. Sin embargo, para la mayor parte de las partículas, resulta fundamental una orientación apropiada durante la colisión. Así ocurre, por ejemplo, en la reacción química del dióxido de nitrógeno (NO2 ) con monóxido de carbono ( CO ) 8 NO2 g + CO(g ) → NO(g ) + CO2 g ( ) ( ) !

% NO2 al CO, para producir NO y CO2. Para que esta transferencia tenga lugar, es preciso que un átomo de oxígeno del NO2 choque con el átomo de carbono del CO.

Energía de activación No necesariamente ocurre una reacción cuando las moléculas en colisión tienen la orientación adecuada, pues es probable que dos moléculas que se golpean con suavidad reboten sin reaccionar. Cuando las partículas chocan, también deben poseer una cantidad espe % /

`

ción). Esta energía cinética (de colisión) mínima que las moléculas reaccionantes deben poseer, se conoce como energía de activación, y se abrevia Ea. La energía de

/ cipan. En el caso de las reacciones que ocurren de manera instantánea cuando se mezclan los reactivos, la energía de activación es baja; y en el de las reacciones que tardan en iniciarse, en cambio, es elevada.

Factores que modifican la velocidad de reacción En la sección precedente se expusieron tres factores que afectan la velocidad de reacción. La frecuencia de colisión está controlada por la temperatura y la concentración. Ahora se describirán estos efectos con cierto detalle, y también se ' 7 '

'

8

257

Química I

a) Naturaleza del reactivo La velocidad de reacción depende del tipo de sustancia y de enlace, así como de la estructura de los átomos y los iones. Un tronco grande arde con lentitud en una chimenea, pero, si se hace leña con él, la madera se quema con mucha mayor rapidez; si la misma madera se convierte en aserrín, puede arder con tal rapidez que sea capaz de provocar una enérgica explosión, si una chispa se enciende. Cuanto *

hace posible que ocurran más colisiones entre los reactivos y, por ello, aumente la velocidad de reacción. Cuando los reactivos se hallan en dos estados físicos '

de las colisiones. El resultado es una mayor velocidad de reacción.

b) El efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción El aumento de la temperatura hace que las moléculas se desplacen con más rapidez, lo cual genera un mayor número de choques. Por lo regular, las reacciones tienen lugar a una velocidad mayor, cuando la temperatura es elevada. El hecho de bajar la temperatura suele hacer que disminuya la velocidad de reacción. Al

% % 8 _

reacción se duplica de manera aproximada, cuando la temperatura se incrementa @&} Esto se puede explicar en términos de la Teoría cinético-molecular, la cual establece que las moléculas se mueven con más rapidez a temperaturas más altas. Al hacerlo, chocan con mayor frecuencia, lo que hace que aumente la velocidad de reacción. A temperaturas más elevadas, las moléculas en rápido movimiento tienen también más energía cinética. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas.

c) Efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción La frecuencia de colisión y, en consecuencia, la velocidad de reacción, se ven afectadas también por la concentración de los reactivos. Cuantas más moléculas de

%

por unidad de tiempo. En términos generales, cuando la temperatura es constante, la velocidad de reacción se puede relacionar de manera cuantitativa con las cantidades de las sustancias reaccionantes. Sin embargo, esto no es tan simple pues, para saber qué sustancias reaccionantes intervienen en el paso determinante, es preciso conocer el mecanismo de reacción, es decir, el paso a paso de cómo chocan, se separan y vuelven a combinarse las moléculas.

258


Bloque VIII

d) Efecto de los catalizadores sobre la velocidad de reacción Un catalizador es una sustancia que acelera la velocidad de reacción química sin consumirse en ella. Los catalizadores son sustancias que aumentan o disminuyen la velocidad de reacción, pero sin transformar o afectar los productos. Por ejemplo, la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno para dar oxígeno gaseoso y agua, se lleva a cabo con gran lentitud, a temperatura ambiente y en la oscuridad. Sin embargo, si se agrega un poco de dióxido de manganeso (IV), la descomposición del peróxido de hidrógeno se acelera de inmediato, observándose un burbujeo, producto de la liberación de oxígeno gaseoso. En este caso, el dióxido de manganeso (IV) actúa como catalizador de la reacción, y su fórmula se escribe

"8 MnO2

H2 O2 → 2H2 O + O2↑

Síntesis 1.

2.

En tu libreta, realiza y contesta, respectivamente, las siguientes actividades % 8 1)

¿Qué se entiende por velocidad de reacción?

2)

Z/ % / /

3)

Menciona los tres factores principales que determinan la velocidad de reacción.

4)

& " '

5)

"

acción.

6)

Z/ % / %

En la siguiente reacción, ¿qué ocurre con el número de colisiones, cuando se agregan más moléculas de bromo? H2 g + Br2 g → 2HBr(g ) ( )

1)

( )

En la siguiente reacción, ¿qué ocurre con el número de colisiones, cuando la temperatura de la reacción se reduce? H2 g + Br2 g → 2HBr(g ) ( )

( )

259

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas de la sesión B

Categoría



"

Niveles


Atributo

Indicador Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \


Bueno

Excelente

& 8

Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión B

Competencias disciplinares del área de las ciencias experimentales 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. & 8

260


Indicadores Regular


1. Explico el concepto de velocidad de reacción. 2. Describo los factores que determinan la velocidad de reacción. J "

frecuencia de colisión en la velocidad de reacción.

Bueno

Excelente


Bloque VIII

Sesión C. Desarrollo sustentable Desarrollo de saberes

Desarrollo sustentable La ciencia y la tecnología deben ir de la mano con el manejo responsable de los recursos naturales. A la búsqueda del equilibrio entre la velocidad con que la población humana utiliza los recursos naturales y la velocidad con que la naturaleza los genera, de modo que la sociedad continúe desarrollándose económica y tecnológicamente, y cubriendo sus necesidades sin dañar el medio ambiente, se le conoce como desarrollo sustentable. La energía es un producto secundario de muchos procesos químicos. Las necesidades energéticas se incrementan en países avanzados y en aquellos que están en vías de desarrollo, por lo que se trabaja afanosamente para encontrar nuevas fuentes de energía, ya que la principal fuente utilizada hasta hoy ha sido la de los combustibles fósiles (petróleo), que está próxima a escasear, lo cual aumentará la demanda y, por ende, sus costos. A la velocidad con que se consumen recursos actualmente, se calcula %

' ? @ * !

necesidad de encontrar nuevas fuentes de energía. Una de las que más ha llamado la atención es la energía solar, que se proyecta como una fuente inagotable de % ' 8 *

la energía contenida en todas las reservas de petróleo del planeta. $ % %

"

en el espacio. Los estudios de los últimos años mostraron que la energía solar se puede transformar en electricidad mediante dispositivos llamados celdas fotovoltaicas. También se puede utilizar la energía solar para obtener hidrógeno a partir del agua. Es imperativa la creación de programas de desarrollo económico que pugnen por la preservación de los recursos naturales, además de ver por las necesidades de los sectores sociales de mayor pobreza, para propiciar una justa proporción de recursos, una moderación en los procesos productivos y de consumo, y la implementación de políticas, lo cual reducirá impactos ambientales y fomentará la restauración de ecosistemas. El objetivo principal que el desarrollo sustentable plantea es satisfacer las necesidades de las generaciones presentes, sin comprometer las capacidades de las futuras para atender las suyas. Con ello se saldrá del esquema impuesto por la industrialización y disminuirá la dependencia social y económica en países pertenecientes al llamado Tercer Mundo. 186 Esta política deberá incrementar la capacidad de producción y alcanzar % % % % nía con los sistemas naturales que posee el planeta. La meta de la sustentabilidad exige que todos los países revisen sus políticas e intervenciones económicas de corte capitalista en función de su impacto en el medio ambiente, proponiendo estrategias alternas que garanticen un desarrollo equitativo y una preservación del entorno natural.

261

Química I

Actividad de aprendizaje 1 Organizados en equipos, elaboren un periódico mural donde se represente el impacto ambiental en el planeta, y se observen medidas que se deban tomar para alcanzar un desarrollo sustentable. Inclúyanlo en su Portafolio de Evidencias.

Desarrollo tecnológico A pesar de los esfuerzos realizados por las autoridades para evitar que los conductores manejen bajo los efectos del alcohol, aún tienen mucho trabajo por hacer. 4

conductores que hallan en estado de ebriedad. El fundamento químico de este dispositivo es una reacción rédox. Una muestra de aliento se introduce en un aparato que contiene una solución ácida de dicromato de potasio, y el alcohol (etanol) del aliento es convertido en ácido / %

8 CH3 − CH2 − OH ¡ K 2 Cr2 O7 ¡ H2 SO4 → CH3 − COOH ¡ Cr2 ( SO4 )3 ¡ K 2 SO4 ¡ H2 O . ¡ ! ¡ Ã '^ o

→ Ã / ¡ $ ' 999 ¡ $ ' ¡ 4%

En esta reacción, el alcohol se oxida y se convierte en ácido acético, mientras que el cromo del dicromato (color anaranjado) se reduce a ion cromático III (color verde). El nivel del alcohol en la sangre se determina midiendo el cambio de color. El alcohol presente en el aliento reacciona con K 2 Cr2 O7, y el cambio de absorción de luz es registrado por el detector, mostrándose en un medidor en el que se lee el contenido de alcohol en la sangre.

Síntesis 1.

A partir de la tabla de entalpías estándar de formación, determina la entalpía de reacción para los siguientes casos, estableciendo si se trata de reacciones / / 8 2H2 O(l ) → 2H2 g + O2 g ( )

( )

4NH3 g + 3O2(g ) → 2N2 g + 6H2 O(l ) ( )

( )

CH4 g + 2O2 g → CO2 g + 2H2 O(g ) ( )

( )

( )

PCl5 g + H2 O(l ) → H3PO4 ac + HCl(g ) ( )

2.

262

( )

Elabora un reporte de investigación sobre el desarrollo sustentable y las acciones necesarias para ponerlo en práctica. Además, organiza con tus compañeros un debate sobre la importancia que tienen el consumismo y el desarrollo sustentable en las actividades económicas de México.


Bloque VIII

3.

Individualmente, investiga las causas y alcances nocivos que se originaron a partir del accidente que tuvo lugar en la planta nucleoeléctrica de Chernobyl.

4.

Escribe dos ejemplos de la nueva tecnología.

5.

Escribe dos riesgos que pueden existir por el uso de la tecnología.


Categoría



"



Indicadores Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \



] 9




11. Contribuye al desarrollo 6

sustentable responsabilidad de manera en la sociedad. crítica, con acciones responsables.

Bueno

Excelente

& 8

263

Química I Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares de la sesión C

Competencias disciplinares del área de las ciencias experimentales 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.


Indicadores Regular

Bueno

1. Describo el concepto de desarrollo sustentable. 2. Argumento como el desarrollo sustentable contribuye al cuidado del medio ambiente. 3. Reconozco al desarrollo sustentable como una herramienta útil para el desarrollo del país.


& 8

Realimentación 4 % 6 ' des sugeridas en el bloque, y se lo entregarás a tu maestro.

Química I Bloque VIII

Semestre y grupo:

Nombre del alumno (a):

Fecha: Actividades de aprendizaje

Criterios 1 Interés en los temas Respeto Puntualidad

264

2

3

4

5

6

7

Total

Excelente


Bloque VIII

Química I Bloque VIII

Semestre y grupo:

Nombre del alumno (a):

Fecha:

Solidaridad Responsabilidad Disposición Participación Actitud colaborativa Actitud investigativa 3 k8 &

de las reacciones químicas.

Concepto

Ideal

Real

Observaciones:

Reporte escrito Periódico mural Ensayo acerca de Chernobyl

Actividad experimental 1. Velocidad de reacción Objetivo. Determinar los factores que afectan la velocidad de las reacciones. Materiales y reactivos 2 vasos de precipitado

@ @

2 matraces Erlenmeyer

Peróxido de hidrogeno (H2O2) al 3 %

4 pipetas de plástico

Tintura de yodo (I2)

1 probeta

Solución de almidón

Cronómetro

Tableta de vitamina C (puede ser efervescente)

| % @ 7 % 1 regla

Carbonato de calcio (CaCO3) (gis blanco)

1 cúter

Acido acético (CH3&< ¢ `% < 1 tableta de Alka-seltzer

265

Química I Soluciones: »

$ 8 Ä @ 7 %

hirviendo.

»

$ &8 @ % 7

% ' @ % 7 %

Procedimiento 1 1.

$ 48 % % J 7 % @ 7

de vitamina C y 1 mL de tintura de yodo. Observa lo que ocurre.

2.

$ 38 % % J 7 % @ 7 do y 1 mL de solución de almidón. Observa lo que ocurre.

3.

$ &8 4 3 4%

matraz unos segundos, y toma el tiempo que tarda en aparecer el color azul oscuro.

4.

\ @ J % 8

5.

»

$ 48 J 7 % @ 7 & @ 7

tintura de yodo.

»

$ 38 | 7 % | 7 @ 7

almidón.

\ @ J % 8 »

$ 48 J 7 % @ 7 & @ 7

tintura de yodo.

»

$ 38 @ 7 % J 7 @ 7 midón.

Procedimiento 2

266

1.

Coloca la mitad del Alka-seltzer en un vaso de precipitado seco.

2.

Tritura la otra mitad de la pastilla y colócala en un vaso de precipitado seco.

3.

Agrega 5 mL de agua a cada vaso, procurando hacerlo de manera simultánea.

4.

Toma el tiempo que se tarda en desaparecer el sólido en cada caso.

5.

Repite los pasos 1 y 2, pero con dos trozos de gis del mismo tamaño.

6.

Agrega 5 mL de ácido acético a cada vaso de manera simultánea, y registra el tiempo que tarda en dejar de reaccionar cada una de las sustancias.


Bloque VIII

Resultados 4

% 8 Observaciones del procedimiento 1

Solución

Observaciones

Tiempo

1 Sol. A 2 Sol. B 3 Sol. C 4 Sol. A 4 Sol. B 4 Sol. C 5 Sol A 5 Sol B 5 Sol C

Observaciones del procedimiento 2

Sustancia

Tiempo

Pastilla ( trozo) Pastilla (polvo) Gis (trozo) Gis (polvo)

Conclusiones

267

Química I Evaluación de la competencia Rúbrica para registrar el logro de competencias genéricas del bloque

Categoría



"

6

responsabilidad en la sociedad.

& 8

268



Indicadores Regular



] $







"


] $%



lógica. ] \


11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.


] 9




Bueno

Excelente


Bloque VIII

Rúbrica para registrar el logro de competencias disciplinares del bloque

Niveles de logro Categoría

Desempeños

Indicadores Regular

2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 4. Obtiene registra y sistematiza la información para responder a preguntas

consultando fuentes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. 7. Hace explícitas las

que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.


1. Reconozco los conceptos de entalpía, reacción endotérmica y exotérmica 2. Distingo entre reacciones endotérmicas y exotérmicas 3. Calculo la entalpía de reacción, a partir de la entalpía de formación.


1. Explico el concepto de velocidad de reacción. 2. Describo los factores que determinan la velocidad de reacción. J "

frecuencia de colisión en la velocidad de reacción.


1. Describo el concepto de desarrollo sustentable. 2. Argumento como el desarrollo sustentable contribuye al cuidado del medio ambiente. 3. Reconozco al desarrollo sustentable como una herramienta útil para el desarrollo del país.

Bueno

Excelente

& 8

269

Química I

Glosario Calor de reacción. Energía calórica que se desprende o absorbe durante una reacción química. Catalizador. Sustancia que retarda o acelera una reacción química, y que al

' Consumo. Es el gasto de todo aquello que, debido al uso, se extingue o se destruye. Impacto ambiental. Son las probables consecuencias ambientales de proyectos, programas, planes y políticas propuestos. Desarrollo sustentable. Es el desarrollo que cumple con las necesidades de las actuales generaciones, sin comprometer las capacidades de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades. Entalpía. Es la energía consumida o liberada en reacciones bajo condiciones de presión constante, por la transformación de reactivos a productos. Enzimas. Son proteínas que actúan para catalizar reacciones bioquímicas Reacción exotérmica. Es aquella que se efectúa con pérdida de calor. Reacción endotérmica. Es aquella que se efectúa con ganancia o absorción de energía. Velocidad de reacción. Es el cambio en la concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo. Astroquímica. Estudia la naturaleza química de los cuerpos celestes. Bioquímica. Estudia la estructura y función de los compuestos químicos que forman parte de los seres vivos. Ciencia. Actividad que dirige nuestro entendimiento y razonamiento para /

el mundo natural. & A Es el saber resultante de un proceso metodológico, sistemático y riguroso, que tiene validez para un determinado momento y espacio, y es utilizado para resolver problemas de la realidad en la que se vive. Conocimiento empírico. Es el saber resultante de la observación y de la experiencia. Ecología. Estudia las relaciones que tienen los seres vivos con su medio ambiente. Electroquímica. Estudia la transformaciones químicas que se producen en las sustancias, al ser atravesadas por una corriente eléctrica. Energía. Es todo agente capaz de producir transformaciones tanto físicas como químicas en la materia.

270


Bloque VIII

Experimentación. Proceso mediante el cual se intentan reproducir los hechos '

propician o determinan. Fenómeno.

de un cuerpo, el crecimiento de una planta, el viento, etcétera. Física. Ciencia que estudia la materia y sus relaciones con la energía. Geoquímica. Estudia la distribución, proporción y relación de los elementos químicos de la corteza terrestre y de las leyes que los rigen. Hipótesis. Es una suposición sobre la posible causa de una fenómeno, una explicación que debe ser comprobada. Industria química. Es aquella que se dedica a la extracción y procesamiento de materias primas, tanto naturales como sintéticas, con el objeto de elaborar productos como fertilizantes, colorantes, explosivos, plásticos, detergentes, aislantes, etcétera. Ley. Es la expresión de una rutina en la naturaleza, es decir, de algo que se repite siempre que las condiciones sean las mismas. Masa. Cantidad de materia que contiene un cuerpo. Matemáticas. Ciencia que estudia por razonamiento lógico los números y las %

Meteorología. Estudia el tiempo, el clima y las propiedades físicas y químicas '

'

constituida por tierras y mares. Materia. Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. Puede presentarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Química. Ciencia que estudia la composición de la materia, sus propiedades, su energía, sus cambios y transformaciones. Residuos peligrosos. Son todos aquellos residuos, en cualquier estado físico, que, por sus características corrosivas, tóxicas, venenosas, reactivas, explosi " % '

%

para el equilibrio ecológico o para el ambiente.

A] Hipótesis con que, a mediados del siglo XVIII, Stahl intentaba explicar el fenómeno de la combustión. Fue descartada por Lavoisier, 7 Teoría. Pretende ofrecer una explicación lógica de lo que se ha observado, después de ser realizada la experimentación, y una vez comprobada la hipótesis.

Bibliografía & + Y % 7 `|k<8 Química I con enfoque en competencias. Book Mart. México.

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Química I

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Quimica I 14

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