QuimicaI. Cuadernillo de Proc. Pra El Aprendizaje

QUÍMICA I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje

Con la colaboración de: Suemi Pérez León Beatriz del Carmen Quiab Potenciano José Francisco Quiñónez López Paula Vázquez Hernández

EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR A DISTANCIA

QUÍMICA I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje Con la colaboración de: Suemi Pérez León Beatriz del Carmen Quiab Potenciano José Francisco Quiñónez López Paula Vázquez Hernández Coordinación de Educación Media Superior a Distancia Martha Elena Fuentes Torres Departamento de Diseño de Material Didáctico y Capacitación: Antonio Cadena Magaña Revisión y asesoría académica a cargo de: Víctor Manuel Mora González Diseño Gráfico: Ma. Fernanda Paniagua Legaspi Mildred Ximena Uribe Castañón Corrección de estilo: Cristina Miranda Huerta ©Secretaría de Educación Pública. México, junio de 2006 Subsecretaría de Educación Media Superior Dirección General del Bachillerato Educación Media Superior a Distancia ISBN: En trámite Derechos Reservados

ÍNDICE

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OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA

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ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA

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ENLACE QUÍMICO: MODELOS DE ENLACE E INTERACCIONES MOLECULARES

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REACCIÓN QUÍMICA

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RESPUESTAS

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PRESENTACIÓN La humanidad desde su inicio se ha sentido atraída por la naturaleza que la rodea, y ante la gran diversidad de fenómenos que se observan en el comportamiento de la misma, surge la necesidad de conocer los principios que rigen este comportamiento, para utilizarlos en el desarrollo y progreso de su ámbito social y cultural. La repercusión de los fenómenos naturales en nuestro ámbito social es evidente en los cambios que se han ido generando, tanto en forma colectiva como individual, en los últimos años. Por ello, nuestra sociedad moderna es el resultado de una búsqueda constante de hechos y explicaciones científicas que fundamenten y mejoren su existencia. Las ciencias naturales son el área de conocimientos que proporcionan estos hechos y explicaciones científicas y dentro de esta área tenemos a la Química; una ciencia experimental que tiene como finalidad explicar los fenómenos naturales y sus repercusiones socioeconómicas y ecológicas a través del conocimiento y análisis de la estructura, así como las propiedades de la materia y la energía. La Química es una de las ciencias que más contribuyen a incrementar conocimientos y bienestar. Sólo mira un poco las cosas que utilizas diariamente y que han sido sintetizadas por el hombre (medicamentos como: aspirina, gel antiácido, penicilina; alimentos: productos enlatados, galletas, pastas, azúcar; varios como: herramientas, fertilizantes, insecticidas, gasolina, televisores, y muchos otros productos más). En la fabricación de todos ellos interviene la Química; sin embargo, ésta se encuentra presente no únicamente en esos productos, sino que existe también como componente de una gran variedad de objetos. Para convencerte de ello te invitamos a que realices la simple experiencia de observar a tu alrededor: árboles, arbustos, tierra, piedras, rocas, cerros, montañas, arena, nubes, atmósfera, ríos, agua, lagunas, lagos, arroyuelos, peces, ranas, sapos, tortugas, pájaros, lagartijas, perros, gatos y, por si eso fuera poco, ¡debemos incluirnos hasta tú y yo!, ya que también estamos formados químicamente, somos parte de la materia, pero sin olvidar a la energía y los cambios que ésta es capaz de producir. Es importante resaltar que esta disciplina se relaciona con otras materias, así, se encuentra en relación muy estrecha con la Física ya que comparten el estudio de los fenómenos de la materia y la energía; con Geografía, al proporcionarle los fundamentos para estudiar las interacciones entre la corteza terrestre, la hidrosfera y la atmósfera; a la Biología le proporciona bases para el conocimiento y la comprensión de los aspectos químicos que suceden en los seres vivos y a las Matemáticas las utiliza como una herramienta básica, la cual le proporciona elementos para interpretar y resolver problemas. Una cuestión importante que conviene aclarar es: ¿por qué razón tienes que estudiar Química, si tú quieres prepararte para ser contador público, abogado, economista, administrador, psicólogo, periodista, licenciado en relaciones internacionales o en recursos humanos o bien, músico, poeta, literato, escultor, pintor o cualquier otra actividad? Es pertinente responder en partes la pregunta: 1. Imagina que eres un profesional en alguna de las licenciaturas descritas en la pregunta y te ofrecen trabajo en cualquiera de las empresas siguientes: Fertimex, Poliuretano de México, S.A.; Metalurgia Peñoles; Anaconda Nacional; Altos hornos de México, S.A.; CIBA-GIEGY; Celanese Mexicana; Industrias Avon, S.A.; KIMAX; Plastimex, S.A.; Sulfatos de Viesca, S.A. y muchas otras más, para emplearte en alguno de sus departamentos de finanzas, adquisiciones, personal, recursos humanos,

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jurídico, ventas, contabilidad y administración; reflexiona: ¿qué vas a tener que ver con la química? 2. Por otra parte, debido al gran desconocimiento sobre el comportamiento de las sustancias químicas, se han producido accidentes de consecuencias graves en el país, tales como el ocurrido en el año de 1992 en la fábrica de plaguicidas ANAVERSA, de Córdoba, Veracruz que se quemó por descuido en el control de sus reactivos químicos; y el de la ciudad de Guadalajara, Jalisco por acumulación de substancias químicas y combustibles en el drenaje, en el mismo año, y los constantes accidentes en la nucleoeléctrica de Laguna Verde, los de las gaseras de San Juanico en 1985 y en 1996; el robo de un cabezal con 6,000 cápsulas conteniendo Cobalto-60 ocurrido en Ciudad Juárez, Chihuahua y que por su masa de 100 kg, fue vendido como chatarra en un depósito de metales y adquirida por las fundidoras locales para producir 6,600 toneladas de varilla para construcción de 30,000 bases metálicas para mesas, todo en el año de 1983. Así, podrían mencionarse muchos otros accidentes que han ocurrido en nuestro país debido -en ocasiones- a la falta de conocimientos mínimos acerca de la Química. ¿Aún crees que no sea necesario estudiarla? Con el propósito de facilitar el estudio de los contenidos correspondientes a la asignatura de Química I, se ha elaborado esta guía de aprendizaje. Una de sus secciones más importantes es la denominada: ¿Cómo aprendo?, ya que contiene las actividades que debes realizar para lograr los objetivos del programa. En cada una de las Unidades se marcan los textos que se han tomado como base para el desarrollo de las actividades, sin embargo, puedes consultar otra bibliografía que cubra los contenidos de la asignatura. 6

Finalmente, la asignatura de Química I está estructurada en las siguientes unidades: Unidad I: Objeto de estudio de la Química. Unidad II: Estructura atómica y tabla periódica. Unidad III: Enlace químico: modelos de enlace e interacciones moleculares. Unidad IV: Reacción química. Ubicación de la Asignatura: La asignatura de Química I se imparte en el primer semestre y, junto con Química II, Física I y II, Matemáticas I, II, III y IV, así como otras asignaturas, constituye parte de la formación básica del perfil del bachiller en la modalidad a distancia. Objetivo de la Asignatura: El estudiante: Propondrá soluciones a problemáticas sociales y ecológicas relacionadas con el conocimiento de los principales atributos de la materia, la energía, el cambio, los enlaces, las reacciones químicas y el átomo como partícula fundamental en la Química, mediante la adquisición de una cultura química que le permita interpretar los cambios en el mundo natural que le rodea con una postura crítica y responsable.

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¿Qué voy a aprender?

OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA OBJETIVO: Explicar el objeto de estudio de la Química y su relación con otras ciencias, mediante el análisis descriptivo y analítico de problemas de la sociedad actual.

1 UNIDAD

Esta unidad tiene como propósito que descubras la importancia de la Química, su objeto de estudio y su interrelación con otras ciencias. Asimismo, aprenderás acerca de las características, manifestaciones e interrelación de la materia y la energía. Por último, revisarás los aspectos más relevantes de los diversos cambios: físicos, químicos y nucleares. Para lograrlo, estudiarás los siguientes temas. 1.1. La Química: una ciencia interdisciplinaria 1.2. Materia 1.3. Energía 1.4. Cambios de la materia Al observar el medio que te rodea, te das cuenta que existen distintas clases de materia y múltiples artículos. Al analizar lo anterior, te podrás plantear algunas preguntas como las siguientes: • • • • • • • • • •

¿Qué función desempeña la química en la formación de los seres vivos? ¿De qué están compuestos los alimentos? ¿Qué sustancias tienen los artículos de limpieza? ¿Cómo puede ayudar la química para prevenir el deterioro del ambiente y la contaminación de las aguas? ¿Por qué se funde una vela? ¿Cómo se forma el arcoiris? ¿Cómo sería un día de tu vida sin luz eléctrica? ¿Qué pasa al quemar gas, petróleo o carbón? Si pesas 1 kilogramo de algodón y uno de plomo, ¿cuál de ellos tiene más masa? ¿Qué unidades de masa usarías para medir los ingredientes de un pastel?, etc.

Podrás responder las preguntas anteriores al leer con atención y desarrollar las actividades que se indican en la siguiente sección.

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¿Cómo aprendo? Revisa detenidamente el mapa que se muestra a continuación y que describe los contenidos que veremos en la presente Unidad. Conforme avances en el desarrollo de las actividades vuelve a esta página y reflexiona sobre lo que has aprendido y lo que aún te falta por estudiar.

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Tomado del libro de Mora, Víctor: Química 1 Bachillerato. México, ST Editorial, 2005.

TEMA 1.1 LA QUÍMICA: UNA CIENCIA INTERDISCIPLINARIA Objetivo temático: El estudiante reconocerá el objeto de estudio de la química, por medio de la descripción de su relación con otras ciencias, para analizar de manera crítica su impacto en la sociedad actual y brindar solución a problemas cotidianos. 1.1.1 Relación con otras ciencias ¿Cuál es la ciencia que lo estudia todo? ¿Qué es Química? I. Realiza las siguientes actividades de aprendizaje.

¿Cómo aprendo? En los libros de Química que tengas en tu Centro de Servicios investiga los contenidos que incluye este tema. Con base en las lecturas, realiza lo siguiente: 1. Elabora una síntesis que contenga: a) Definición de Química b) Beneficios c) Síntesis química d) Análisis químico e) Riesgos

2. Explica mediante un mapa conceptual o cuadro sinóptico cómo se relaciona la Química con la Física, las Matemáticas, la Biología y la Geografía. Menciona cuáles ciencias se han beneficiado con los avances de la Química.

TEMA 1.2 MATERIA Objetivo temático: El alumno describirá las distintas manifestaciones de la materia, a partir del análisis de los estados de agregación y sus cambios.

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¿Cómo aprendo? 1.2.1. Características y manifestaciones de la materia. 1.2.2. Propiedades: químicas y físicas. 1.2.3. Extensivas e intensivas. Estados de agregación. 1.2.4. Cambios de estado. I. Realiza las siguientes actividades de aprendizaje. En los libros de Química que tengas en tu Centro de Servicios investiga los contenidos que incluye este tema de Materia. Con base en la lectura, realiza lo siguiente: 1. Explica brevemente los siguientes puntos: a) Masa b) Materia c) ¿Qué le sucede a la materia cuando cambia? 10

d) ¿El aire es materia? e) ¿Qué significa materia pura? f) ¿Qué es una mezcla homogénea? Menciona tres ejemplos. g) ¿Qué es una mezcla heterogénea? Menciona tres ejemplos. 2. Elabora un mapa conceptual en tu cuaderno sobre la materia, características, propiedades, estado, etc. 3. Resuelve en tu cuaderno el siguiente cuestionario: ¿Qué es materia? ¿Cuáles son los estados de agregación de la materia? Menciona algunos artículos que se usan en tu hogar, en tu uso personal, en la escuela, donde esté presente la Química.

¿Cómo aprendo? ¿Qué significa materia pura?

4. Analiza las sustancias de tu entorno, de tu alimentación, higiene personal y hasta de las medicinas que has consumido. Todas ellas son ejemplos de materia. Con esta información elabora un cuadro y clasifícalas en mezclas homogéneas y heterogéneas. Mezcla Homogénea

Mezcla Heterogénea

5. Completa el siguiente esquema escribiendo en los cuadros las palabras que correspondan. • • • • •

Elementos Sustancias puras Homogéneas Heterogéneas Compuestos

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¿Cómo aprendo? 6. Realiza la siguiente actividad experimental. RELACIÓN DEL VOLUMEN DE UN GAS CON SU TEMPERATURA Infla un globo. Observa cómo ha cambiado su forma y volumen e introdúcelo al congelador durante 2 horas. Sácalo y observa, ¿qué ha sucedido con su forma y volumen?, ahora exponlo a los rayos del sol durante otra hora y observa su forma y volumen. Responde lo siguiente: Anota tres sustancias cotidianas que sean gases a temperatura ordinaria.

Anota tres sustancias cotidianas que sean líquidos a temperatura ordinaria

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Anota tres sustancias cotidianas que a temperatura ambiente sean sólidas.

Define plasma. ¿Dónde se encuentra?

Dibuja la representación molecular del estado sólido, líquido y gaseoso.

Tema 1.3 ENERGÍA Objetivo temático: El alumno describirá la importancia que tiene la energía, reconociendo los beneficios de su consumo, proponiendo la utilización de medios no contaminantes para obtenerla.

¿Cómo aprendo?

1.3.1. Características y manifestaciones. 1.3.2. Beneficios y riesgos en su consumo. 1.3.3. Aplicación de energías no contaminantes. Reflexiona: ¿Qué sucedería si en todas las casas se suspendiera el servicio de energía eléctrica por un buen tiempo? ¿Y además, no hubiera gasolina para los transportes? Investiga en los libros a tu alcance el tema de Energía. Ahora, con base en la lectura: 1. Describe los conceptos de: a) Energía b) Energía potencial c) Energía cinética d) Ley de la conservación de la energía

2. Resuelve el siguiente cuestionario: ¿Qué entiendes por energía? ¿Cuántos tipos existen? ¿Cuáles son los beneficios del consumo de la energía? ¿Cuáles son sus riesgos? ¿Cuál es la aplicación de energías no contaminantes? ¿Qué son las energías limpias? ¿Qué es energía por biomasa?

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¿Cómo aprendo? 3. Elabora un resumen resaltando la importancia que tiene la energía en el hogar, la industria y la sociedad, así como las implicaciones económicas y ecológicas que tiene el gasto de energía.

4. Reflexiona y contesta las siguientes cuestiones. A) Señala qué tipo de energía se manifiesta en los siguientes casos: • • • • • • • 14

Cuándo se quema un papel Una pelota rodando por el suelo Al mantener comprimido un resorte Un velero que se desliza Una liga que se mantiene tensa (estirada) Un trompo que gira Al cocinar los alimentos

B) Indica qué tipo de energía se necesita para que funcione: • • • • •

Una licuadora Una estufa Una planta hidroeléctrica Para elevar un papalote (cometa) Una computadora 5. Investiga qué fuentes de energía existen en la localidad, ¿cuál es el uso que se le da? 6. Formen equipos de trabajo de 4 ó 5 integrantes. Comenten las impresiones del tema y elaboren una propuesta para obtener energía sin contaminar el medio ambiente. 7. Formen equipos para elaborar carteles que ayuden a tomar conciencia sobre el buen uso de la energía y confeccionen un periódico mural.

¿Cómo aprendo?

Para reforzar más la comprensión del tema te sugerimos resolver el siguiente crucigrama.

1 2 3

4

5

6 7

HORIZONTALES

VERTICALES

2. Energía almacenada en los cuerpos tales como resorte comprimido, un globo inflado o un tanque de gas. 3. Energía que mantiene los cuerpos sobre la superficie de la tierra. 6. Se debe al movimiento del viento. 7. Energía que se mide a través de un cambio químico.

1. Se define como la capacidad para hacer un trabajo. 4. Energía liberada por los núcleos atómicos. 5. Energía asociada al movimiento de los cuerpos y es proporcional a su masa y velocidad.

Tema 1.4 CAMBIO DE LA MATERIA Objetivo temático: El alumno demostrará los distintos cambios existentes en la materia y la manera en que pueden ocurrir, por medio de un análisis comparativo. 1.4.1. Cambio físico. 1.4.2. Cambio químico. 1.4.3. Cambio nuclear.

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¿Cómo aprendo? I. Realiza las siguientes actividades de aprendizaje. Investiga en los libros que tengas a tu alcance el tema “Cambio en la materia”. Con base en la información que hayas obtenido, realizar lo siguiente: 1. Resuelve el siguiente cuestionario: a)

¿Qué es cambio físico?

b)

¿Qué es cambio químico?

c)

¿Qué es el cambio nuclear?

d)

¿Por qué conviene estudiar los cambios químicos de la materia?

e)

¿La congelación y la fusión son cambios físicos?

f)

¿Qué diferencia existe entre fisión y fusión nuclear?

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¿Cómo aprendo? 2. Realiza la siguiente actividad experimental. FENÓMENO QUÍMICO (desnaturalización de la proteína del huevo)

Material • • • •

Alcohol etílico (96º) Un huevo crudo Un plato Agua

Procedimiento 1) Agrega una cantidad de alcohol suficiente para que cubra el fondo del plato, una vez hecho lo anterior añade agua y observa qué sucede. 2) Vierte alcohol igual que en el caso anterior, pero en vez de agua agrega un huevo sin su cascarón. ¿Qué observas? De acuerdo a lo que observaste, ¿en cuál de los puntos de este experimento hubo un cambio químico y en cuál un cambio físico?

3) En los siguientes hechos, ocurren cambios químicos y físicos o ambos. ¿Cuáles son de cada especie? Identifícalos y anótalos sobre la línea. a) La deformación de un trozo de plastilina. b) El horneado de un pastel. c) La luxación de un hueso. d) La combustión del alcohol. e) La corrosión de un metal. f) La floración de una planta. 4) Analiza tu entorno cercano e identifica algún tipo de cambio (físico o químico) que esté ocurriendo en este momento. Anótalo.

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¿Cómo aprendo? 5. Investiga los siguientes conceptos y elabora un glosario en tarjetas o al final de tu cuaderno de notas. Conforme avancemos en las unidades se irá completando. a) Química

k) Sustancia pura

b) Ciencia

l) Sólido

c) Masa

m) Líquido

d) Materia

n) Gas

e) Elemento

o) Energía

f) Compuesto

p) Energía cinética

g) Molécula

q) Energía potencial

h) Mezcla homogénea

r) Energía potencial gravitacional

i) Mezcla heterogénea

s) Cambio físico

j) Solución

t) Cambio químico

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Bibliografía • Mora González, Víctor. Química 1 Bachillerato. México, ST Editorial, 2005. • Martínez Márquez, Eduardo. Química 1. México, Editorial Thomson, 2005. • Hill W. J., Kolb, Doris K. Química para el Nuevo Milenio. 8ª ed., México, Pearson Educación, 1999, pp. 2 – 23 • Sherman, A. y otros. Conceptos Básicos de Química. 4ª reimpresión, México, Grupo Patria Cultural, 2004. pp. 47 – 52

Para reforzar los temas de esta unidad, te invitamos a que observes los programas de televisión educativa: 1. El arte de la tierra negra 2. Química, eso ¿con qué se come? 3. Fenómenos Químicos. “Omnia mutantur” 4. La vela y la llama

¿Qué he aprendido? Contesta a las siguientes preguntas. Una vez que hayas concluido compara tus respuestas con tus compañeros y tu Asesor. Las respuestas incorrectas te indican cuáles temas deberás repasar. Recuerda además que tu Asesor te ayudará a resolver las dudas que tengas. 1. ¿Cuáles son los estados de agregación de la materia? ¿Cómo se distinguen unos de otros? Justifica tu respuesta.

2. Si se mezclan pequeñas partículas de hierro con arena, ¿se forma una mezcla homogénea o heterogénea? Sugiere un método para separar al hierro de la arena.

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3. ¿Qué experimento puedes hacer en cada uno de los siguientes casos? a) Para separar sal y agua. b) Para separar limadura de hierro de pedazos pequeños de plomo. c) Para separar azufre elemental de polvo de azúcar. 4. ¿Qué diferencia hay entre los términos compuesto y molécula? Emplea cada uno de ellos en una oración en los que se muestre su significado correcto.

5. En cada caso, decide si la propiedad subrayada es física o química, anotando en el paréntesis una F o una Q, según corresponda: a) El color normal del bromo elemental es anaranjado

(

)

b) El hidrógeno puede explotar cuando experimenta ignición en contacto con el aire.

(

)

¿Qué he aprendido? c) La densidad del titanio metálico es de 4.5 g/cm3 d) El estaño metálico se funde a 505 K e) La clorofila, un pigmento de las plantas, es verde

( ( (

) ) )

6. En cada caso, decide si el cambio es de tipo químico o físico: a) Una taza de blanqueador doméstico cambia el color de tu playera favorita de violeta a rosa. b) El vapor de agua que exhala una persona en una mañana fría se condensa. c) Las plantas utilizan el dióxido de carbono del aire para elaborar azúcar. d) La mantequilla se funde cuando se le coloca al sol. 7. En los siguientes enunciados, ¿qué parte de la descripción se refiere a las propiedades físicas y qué parte a las propiedades químicas? Subraya con color diferente según corresponda a una propiedad física o química. 20 a) El líquido incoloro etanol se quema en la atmósfera. b) El metal brillante aluminio reacciona rápidamente con el líquido naranja bromo. c) El carbonato de calcio es un sólido blanco con densidad de 2.71 g/cm3 Reacciona fácilmente con un ácido para producir dióxido de carbono gaseoso. d) El zinc metálico, que es un polvo gris, reacciona con el yodo de color púrpura para dar un compuesto blanco, conocido como yoduro de zinc. e) El no metal azufre al ser mezclado con agua se separa y flota.

Para reflexionar y discutir ¿Por qué soplar con suavidad sobre la superficie de una taza de café caliente ayuda a enfriarlo? ¿Por qué se obtiene ese mismo resultado si se introduce una cuchara en el café? Si se cocinan algunas papas en una olla con agua hirviendo ¿se cocerán más rápido si el agua hierve vigorosamente que al hacerlo suavemente?

Quiero saber más Condensado Bose-Einstein Un nuevo estado de agregación de la materia

El condensado de Bose-Einstein es un estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental. El condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico. Debido al Principio de exclusión de Pauli, sólo las partículas bosón pueden tener este estado de agregación.

Para más información te invitamos a visitar los siguientes sitios de Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Condensado_de_Bose-Einstein http://www.maloka.org/f2000/bec/what_it_looks_like.html http://www.landsil.com/Fisica/Materia1.htm http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?num=517

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¿Qué voy a aprender? ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA OBJETIVO: El estudiante explicará la estructura y propiedades del átomo mediante el análisis de los modelos atómicos y la clasificación de los elementos químicos, que le permitan desarrollar inferencias acerca del UNIDAD uso de diferentes modelos, sus implicaciones epistemológicas y repercusión social.

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En la Unidad anterior tuvimos oportunidad de conocer la definición y objeto de estudio de la Química relacionándola con otras disciplinas científicas como las Matemáticas y la Biología, entre otras. Otro tema que vimos fue el estudio de la materia y sus propiedades, especialmente las intensivas y las extensivas. Seguramente recuerdas que las primeras no dependen de la cantidad de masa, sirviendo además, para distinguir a los diversos tipos de materia. Las propiedades extensivas, por su parte, son comunes a toda clase de materia y dependen de la cantidad de masa que posea el cuerpo estudiado. Algunos ejemplos son el volumen y el peso. Al estudiar el tema de energía revisamos los tipos principales: la cinética y la potencial, junto con otras manifestaciones como la calorífica, la química, la mecánica, etc. 22

Terminamos el estudio de la primera Unidad introduciéndonos en el concepto del cambio físico, el cambio químico y el cambio nuclear. En la presente Unidad, titulada “Estructura atómica y Tabla Periódica”, como su nombre lo indica, servirá para conocer los principales modelos atómicos hasta llegar a la concepción más actual. Tendremos oportunidad de conocer cuáles experimentos llevaron a los científicos a ir descubriendo paso a paso las particularidades de la entidad elemental de todos los cuerpos. Revisaremos algunos conceptos esenciales en el estudio de los elementos químicos: la masa atómica, el número de masa que aplicaremos en el desarrollo de las configuraciones electrónicas y de los números cuánticos, que, como se estudiará, sirven para ubicar a un elemento dentro de la Tabla Periódica y conocer algunas de sus propiedades más importantes. En la segunda parte de la Unidad conoceremos cómo se estructura la Tabla Periódica y cómo, a partir de la ubicación de un elemento dentro de ella, podremos inferir algunas propiedades como el radio atómico, su electronegatividad, su afinidad electrónica y su energía de ionización. Concluiremos con un estudio inicial de los metales, no metales y metaloides entendiendo la importancia que tienen para el desarrollo de nuestro país. Te invitamos a poner todo tu empeño en el estudio de estos temas. Con ello tendrás la oportunidad de comprender mejor cómo funcionan las sustancias y de qué forma está hecho en su nivel más básico, todos y cada uno de los objetos que nos rodean y nosotros mismos.

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¿Qué voy a aprender?

OTRAS FUENTES DE CONSULTA Aunque puedes consultar cualquier libro de Química que pueda apoyarte, te sugerimos especialmente los títulos siguientes:

Bibliografía básica: • • • •

Mora González, Víctor. Química 1 Bachillerato. México, ST Editorial, 2005. Martínez Márquez, Eduardo. Química 1. México, Editorial Thomson, 2005. Brown, Lemay y Bursten. Química. La ciencia central. 9ª ed., Pearson Educación, México, 2004. Kotz, John y Treichel, Paul. Química y reactividad química. México, Editorial Thomson, 2003.

Enciclopedia Encarta: Consulta los siguientes artículos y sus ligas, te serán de mucha utilidad para profundizar en los temas de la unidad. Átomo Electronegatividad La evolución de la tabla periódica Molécula Niels Bohr Radiactividad Símbolos y fórmulas químicas Unidad de masa atómica

Dmitri Ivánovich Mendeleiev Julius Lothar Meyer Metales Nanotecnología Principio de exclusión Rayos X Sistema periódico Tabla Periódica

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¿Cómo aprendo? 2.1 PRIMERAS APROXIMACIONES DEL MODELO ATÓMICO ACTUAL Objetivo temático: El estudiante explicará el concepto de átomo aplicando las leyes ponderales y los postulados de la teoría atómica, reconociendo la participación de los átomos en la formación de la materia. 2.1.1 Leyes ponderales y la teoría atómica de Dalton I. Qué te parece si investigamos en el laboratorio que tienes en tu casa: la cocina. 1. Observa, pregunta o revisa recetas acerca de qué se hace para cocinar los distintos alimentos. Anota tus observaciones más relevantes. 2. ¿Tiene importancia manejar cantidades específicas de cada ingrediente? 3. Si pudieras medir la masa total de los ingredientes de algo que se va a cocinar, ¿crees que sea la misma cantidad de masa después de haberlo cocinado? 4. ¿Las reglas cuantitativas de cocina serán parecidas a algunas leyes químicas?

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II. Continúa con las actividades. 5. Investiga sobre las leyes ponderales y completa el siguiente cuadro:

LEY PONDERAL

AUTOR

ENUNCIADO

EJEMPLO

6. Consulta la bibliografía sobre la teoría atómica de Dalton y redacta un resumen en tu cuaderno.

¿Cómo aprendo? 7. ¿Qué relación encuentras entre la teoría atómica de Dalton y las leyes ponderales?

8. Con lo que has aprendido, ¿cómo definirías al átomo?

2.2 PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Objetivo temático: El estudiante explicará la composición del átomo a través de los experimentos que permitieron el descubrimiento del electrón y el modelo atómico de Thomson, valorando las repercusiones en el desarrollo social y científico de las investigaciones atómicas. 2.2.1. El protón y los rayos canales. 2.2.2. El electrón y el modelo atómico de Thomson. 2.2.3. El neutrón y los experimentos de Chadwick. 2.2.4. Número atómico, número de masa y masa atómica.

III. Realiza las siguientes actividades de aprendizaje: 1. Observa una planta y encuentra las principales partes que la componen. 2. ¿Se te complicó?, ¿por qué? 3. Ahora trata de observar un átomo e identifica sus componentes. 4. ¿Lograste observar al átomo?, ¿por qué? 5. ¿Tendrá relación una planta con átomos? IV. ¿Te imaginas cómo es que alguien puede conocer cómo está formado un átomo?, ¿qué te parece si hacemos lo siguiente para saber cómo le hicieron para conocer sobre partículas tan pequeñas?

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¿Cómo aprendo? 1. Investiga quiénes y qué hicieron para saber de qué están formados los átomos y con lo que obtengas redacta un resumen en tu cuaderno. 2. Usa tu creatividad e ilustra los primeros modelos atómicos que fueron propuestos por los diferentes científicos. 3. Consulta en la bibliografía sobre la relación que tiene el número atómico, la masa atómica y el número de masa con el átomo. Con la información que obtuviste elabora un mapa mental en el siguiente espacio:

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4. ¿Cuál crees que sea la importancia de conocer sobre las partículas subatómicas?

5. ¿Puede llegar a ser peligroso el conocimiento sobre la estructura química? Justifica tu respuesta.

¿Cómo aprendo? 2.3 LA RADIACIÓN Y EL MODELO DE RUTHERFORD Objetivo temático: El estudiante explicará la estructura nuclear del átomo revisando las investigaciones sobre radiactividad y el modelo atómico de Rutherford. V. Trabajemos ahora con los rayos. 1. ¿Alguna vez te has sacado una radiografía o has sabido de alguien que lo haya hecho, sabes cómo funciona?

2. Viaja un poco por Internet, revisa algún software como la Enciclopedia Encarta, o consulta la bibliografía para que investigues sobre los tipos de radiaciones y elabores una síntesis. Te sugerimos visitar las siguientes direcciones en las que encontrarás información interesante y útil sobre las radiaciones: • • • •

http://www.inaoep.mx/~rincon/radiaciones.html http://www.mtas.es/INSHT/monitor/Inicio/MT/II/MTII37.pdf#search=’tipos%20radiaciones’ http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/08/htm/sec_7.html http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n 3. ¿Qué experiencia de laboratorio desarrolló Rutherford para poder plantear su modelo atómico?

4. ¿Han traído beneficios los descubrimientos de Rutherford?

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¿Cómo aprendo? 2.4 MODELO ATÓMICO ACTUAL Objetivo temático: El estudiante describirá la estructura electrónica del átomo a partir del modelo atómico de Bohr y las propuestas de Sommerfeld comprendiendo la organización periódica de los elementos. 2.4.1. Los números cuánticos (n, l, m) y los modelos de Bohr y Sommerfeld. 2.4.2. Los orbitales atómicos. 2.4.3. La configuración electrónica. VI. Vayamos de viaje. 1. Si llegas a la ciudad y te fueras a quedar con algún familiar, ¿qué datos debes tener para poder encontrar su casa?

2. Si alguien te pidiera la dirección de tu casa, ¿sería fácil dar los datos verdad?, ¿por qué razón? 28 3. ¿Crees que podamos obtener datos para ubicar un electrón dentro de un átomo, así como ubicamos una casa en una ciudad?

4. ¿Qué tan importante puede ser el conocer la ubicación de los electrones en el átomo?

VII. Ahora vayamos en busca de electrones. 1. Realiza una investigación sobre el modelo atómico actual y elabora un mapa conceptual partiendo de la información que conseguiste. 2. Forma un equipo con tus compañeros y elaboren una maqueta de un átomo con Z mayor a 10 y menor a 16. Ustedes elijan cuál de ellos. Presenten sus resultados al grupo y a su Asesor. Haz el dibujo de tu maqueta.

¿Cómo aprendo? 3. Describe el proceso que utilizarías para ubicar al electrón diferencial en el átomo del elemento que escogiste. 4. Elabora una tabla comparativa de los diferentes modelos que se han propuesto sobre el átomo.

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5. ¿Los electrones están fijos en un solo lugar dentro del átomo?

6. ¿Qué beneficios nos puede dar el conocer la ubicación de los electrones en los átomos de los diferentes elementos?

2.5 TABLA PERIÓDICA ACTUAL Objetivo temático: El estudiante describirá a los elementos de acuerdo con su ubicación en la tabla periódica, destacando sus propiedades físicas y químicas, para valorar su utilidad e importancia socioeconómica para el país. 2.5.1. Ubicación y clasificación de los elementos. 2.5.2. Grupos y periodos. Bloques s, p, d y f. 2.5.3. Metales, no metales y semimetales, su utilidad e importancia socioeconómica en México.

¿Cómo aprendo? VIII. Conozcamos cómo se ordenó la Tabla Periódica. 1. Consigue una tabla periódica y analízala con detenimiento, fíjate cuántas columnas y cuántos renglones posee. ¿Cuál será la razón del acomodo que tienen los elementos químicos dentro de la Tabla? ¿Siguen algún orden?, ¿cuál? Anota tus reflexiones:

2. Investiga sobre lo que tiene que ver la ubicación del electrón diferencial con la forma en que están ordenados los elementos en la tabla periódica.

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3. Demuestra la ubicación en la tabla periódica de varios elementos ayudándote con la configuración electrónica.

4. ¿Está relacionado el orden de los elementos en la tabla periódica con las propiedades físicas y químicas de estos? ¿De qué forma? Anota tu respuesta:

5. Organizados por tu Asesor o por tu Asesora, forma equipos con tus compañeros y realicen una investigación sobre los elementos que más se utilizan en tu país, así como los beneficios que proporcionan y también perjuicios en caso de un mal uso. Expongan al grupo los resultados de su investigación y anoten en su cuaderno las conclusiones más importantes que hayan obtenido.

¿Cómo aprendo? 6. Continúa con la elaboración del glosario investigando los siguientes términos: • Configuración electrónica

• Electrón diferencial

• Electronegatividad

• Masa atómica

• Número cuántico magnético

• Número cuántico principal

• Número cuántico secundario

• Número cuántico spin

• Número de masa

• Principio de exclusión de Pauli

• Radiactividad

• Radio atómico

• Regla de Auf Bau

• Regla de máxima multiplicidad

• Regla de las diagonales

• Propiedades periódicas

Programas de televisión Observa en tu Centro de Servicios los siguientes programas que se transmiten por la Red Edusat. Cada uno de ellos te aportará conocimientos más profundos y una mejor comprensión de los temas revisados en la Unidad: 31 5. El átomo entre el vacío y la nada: Modelo y masa atómica 6. No lo ves... pero pesa: El átomo: número atómico 7. Modelo cuántico del átomo: Mapa de lo invisible: Modelo cuántico del átomo 8. Geografía electrónica: Teoría cuántica, configuraciones electrónicas 9. La antorcha de Prometeo: Fuentes de energía 10. 8, el número del universo: Construcción e importancia de la tabla periódica 11. Cómo leer la tabla periódica: Clasificación periódica de los elementos 12. Metales y no metales: Propiedades de los metales, daño y ventajas de la metalurgia

Bibliografía • Hill W. J. y Kolb, Doris K., Química para el Nuevo Milenio. 8ª ed., México, Pearson Educación, 1999. • Sherman, A. y otros. Conceptos Básicos de Química. 4ª reimpresión, México, Grupo Patria Cultural, 2004

¿Qué he aprendido? 1. ¿Cuál fue la aportación de cada uno de los siguientes científicos al desarrollo de la teoría atómica?

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2. Completa el cuadro siguiente:

3. Consulta la tabla periódica y anota lo que falta en el siguiente cuadro:

¿Qué he aprendido?

4. El elemento X tiene la siguiente configuración electrónica: 1s22s22p63s23p64s23d104p4 Utiliza esta información para contestar las preguntas. a) Localiza la posición del elemento X en la tabla periódica b) ¿A qué grupo y a qué periodo pertenece este elemento? c) Clasifica el elemento como metal, no metal o metaloide d) Dibuja el símbolo electrónico de Lewis para un átomo del elemento X 5. En el siguiente esquema se resaltan algunos elementos químicos. Para cada uno de ellos contesta lo siguiente: a) ¿A qué grupo y familia pertenece este elemento? b) Clasifica el elemento como metal, no metal o metaloide c) Anota tres propiedades que debe exhibir el elemento tomando como base la respuesta a la pregunta del inciso b d) Escribe la configuración electrónica del elemento e) Dibuja el símbolo electrónico de Lewis para un átomo de ese elemento

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Quiero saber más ¿QUIÉN ES EL CREADOR DE LA TABLA PERIÓDICA? Ha habido alguna discordancia sobre quién merece ser reconocido como creador de la tabla periódica, si el alemán Lothar Meyer (a la izquierda) o el ruso Dmitri Mendeleiev. Trabajando independientemente, ambos químicos produjeron resultados notablemente similares y casi al mismo tiempo. Un libro de texto de Meyer publicado en 1864 incluía una versión abreviada de una tabla periódica para clasificar los elementos. La tabla comprendía la mitad de los elementos conocidos organizados en orden de su masa atómica y mostraba una periodicidad en función de ésta. En 1868, Meyer construyó una tabla extendida que entregó a un colega para su evaluación. Desgraciadamente para Meyer, la tabla de Mendeleiev se publicó en 1869, un año antes de que apareciera la de Meyer. Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907), el menor de 17 hermanos, nació en el pueblo Siberiano de Tobolsk donde su padre era profesor de literatura rusa y filosofía (a la izquierda, Mendeleiev en 1904). 34

Mendeleiev no fue considerado un buen estudiante en su juventud en parte debido a su aversión por las lenguas clásicas, que eran un requisito educativo importante en aquel momento, aunque sí mostró destreza para las matemáticas y la ciencia. Tras la muerte de su padre, se trasladó a S. Petersburgo para estudiar en la universidad, graduándose en 1856. Mendeleiev impresionó tanto a sus instructores que le fue ofrecido un puesto para enseñar química. Tras pasar los años 1859 y 1860 en Alemania ampliando sus estudios retornó a su puesto de profesor en el que estuvo hasta 1890. En este periodo escribió un libro de texto sobre química inorgánica, Principios de Química, que tuvo trece ediciones (la última en 1947) en el que organizaba los elementos conocidos en familias que presentaban propiedades similares. La primera parte del texto se consagró a la química, bien conocida, de los halógenos. Luego, comenzó con la química de los elementos metálicos ordenándolos según su poder de combinación: metales alcalinos primero (poder de combinación de uno), los alcalinotérreos (dos), etc. Sin embargo, era difícil clasificar metales como cobre y mercurio que a veces presentaban valor 1 y otras veces 2. Mientras intentaba buscar una salida a este dilema, Mendeleiev encontró relaciones entre las propiedades y los pesos atómicos de los halógenos, los metales alcalinos y los metales alcalinotérreos, concretamente en las series Cl-K-Ca, Br-Rb-Sr y I-Cs-Ba. En un esfuerzo por generalizar este comportamiento a otros elementos, creó una ficha

Quiero saber más para cada uno de los 63 elementos conocidos en la que presentaba el símbolo del elemento, su peso atómico y sus propiedades físicas y químicas características. Cuando Mendeleiev colocó las tarjetas en una mesa en orden creciente de pesos atómicos disponiéndolas como en un solitario quedó formada la tabla periódica. En 1869 desarrolló la ley periódica y publicó su trabajo Relación de las Propiedades de los Elementos y sus Pesos Atómicos. La ventaja de la tabla de Mendeleiev sobre los intentos anteriores de clasificación era que no sólo presentaba similitudes en pequeños grupos como las tríadas, sino que mostraba similitudes en un amplio entramado de relaciones verticales, horizontales y diagonales. En el momento que Mendeleiev desarrolló su tabla periódica, las masas atómicas experimentalmente determinadas no siempre eran exactas y reordenó de nuevo los elementos a pesar de sus masas aceptadas. Por ejemplo, cambió el peso del berilio de 14 a 9. Esto colocó al berilio en el Grupo 2 encima del magnesio cuyas propiedades se parecían más que donde se había colocado antes (encima del nitrógeno). En total Mendeleiev tuvo que mover 17 elementos a nuevas posiciones para poner sus propiedades en correlación con otros elementos. Estos cambios indicaron que había errores en los pesos atómicos aceptados de algunos elementos y se rehicieron los cálculos para muchos de ellos. Sin embargo, aún después de que las correcciones fueron hechas, algunos elementos todavía necesitaron ser colocados en un orden diferente del que se deducía de sus pesos atómicos. A partir de los huecos presentes en su tabla, Mendeleiev predijo la existencia y las propiedades de elementos desconocidos que él llamó eka-aluminio, eka-boro, y eka-silicio. Más tarde se descubrieron el galio, el escandio y el germanio coincidiendo con sus predicciones. Además del hecho que la tabla de Mendeleiev se publicó antes que la de Meyer, su trabajo era más extenso, prediciendo la existencia de otros elementos no conocidos en ese momento.

Tomado de http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/evolucion/historiasp5.html

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¿Qué voy a aprender? ENLACE QUÍMICO: MODELOS DE ENLACE E INTERACCIONES MOLECULARES

OBJETIVO: Explicar la formación de compuestos a través de los distintos modelos de enlace entre los átomos, analizando las formas en que interactúan y se unen las moléculas, valorando de manera crítica y reflexiva la importancia de la tecnología en la elaboración de nuevos materiales para la sociedad.

3 UNIDAD

Seguramente recordarás que en la primera Unidad hemos analizado los conceptos básicos de materia y energía, sus propiedades y la forma en que ambas interactúan para dar lugar a los diversos tipos de cambio: físico, químico y nuclear.

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En la segunda Unidad, después de un breve recorrido por los diversos modelos atómicos que se establecieron hasta llegar al modelo actual, aprendimos a utilizar diversas reglas para elaborar correctamente las configuraciones electrónicas y pudimos conocer el significado y valores de los números cuánticos asociados al electrón diferencial, lo cual nos permitió situar correctamente a un elemento químico dentro de la tabla periódica y a clasificarlos adecuadamente, distinguiendo los diversos grupos, períodos y bloques en los que pueden hallarse: s, p, d y f. Concluimos la Unidad estudiando las características más importantes de los metales, no metales y semimetales, relacionándolas con su utilidad e importancia en nuestro País. En esta tercera Unidad conocerás el concepto de enlace químico, sus diversas variantes: iónico, covalente y metálico, que te permitirá comprender de qué manera las propiedades de las sustancias están asociadas al tipo de enlace que se establece entre sus átomos constituyentes. Estudiaremos, asimismo, las fuerzas que se establecen entre las moléculas de un cuerpo, como pueden ser los dipolos inducidos y los dipolos instantáneos, además del puente de hidrógeno que influye poderosamente en las propiedades y comportamiento del agua. Para finalizar, daremos un breve vistazo a los nuevos materiales y trataremos de comprender la forma en que ellos transformarán la vida de la sociedad. Te invitamos a emprender el estudio de esta Unidad con mucho empeño y dedicación. Habrá actividades de aprendizaje en las que tendrás que trabajar con algunos de tus compañeros, coopera en un ambiente de respeto y colaboración y no te olvides de consultar a tu Asesor en todas las dudas que puedan surgir para que tu aprendizaje sea pleno. ¡Ánimo y adelante!

OTRAS FUENTES DE CONSULTA Bibliografía básica de apoyo Por su actualidad y facilidad de conseguir, nos hemos basado en los siguientes textos para el desarrollo de las actividades:

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¿Qué voy a aprender? • Mora González, Víctor. Química 1 Bachillerato. México, ST Editorial, 2005. • Márquez Martínez, Eduardo. Química 1. México, Thomson, 2005.

Bibliografía recomendada Por supuesto que puedes consultar los libros que estén a tu alcance, sin embargo, te recomendamos de manera especial los siguientes: • • • • • •

Brown, Theodore. Química. La Ciencia Central. México, Pearson Educación, 2004. Garritz, A. y Chamizo, J. A. Tú y la Química. México, Pearson Educación, 2001. Hill W. J. y Kolb, Doris K. Química para el Nuevo Milenio. México, Pearson Educación, 1999. Kotz, J. C. Química y reactividad química. 5ª ed., México, Thomson Internacional, 2003. Sherman, A. y otros. Conceptos básicos de Química. México, Grupo Patria Cultural, 2001. Seese y Daub. Química. 7ª ed., México, Pearson Educación, 1996.

Enciclopedia Encarta En tu Centro de Servicios puedes revisar los siguientes artículos y sus ligas correspondientes. Te serán de mucha utilidad para complementar la información que logres obtener de los textos que puedas consultar. • • • • • • • •

Electronegatividad • Enlace de hidrógeno • Gilbert Newton Lewis • Metales alcalinos • Metalografía • Número de oxidación • Semiconductor • Tipos de enlace y propiedades

Energía de enlace Enlace químico Metales Metales alcalinotérreos Nanotecnología Orfebrería precolombina Sistema periódico

Videos recomendados • Metales y no metales: clasificación periódica de los elementos. Este video te ayudará a analizar la organización de la tabla periódica identificando las propiedades de los elementos y su impacto en el medio ambiente. Se recomienda tener a la mano una tabla periódica para que puedas ensayar localizando el grupo de los metales y no metales (duración 27 min. 05 seg.). Grabación de la programación No. 11 de la Red Edusat. • Ocho y dos, números mágicos: Enlaces químicos y la regla del octeto. • Enlaces de unión: Tipos de enlace, unión de átomos en la formación de moléculas.

Página Web • http://www.oei.org.co/fpciencia/art08.htm

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¿Cómo aprendo? Tema 3.1 EL MODELO DE ENLACE IÓNICO Objetivo temático: Lograrás explicar el modelo de enlace iónico considerando las estructuras de Lewis, la regla del octeto y las propiedades periódicas de los elementos, relacionándolas con la estructura de los compuestos iónicos. 3.1.1. Regla del octeto. 3.1.2. Estructuras de Lewis. 3.1.3. Formación de iones y las propiedades periódicas. 3.1.4. Propiedades de los compuestos iónicos. 1. Investiga en los textos recomendados y en la Enciclopedia Encarta los siguientes términos y agrégalos al glosario, que iremos incrementando según avancemos en los temas:

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• • • • • • • •

Enlace químico Enlace iónico Estructuras de Lewis Regla del octeto Electronegatividad Radio atómico Energía de ionización Afinidad electrónica

2. A partir de la información que hayas encontrado, reúnete con tus compañeros de equipo y elaboren un mapa conceptual que organice los conceptos revisados. Organizados por su Asesor, muestren su trabajo al grupo y comenten los aspectos más relevantes de los trabajos. Escribe en tu cuaderno de notas lo más relevante de la información. 3. Lee en los textos que tengas disponibles el tema de enlace iónico y escribe en tu cuaderno un resumen que contenga lo siguiente: qué es un ión, qué es un anión, qué es un catión, cómo se forma el enlace iónico y qué propiedades poseen los compuestos iónicos. 4. Reúnete con dos o tres de tus compañeros y lleven a cabo la siguiente experiencia que trata sobre los cristales iónicos:

¿Cómo aprendo? Cristales, cristales... ¿Alguna vez observaron de cerca, tal vez con ayuda de una lupa, los granitos de sal común? Verán que muchos de esos granitos son cubos más o menos perfectos. Un aspecto similar (pero no igual) tienen los granitos de azúcar. Esa forma externa tan regular revela que los átomos o las moléculas que forman esos cristales están sumamente ordenados. En la sal común, por ejemplo, existen átomos cargados eléctricamente (iones) ordenados como muestra la figura, donde unos iones son cloruros (Cl-) y otros son sodios (Na+). Esos iones se muestran separados entre sí para que pueda verse claramente el ordenamiento, pero en realidad están en contacto. Los átomos e iones son increíblemente pequeños. Imaginemos que los iones que forman nuestro granito de sal crecen hasta tener 1 cm de diámetro (el tamaño de un garbanzo); ¿de qué tamaño sería el grano de sal?, ¡Sería un cubo de unos 17 kilómetros de lado!... Si disolvemos un poco de sal en agua y luego dejamos evaporar la solución, la sal vuelve a cristalizar, vuelve al estado sólido, aunque probablemente los cristales que se formen sean muy pequeños e imperfectos. Existen otras sales que pueden conseguirse fácilmente (en una farmacia o una ferretería), con las cuales podemos intentar obtener cristales grandes y bien formados. Dos de esas sales son el sulfato de cobre (una sustancia azul que se utiliza para desinfectar plantas) y el alumbre común (sulfato doble de aluminio y potasio). Veamos como proceder: Sulfato de cobre: Moler la sustancia hasta obtener un polvo fino (para acelerar la disolución). En un frasco de vidrio (como los utilizados para mermeladas, café instantáneo, etc.) verter unas 8 cucharadas rasas de sulfato de cobre molido (aprox. 70 u 80 g) y medio vaso de agua (aprox. 100 ml). Colocar el frasco dentro de una olla o lata con agua y calentar a ebullición (baño de María), manteniendo unos 15 a 20 minutos. La sal se disolverá hasta que la solución esté saturada, quedando un resto de sal sin disolver. Cuidando de no quemarse los dedos, filtrar la solución en caliente a través de un trozo de algodón, tela fina o papel de filtro para café, a otro frasco limpio. Dejar reposar la solución límpida en el frasco tapado con un papel en un rincón tranquilo. Al poco tiempo (horas o días, según el grado de saturación de la solución) comenzarán a formarse pequeños cristales azules, que irán creciendo con el correr de los días, alcanzado algunos cm de longitud. Pueden intentarse también las dos variantes siguientes: Para obtener cristales más perfectos, atar un cristalito con un hilo fino o un cabello y suspenderlo en el seno de una solución saturada y fría. El cristal crecerá lentamente, mostrando caras y ángulos bien definidos.

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¿Cómo aprendo? Si se sumerge un hilo de algodón en la solución saturada (dejando un extremo en el borde del frasco) se formará una cadena de cristalitos a lo largo del mismo. Alumbre común: Proceder como antes, pero disolviendo 3 ó 4 cucharadas rasas (unos 30 g) de alumbre bien molido en medio vaso de agua. El alumbre forma fácilmente hermosos cristales incoloros con forma de octaedros (como si fueran dos pirámides de Egipto unidas por las bases). Tomado de http://dalton.quimica.unlp.edu.ar/pagciencia/experqui.htm#cristal

Tema 3.2. EL MODELO DE ENLACE COVALENTE Objetivo temático: Utilizarás el modelo de enlace covalente considerando las estructuras de Lewis y las propiedades periódicas de los elementos, para relacionarlas con las estructuras de los compuestos.

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3.2.1. Estructuras de Lewis y electronegatividad. 3.2.2. Geometría molecular y polaridad. 3.2.3. Propiedades de los compuestos covalentes. Después de haber revisado el modelo de enlace iónico, estás preparado para conocer un segundo tipo de enlace, el covalente que, como más adelante comprenderás, otorga a los compuestos así formados características que los distinguen. ¡Adelante! 1. Continúa con la elaboración de tu glosario investigando los siguientes términos: • • • • • • • •

Enlace covalente Enlace covalente polar Enlace covalente no polar Enlace covalente coordinado Estructura de Lewis Diferencia de electronegatividad Modelo RPECV Geometría molecular

2. Investiga sobre el enunciado de la regla del octeto y explica cómo se aplica en la formación del tricloruro de aluminio (AlCl3) y en la molécula del nitrógeno (N2) 3. Busca información sobre cuáles casos representan excepciones a la regla del octeto.

¿Cómo aprendo? 4. Forma un equipo de trabajo con tres o cuatro de tus compañeros y elaboren un modelo tridimensional para cualquiera de los siguientes compuestos: H 2O NH3 CCl4 CO2 H2 5. Presenten al grupo su trabajo y expliquen cuál es la polaridad de las moléculas tomando como base los valores de electronegatividad de los átomos participantes.

3.3 EL MODELO DE ENLACE METÁLICO Objetivo temático: Lograrás explicar las propiedades metálicas considerando los electrones libres de los sistemas, utilizando el modelo de enlace en los metales. 3.3.1. Los electrones libres y la energía de ionización. 3.3.2. Propiedades de los metales. Busca información sobre el enlace metálico en los libros que tengas a tu alcance en el Centro de Servicios, y partiendo de la información obtenida realiza lo siguiente: 1. Expresa las diferencias principales entre el enlace iónico, el covalente y el metálico.

2. Elabora una síntesis en la que relaciones las propiedades de los metales (dureza, maleabilidad, ductibilidad, etc.) con el modelo de “mar de electrones” y el “modelo de bandas” que explica el enlace metálico.

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¿Cómo aprendo? 3.4 FUERZAS INTERMOLECULARES (dipolos inducidos y dipolos instantáneos) Objetivo temático: Reconocerás la geometría y polaridad de las sustancias, mediante el análisis de la formación de fuerzas intermoleculares, infiriendo sus propiedades y comportamiento. Busca información sobre el tema de “Fuerzas intermoleculares” en los libros que puedas consultar. Con base en la información que hayas podido conseguir elabora un resumen donde rescates lo más claramente posible: • • • •

Qué es una fuerza intermolecular. Qué es un dipolo inducido y entre qué tipo de moléculas se establece. Qué es un dipolo instantáneo y entre qué tipo de moléculas se presenta. Cómo se relacionan las fuerzas intermoleculares con el estado de agregación de una sustancia.

3.5 PUENTE DE HIDRÓGENO Objetivo temático: Lograrás explicar el comportamiento del agua a partir del enlace por puente de hidrógeno, complementando la explicación del comportamiento de las sustancias que poseen esta interacción molecular. 42

3.5.1. Características del agua. 3.5.2. Otros compuestos que presentan puente de hidrógeno. 1. Elabora un listado de las propiedades físicas y químicas más relevantes del agua, por ejemplo, su densidad, sus propiedades organolépticas (color, olor, sabor, etc.).

2. Dibuja un esquema donde se muestre ¿cómo se forma el puente de hidrógeno?

3. Menciona al menos dos sustancias que también presenten puente de hidrógeno entre sus moléculas.

¿Cómo aprendo? 3.6 LOS NUEVOS MATERIALES Objetivo temático: Argumentarás la importancia de la química en la elaboración de nuevos materiales, reconociendo sus aplicaciones e impacto en la sociedad. 3.6.1. Principales características y usos. 3.6.2. Impacto en la sociedad. 1. Revisa los siguientes sitios web y toma nota de las características y usos más importantes de los nuevos materiales. Nanotecnología http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotecnolog%C3%ADa http://www.geocities.com/capecanaveral/campus/9468/nanotec2002/index.htm Superconductores http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/0647htm7lossuper.htm http://www.domotica.es/index.php?action=mostrar_articulo_old&id=Superconductores http://es.wikipedia.org/wiki/Superconductor 43 2. Elabora un pequeño ensayo donde expreses ¿cómo te imaginas una sociedad en la que se usan los nuevos materiales?, ¿en qué mejoraría el transporte, la medicina, la esperanza de vida, el entorno ecológico, etc.? 3. Investiga sobre los nuevos materiales, sus características más importantes y sus aplicaciones. Elabora tus notas en el cuaderno de apuntes anotando tus conclusiones al respecto.

¿Qué he aprendido? Las moléculas de agua contienen dos átomos de hidrógeno (círculos pequeños) enlazados a un átomo de oxígeno (círculo grande). ¿Cuántos electrones adicionales necesita el oxígeno con seis electrones de valencia, para completar su envoltura de valencia?

Si ya estás seguro de haber asimilado los temas de esta unidad, podrás contestar lo que a continuación se plantea. 1.- Presenta un cuadro comparativo de las propiedades características que tienen algunos compuestos según el tipo de enlace que presentan en su estructuración. 44

2.- Elabora un mapa de conceptos que muestre con claridad las relaciones existentes entre el concepto, tipos, características y aplicaciones del enlace químico. 3.- Identifica para cada uno de los siguientes compuestos químicos ¿cuáles son los tipos de enlace que se presentan entre átomos? Dibújalos y explica sus características. KCl HF CO2 CCI4 NaCl H2 SO4 CH3 OH Cu-Zn O2

H2O HCN N2 Cu-Ni Be Cl2 HCl HNO3 BF3 NH3

4.- El agua no es el único compuesto que presenta puente de hidrógeno, ni tampoco todos los compuestos que contienen hidrógeno presentan este tipo particular de enlace intermolecular. ¿Qué otros compuestos presentan puente de hidrógeno?, enlista algunos.

¿Qué he aprendido? 5.- Sabemos que hoy en día la química se dedica a la fabricación de nuevos materiales. Describe algunos materiales que cotidianamente usamos, indicando el tipo de compuesto que tienen. 6.-Indica el número de electrones de valencia para las siguientes moléculas o iones: a) Amoniaco b) Bromo elemental c) Metano d) Cloruro de hidrógeno e) Trifluoruro de arsénico f) Cloruro g) Nitrito h) Dióxido de carbono i) Sulfato j) Clorato k) Dióxido de azufre l) Carbonato m) Oxígeno gaseoso n) Ion peróxido o) Dicloruro de azufre p) Hidruro de boro q) Trifluoruro de alumnio r) Hexafluoro fosfato s) Ión amonio t) Dicloruro de estaño 7.- Explica, en términos de fuerzas intermoleculares, ¿por qué la gasolina flota sobre el agua?

Nota: Puedes revisar la bibliografía que se encuentra en la sección Cómo aprendo. Asimismo, la página web que a continuación te recomendamos:

http://www.cneq.unam.mx/adela/archivos/Enlace%20Qu%EDmico.htm

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Quiero saber más Superconductividad: ¿qué es y cómo funciona? Para la física, un material superconductor es cualquiera que cumpla las dos siguientes características: 1.- Conductor ideal: Que no ofrezca resistencia a la circulación de corrientes eléctricas. Los conductores normales tienen pérdidas cuando tienen corrientes en su interior. Las redes eléctricas que recorren grandes distancias, como las que unen las centrales eléctricas con las ciudades, tienen pérdidas importantes. 2.- Diamagnetismo perfecto: Dentro de un material diamagnético el campo magnético tiene una intensidad algo más pequeña que en el exterior. En un superconductor el efecto del diamagnetismo es tan fuerte que apantalla el campo magnético, es decir, dentro de un superconductor nunca penetra el campo magnético.

¿Por qué se produce la superconductividad?

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La teoría clásica que explica los superconductores es la llamada BCS (teoría Bardeen, Cooper y Schrieffer, de 1957). Los electrones, por el principio de exclusión de Pauli, al tener espin 1/2 no pueden estar en el mismo estado energético, pero en los superconductores se produce el siguiente fenómeno: dos electrones se aparejan a través de una vibración de la red, formando los llamados pares de Cooper. Estos pares de Cooper tienen spin entero, es decir, no sufren el principio de exclusión y pueden estar todos en el mismo estado energético. A bajas temperaturas la mayoría de pares se alinean en el estado de mínima energía. Por ello, si se dan las condiciones de acoplamiento y si existe una distancia energética entre los estados de más baja energía y los de más alta (el llamado “gap” energético) se produce el comportamiento superconductor. Al introducir un campo eléctrico, los pares de Cooper se trasladan sin resistencia y sin oponerla por todo el medio superconductor: la corriente se mueve sin ninguna oposición como en un conductor perfecto. Al tener campos externos, el superconductor se comportará de manera que evitará que haya ninguna corriente inducida en su interior, por lo que el campo es nulo en su interior.

¿Cuál es el límite del comportamiento superconductor? Este es el aspecto más importante de la investigación actual sobre superconductividad. La superconductividad no es eterna. De hecho, los pares de Cooper pueden romperse con facilidad por la vibración térmica, ya que dependen de las vibraciones de la red para formarse, y el gap puede ser cruzado también al aumentar la temperatura. Por ello, hay una temperatura límite, llamada Temperatura crítica (Tc), a partir de la cual, el material deja de ser superconductor. El material superconductor también puede dejar de serlo si se supera un cierto valor del campo magnético externo. Para todo el rango de temperaturas existe un campo magnético externo límite en el cual la superconductividad se pierde. Aquí el comportamiento difiere en 2 tipos: Superconductor tipo 1: Una vez superado el campo crítico se comporta como un material ferromagnético normal y corriente y como conductor normal.

Quiero saber más Superconductor tipo 2: Una vez superado el campo magnético crítico, pierden el diamagnetismo perfecto pero no completamente. A medida que aumentamos el campo externo el apantallamiento en el interior del superconductor va disminuyendo progresivamente hasta alcanzar un segundo campo magnético crítico, a partir del cual se comporta como un diamagnético normal y corriente.

Tipos de superconductor Este es el aspecto más apasionante de la investigación de última línea sobre superconductividad. El objetivo es conseguir superconductores de Tc alta. Según la teoría BCS el límite “natural” para la Tc está sobre los 40 grados Kelvin (K). Hay 3 familias de materiales superconductores: • Metales como el Mercurio (Hg), Plomo (Pb), Niobio (Nb) o aleaciones metálicas como el NbN, Nb3Sn o el Nb3Ge, todos por debajo de los 30 K de Tc. • Óxidos y en especial los óxidos de Cobre tipo capas “CuO2”, donde encontraríamos el máximo en el HgBa2Ca2Cu3O8 (Tc = 134 K, a presión de 1 atm. y Tc = 165 K en altas presiones). • Materiales y cristales orgánicos con dopaje de portadores eléctricos (cristales de 60 moléculas de Carbono) donde se alcanzan hasta los 53 K de Tc. Si el modelo de pares de Cooper BCS tiene un máximo en los 40 K, ¿cómo explicar la superconductividad de alta temperatura ligadas a las capas CuO2? Todavía no se sabe, pero comienzan a aparecer algunas explicaciones. Por ejemplo, las capas de CuO2 permiten tener un “reservoir” de carga en su interior que son una especie de “reserva de carga” infinita ante campos de intensidad normal. En este caso la superconductividad no nacería del par Cooper, sino de la interacción capa a capa. De hecho, la superconductividad en este modelo sólo se daría en las capas de CuO2 y no en el conjunto de todo el cristal. Sin embargo, este es un tema que aún está por resolver y produce mucha literatura de investigación. Respecto a la superconductividad, también se están investigando ahora los vórtices magnéticos en los superconductores tipo II, nanotubos de superconductores y otras cuestiones avanzadas que van mucho más allá de la intención de este artículo de divulgación.

BIBLIOGRAFÍA: Superconductivitat, reptes científics, Revista de Física, 2002. Tomado de http://www.100cia.com/divulgacion/superconductividad_que_es_y_como_funciona__615.html

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¿Qué voy a aprender?

REACCIÓN QUÍMICA OBJETIVO: Caracterizar los cambios químicos, así como el estudio de algunos factores que los determinan y el uso del lenguaje de la disciplina a partir de su identificación, representación y cuantificación, con una postura crítica y responsable ante su aplicación y repercusión en el ambiente y la sociedad.

4 UNIDAD

En la naturaleza ocurren continuamente cambios químicos que pueden pasar inadvertidos para los que no son especialistas en la disciplina. Difícilmente se puede estar consciente, por ejemplo, de las innumerables reacciones químicas que ocurren en nuestro cuerpo relacionadas con la respiración, el crecimiento, la alimentación, la reproducción, etcétera. Las plantas verdes, por ejemplo, absorben dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y con la energía proveniente del Sol, el agua y la clorofila (pigmento que les da el color verde), son capaces de producir azúcares y oxígeno libre. Este complicado proceso químico de la naturaleza se llama fotosíntesis. 48

12 H2O + 6 CO2

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Los animales que se alimentan de plantas verdes, ingieren azúcares y productos químicos elaborados por las plantas y de esta manera obtienen la energía que requieren para el desarrollo de sus funciones vitales. Este cambio químico, que ocurre en los animales, devuelve al ambiente agua y dióxido de carbono en la expiración. La investigación química y el desarrollo tecnológico producen continuamente nuevos materiales: detergentes, colorantes, aromatizantes, conservadores, plásticos, etcétera. Sin la química no habría automóviles, fotografía, televisores, materiales sintéticos, cosméticos, ni muchas otras cosas que utilizamos diariamente. Las expectativas de vida se han incrementado gracias a la producción de nuevos fármacos (medicamentos). Muchas enfermedades mortales han sido eliminadas debido al desarrollo de métodos químicos y bioquímicos para su control y desaparición. También es importante reconocer que existen procesos químicos y tecnológicos que conllevan resultados perjudiciales para la salud de los seres vivos, por ejemplo, la contaminación, la producción de basura, los efectos secundarios de algunos pesticidas, etc., que amenazan a nuestro planeta y pueden causar que se vuelva inhabitable. El conocimiento de las reacciones químicas es importante no sólo para los especialistas sino también para la sociedad, ya que ayuda a crear una conciencia sana y responsable en la preservación de nuestro medio ambiente y, en términos generales, de la vida en nuestro planeta. Para poder conocer un poco de estos procesos es necesario ver de manera sencilla aquello que los químicos llaman reacción química.

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¿Qué voy a aprender?

Ya hemos visto que la materia (sólidos, líquidos y gases) está formada por átomos que a su vez se combinan con otros átomos y moléculas para producir muchas sustancias que conocemos y usamos. En la producción de nuevos compuestos se absorbe o se desprende calor. Poder comprender y explicar un cambio químico requiere del conocimiento e interpretación de símbolos y fórmulas, es decir, del lenguaje químico. Los cambios químicos (o reacciones químicas) se representan mediante ecuaciones químicas. Un cambio químico debe cumplir con la ley de la conservación de la masa, para lo cual es necesario balancear la ecuación. La rapidez o lentitud con que se lleva a cabo un cambio químico está determinada por algunos factores como son: temperatura, concentración de las sustancias que intervienen, entre otros. El estudio de estos factores ha permitido grandes desarrollos en la tecnología, pero también ha ocasionado grandes repercusiones en el ambiente y en la sociedad. El lenguaje empleado para representar un cambio químico, la velocidad con la que se efectúa una reacción, los factores que modifican esta velocidad, así como el impacto que ha tenido el desarrollo tecnológico y social en el medio ambiente, son temas que analizamos en esta unidad.

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¿Cómo aprendo? 4.1 LENGUAJE DE LA QUÍMICA Objetivo temático: Enunciará los nombres y símbolos de los elementos, a través de sus fórmulas y nomenclatura de compuestos más comunes. Los elementos químicos formados por átomos, son los que participan en los cambios de la materia. Entender su comportamiento e identidad, las propiedades de los átomos son indispensables en la investigación científica, pero más importante aún es lograr su clasificación en función de sus propiedades, precisamente es lo que veremos en este tema. ¿Qué representa un símbolo químico? ¿Qué diferencia hay entre un compuesto y una fórmula? ¿Qué relación hay entre un símbolo químico y un elemento?

¿?

¿De cuántas letras consta el símbolo de los elementos? ¿Cómo se representa un elemento? 50

¿Qué diferencia hay entre un elemento y un compuesto? ¿Qué diferencia hay entre un átomo y una molécula? ¿Cuántos nombres sistemáticos diferentes puede tener un compuesto en nomenclaturas diferentes? ¿Cuáles son las funciones químicas más usuales en Química Inorgánica? Estas preguntas las podrás responder después de realizar las siguientes actividades de aprendizaje.

Nomenclatura de elementos: la base del lenguaje Químico Los elementos químicos son las sustancias puras más sencillas. Se consideran los “ladrillos de la materia” porque al unirse químicamente forman los compuestos y todo lo que existe en nuestro planeta. El estudio del lenguaje químico comienza con los elementos. En este capítulo vas a aprender los nombres y los símbolos (los descriptores) de los elementos por medio de juegos que te van a divertir y te van a dejar conocimiento.

¿Cómo aprendo? Los nombres de los elementos: Los elementos químicos se identifican por varios aspectos: sus propiedades físicas y químicas y, sobre todo por su nombre, que tiene orígenes distintos y significados muy interesantes. Investiga en los libros que tengas a tu alcance en el Centro de Servicios o en sitios de Internet sobre los nombres de los elementos químicos y sus significados. Partiendo de esa información resuelve el crucigrama que te proponemos a continuación:

51

Horizontales 4. Elemento químico cuyo nombre significa engendrador de agua 5. En honor del asteroide Ceres, descubierto en 1801 8. Por su aspecto, en la antiguedad se le llamaba plata líquida (hidrargyrum) 9. Nombrado como Magnesia, lugar situado en la comarca de Tesalia, Grecia 10. En honor a los esposos Pierre y Marie Curie se le dio su nombre 14. Su nombre hace referencia al nombre de la luna en la mitología griega

17. Elemento que otorga una coloración rojo intenso a la llama. De esa característica deriva su nombre, que es parecido a “rubor” 18. Su nombre recuerda al del dios de la guerra escandinavo 19. Su nombre se tomó de una hija del Tántalo Verticales 1. El berio, una esmeralda de color verde, sirvió para sugerir su nombre

¿Cómo aprendo? 2. Su nombre se tomó de una famosa Universidad Norteamericana 3. En honor al inventor de la dinamita y cuyo apellido llevan premios de gran prestigio 6. Le debe su nombre al planeta Urano 7. Elemento químico, perteneciente a los halógenos, cuyo nombre significa “hedor” o “peste” 10. Del griego “caesius” que significa azul celeste

11. En honor al científico italiano Enrico Fermi 12. Su nombre recuerda a Pallas Atenea, diosa de la sabiduría 13. Su nombre recuerda a los primeros hijos de la Tierra, según la mitología griega 15. Es uno de los gases nobles y su nombre significa “inactivo” 16. Metal precioso cuyo nombre significa “aurora resplandeciente”

Realiza una investigación bibliográfica sobre los nombre y símbolos de los elementos, así como su historia. Partiendo de la información recabada realiza lo siguiente:

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a) Define qué es un símbolo químico, qué representa y de dónde se deriva el nombre del elemento. b) Un resumen que contenga de dónde se derivan los símbolos químicos. c) Explica cómo se representan los compuestos químicos, y escribe tres fórmulas, de cada una de ellas. Describe por lo menos tres significados. d) Escribe qué es un ion y qué función tiene en una fórmula química. Explica cuál es la diferencia entre un catión y anión. e) Realiza un resumen que contenga la definición de valencia; número de oxidación.

¿Cómo aprendo? Busca toda la información que puedas obtener sobre símbolos y fórmulas químicas. A partir de ello realiza lo siguiente: 1. Explica por qué fue necesario sistematizar los nombres de los compuestos a) Elabora un resumen en el que describas las características de los siguientes sistemas para nombrar a los compuestos Ginebra, Stock, IUPAC. b) Explica cómo se nombran los compuestos en el sistema IUPAC, para los siguientes compuestos: óxidos metálicos y no metálicos (anhídridos), hidruros, hidróxidos, hidrácidos, oxiácidos, sales binarias, oxisales y sales ácidas. c) Describe cómo están constituidas las moléculas simples, cómo se representan las moléculas diatómicas y las moléculas poliatómicas. d) Describe a los compuestos binarios y elabora un diagrama para clasificarlos. 53

Elabora una lista con los radicales poliatómicos más comunes e importantes, memoriza su nombre, fórmula química y el número de oxidación. a) Explica por medio de un diagrama cómo se clasifican los compuestos poliatómicos.

ACTIVIDAD I. A partir de tus investigaciones sobre el tema de Nomenclatura Química, completa los cuadros siguientes: IONES MONOATÓMICOS Ión sodio Ión cobre (I) Ión hierro (II) Ión magnesio Ión potasio

Ion amonio Ión cobre (II) Ión hierro (III) Ión litio Ión estroncio

¿Cómo aprendo?

II. Escribe las fórmulas y los nombres correspondientes: Fórmula

54

Nombre

a) Na y H b) Mg2+ y H-1 c) Al3+ y H-1 d) Cu2+ y OH-1 e) NH4+1 y OH1f) Fe3+ y OH-1 g) Na+1 y O-2 h) Mg2+ y O-2 i) Al3+ y O-2 j) Cl1+ y O-2 k) Cl3+ y O-2 l) Cl5+ y O-2 m) Cl7+ y O-2 +1

-1

III. Combina los cationes con los aniones para formar el compuesto correspondiente:

¿Cómo aprendo? IV. Sustituye los hidrógenos de los ácidos por los metales correspondientes para formar las sales respectivas.

V. Escribe la fórmula de los compuestos.

55

VI. Escribe los nombres de los compuestos químicos, cuyas fórmulas son las siguientes: a) NaBr

g) K2SO 3

b) ZnO

h) CaCO3

c) Cu2S

i) KClO3

d) NH4NO 3

j) NaMnO4

e) Sn (SCN)2

k) NaNO2

f) Mn2 (SO4 )

l) CaO

¿Cómo aprendo? 4.2

ECUACIÓN QUÍMICA

Objetivo temático: Escribirá ecuaciones químicas correctamente empleando el lenguaje de la disciplina, en la explicación de las transformaciones de las sustancias. En la naturaleza, tanto en la materia viva como inerte, se presenta una infinidad de reacciones químicas. Cuando comemos, respiramos, quemamos un madero, pensamos o nos ejercitamos, se llevan a cabo reacciones químicas en donde una sustancia cambia a otra. Estos procesos de transformación reciben el nombre de reacciones químicas. Una reacción química se representa mediante una ecuación química. ¿Qué representa una ecuación química? ¿Qué es un cambio químico? ¿Cómo se representa el papel de los cambios químicos?

¿?

¿Cuáles son los elementos de la tabla periódica que se encuentran libres en la naturaleza? 56

Estas preguntas las podrás contestar después de realizar las siguientes actividades.

ACTIVIDAD Investiga sobre el tema de Ecuación química en los libros que tengas a tu alcance. De acuerdo con la lectura realiza lo siguiente.

a) Escribe a qué se refiere una transformación. b) Escribe el concepto de ecuación química y reacción química. c) Describe cómo se representa una reacción química. d) Escribe o dibuja, según sea el caso, los signos convencionales que se emplean en la escritura de ecuaciones y señala su significado. e) Escribe la ley de la conservación de la materia y qué afirma dicha ley. f) Explica qué función tiene balancear y la función de los coeficientes.

¿Cómo aprendo? 4.3 TIPOS DE REACCIONES Objetivo temático: Clasificará las reacciones químicas, por medio de la ruptura, formación de enlaces y el intercambio de partículas. Has aprendido que en tu entorno constantemente se manifiestan un sinnúmero de cambios químicos (o reacciones químicas). Para poder estudiar esas reacciones de manera sencilla los químicos las han clasificado en cinco tipos: de síntesis, de descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble y de combustión.

¿Has observado que cuando le quitas la cáscara a un plátano o a una manzana cambia de color? ¿Por qué el hierro tiene la desventaja de combinarse con el azufre y el oxígeno?

¿?

¿Cuál es la ventaja de que el aluminio se corroe rápidamente con el aire?

57 Podrás dar las respuestas de estas preguntas, después de que realices las siguientes actividades.

ACTIVIDAD Busca información sobre el tema de Tipos de reacciones en la bibliografía que tengas en tu Centro de Servicios. De acuerdo con la lectura realiza lo siguiente:

¿Cómo aprendo? 1. Elabora un glosario que contenga el significado de los siguientes conceptos. a) Reacción de síntesis b) Reacción de descomposición c) Reacción de simple sustitución d) Reacción de doble sustitución

2. Con base en los conocimientos que adquiriste, escribe dos ejemplos para cada uno de los siguientes casos. a) Unión o síntesis A+B

AB

1.2.b) Descomposición AB 58

A+B

1.2.c) Desplazamiento AB+C

AC + B

1.2.d) Doble descomposición AB + CD

AC + B

1.2.-

3. Clasifica la siguiente serie de ecuaciones de reacción: S + O2 2 HgO CaCO3 Zn + H2SO4 NaCL + AgNO3 BaCl2 + H2SO4

SO2 2 Hg + O2 CaO + CO2 H2 + ZnSO4 NaNO3 + AgCl BaSO4 + 2HCl

¿Cómo aprendo?

Por último, para que integres los conocimientos adquiridos en el estudio de esta asignatura, te recomendamos observar en tu Centro de Servicios, el programa de televisión titulado “Caminando de atrás para adelante”.

4.4 BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS Objetivo temático: Realizará el balanceo de ecuaciones químicas aplicando la ley de la conservación de la materia, para explicar la necesidad de utilizar coeficientes en las ecuaciones químicas. El objetivo principal de balancear una ecuación química es hacer que cumpla con la Ley de la Conservación de la Masa. Es importante que recuerdes que en una reacción química los átomos no experimentan ningún cambio, sólo experimentan un reacomodo. El número de átomos de cada elemento presentes en los reactivos en una reacción química debe ser igual al número de átomos de ese elemento. Si se cumple con igualar el mismo número de átomos en reactivos y productos, entonces, se dice que la ecuación está balanceada.

¿Qué efecto se produce cuando te alimentas? ¿Cuándo te duele la cabeza, qué ingieres para aliviar el malestar? ¿Qué sucede en tu piel cuando usas una pulsera de cobre? ¿Por qué no se generan manchas en tu piel al utilizar joyas de oro? ¿Qué es lo que genera la lluvia ácida? ¿Por qué los detergentes son biodegradables?

¿?

Las respuestas a las preguntas anteriores te las dará el estudio de este tema, ya que en todos los casos se presentan distintas reacciones químicas y, por ello, es importante que aprendas a identificar sus diferentes tipos y su relación con la contaminación ambiental.

59

¿Cómo aprendo? 4.4.1 Método de tanteo De acuerdo con la ley de la conservación de la masa: La masa total de las sustancias que reaccionan es igual a la de aquellas que se producen. Las ecuaciones químicas deben balancearse para que cumplan con esta ley. Lo que significa, la cantidad de masa de los reactivos debe ser igual a la de los productos en una reacción química.

¿En qué consiste el método de tanteo? ¿Es posible balancear cualquier ecuación por este método?

¿?

¿Cuáles son los pasos que se siguen para balancear por el método de tanteo?

Podrás contestar estás preguntas después de realizar las siguientes actividades: 60 Realiza una investigación bibliográfica sobre los Métodos de balanceo de ecuaciones. Después contesta lo que se te pide. 1. ¿Cuál es la función de los coeficientes en una ecuación química?

2 ¿Cuáles son las acciones que no debes realizar al balancear una ecuación química?

3. ¿Qué significa balancear una ecuación química?

¿Cómo aprendo? 4. Define el método de tanteo para balancear ecuaciones químicas.

5. ¿Cuál es la diferencia entre el método de tanteo y el de inspección?

6. Describe el orden en el que se deben balancear los elementos presentes en una ecuación química por el método de tanteo.

7. Balancea las siguientes ecuaciones de acuerdo con el siguiente orden: a) metales b) no metales c) gases 1. Fe + O2

Fe2O3

2. N2 + H2

NH3

3.- NaNO3

NaNO2 + O2

4.- MgCl2 + AgNO3

Mg(NO3) + AgCl

Actividad Experimental Descripción de una reacción química Echamos limón natural en un recipiente, luego echamos bicarbonato en un globo, sin que se nos caiga el bicarbonato tapamos la boquilla del recipiente con el globo, así no dejamos que se escape nada. Estiramos el globo y el bicarbonato cae al recipiente

61

¿Cómo aprendo? y se junta con el limón, al juntarse el bicarbonato y el ácido cítrico del limón se producen unas burbujas de CO2, se ha producido una reacción química.

62

Como el gas que se ha creado tiende a ocupar todo lo que pueda hace presión contra las paredes del recipiente, pero como son rígidas no pasa nada, mientras que las paredes del globo son elásticas, así que el gas hace presión y ocupa todo el espacio que puede, el globo se llena de ese gas (CO2) y aumenta su volumen; se ha producido una reacción química al juntarse el bicarbonato y el ácido cítrico del limón que han creado unas burbujas o un gas llamado dióxido de carbono (CO2) que hace que el globo aumente su volumen.

Al juntarse el limón y el bicarbonato se producen unas burbujas y el globo se hincha.

Se ha producido anteriormente una reacción química y el globo se hincha cada vez más.

El globo se hincha cada vez más.

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761573235/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica.html

¿Cómo aprendo? ACTIVIDAD Con base en la lectura contesta las siguientes preguntas: ¿Un gas se puede comprimir?

¿Podrías sustituir al bicarbonato por azúcar?

¿Qué genera el burbujeo?

4.4.2. Óxido – Reducción

63

La combustión, el metabolismo, la corrosión, la contaminación, son algunos ejemplos de cambios cotidianos que tienen en común una reacción de oxido reducción. Es sencillo ver la luz, sentir el calor del fuego, incomodarse ante el metal oxidado y el aire contaminado; pero para penetrar en los procesos “invisibles” de algo tan rutinario es necesario abrir las puertas de la percepción y mirar los procesos de oxido reducción.

¿Por qué prende un cerillo? ¿Tomas oxígeno de la atmósfera? ¿Qué sucede en tu sangre cuando respiras? ¿Qué es la corrosión?

¿?

¿Qué es el fuego? ¿De dónde provienen los gases contaminantes? Podrás dar las respuestas de estas preguntas después de que realices las siguientes actividades.

¿Cómo aprendo? ACTIVIDAD Busca información sobre el tema de balanceo por óxido reducción en los libros que tengas a tu alcance. Después responde las preguntas:

1. ¿Cuál es la definición de óxido-reducción?

2. ¿Qué papel juegan las reacciones de óxido-reducción en el quehacer cotidiano?

3. Elabora un resumen que contenga qué es un agente oxidante y un agente reductor, definición de número de oxidación.

64

4. Escribe las reglas para asignar números de oxidación.

5. Elabora un resumen donde expliques el procedimiento para balancear ecuaciones por el método de óxido – reducción.

6. Determina el valor de los números de oxidación para cada uno de los siguientes compuestos: a) Óxido de calcio

CaO

b) Óxido ferroso

FeO

c) Óxido Férrico

Fe2O3

d) Óxido de aluminio

Al2O3

e) Monóxido de silicio

SiO

f) Dióxido de azufre

SO2

¿Cómo aprendo? 7. Balancea las siguientes ecuaciones por el método de óxido–reducción. a) FeO + CO

Fe + CO2

b) Sn + HNO3

SnO2 + NO2 + H2O

Actividad Experimetal Objetivo: Que el alumno obtenga un óxido no metálico de forma experimental y relacione los contenidos teóricos con la experiencia. Material: • Mechero de Bunsen • Cucharilla de combustión Sustancias: • Azufre. • Gotas de indicador anaranjado de metilo o papel tornasol azul. • Vaso de precipitados con 50 ml de agua destilada. Procedimiento: a) Calentar la cucharilla de combustión con azufre directamente sobre la flama del mechero hasta que se produzcan vapores. b) Introducir la cucharilla todavía caliente en el vaso de precipitados que contiene el agua con unas gotas de indicador. Análisis y conclusiones: 1.- El nuevo compuesto disuelto en agua, ¿es un ácido o una base?, ¿por qué? 2.- Anota las reacciones que se llevaron a cabo en los pasos a) y b)

65

¿Cómo aprendo?

4.5 CAMBIOS ENERGÉTICOS EN LAS REACCIONES QUÍMICAS Objetivo temático: Enunciará los cambios energéticos involucrados en los fenómenos químicos utilizando la simbología apropiada en las ecuaciones químicas. Cuando la materia experimenta un cambio químico, también existe un cambio en su energía. Es frecuente que durante una reacción química se libere o se absorba una cierta cantidad de energía. El cambio en la energía que se presenta durante una reacción química es el resultado de la ruptura y formación de enlaces químicos, cuando los reactivos se convierten en productos.

Actividad Experimental Reacciones y ecuaciones químicas Objetivo: Que el alumno realice y observe procesos de transformación de la materia y los represente con las ecuaciones correspondientes, que expresan el cumplimiento de la ley de la conservación de la masa. 66 Cuestionario de conocimientos previos: 1.- ¿Qué es una reacción química?

2.- ¿Qué es una ecuación química? 3.- ¿Qué es una reacción exotérmica y cómo la identificarías en el laboratorio? 4.- ¿Qué es una reacción endotérmica y cómo la identificarías en el laboratorio? 5.- Representa una ecuación química en general indicando el nombre de cada una de sus partes. 6.- ¿Cómo clasificarías las reacciones químicas en base a la forma de transformación de los reactivos?

¿Cómo aprendo? Material: • Pinzas para crisol • Mechero de Bunsen • Dióxido de manganeso • Ácido clorhídrico concentrado • Granalla de cinc • Cloruro de sodio • Fenolftaleína • Hidróxido de sodio Procedimiento: a) Con ayuda de la pinza para crisol, toma una cinta de magnesio y quémala en la flama del mechero. ¿Qué observaste? b) Escribe la ecuación de la reacción ocurrida y balancéala. c) En un tubo de ensaye coloca aproximadamente 3 g de la mezcla de clorato de potasio y dióxido de manganeso. Toma el tubo con la pinza para tubo de ensaye y caliéntalo para que se lleve a cabo la reacción. Observa y anota lo que sucede. d) Introduce ahora una astilla de madera con un punto de ignición (brasa). ¿Qué sucede con la brasa al contacto con el agua que se desprende del tubo? ¿Cuál crees que fue el gas que se desprendió? Escribe la ecuación química correspondiente a la reacción efectuada y balancéala. e) En un tubo de ensaye coloca 1 ml de ácido clorhídrico concentrado. Toca el tubo de Ensaye. ¿Está frío o caliente? • Agrégale ahora la granalla de cinc. Observa y anota. ¿Qué sucede? • ¿La temperatura del tubo es la misma que al principio? ¿cómo está ahora? • Escribe la reacción química correspondiente a la reacción efectuada y balancéala

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¿Cómo aprendo? f) En un tubo de ensaye mide 3 ml de una solución de cloruro de sodio y agrégale 1 ml de disolución de nitrato de plata. Observa y anota lo que sucede g) En un vaso de precipitados coloca 5 ml de solución de hidróxido de sodio y agrégale 2 gotas de fenolftaleína. ¿Qué color toma la solución? • Gotea lentamente ácido clorhídrico en un vaso de precipitados hasta observar un cambio permanente, ¿qué se observa al agregar el ácido clorhídrico? • ¿A qué se debe el cambio observado? • Escribe la reacción química que representa la reacción efectuada y balancéala.

68 ¿Qué nos explica el cambio de energía en las reacciones químicas? ¿Qué es el calor de reacción? ¿Qué es una reacción exotérmica? ¿Qué significa la palabra entalpía?

¿?

Podrás contestar estás preguntas después de realizar las siguientes actividades:

ACTIVIDAD Investiga sobre el tema de los Cambios energéticos en las reacciones químicas, especialmente el concepto de entalpía, reacciones exotérmicas y endotérmicas, etc. en los libros que puedas consultar. De acuerdo con la lectura realiza lo siguiente.

¿Cómo aprendo?

1. Elabora un resumen que contenga las siguientes definiciones que estudia la termoquímica: calor y unidades, temperatura y unidades. 2. Explica brevemente qué diferencia hay entre una reacción exotérmica y una reacción endotérmica. 3. Escribe un resumen que contenga la definición de la palabra Entalpía y cómo se denota (simboliza). ¿Cuándo se habla de entalpía estándar?

4.6 VELOCIDAD DE REACCIÓN Objetivo temático: Describirá en qué consiste la velocidad de reacción y los factores que la modifican, empleando los factores que la modifican. En nuestro entorno existen reacciones químicas que se llevan a cabo de manera rápida y otras con cierta lentitud. Por ejemplo, basta una chispa para que la combustión de la gasolina en un motor sea rápida y explosiva. Sin embargo otras, como el enmohecimiento (oxidación) del hierro, son muy lentas. ¿Qué significa la velocidad de reacción? ¿A qué se debe que la velocidad de reacción tenga que ver con la cantidad de producto? ¿Cómo consideras que se lleva a cabo una reacción? ¿Qué significa la teoría de las colisiones?

¿?

¿Qué es la energía de activación? Estas preguntas las podrás contestar después de realizar las siguientes actividades.

4.6.1 Teoría de las colisiones Para que los átomos, moléculas o iones puedan reaccionar, es decir, transferir o compartir sus electrones de valencia, primero deben hacer contacto mediante una colisión.

69

¿Cómo aprendo? Velocidad y mecanismos de las reacciones químicas En algunos casos, como en la combustión, las reacciones se producen de forma rápida. Otras reacciones, como la oxidación, tienen lugar con lentitud. La cinética química, que estudia la velocidad de las reacciones, contempla tres condiciones que deben darse a nivel molecular para que tenga lugar una reacción química: las moléculas deben colisionar, deben estar situadas de modo que los grupos que van a reaccionar se encuentren juntos en un estado de transición entre los reactivos y los productos, y la colisión debe tener energía suficiente (energía de activación) para que se alcance el estado de transición y se formen los productos. Las reacciones rápidas se dan cuando estas tres condiciones se cumplen con facilidad. Sin embargo, si uno de los factores presenta cierta dificultad, la reacción resulta especialmente lenta. La velocidad de la reacción aumenta en presencia de un catalizador, una sustancia que no resulta alterada o se regenera, por lo que el proceso continúa. La mezcla de gases hidrógeno y oxígeno a temperatura ambiente no explota, pero si se añade platino en polvo la mezcla explosiona al cubrirse la superficie del platino con el oxígeno adsorbido. Los átomos de platino alargan los enlaces de las moléculas de O2, debilitándolos y rebajando la energía de activación. Los átomos de oxígeno reaccionan rápidamente con moléculas de hidrógeno, colisionando contra ellas y formando agua y regenerando el catalizador. Las fases por las que pasa una reacción constituyen el “mecanismo de reacción”. 70

La velocidad de la reacción puede modificarse no sólo con catalizadores, sino también mediante cambios en la temperatura y en las concentraciones. Al elevar la temperatura se incrementa la velocidad a causa del aumento de la energía cinética de las moléculas de los reactivos, lo que provoca un mayor número de colisiones por segundo y hace posible la formación de estados de transición. Con el aumento de la concentración se consigue incrementar la velocidad de la reacción, al aumentar el número y la velocidad de las colisiones moleculares. http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761573235/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica.html

ACTIVIDAD Después de leer el texto anterior contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuántas condiciones se dan a nivel molecular?

2. ¿Cómo se forma la molécula del agua?

¿Cómo aprendo? 3. ¿Qué función tiene un catalizador?

Busca toda la información que puedas sobre el tema de velocidad de reacción, la teoría de colisiones, los factores que afectan la velocidad de una reacción en los textos que tengas a tu alcance en el Centro de Servicios. De acuerdo con la lectura realiza lo siguiente:

1. Elabora un resumen donde se explique el concepto de velocidad de reacción y cómo debe entenderse ésta a la luz de la teoría de colisiones. 2. Una síntesis acerca de la participación de la energía cinética de las moléculas en la velocidad de reacción. 71 3. ¿Qué función tiene una enzima?

4.6.2 Factores que la modifican Se ha determinado mediante estudios que la velocidad de una reacción química puede ser modificada por cuatro factores: la concentración de los reactivos, la temperatura a la que se efectúa la reacción; la presencia de un catalizador y el área superficial de los reactivos sólidos o líquidos o de los catalizadores.

¿Cómo se modifica la velocidad de reacción por la concentración de los reactivos? ¿Cómo la modifica con la temperatura? ¿Cómo se modifica con la presencia de un catalizador?

¿?

¿Cómo aprendo? Describe la forma en que la velocidad de reacción se ve afectada por la temperatura, la concentración de los reactivos y la presencia de un catalizador. Para que puedas contestar las preguntas, deberás realizar las siguientes actividades. Investiga en todos lo textos que tengas a tu disposición, el tema de desarrollo sostenible. De acuerdo con la lectura realiza lo siguiente. Elabora un resumen donde expliques, lo más claramente posible, cómo la temperatura, la concentración de los reactivos y los catalizadores afectan a la velocidad de reacción.

4.7 CONSUMISMO E IMPACTO AMBIENTAL Objetivo temático: Describirá los riegos-beneficios que conlleva el desarrollo tecnológico y científico, analizando su impacto en el ambiente y la sociedad. 72

En nuestras actividades cotidianas consumimos un sinnúmero de productos, Por ejemplo, consumimos alimentos que nos proporcionan energía, el gas doméstico para calentar los alimentos o el agua para el baño, cuando respiramos consumimos oxígeno, consumimos energía eléctrica, cosméticos, gasolina para el automóvil, etc. Se entiende como consumo el gasto de todo aquello que debido al uso se extingue o destruye. Entonces, consumir es extinguir o destruir algo.

¿Qué significa el término sostenible? ¿Cuáles son los riegos de la ciencia y la tecnología? ¿Qué tan importante es para ti el desarrollo sostenible? ¿Con qué relacionas el calentamiento global? ¿Cómo se relaciona el desarrollo sostenible con la deforestación?

Podrás contestar las preguntas después de realizar las siguientes actividades.

¿?

¿Cómo aprendo? Realiza lo siguiente:

1. Redacta un resumen que contenga antecedentes del desarrollo sostenible, así como también, las consecuencias del uso de combustibles. 2. Explica ¿cómo se relaciona el calentamiento global con el cambio climático y la deforestación? 3. Escribe ¿cuáles son los riesgos de la ciencia y la tecnología?

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¿Qué he aprendido? Tema 4.1 1.- ¿Qué son los elementos químicos? 2.- ¿Por qué se dice que los elementos químicos son los ladrillos de la materia? 3.- ¿Cómo se designa el símbolo de los elementos químicos? 4.- ¿Con base en qué se clasifican los elementos químicos? 5.- ¿De dónde se derivan los nombres de los elementos? 6.- Explica ¿qué diferencia hay entre un elemento y un símbolo químico? 7.- ¿Cómo se representan los compuestos químicos? 8.- Describe las condiciones que intervienen para escribir una fórmula química. 9.- Define el término valencia. 10.- Explica con tres ejemplos el número de oxidación. 74 Tema 4.1 .1 1.- ¿Qué representa un símbolo químico? 2.- ¿Qué nos representa una fórmula química? 3.- ¿Qué elementos intervienen para que se escriba una fórmula química? 4.- ¿Se le llama valencia? 5.- ¿Cuándo se habla de número de oxidación? 6.- ¿Cuáles son los tres conceptos que representa el símbolo? 7.- ¿Cuántos tipos de nomenclatura se utilizan para nombrar a los compuestos? y ¿Cuáles son? 8.- ¿Como están constituidas las moléculas simples? 9.- Describe los compuestos binarios. 10.- Escribe la clasificación de los compuestos binarios

¿Qué he aprendido? 11.- Establecer la fórmula y nombre de los óxidos no metálicos que se forman con los siguientes elementos: Bromo, Cloro, Azufre, Fósforo y Nitrógeno 12.- Establecer la fórmula de los siguientes compuestos: Óxido de cloro V Dióxido de azufre IV Óxido de nitrógeno V Dióxido de carbono Tema 4.2 1.- ¿Cuál es la diferencia entre una reacción química y una ecuación química? 2.-¿Participan en una reacción química átomos y moléculas? Sí/No ¿Por qué? 3.- ¿Puedes explicar por medio de una ecuación química la oxidación de un clavo? 4.- ¿Cuáles son los signos convencionales que se emplean en la escritura de ecuaciones químicas? 5.- ¿Por qué una ecuación química es una representación gráfica? 6.- ¿Cuándo se llaman reacciones reversibles? y/o ¿Irreversibles? 7.- Entre una reacción química y una ecuación química, ¿cuál es la mejor forma de simbolizar un fenómeno químico? 8.- Representa los siguientes cambios químicos: a) Carbono (sólido) +Oxígeno (gas)

Bióxido de carbono (gas)

b) Zinc (sólido)+ Ácido clorhídrico (acuoso)

Cloruro de zinc (acuoso) +Hidrógeno (gas)

c) Óxido de calcio (sólido) + Agua (líquida)

Hidróxido de calcio (acuoso)

d) Nitrógeno (gas) + Hidrógeno (gas)

Amoníaco (gas)

9.- Explica la ley de la conservación de materia.

75

¿Qué he aprendido? 10.- ¿Cómo explicas qué es una transformación? 11.- ¿Qué es un cambio químico? 12.- ¿Cómo se representa el papel de los cambios químicos? Tema 4.3 1.- Señala las diferencias entre una reacción de síntesis y de descomposición, sus cualidades y escribe un ejemplo de cada uno. 2.- Describe el concepto, las características, las cualidades y un ejemplo de una reacción de sustitución simple. 3.- Escribe el concepto, las cualidades y el procedimiento que se efectúa en una reacción de sustitución doble.

76

4.- ¿Qué beneficios obtenemos al conocer las reacciones químicas? 5.- Describe las características de cada tipo de reacciones 6.- Complementa las siguientes reacciones: a)

Cu

+

AgNO3

b)

Al

+

Br2

c)

KClO3

7. De acuerdo con el título, completa las reacciones siguientes: Sustitución doble a)

CuO + H2SO4

b)

NaOH +HCl

¿Qué he aprendido? c)

FeS + HCl

d)

KOH + HNO3

Sustitución Simple a) H2SO4 + Zn b) Cu2O

+

H2

c) SiO2

+ Mg

d) HCl

+

Mg

Síntesis a)

Ca

+

O2

b)

Al

+

N

c)

Zn

+

S

d)

Ca

+

O2

Tema 4.4 1.- Con una ecuación química, explica el procedimiento que se aplica para balancear las ecuaciones por tanteo. 2.- Explica los pasos que se deben seguir en el método de redox para balancear una ecuación química dada. 3.- De los métodos de balanceo para las ecuaciones químicas ¿cuál es el más exacto? 4.- ¿Qué sucede en tu piel cuando usas una pulsera de cobre? 5.- ¿Por qué no se generan manchas en tu piel al utilizar joyas de oro? 6.- ¿Qué es lo que genera la lluvia ácida? 7.- ¿Por qué los detergentes son biodegradables?

77

¿Qué he aprendido? 8.- Define al agente oxidante. 9.- Define al agente reductor. 10.- Determina los números de oxidación de los elementos que constituyen los siguientes compuestos. a)

Na2SO4

b)

HNO3

c)

KClO3

d)

CaCO3

e)

Ba3 (PO4)2

11.- Balancea por el método de óxido–reducción las siguientes ecuaciones químicas: 78

a) FeCl2 + H2O2 + HCl

FeCl3 + H2O

b) PbO2 + HCl

PbCl2 + Cl2 + H2O

c) As

H3AsO4 + NO

+ HNO3 + H2

Tema 4.5 1.- ¿Qué es el calor de reacción? 2.- ¿Qué es una reacción exotérmica y cuando endotérmica? 3.- ¿Qué significa la palabra entalpía? 4.- ¿Qué significa el cambio de energía en una reacción química? 5.- ¿Cuáles son las aplicaciones de la transferencia de energía de reactivos a productos? 6.- ¿Cuáles son las unidades de calor en el S I? 7.- Define el término calor

¿Qué he aprendido? 8.- ¿Cuándo se habla de entalpía estándar de reacción? 9.- ¿Qué estudia la Termoquímica? 10.- ¿Calcular la entalpía estándar de reacción para la disociación gaseosa del PCl5 en PCl3 y Cl2 de acuerdo con la siguiente ecuación química. PCl5

PCl3(g) + Cl2(g)

11.- Determina el cambio de entalpía de la combustión de un mol de etanol, según la reacción: C2H5OH(l)

+ 3 O2(g)

2 CO2(g) + 3 H2O(l)

Tema 4.6 1.- ¿Qué estudia la Cinética química? 2.- ¿Qué se requiere para que una reacción química pueda producirse? 3.- ¿Qué factores influyen en la velocidad de reacción? 4.- Explica con un ejemplo la energía de activación. 5.- ¿Cómo relacionas en tu vida cotidiana la teoría de las colisiones? 6.- ¿Cuáles son los factores que modifican la velocidad de reacción? 7.- ¿Si disminuye la temperatura, disminuye la velocidad de reacción? ¿Por qué? 8.- ¿La naturaleza de los reactivos influye en la velocidad de reacción? 9.- ¿Al aumentar las colisiones disminuye la concentración de los reactivos? 10.- ¿Los catalizadores son producto de la reacción?

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¿Qué he aprendido? Tema 4.7 1.- ¿Qué significa el término sostenible? 2.- ¿Cuáles son los riegos de la ciencia y la tecnología? 3.- ¿Con qué se relaciona el calentamiento global y el cambio climático? 4.- ¿Qué tan importante es para ti el desarrollo sostenible? 5.- ¿Con qué resolverías el problema de la deforestación? 6.- ¿Tiene que ver el impacto ambiental con la degradación de la tierra? 7.- ¿Qué tiene que ver el crecimiento de la población con los problemas ambientales? 8.- ¿Cómo contamina la industria química? 9.- ¿Qué crees que pase si se sigue contaminando nuestro ecosistema? 10.- ¿Cuál es tu participación para cuidar el medio ambiente? 80

Quiero saber más El desarrollo sustentable y los automotores Te invitamos a leer este artículo en el que se describe el funcionamiento, ventajas y desventajas de los denominados “autos híbridos”, que seguramente mucho tendrán que ver con la reducción de la contaminación atmosférica y con el desarrollo sustentable en todo el mundo. Vehículo híbrido

Toyota Prius de 2004, un vehículo híbrido de gasolina y eléctrico.

Se denomina coche híbrido o vehículo eléctrico híbrido a un vehículo en el cual la energía eléctrica que lo impulsa proviene de baterías y, alternativamente, de un motor de combustión interna que mueve un generador. Normalmente, el motor también puede impulsar las ruedas en forma directa. En el diseño de un automóvil híbrido, el motor térmico es la fuente de energía que se utiliza como última opción y se dispone un sistema electrónico para determinar qué motor usar y cuándo hacerlo. En el caso de híbridos gasolina-eléctricos, cuando el motor de combustión interna funciona, lo hace con su máxima eficiencia. Si se genera más energía de la necesaria, el motor eléctrico se usa como generador y carga la baterías del sistema. En otras situaciones, funciona sólo el motor eléctrico, alimentándose de la energía guardada en la batería. En algunos es posible recuperar la energía cinética al frenar, convirtiéndola en energía eléctrica. La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en la ciudad), hace que estos vehículos alcancen mejores rendimientos que los vehículos convencionales. Todos los coches eléctricos utilizan baterías cargadas por una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamiento sin recargarlas. Esta queja habitual se evita con los coches híbridos.

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Vehículos híbridos en Expo 2005.

Tipos de vehículos híbridos

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Los vehículos híbridos se clasifican en dos tipos: • Paralelo: tanto el motor térmico como el eléctrico pueden hacer girar las ruedas. • Serie: el motor térmico genera electricidad y la tracción la proporciona sólo el motor eléctrico. El vehículo híbrido paralelo es considerado por los expertos como un eslabón en la transición hacia el vehículo híbrido serie, ya que en la medida en que la tecnología y las infraestructuras lo permitan, el híbrido serie lograría que el vehículo dejara de depender de los combustibles fósiles. Cadena energética de un vehículo híbrido

Un vehículo necesita realizar trabajo para desplazarse; para ello debe adquirir energía de alguna fuente y transformarla, con algún tipo de motor (térmico convencional, eléctrico, etcétera), en energía mecánica para que las ruedas giren y se produzca el desplazamiento.

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Un vehículo clásico toma esa energía que se encuentra almacenada en un combustible fósil (p.e. gasolina) y que es liberada mediante la combustión en el interior de un motor térmico convencional. El par de salida de ese motor térmico se trasmite a las ruedas. El motor eléctrico se perfila como el sustituto del motor térmico, puesto que es altamente controlable y sus rendimientos (energía consumida vs. energía útil) son muy altos (por encima del 90% y hasta casi un 100% en algunos casos). En el caso del motor térmico se pierde gran cantidad de energía en calor, ruido y vibraciones. El rendimiento de un motor térmico en un vehículo se encuentra por debajo de un 40%. Así que de cada 10 litros de gasolina lanzamos 6 litros en forma de calor, ruido, vibraciones, residuos, etc. El gran problema actual con el que se encuentra el motor eléctrico para sustituir al térmico en el vehículo es la capacidad de acumulación de energía eléctrica, que es muy baja en comparación con la capacidad de acumulación de energía en forma de combustible. Aproximadamente 1 kg de baterías puede almacenar la energía equivalente de 18 gramos de combustible. Esto supone una barrera tecnológica importante para un motor eléctrico. Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobras para impulsar un coche eléctrico (trenes, robots de gran potencia en fábricas, ...). Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar e híbrida para sustituir a una sencilla y barata cadena energética clásica depósito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda de cambio energética, facilita el uso de tecnologías muy diversas, ya que el motor eléctrico consume electricidad, independientemente de la fuente empleada para generarla. Elementos Elementos que pueden ser utilizados en la configuración de la cadena energética de un vehículo híbrido, y deben de estar coordinados mediante un sistema electrónicoinformático: • Baterías de alta capacidad para almacenar energía eléctrica como para mover el vehículo. • Pilas de hidrógeno, para conseguir almacenar energía eléctrica en forma de combustible y transformarla en el momento de su utilización. De esa forma se consiguen capacidades de almacenamiento energético similares o superiores a las del depósito de combustible fósil. • Energía solar como ayuda a la recarga de las baterías. • Volantes de inercia que permitan recuperar la energía desprendida en la frenada. Las baterías no se cargan bajo picos de energía cortos y muy altos, así que acelerar un volante de inercia y luego utilizar esa energía cinética para ir cargando lentamente dichas baterías se perfila como una buena opción. • Ultracondensadores para poder realizar la misma función que los volantes de inercia usando sólo tecnología eléctrica.

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Quiero saber más • Grupos electrógenos para, en caso de niveles muy bajos de batería, consumir combustible fósil para generar electricidad. De esta forma utilizando una mezcla de tecnologías que apoyen al motor eléctrico se consigue un vehículo que pueda competir en prestaciones con la versión clásica. Ventajas y desventajas

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Ventajas • Menos ruido que un térmico. • Más par motor y más elasticidad que un motor convencional. • Respuesta más inmediata. • Recuperación de energía en deceleraciones. • Mayor autonomía que un eléctrico simple. • Mayor suavidad y facilidad de uso. • Recarga más rápida que un eléctrico (lo que se tarde en llenar el depósito). • Mejor funcionamiento en recorridos cortos. • Consumo muy inferior. Un automóvil térmico en frío puede llegar a consumir 20l/100 km • En recorridos cortos, no hace falta encender el motor térmico, evitando que trabaje en frío, disminuyendo el desgaste. • El motor térmico tiene una potencia más ajustada al uso habitual. No se necesita un motor más potente del necesario por si hace falta esa potencia en algunos momentos, porque el motor eléctrico suple la potencia extra requerida. Esto ayuda además a que el motor no sufra algunos problemas de infrautilización como el picado de bielas. • Instalación eléctrica más potente y versátil. Es muy difícil que se quede sin batería, por dejarse algo encendido. La potencia eléctrica extra también sirve para usar algunos equipamientos, como el aire acondicionado, con el motor térmico parado. Desventajas • Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y, sobre todo, las baterías). • Más complejidad, más posibilidad de averías. • Por el momento, también el precio. Tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo_h%C3%ADbrido

RESPUESTAS

1

A continuación te presentamos soluciones para algunos de los ejercicios planteados en el cuadernillo como un apoyo para verificar tus soluciones. Sección Cómo aprendo: Crucigrama de la página 15 Horizontales: 2-potencial, 3-gravitacional, 6-eólica, 7-química; Verticales: 1-energía, 4-atómica, 5-cinética. Sección ¿Qué he aprendido?: Ejercicio 5: a-F, b-Q, c-F, d-F, e-F Ejercicio 6: a-Q, b-F, c-Q, d-F Ejercicio 7:

Inciso

Propiedad física

Propiedad química

a)

Incoloro

Se quema

b)

Brillante … líquido naranja

Reacciona

c)

Sólido blanco con densidad de 2.71 g/cm3 Reacciona fácilmente…

d)

Es un polvo gris

Reacciona con el yodo…

e)

Flota

No metal

RESPUESTAS

2

Sección ¿Qué he aprendido?

Ejercicio 2: Electrón se ubica en las órbitas, tiene una masa de Y carga -1 Protón, se ubica en el núcleo, tiene una masa aproximada de Y una carga igual a +1 Neutrón, se ubica también en el núcleo atómico, tiene una masa similar a la del protón y no tiene carga.

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Ejercicio 3: Potasio, Z=19, A= 39, 19 electrones, 19 protones y 20 neutrones. Magnesio Z=12, A=24, 12 electrones, 12 protones y 12 neutrones. Bromo Z=35, A=80, 35 electrones, 35 protones y 45 neutrones. Ejercicio 4: a) Es el selenio (Se) porque tiene Z=34 b) Pertenece al grupo VI A (16) y al período 4 c) Es un no metal d) Se dibuja el símbolo del selenio con cuatro puntos a su alrededor, uno a cada lado, otro arriba y otro debajo.

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Ejercicio 5: Vanadio (V): a) pertenece al grupo VB (5) y a los metales de transición; b) es un metal; c) es sólido, con brillo metálico y conduce la electricidad; d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3; e) su símbolo de Lewis incluiría además del símbolo, cinco electrones distribuídos Kriptón: a) pertenece al grupo VIIIA (18) y al grupo de los gases nobles o inertes; c) es un gas a temperatura ambiente, sus moléculas son monoatómicas y casi no reacciona con otros elementos; d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6; e) el símbolo del argón con ocho puntos, dos arriba y abajo, a la derecha e izquierda. Indio: a) se ubica en el grupo IIIA(13) y es un metaloide; b) como ya se dijo, es un metaloide; c) es sólido, presenta propiedades de metal y de no metal, conduce la electricidad; d) 2-8-18-18-3, es decir, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2 Estaño: a) pertenece al grupo IVA (14); b) es un metaloide; c) sólido, presenta, como metaloide, propiedades intermedias entre un metal y un no metal, participa en aleaciones; d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p3; su estructura electrónica se representa por el símbolo con cuatro puntos, uno a cada lado. Bario: a) está en el grupo IIA (2) y forma parte de los metales alcalino térreos; b) es un metal; c) presenta brillo metálico, es capaz de ceder electrones y formar cationes, es sólido; d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2; e) su símbolo de Lewis es sencillo, al símbolo se le colocan dos puntos, uno a cada lado. Astato: a) está en el grupo VIIA (17) y está en el grupo de los halógenos; b) es un no metal; c) no presenta brillo metálico, no es dúctil ni maleable; d) 2-8-18-32-18-7; e) como todos los halógenos, su símbolo de Lewis incluye al símbolo con siete electrones rodeándolo, tres pares y uno solitario.

RESPUESTAS

3

Ejercicio 3, página 44: KCl iónico HF covalente pero con gran tendencia al iónico por su diferencia de electronegatividad. CO2 covalente CCl4 covalente NaCl iónico H2SO4 covalente CH3OH covalente Cu-Zn metálico O2 covalente no polar H2O covalente polar HCN covalente N2 covalente no polar Cu-Ni metálico BeCl2 iónico HNO3 covalente BF3 covalente NH3 covalente Ejercicio 6 a) amoníaco (NH3) : 8 electrones de valencia b) bromo elemental (Br2): 14 electrones de valencia c) metano (CH4): 8 d) cloruro de hidrógeno (HCl): 8 e) triflururo de arsénico: 26 f) cianuro (CN-1): 10 g) nitrito (NO2-1): 18 h) dióxido de carbono: 16 i) sulfato (SO4-2): 32 j) clorato (ClO3-1): 26 k) dióxido de azufre: 18 l) carbonato (CO3-2): 24 m) oxígeno gaseoso (O2): 12 n) peróxido (O2-2): 14 o) dicloruro de azufre: 20 p) hidruro de boro: 6 q) trifluoruro de aluminio: 24 r) hexafluoro fosfato: 71 s) ión amonio (NH4+1): 10 t) dicloruro de estaño (SnCl2): 18

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