Cien 10 u4 otros modulos
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CIENCIAS NATURALES MODULOS A DISTANCIA
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Unidad
4 1er año de bachillerato
La materia y sus
transformaciones
químicas
Ciencias
Naturales
Ciencias Naturales •
123
Introducción
Entre los avances científicos de las ciencias naturales, la química tiene su espacio
e indiscutible importancia por sus valiosos aportes a la tecnología, medicina,
producción de alimentos, industria farmacéutica; aquí vale mencionar que el
mayor logro es la investigación sobre antibióticos y otras drogas para combatir
enfermedades.
En la presente unidad encontrarás información sobre la composición de la ma-
teria, partes del átomo, elementos y compuestos; sistemas dispersos y coloidales,
soluciones y concentraciones, así como lo fundamental sobre transformaciones
químicas, reacciones, factores de velocidad de reacción, equilibrio químico,
disociación del agua y potencial de hidrógeno.
Con esos conceptos y procedimientos básicos, más las actividades
complementarias, alcanzarás las competencias conceptuales y procedimentales
logrando cambios actitudinales en tu desempeño como estudiante de la modalidad
flexible semipresencial.
Responde con honestidad las preguntas previas de los contenidos, desarrolla las
actividades en el orden establecido; si es posible, lee nuevamente la teoría, subraya
lo que te parece más importante, escribe conceptos y fórmulas. Verás qué accesible
a tu entendimiento te parecerá esta unidad.
En los cuadros de datos lee los valores y características en forma horizontal,
luego haz las comparaciones verticales; en lo posible, trata de aplicar los términos
mezcla y composición a sustancias de uso cotidiano; en las reflexiones, debes
compartir las ideas con tus compañeros/as, así como en las actividades sugeridas.
Puedes solicitar, con el debido respeto, más ejemplos de reacciones químicas al
tutor/a, también la revisión de grupos y períodos de los elementos en la tabla
periódica que, por cuestión de espacio, no se incluye en esta unidad.
Es interesante realizar la práctica sobre temperatura y concentración como
factores proporcionales a la velocidad de reacción, pero debes seguir
ordenadamente los pasos indicados.
124
• Módulo 4
Objetivo general
Al finalizar la unidad tendrás capacidad para:
Objetivos
• Comprender la estructura y las transformaciones químicas de la materia, su
fase dispersa y el equilibrio químico, como una tendencia natural de los seres
vivos y el medio que nos rodea, entendiendo así el grado de contaminación,
para que puedas valorar su importancia y el adecuado uso de los productos
químicos.
Objetivos específicos
• Identificar los diferentes componentes y clases de soluciones, cómo expresar
sus concentraciones, de igual forma los coloides; a través de ejemplos y
actividades prácticas que te permiten comprender sus beneficios y efectos,
sobre la vida y el medio ambiente.
• Diferenciar los tipos de disoluciones para que te permitan comprender la
composición química de las mismas que usas diariamente, usando procesos
de medición y cálculo, que te permitirán resolver problemas de carácter
cotidiano. Desarrollar conciencia sobre la importancia de las soluciones
químicas.
• Comprender procesos básicos de transformación química de la materia, tipos
de reacciones y factores de velocidad de reacción; así como validar tus cambios,
actitudes y desempeño en estos contenidos.
Ciencias Naturales •
125
Mapa conceptual
Unidad 4
Estructura de
la materia
Características, composición y
transformación de la materia.
Sistemas Transformación
dispersos química de la
coloidales materia
Equilibrio
químico
El átomo y los
elementos
Compuestos
126
Coloidales y
contaminación
Solutos y
solventes
Soluciones y
concentraciones
Reacciones
químicas
Clases de
reacciones
químicas
Velocidad de
reacción y sus
factores
Disociación
del agua
Potencial del
hidrógeno
• Módulo 4
Objetivo
Estructura de la materia
Interpretar la estructura de la materia, las partículas atómicas a través de
esquemas, el ordenamiento y combinación de los elementos para identificar los
compuestos químicos en general, y particularmente tomar conciencia sobre la
composición y transformación de la materia.
El átomo y los elementos
Hay hechos que nos hacen pensar que la materia se puede dividir en partículas
y que entre ellas hay espacios que no se pueden reconocer con la visión ordi-
naria. Esas partículas invisibles se llaman átomos.
Las ideas básicas de La Teoría Atómica de Dalton son:
• La materia está constituida por partículas indivisibles llamadas átomos.
• Un elemento químico es una sustancia constituida por una sola clase de
átomos.
• Los átomos se unen para formar moléculas.
• Una molécula es la cantidad más pequeña de una sustancia que conserva sus
propiedades químicas.
• En las reacciones químicas los átomos se reorganizan de forma diferente.
• La teoría de Dalton no era perfecta porque en realidad los átomos son divisibles.
Partes del átomo:
En el núcleo: protones y neutrones; en la corteza, los electrones.
En el modelo atómico de Rutherford se explica que el núcleo y la corteza tienen
una gran semejanza con el sistema solar. Los electrones giran en órbitas alrededor
del núcleo, al igual que los planetas se desplazan alrededor del sol.
10 m
10 m
Núcleo
Electrón
Ciencias Naturales •
127
Los electrones van ocupando los niveles energéticos hasta completar los niveles
inferiores, luego, los niveles superiores.
A partir de 1,961, se tomó como unidad de masa atómica la doceava parte de la
masa del isótopo más estable del carbono.
masa del átomo de C
1 uma = __________________
12
Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico y distinta masa.
Por tanto son átomos que tienen el mismo número de protones, pero se
diferencian por el número de neutrones, en el mismo elemento químico.
El centro de investigación europeo situado en la frontera franco-suiza, tiene el
mayor laboratorio mundial de investigación en física de partículas y expresan el
dato sobre unas partículas mucho más pequeñas: los quarks. Hoy en día se sabe
que los protones y los neutrones están constituidos por quarks.
Átono formado por núcleo y cortesa de
electrones
Núcleo de protones y
neutrones
Protón
Neutrón
Quarkm partícula que
es el límite de nuestro
conocimiento actual
Estructura interna de los átomos
128
• Módulo 4
Los elementos
Son las sustancias puras más simples. La mayoría de sustancias son compuestos,
pero se pueden transformar en otros más simples que no se pueden dividir: los
elementos.
Los elementos están formados por átomos iguales entre sí, por ejemplo, una
molécula de agua esta formada por hidrógeno y oxígeno (elementos), ya que no
se pueden transformar en otras sustancias más sencillas, puras y simples.
Abundancia de los elementos (%) Corteza,
Elementos Corteza terrestre Hidrósfera hidrósfera, Conjunto de
Oxígeno
Silicio
Aluminio
Hierro
Calcio
Sodio
Potasio
Magnesio
46.46
27.61
8.07
5.06
3.64
2.75
2.58
2.07
85.79
-
-
-
0.05
1.14
0.04
0.14
atmósfera
49.40
25.69
7.50
4.71
3.39
2.63
2.40
1.93
toda la Tierra
27.71
14.53
1.79
39.76
2.52
0.39
0.14
8.69
Hidrógeno
Titanio
Cloro
Fósforo
Carbono
0.14
0.62
0.05
0.12
0.09
10.67
-
-
-
-
0.87
0.58
0.19
0.11
0.08
8.69
-
-
-
-
-
Manganeso 0.09 - 0.08 -
Azúfre
0.06
_
0.056
-
Observa y responde
¿Cuáles son los dos elementos más abundantes de la corteza terrestre?
¿Cuáles son los elementos más abundantes en la hidrósfera?
En la tabla se observa que doce elementos constituyen el noventa y nueve por
ciento de la corteza, la hidrósfera y la atmósfera. ¿cuál es el nombre de estos
elementos?
En el conjunto de toda la tierra el elemento más abundante es el hierro.
¿Cuáles son los elementos de la materia viva que no se encuentran en la tabla?
Ciencias Naturales •
129
Compuestos
Los átomos se unen para formar las sustancias puras: elementos y compuestos.
Los compuestos, están formados por distintos tipos de átomos. El número de
elementos es muy limitado, en cambio, es imposible contar el número total de
compuestos.
Muchos compuestos se encuentran formando parte de los seres vivos y de la
materia inerte. Actualmente se obtiene gran cantidad de compuestos en los
laboratorios y en las industrias.
Cada uno de los compuestos conocidos tiene un nombre y se representa por
medio de una fórmula. Las fórmulas nos dan la información de los elementos
que los forman.
Diferencias entre una mezcla y un compuesto.
Una mezcla está formada por distintas sustancias puras, elementos o compuestos;
en cambio, un compuesto es una sustancia pura y única.
Los compuestos son homogéneos, es decir, tienen la misma composición y
propiedades en todas sus partes; las mezclas pueden ser heterogéneas u
homogéneas.
Para hacer una mezcla de dos o más sustancias puras, puedes tomar cualquier
cantidad de cada una de ellas, por ejemplo, en un litro de agua, puedes disolver
distintas cantidades de azúcar; los compuestos tienen siempre la misma
composición y el número de átomos que se unen de cada elemento, mantienen
siempre la misma relación (más adelante estudiarás soluciones o disoluciones.)
Las técnicas para descomponer un compuesto no son las mismas que se usan
para separar los componentes de una mezcla, por ejemplo, para descomponer
una mezcla se usan la filtración, centrifugación, destilación; una de las formas
para descomponer un compuesto es por acción del calor, pues la energía debe
ser suficiente para separar los átomos de los distintos elementos que lo componen.
130
• Módulo 4
Sistemas dispersos y coloidales
Las capas de la atmósfera, al ser una combinación de gases con sólidos, forma
un sistema coloidal
Coloides
En la vida diaria tratas con materiales mixtos, haciendo mezclas y para ello,
empleas solutos y disolventes; en otros casos, por ejemplo, cuando el ganadero
hace cuajada emplea partículas dispersas las cuales son esparcidas en otro
medio al que llamas medio dispersante. De donde deriva la necesidad de conocer
los efectos que produce una sustancia pura o mezclada con un segundo o tercer
componente.
En tu carpeta de aprendizaje, debes hacer un glosario
de palabras nuevas o desconocidas para ti. Además,
debes buscar su significado o definición.
Has de recordar que la materia se presenta en tres estados físicos: sólido, líquido
y gaseoso. Sin embargo, ya habrás conocido y palpado materiales como aceites,
gelatinas, leche, mayonesa, pinturas crema de manos, claras de huevo y otros
materiales parecidos. Te has preguntado, en alguna ocasión ¿en qué estado
físico se encuentran dichas sustancias? acaso, no pueden clasificarse como
sólidos, líquidos o gaseosos ¿por qué?
Ciencias Naturales •
131
Investiga quién fue Thomas Graham y cuáles fueron
sus observaciones más sobresalientes.
La materia puede clasificarse también en mezclas que pueden ser homogéneas
o heterogéneas y forman diferentes soluciones. Las soluciones son homogéneas
pero pueden tener una composición variable que por lo general, está dentro de
ciertos límites. Existen mezclas que no son definidamente ni una ni la otra
cosa, por lo tanto, se consideran intermedias y reciben el nombre de coloides.
Los coloides son un puente de unión entre la materia que está dispersa en una
solución y la que está en una suspensión. En una solución, la dispersión de las
partículas es homogénea y éstas no se sedimentan cuando la solución se deja
en reposo, porque puede ser que se encuentren unidas parcialmente a las
moléculas del disolvente. En una suspensión, las partículas no están unidas a
las moléculas del disolvente y sí, se sedimentan, cuando la suspensión se deja
en reposo. En los coloides, las partículas dispersas no están unidas en forma
apreciable a las moléculas del disolvente, pero no se sedimentan cuando el
coloide se deja en reposo.
• Deduce, entre los alimentos que ingieres cotidianamente, los medicamentos,
o productos que compras para uso personal, cuáles puedes clasificar como
coloides y por qué. Haz una lista identificando, en cada uno de ellos, la partí-
cula dispersa y el medio dispersante.
Las partículas en los coloides se encuentran dispersas sin que estén unidas en
forma apreciable a las moléculas del disolvente al dejarlas en reposo.
Las partículas dispersas (fase dispersa) son las partículas coloidales, similares
al soluto de una solución. El medio dispersante (fase dispersante) es la sustancia
en la cual están distribuidas las partículas coloidales, similar al disolvente en
una solución. La leche es un ejemplo de un coloide; la grasa de la leche forma
las partículas dispersas y el agua es el medio dispersante.
En los coloides, las partículas suspendidas son moléculas o agregados moleculares,
más grandes que las que se encuentran en las soluciones; pero más pequeñas
que las que están en las suspensiones.
Coloide : es cuando las partículas de una mezcla homogénea tienen
aproximadamente un tamaño de diez a diez mil veces mayor que los átomos y
132
• Módulo 4
moléculas, entonces tienes un sistema coloidal. En lugar de hablar de solvente y
soluto, se acostumbra usar los términos: fase dispersora y fase dispersa.
Tipos de coloides
Es frecuente clasificar los coloides según el estado de agregación de sus elementos
integrantes, así como también por el tamaño de las partículas que lo integran.
Las clases más importantes de coloides son:
Los soles: un sol está constituido por un sólido disperso en un líquido, la leche
de magnesia es un ejemplo de sol.
La pintura es un ejemplo de un coloide tipo sol, pues se mezcla un sólido con un
líquido
Las emulsiones: son líquidos que se han dispersado en otro líquido, así la leche
formada por glóbulos de grasa dispersos en una solución acuosa.
Los geles: aquí los líquidos se encuentran dispersos en los sólidos, son tipos
especiales de coloides, como las jaleas y las gelatinas.
Aerosoles: coloides que puedes dividir en aerosol líquido, que es un líquido
disperso en un gas, ejemplo: la niebla al amanecer o la atomización del perfume;
aerosol sólido, es un sólido disperso en un gas, ejemplo: el humo del cigarro
(sólido) disperso en el aire (gas).
Según las definiciones que ya estudiaste, clasifica los dibujos del cuadro, de
acuerdo al tipo de coloide que le corresponda.
Ciencias Naturales •
133
Reflexiona ¿Que venenos conoces que forman aerosoles?
¿Usas estos tipos de coloides? ¿Qué daño ocasionan a la
salud del ser humano y demás seres vivos? ¿Qué haces o
piensas hacer para resolver este problema? Dibuja en tu
cuaderno de reflexiones tres situaciones, relacionadas con
este problema y explícalas.
Los coloides poseen su propio estilo
Los coloides tienen otras propiedades peculiares que los identifican
Efecto de movimiento (movimiento browniano)
Si observas un coloide, con un ultramicroscopio de fondo oscuro, ves los reflejos
de las partículas coloidales en un movimiento rápido y continuo, en zig-zag,
debido al choque las partículas dispersas con las partículas del medio dispersante.
Fenómeno que no se observa en una solución. Este efecto de movimiento de los
coloides, es una razón por las que las partículas coloidales no se sedimentan
cuando se dejan en reposo.
El hecho fue bautizado como movimiento browniano, en honor a su descubridor
Robert Brown.
Efecto Tyndall ( o efecto óptico)
Propiedad óptica de los coloides, principalmente en los soles, que consiste en la
difracción de los rayos de luz que pasan a través de una disolución coloidal. Así
como cuando la luz se difracta en las partículas de polvo y aparecen en el haz,
pequeñas y brillantes manchitas de luz que producen un haz visible de luz. A
este fenómeno se le llamó Efecto Tyndall, después que el físico británico John
Tyndall lo investigó en forma exacta en 1869.
Efecto de carga eléctrica
Las micelas (partículas coloidales) presentan cargas eléctricas positivas o
negativas. Cuando estas micelas se trasladan en masa por su movimiento
browniano, al polo positivo, se llaman anaforesis. Pero si lo hacen hacia el polo
negativo, se llamara cataforesis. A este fenómeno coloidal eléctrico de le da el
nombre de electroforesis.
134
• Módulo 4
Si los coloides poseen cargas eléctricas iguales se repelen, evitando que las
partículas se unan y se sedimenten, logrando así la estabilidad. Pero si es todo
lo contrario, por ejemplo, cuando en un río las partículas cargadas en forma
negativa entran en contacto con el océano que tiene partículas con cargas positivas,
la suciedad se deposita, formando un fértil delta del río.
Diferentes tipos coloidales
fase
dispersa
gas
gas
medio
dispersante
líquido espuma
sólido
nombre
espuma sólida
ejemplo
espuma de las
cremas de afeitar,
nubes.
hule espuma,
Styrofoam, marca
registrada.
líquido gas
líquido líquido
aerosol
líquido
emulsión
niebla, bruma.
leche, emulsión de
aceite mineral en
agua, crema de
manos.
líquido sólido gel gelatina; algunas
geles para el cabello.
sólido gas
sólido líquido
sólido sólido sol sólido
aerosol
sólido humo
sol
polvo, humo.
pinturas de látex.
el rubí, la turquesa,
el granate.
Analiza el cuadro de los sistemas
coloidales y contesta:
¿Cuáles productos alimenticios se pueden considerar coloides?
¿Cuáles son materia prima para la industria o la construcción?
¿Cuáles son contaminantes ambientales?
Agrega a tu listado, nuevos coloides que ya conozcas o que cumplen con las
características antes descritas.
Ciencias Naturales •
135
Los coloides ¿buenos o malos?
En la naturaleza existen procesos de contaminación, hasta cierto punto necesarios
para mantener el equilibrio natural, por ejemplo: polen, polvo, partículas
procedentes de incendios forestales, cenizas volcánicas y sustancias emitidas
por algunas plantas.
El mayor problema es ocasionado por el ser humano, su actividad de producción
y estilo de vida que no está en armonía con los procesos biológicos naturales. La
mayoría de contaminantes que producen son incoloros e inodoros y totalmente
invisibles, pero algunos son visibles y presentan olores desagradables.
Con ayuda del/a tutor/a investiga y clasifica la mayor cantidad
de coloides que sean contaminantes, ya sea, naturales o
artificiales (producidos por el hombre), elabora un reporte y
además lo tendrás que socializar en la clase, apoyándote con
papelógrafos bien elaborados que incluyan dibujos y teoría.
Contaminación del aire en oficinas y casas
De todos(as) es conocido que la industria y los automotores son grandes fuentes
de contaminación ambiental, pero; ¿estarás tú, contribuyendo a la contaminación
de tu medio ambiente?
La industria libera a la atmósfera partículas de asbesto sólidas, polvos inorgánicos
–plomo, cromo, arsénico, fibras sintéticas y naturales, gases como óxidos de
nitrógeno-NO, NO2- bióxidos y trióxidos de azufre -SO2 y SO3- monóxido de
carbono -CO- e hidrocarburos -HC-, entre otros.
En tu casa, qué actividades son o pueden ser contaminantes: el fumar, el uso de
las refrigeradoras, el aire acondicionado del carro de la oficina o centro comercial
¿cocinas con leña en tu casa? ¿usas, perfumes en aerosol o barras? ¿Qué tipo de
insecticidas o desinfectantes utilizas en el hogar o trabajo? ¿Conoces alguna
enfermedad causada por gases? ¿En tu familia, ya se han enfermado a causa de
la contaminación atmosférica?
136
• Módulo 4
Efectos de los principales contaminantes atmosféricos
contaminante características
Partículas sólidas y
origen
Quema de madera, pul-
efectos
Penetran profundamente
en las partes del pulmón
humano que no están
Macromoléculas
(Moléculas de
mayor tamaño y
complejidad)
Monóxido de
carbono
Óxidos de azufre
Óxidos de
nitrógeno
líquidas de diferen-
tes diámetros:
polvo, humo,
cenizas, bruma y
aerosoles.
Gas incoloro e
inodoro
Gas irritante,
pesado e
incoloro.
Gas tóxico e
incoloro, el bióxido
es gas
de coloración
verizaciones industriales,
condensación del vapor
de agua, acción de la luz
solar sobre el humo de
los autos
Combustión incompleta,
vulcanismo, fermenta-
ciones en pantanos.
Combustión de carbón y
gasolina.
Combustiones a tem-
peraturas muy altas y se
oxida en presencia de
hidrocarburos y la luz
protegidas por mucosida-
des. Su acumulación em-
peora los problemas de
salud en las vías respira-
torias: cáncer de pulmón,
enfisemas y bronquitis
crónica.
Produce dolores de cabeza,
cansancio, confusión y ma-
reo. Impide el transporte
de oxígeno en la sangre. En
grandes concentraciones
causa la muerte.
Se combina con el vapor
de agua, formando ácido
sulfúrico, muy corrosivo,
daña el aparato respirato-
rio humano, principal
componente de la lluvia
ácida.
Gases venenosos que pro-
ducen el smog fotoquímico,
múltiples efectos en las
vías respiratorias.
Ozono
marrón amarillenta solar.
Produce tos, ahogo, can-
(Molécula
formada
por tres átomos
de oxígeno )
Hidrocarburos
(Son compuestos
orgánicos forma-
dos por hidróge-
no y carbono)
Subproducto
altamente tóxico.
Presentes en el
petróleo,
gas natural y
carbón
Procedente del proceso
fotoquímico.
Incompleta combustión
de la gasolina. Evapora-
ción de gasolina.
sancio severo y dolores de
cabeza. Perjudicial a las
hojas de las plantas, y
tejidos vegetales.
Tienen propiedades cance-
rígenas, teratogénicas y
mutagénicas.
CFC Clorofluoro
carbonados
acondicionado y
refrigeradores.
Aerosoles, aire
Perforaciones de la capa de
ozono.
Resumen elaborado a partir de: Castellanos Malo, J: S:(1984); Aranda Gámiz, J.
(1992) y UNESCO-PNUMA (1993).
Ciencias Naturales •
137
En la atmósfera y en la biósfera existen o se encuentran diferentes
disoluciones gaseosas
Solutos y solventes
Conocimientos previos al tema
Realiza la siguiente experiencia, solicita la ayuda del/la tutor/a, y sigue los
pasos a continuación
1. Afora con agua, un vaso de vidrio a la mitad.
2. Disuelve una cucharada de sal en el agua.
3. Observa con atención y contesta.
• Identifica y dibuja, el soluto y el solvente
• ¿Qué es soluto? ¿Qué es el solvente?
• ¿De qué otra forma puedes llamar la mezcla de agua con sal?
• Si contestaste solución, escribe una definición y toma en cuenta la
experiencia realizada.
• Al comparar una azucarada, limonada, horchata y café, ¿serán soluciones
homogéneas? ¿por qué?
• Tomando en cuenta los tres estados de la materia, dibuja cinco ejemplos
de soluciones y escribe una breve explicación del por qué las consideras
soluciones.
138
• Módulo 4
Experimenta con tus compañeros/as
• Formar grupos de trabajo mixtos de cinco personas.
• Organízate para conseguir los materiales y reactivos.
• Deberás designar tareas dentro del grupo, coordinador, secretario, relator y
monitor del tiempo.
• Al final, deberás socializar los resultados y explicar los términos entre tus
compañeros/as o tu tutor/a, los cuales escribirán en un reporte. Auxíliate de
papelógrafos o en última instancia del pizarrón.
• Demuestra tus actitudes de cooperación y responsabilidad.
• Trata con educación al tutor/a y a tus compañeros/as.
Materiales
• Diez vasos o botes de vidrio de 500 ml.
• Una bolsa plástica de cinco libras.
• Una paleta de madera para mezclar los
compuestos
Desarrollo
Reactivos/ una cucharadita de:
• sal
• azúcar
• agua
• café en polvo
• lejía
• vainilla
• aceite
• gasolina
1. Afora con una taza de agua, ocho de los diez frascos.
2. En cada uno de ellos, vierte una cucharadita de los reactivos.
3. Mezcla con la paleta y observa.
4. Qué coloraciones tomaron las mezclas.
5. Con tus dedos índice y pulgar, siente la textura de cada mezcla.
6. Percibe cada olor.
7. Haz un cuadro comparativo con estos datos.
Ciencias Naturales •
139
8.Sí ya resolviste lo anterior, agrega al primer frasco, una cucharadita de sal y
dilúyela.
9. Tendrás que hacer lo mismo con los demás frascos.
10.Anota nuevamente el color, olor y textura para cada frasco en el cuadro.
11.Observa si hay diferencias de colores entre una y otra muestra. Vuelve a
sentir la textura y olores de cada una.
Ahora responde
• ¿Qué solutos son solubles en agua?
• ¿Qué solutos no son solubles en el agua?
• ¿Puedes afirmar que el agua es un excelente disolvente? ¿Por qué?
• Entonces: ¿Qué es un soluto? y ¿Qué es un solvente?
• ¿Será lo mismo decir solventes que disolventes? ¿Por qué?
Para tomar en cuenta
Una solución es completamente homogénea. Está formada por dos o más
sustancias puras y su composición puede variar por lo general dentro de ciertos
límites. Se considera que las soluciones son mezclas de un soluto y un disolvente
que están unidos en forma débil. El soluto por lo general es el componente que
está en menor cantidad y el disolvente es el que está en mayor cantidad. El
soluto se disuelve en el disolvente, cualquiera que sea su estado físico; entonces
se considera que el soluto es soluble en el disolvente.
Soluciones = Disoluciones
Las soluciones pueden existir en cualquiera de los tres estados físicos de la
materia; los tipos más comunes son: un gas en un líquido, un líquido en un
líquido y un sólido en un líquido, como detallamos a continuación.
140
• Módulo 4
Tipos de soluciones
Soluto Disolvente Solución
Ejemplos
Gas
Líquido Líquido
Bebidas carbonatadas (dióxido de
carbono en solución acuosa)
Gas
Gas
Líquido
Gas
Sólido
Gas
Gas
Sólido
Gas
Aire
Hidrógeno de platino
Vapor de agua en aire
Líquido Líquido Líquido
Anticongelante en el radiador del
automóvil (etilén glicol en agua)
Líquido Sólido Sólido Empastes dentales (mercurio deplata)
Sólido Líquido Líquido Azúcar en agua
Sólido
Sólido
Sólido
Gas
Sólido
Gas
Soldadura (estaño en plomo)
Vapor de yodo en aire
Pon en práctica lo que has aprendido. Auxiliándote del cuadro
anterior y la teoría antes estudiada, debes ampliar bajo tus
propios razonamientos los ejemplos de soluciones que existen
y que conoces, además, deduce nuevas soluciones que puedas
encontrar. Puedes pedir apoyo al tutor(a), consultar libros de
texto, revistas, u otro material didáctico
Para ayudarte en tu tarea, puedes tomar como base las siguientes preguntas:
¿Cuáles disoluciones líquidas son de uso común en el hogar?
¿Qué tienen que ver las monedas con las disoluciones sólidas?
Aparte de los ya vistos, ¿Qué otros ejemplos de soluciones gaseosas conoces?
En tu trabajo, ¿utilizan materiales que han sido fabricados a través de mezclas,
como las estudiadas?
¿Cuál es el disolvente de esas disoluciones?, ¿Cuál es el soluto de cada una de
ellas?
Ciencias Naturales •
141
¿Qué tipos de aleaciones conoces? ¿Son estas aleaciones disoluciones, cuáles
sí, cuáles no?
¿Alguna vez has comprado una disolución metálica pensando que era un metal
puro?
¿Cómo te gusta, ralito o espeso? (las concentraciones de las soluciones)
Concentraciones en las soluciones
Los términos diluidos y concentrados se utilizan para expresar concentraciones
relativas, pero no tienen un significado cuantitativo exacto. Una solución con
mayor cantidad de soluto que otra, se dice que está más concentrada.
Por el contrario, aquella con menor cantidad de soluto se dice que está diluida.
Como en el esquema anterior.
La concentración de una solución es la cantidad de soluto contenido en una
cantidad determinada de solución o de solvente.
Expresión de la concentración en unidades físicas
1. Tanto por ciento: Indica los gramos de soluto contenidos en cien gramos de
solución. Si quieres calcular la concentración de una solución sigue el ejemplo.
142
• Módulo 4
primero: disuelve 30 gramos (g) de azúcar de mesa (glucosa) en 125 g de agua.
segundo: ya disuelta tienes una concentración en tanto por ciento en peso.
tercero: encuentra el peso total de la solución.
30 g de azúcar + 125 g de agua
= 155 g de solución
cuarto: Buscando el porcentaje en peso
30 g de azúcar = 100 g de solución
155 g solución
= 19.35 % de azúcar
La solución presenta una concentración de 19.35 % de peso de azúcar.
2. Molaridad: es el número de moles de soluto contenidos en un litro de solución.
Una solución 1 molar (M), es aquella que contiene una mol de soluto por litro de
solución. Ejemplo.
primero: define el soluto ( para este ejemplo cloruro de sodio, NaCl)
segundo: busca el valor atómico de cada elemento en la tabla periódica y súmalos.
Na = 23.0 g
Cl = 35.5 g .
58.5 g
tercero: un mol de cloruro de sodio (NaCl) es igual a 58.5 gramos. El peso de
1 M = 58.5 g
cuarto: Si tienes 20 g de sal (una cucharada), conviértelos a moles, así;
n = 20 g de NaCl x 1 mol de NaCl
58.5 g de NaCl
n = 0.34 moles de NaCl
Esta respuesta nos indica el número de moles en 20 g de sal común.
Ciencias Naturales •
143
quinto: para determinar la molaridad usa la siguiente fórmula.
M = Número de moles soluto
Volumen
M = 0.34 moles
0.5 L
M = 0.68 moles
Este procedimiento te indica que la concentración de sal común que existe en
medio litro de agua es de 0.68 moles ó 0.68 molar.
Experimenta con tus compañeros/as, clasificando las siguientes
concentraciones como saturadas, insaturadas o sobresaturadas
y encuentra, para cada solución, su tanto por ciento y su
molaridad. Trata de ser lo más exacto cuando midas o peses las
diferentes cantidades de sal y agua.
Materiales
3. botes de vidrio
1. cuchara
1. paleta de madera
1. pichel pequeño
1. taza
Procedimiento
Reactivos
1 libra de sal
1 pichel de agua
1. Enumera cada bote de vidrio, uno, dos y tres.
2. A los tres botes, afóralos con una taza de agua.
3. Al bote uno, agrégale una cucharada de sal.
4. En el bote dos, diluye tres cucharadas de sal.
5. Al último bote agrega cinco cucharadas de sal.
6. Agítalos con la paleta durante diez segundos y déjalos reposar.
7. Observa y anota los resultados.
144
• Módulo 4
8. Si observas nuevamente los frascos, es posible que veas algún residuo en el
fondo, agítalos nuevamente y déjalos reposar, ¿qué observas, qué opinas?
Transformación química
de la materia
Objetivo
Comprender procesos básicos de transformación química de la materia, tipos de
reacciones y factores de velocidad de reacción, así como validar tus cambios,
actitudes y desempeño en estos contenidos.
La transformación química de un material también se denomina reacción
química, en la cual se alteran las propiedades iniciales de la materia, formando
nuevas sustancias ejemplo, al quemar leña, encender un fósforo, mezclar sal
con limón.
Una reacción es un proceso químico en el cual unas sustancias llamadas
reactivos, se transforman en otras nuevas, llamadas productos y se simbolizan
de la siguiente manera
sustancia A + sustancia B productos
reacción
Una reacción se caracteriza por:
1. Cambio de las propiedades de los cuerpos reaccionantes. En su mayoría
son irreversibles.
En otras transformaciones, no se altera la composición química.
Son cambios físicos los siguientes: cambios de estado (evaporación del agua).
Cambios de posición y de forma, sales disueltas por la lluvia, etc.
Ejemplos de cambios químicos: una fruta podrida, un huevo cocido, fibra sintética,
plásticos, colorantes, detergente, ceniza de leña. En éstos, se obtienen sustancias
distintas a las iniciales, o sea que los productos son diferentes a los reactivos.
1. Una variación de energía: si la reacción libera energía al formar los productos
(la energía es menor que en las sustancias reaccionantes); en este caso la reacción
se llama exotérmica.
Ciencias Naturales •
145
Cuando la energía es mayor en los productos que en los reaccionantes, existe
absorción de energía y tenemos una reacción endotérmica.
En una reacción química, los diferentes reactantes se unen y juntos forman un
producto que se equilibra cuantitativamente y se cumplen los principios químicos
siguientes:
1. Según Antoine Laurent de Lavoisier y su ley de la conservación de la mate-
ria, la cantidad de átomos-masa de los reactantes debe ser igual a la de los
productos en una reacción. Esta ley se relaciona con la primera ley de la
termodinámica (unidad tres).
2. Para Luís Joseph Proust y su ley de las proporciones definidas, las sustancias
reaccionan según las relaciones de peso fijas e invariables. Estas proporciones
fijas vienen representadas en la ecuación química mediante los coeficientes
estequiométricos.
Clases de reacciones químicas
Nombre
Combinación
o síntesis
Descomposición
De Desplaza-
Definición
Se unen dos o más sustancias
para formar otras sustancias
por reagrupación de átomos.
A partir de un compuesto se
producen dos o más sustancias
Un elemento sustituye y libera
Tipo de reacción
AB
A + B
AB A + B
miento o Sus-
titución
De intercam-
bio o doble
sustitución
a otro elemento presente en un
compuesto.
Dos compuesto intercambian
elementos y se producen dos
o más compuestos.
A + BC
AB + CD
AC + B
AC + BD
Diferentes clases de reacciones con sus definiciones y explicaciones literales.
146
• Módulo 4
a)
Traslada el literal correcto al paréntesis
correspondiente para completar la ecuación
química. Auxíliate del cuadro anterior.
2H2 + O2 ( ) NaCl + H2O
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
CaCO3
2NaI + Br2
HCl + NaOH
3H2 + N2
2HgO
Fe + CuSO4
Na + AgNO3
( ) 2NaBr + I2
( ) CaO + CO2
( ) 2H2O
( ) 2Hg +O2
( ) 2NH3
( ) NaNO3 + AgCl
( ) FeSO4 + Cu
Compara tus resultados con los de tus compañeros/as, consulta algún libro de
química y selecciona reacciones químicas que corresponden a cada uno de los
cuatro grupos de reacciones planteadas.
Investiga qué se obtiene al calentar agua y agregar lentamente sulfato de cobre.
¿Cuál será la reacción química?
Velocidad de reacción; factores que la determinan
La velocidad de una reacción química, es la rapidez a la cual se forman los
productos o se consumen los reactivos.
Los factores que afectan la velocidad de una reacción química son
1. Superficie de contacto
2. Catalizadores
3. Concentración de los reactivos
4. Temperatura
Ciencias Naturales •
147
Superficie de contacto
Entre más finamente divididos están los reactivos, se aumenta la superficie de
contacto, con lo cual también aumentan los choques moleculares y la velocidad
de reacción.
En las disoluciones acuosas y gaseosas, el aumento de la superficie de contacto,
facilita el movimiento continuo de las moléculas de los fluidos, por lo cual se
mezclan íntimamente.
Ejemplo: en disolución, el ácido sulfúrico reacciona con el hidróxido de bario,
con lo cual se produce un precipitado instantáneo de sulfato de bario
H2SO4(l) + Ba (OH)2
BaSO4(S) + 2H2O
(ácido sulfúrico + hidróxido de barrio da sulfato de bario + agua)
Catalizadores
Son sustancias que aumentan o disminuyen la velocidad de una reacción. Su
función es modificar la energía de activación, con lo cual varía la velocidad del
proceso, pero en ningún momento se modifica el estado de equilibrio del sistema.
Un catalizador es positivo, si aumenta la velocidad y negativo, si la disminuye.
Las enzimas digestivas son claros ejemplos de catalizadores en los seres vivos.
enzimas
reacciones
químicas- biológicas velocidad
Los catalizadores son sustancias biológicas que aumentan la velocidad de reacción
en todos los procesos del metabolismo donde se genera energía
148
• Módulo 4
Actividad: con el método del tanto por ciento, prepara cuatro
soluciones, usando hipoclorito de sodio (lejía); en el primer bote
de vidrio, elabora una solución al 5% de hipoclorito de sodio; en
el segundo al 20%; en el tercero, deberá ser al 60% y en el
último, hipoclorito puro.
Introduce en cada frasco un trozo de tela color oscuro y una
moneda de un centavo de dólar. Déjalos reposar y empieza a
realizar la siguiente experiencia.
Usa tres frascos de vidrio transparente, rotula cada uno con
viñetas, así: agua helada, de tiempo y caliente. Disuelve en cada
una, un sobre de café instantáneo, observa y anota.
¿En cuál de los tres frascos, el café se diluye fácilmente? ¿Por qué?
¿Qué sucede con el café en el agua helada? Explica.
Regresa a la primera experiencia
• ¿Cuál solución está más concentrada?
• Al aumentar la concentración de los reactivos, ¿qué acelera la velocidad de
reacción de la moneda y el trozo de tela?
• ¿Qué sucede con el trozo de tela? Explica
• ¿Notas algún cambio en la moneda?
Temperatura
Al aumentar la temperatura siempre hay un aumento en la velocidad de reacción,
y se debe a dos factores
1. Al aumentar la temperatura incrementa el movimiento de las moléculas, lo
que produce más choques por unidad de tiempo (revisa el concepto de energía
cinética en la unidad tres).
2. Las moléculas se cargan de mayor energía, con lo cual aumenta el número de
moléculas activadas. Confirma que la energía está presente en cualquier
fenómeno natural.
Ciencias Naturales •
149
Reflexión
En la actividad anterior revisa la experiencia de la solución
del café en agua fría, caliente y al tiempo.
¿Qué proporcionalidad existe entre la temperatura y la
velocidad de reacción, directa o inversa?
¿Cuáles de los cuatro factores que determinan la velocidad
de reacción, están inherentes en la actividad anterior?
Ilustra, para cada parte de la actividad, el procedimiento
seguido según lo has comprendido.
Equilibrio químico
Equilibrio químico es el estado final de una reacción reversible, en el cual las
concentraciones de las sustancias son constantes
Analiza las siguientes reacciones
CaCO3(S)
CaO(S) + CO2(G)
carbonato de calcio óxido de calcio + dióxido de carbono
CaO(S) + CO2(G)
CaCO3(S)
óxido de calcio + dióxido de carbono carbonato de calcio
Se puede ilustrar el equilibrio químico introduciendo una muestra de carbonato
de calcio en un recipiente cerrado a 850ºC, en esas condiciones, parte del
carbonato de calcio se descompone, tal como se muestra en la primera reacción.
150
• Módulo 4
Se puede ilustrar el equilibrio químico introduciendo una muestra de carbonato
de calcio en un recipiente cerrado a 850ºc., en esas condiciones, parte del
carbonato de calcio se descompone, tal como se muestra en la primera reacción.
A medida que aumenta la concentración de bióxido de carbono en la fase gaseosa,
parte de las moléculas de CO2, reaccionan con el óxido de calcio; finalmente, las
velocidades de esas dos reacciones opuestas llegan a ser iguales: la concentración
de bióxido de carbono no cambia con el tiempo y se alcanza el equilibrio
químico.
De tus conocimientos previos, compara equilibrio químico, mecánico, térmico,
etc.
Constante de equilibrio químico Ke
Para cualquier sistema químico, la constante de equilibrio (ley de equilibrio
químico) se obtiene calculando el cociente del producto de las sustancias del
segundo miembro de la ecuación (productos), entre el producto de las
concentraciones de las sustancias del primer miembro de la ecuación (reactivos);
teniendo en cuenta que cada concentración, estará elevada a una potencia, igual
que el coeficiente de las respectivas sustancias, en la ecuación química igualada.
Explicación
La ecuación química general es la siguiente:
Ke=
aA + bB
primer miembro
(C) (D)
(A) (B)
cC + dD
segundo miembro
lee detenidamente el párrafo anterior y coloca
los exponentes de cada literal.
Ejemplo:
PCL5
Ciencias Naturales •
PCL3
+ Entonces Ke=
(PCL3) (CL2)
(PCL5)
151
Disociación del agua
Antes del descubrimiento de la corriente eléctrica, algunas sustancias como la
cal (óxido de calcio) o la sílice (dióxido de silicio), eran consideradas elementos,
ya que no se descomponían por calentamiento. La corriente eléctrica permite la
descomposición de varios compuestos y eso es un gran avance en la obtención
de nuevos elementos.
La primera sustancia que se descompuso por electrólisis fue el agua; las partículas
que en la disolución se desprenden, reciben el nombre de iones. Estas partículas
son átomos o grupos de ellos cargados eléctricamente, es decir, que han perdido
electrones (iones positivos = cationes) o ganado electrones (iones negativos =
aniones).
La electrólisis consiste en hacer pasar la corriente eléctrica por un líquido con-
ductor llamado electrolito.
El agua realmente es un electrolito débil que se disocia así: H2O H+ + OH-
en el agua pura y en toda la disolución acuosa, existe este equilibrio, con la
siguiente condición
(H+) (OH-) = K (K=constante de equilibrio)
(H2O)
Si las disoluciones son diluidas, la concentración del agua no disociada puede
considerarse constante y se expresa así: (H+) (OH-) = (H2O) k = ka
Esta constante (Ka) se denomina constante de disolución o producto iónico del
agua, y su valor es 1.0 x 10-14 a 25ºc.
Potencial de hidrógeno o PH
Si las disoluciones que se utilizan son de baja concentración, es conveniente
utilizar la magnitud química PH para expresar la concentración de H+ (iones
hidrógeno) y eso se conoce como:
152
• Módulo 4
potencial de hidrógeno = PH
Ka = constante del agua
H+ = catión de hidrógeno
OH= anión
[ ] = concentración
El PH es importante en la medicina para medir la acidez o bacisidad de los
líquidos corporales; (sangre, saliva, orina, sudor, etc.); en la agricultura se mide
el PH del suelo.
El PH de una solución acuosa se puede encontrar con el logaritmo negativo de la
concentración de iones de hidrógeno expresados en moles por litro
PH = -log 1/[H+] ,o sea, [H+] = 10–PH
En el agua la concentración de hidrógeno es 1.0 x 10-7 M luego el PH es 7.
También se puede demostrar así
PH = -log 1/[H+]
Para el caso del agua pura tienes
[H+] = [OH-] = 1 x 10-7 mol/litro y es neutra
PH = -log H+
PH = -log(120-7) entonces PH = 7
Todas las disoluciones neutras tienen un valor de PH = 7,
mientras que el PH de las disoluciones ácidas es menor
que 7, y el de las básicas, mayor que 7.
Autoevaluación
1. Escribe dos ejemplos de cada sistema coloidal
geles soles emulsiones aerosoles
________________ _________________ _________________ ________________
________________ _________________ _________________ ________________
2. Escribe los cuatro estados físicos de la materia
__________________,____________________,____________________,__________________
Ciencias Naturales •
153
3. Escribe las partes de un átomo
______________________________________________________________________________
4 ¿Cuál es una diferencia entre mezcla y compuesto?
_______________________________________________________________________________
5. ¿Qué tipo de disolución son las monedas?
_______________________________________________________________________________
6. Otro nombre para una transformación química es
______________________________________________________________________________
7. ¿Qué nombre recibe la reacción química si hay liberación de energía?
______________________________________________________________________________
8. ¿Cuál es el PH del agua?
______________________________________________________________________________
9. Escribe los cuatro factores que determinan la velocidad de una reacción química
___________________,___________________, __________________, ___________________
10. Indicación: escribe en el paréntesis respectivo el número de la reacción
química correcta
1. combinación o síntesis
( ) A + BC AC + B
2. desplazamiento o sustitución
3. de intercambio o doble sustitución
4. descomposición o análisis
Glosario
( ) AB
( ) A + B
( ) AB + CD
A + B
AB
AC + BD
Aerosol:
Átomo:
154
dispersión de un sólido en un líquido o en un gas.
partícula de la materia, divisible en protones, neutrones,
electrones y Kuarts.
• Módulo 4
Catalizador químico: sustancia que aumenta o disminuye la velocidad de
reacción.
Coloide:
Compuesto:
Concentración de
estado físico intermedio de la materia .
sustancia formada por distintos tipos de átomos.
una solución: cantidad de soluto contenido en una cantidad
determinada de solución o de solvente.
Diálisis:
Disolución:
Elemento:
Emulsión:
Iones:
Molécula:
Movimiento
propiedad de un líquido de atravesar membranas porosas
mezcla homogénea de dos o más componentes.
sustancia pura más simple que se conoce.
dispersión de un líquido en otro.
partículas que, en una disolución conducen la corriente
eléctrica.
grupo de átomos; pueden ser sencillos y complejos.
browniano: movimiento rápido y continuo en los coloides.
Osmosis:
PH:
paso recíproco de líquidos de diferente densidad a través
de una membrana que los separa.
concentración de iones hidrógeno de una disolución.
Propiedad coligativa: propiedad específica de algo en particular.
Soles:
Soluto:
Ciencias Naturales •
sólido disperso en un líquido.
sustancia a diluir en un solvente.
155
Solvente:
Transformación
sustancia en la cual se diluye el soluto de una disolución
a prepararse.
química: alteración de las propiedades iniciales de la materia y
por lo tanto, es irreversible.
Transformación
física: cuando no hay alteración química de la materia y por lo
tanto es proceso reversible.
Bibliografía
Julio César Poveda y C. Química 10. EDUCAR Editores, 1998
Michael J. Sienko y C. Química. Quinta edición. 1965. Aguilar S.A. Ediciones
Madrid (España)
Ministerio de educación, República de El Salvador, C.A. Programas de estudio
de Ciencias Naturales. primero y segundo año de educación media. 1998.
N Boixaderas y J.M.. Pastor, 1998. Física y química. ENTORNO. Ediciones Vivens
Vicens. Barcelona.
The national science fundation. Química, una ciencia experimental. Editorial
Reverté. S.A. 1966. Barcelona, Buenos Aires, México.
William. Masterton y Emil J. Slowinski. Química general superior. Tercera edición,
Editorial Interamericana 1968.
156
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• Módulo 4
