Fsica yqumica IMateriales, fuerzas y energa

Ral BazoMarta Bulwik

NAP: 1.er Y 2. AO (ESB)

PBA: 2. AO (ESB)

CABA: 1.er AO NES

Anlisis de casos

de pelcula

Cuade

rno de

cienci

as

Notas

marg

inales

que

acomp

aan

la lec

tura

Recursos audiovisuales

Art

cu

los

per

iod

sti

cos

y

de

div

ulg

aci

n c

ien

tfi

ca

Experiencias

histricas y actuales

Fuer

a de

SERI

E

Fuera de

SERIE

Astronautas que se congelan, meteoritos que amenazan con destruir la Tierra. Explosiones e incendios en el espacio. Invasores extraterrestres que son solo energa. Heladeras que protegen de la radioactividad. Desafos fuera de serie! Preparen sus pochoclos y tengan su libro a mano.

Una invitacin a explorar los conceptos y los modos de conocer de las ciencias naturales. Un libro que invita a hacerse preguntas sobre el mundo natural y propone un camino compartido para construir respuestas.

Fsica y qumica I Fuera de serie es un libro intervenido. Con sus notas marginales y recortes, el recorrido por los conceptos y los modos de conocer de las ciencias naturales es acompaado por un lector cmplice que apela con interrogantes relevantes y ofrece diferentes claves de lectura.

Fsica y qumica I Fuera de serie es adems un libro expandido que transciende los lmites de sus pginas con referencias a situaciones actuales, reflexiones en torno a problemticas reales y recursos audiovisuales para analizar resultados y repasar unidad a unidad los contenidos.

Se animan a recorrer el camino? Preprense para una experiencia Fuera de serie!

educ

aci

n se

cund

aria

educ

aci

n se

cund

aria

Fsi

ca y

qu

mic

a I

educ

aci

n se

cund

aria

Direccin EditorialFlorencia N. Acher Lanzillotta

Coordinacin EditorialAndrs Albornoz Mariana Stein

EdicinAndrs Albornoz

Colaboracin autoralDolores Marino Sergio Silvestri

CorreccinAlan Orlando Blinkhorn

Aperturas de unidadesJorge Shittu

Fisicoqumica 1 / Marta Bulwik y Ral Bazo; coordinado por Florencia N. Acher Lanzillotta; dirigido por Florencia N. Acher Lanzillotta; edicin a cargo de Andrs Albornoz. - 1. ed. - Ciudad Autnoma de Buenos Aires: Edelvives, 2014.

160 p.; 27 x 21 cm.

ISBN 978-987-642-312-0

1. Fsica. 2. Qumica. 3. Enseanza Secundaria. I. Bazo, Ral II. Acher Lanzillotta, Florencia N., coord. III. Acher Lanzillotta, Florencia N., dir. IV. Albornoz, Andrs, ed. CDD 530.712

Direccin de ArteNatalia Fernndez

Diseo de tapa Cecilia Aranda y Luciano Andjar

Diseo de maquetaCecilia Aranda y Natalia Fernndez

DiagramacinOlifant Valeria Miguel Villar

IlustracinDaniel Zilberberg

Documentacin fotogrficaMariana Jubany

Preimpresin y produccin grficaFlorencia Schfer

FotograFa

Experiencias: Paula Bonacorsi.Shutterstock: duangnapa_b, morrison77, Southtownboy, margouillat photo, Evgenia Bolyukh, Angel Simon, Tim Masters, Svetlana Lukienko, francesco de marco, clarkfang, Steve Ikeguchi, stocktributor, masik0553, Ruud Morijn Photographer, mj007, Lissandra Melo, olgatlt63, Destinyweddingstudio, M. Unal Ozmen, meunierd, Viacheslav Nikolaenko, ppl, fotgrafos, Alexander Raths, Zorabc, IkeHayden, Lasse Kristensen, Africa Studio, Rich Carey, Bruce L Crandall, karrapavan, Peter Bernik, Hal_P, Jon Le-Bon, MikeBraune, Khongkit Wiriyachan, Andrey_Popov, Pecold, stefanocapra, Emi Cristea, Robyn Mackenzie, pattara puttiwong, Grisha Bruev, Toa55, Ronnie Chua, huyangshu, r.classen, Pi-Lens, Andrey_Popov, Jorg Hackemann, 4Max, Smirnov Maksim, Tylinek, CHAIYA, Renata Sedmakova.

Fotogramas: Pginas 7 y 33: Misin a Marte, Buena Vista Internacional (2000). Pg. 53: Iron Man II, United International Pictures (UIP) (2010). Pg. 75: El Ncleo, United International Pictures (UIP) (2003). Pg. 99: La hora mas oscura, 20th Century Fox de Argentina (2012). Pg. 119: Indiana Jones y el reino de la calavera de cristal, United International Pictures (UIP) (2008). Pg.137: Armageddon, Buena Vista International (1998).

2014, Edelvives. Av. Callao 224, 2. piso. Ciudad Autnoma de Buenos Aires (C1022AAP), Argentina.

Este libro se termin de imprimir en el mes de octubre de 2014,en FP Compaa Impresora, Buenos Aires, Argentina.

Reservados todos los derechos de la edicin por la Fundacin Edelvives. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorizacin escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de los ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblico. Queda hecho el depsito que dispone la ley 11.723.

La editorial queda a disposicin de los eventuales poseedores de los derechos de fuentes literarias que no pudieron ser contactados.

Fuera de

SERIE

Fsica yQumica IMateriales, fuerzas y energa

4

Bloque I. Materia y energa

1. Los materiales ................................................................7Las mezclas forman parte de nuestra vida cotidiana ..........8

Mtodos para la separacin de fases .....................................9Los cambios de estado ............................................................10

La vaporizacin ......................................................................10Notas de laboratorio. Distintas velocidades

de evaporacin .......................................................................10La condensacin ....................................................................11Temperatura de cambios de estado ....................................11La conservacin de alimentos y la mezcla frigorfica .......12

Notas de laboratorio. Temperatura de solidificacin ...........12El modelo cintico corpuscular para explicar los cambios de estado ...........................................................13

La destilacin y la cromatografa ...........................................14Las soluciones ..........................................................................15

La solubilidad y el proceso de disolucin ...........................16Notas de laboratorio. Preparar una leche chocolatada .........17

Factores que influyen en la velocidad de disolucin .........17La composicin de una solucin ..........................................18Tipos de soluciones segn la concentracin ......................19La concentracin y la presin osmtica .............................20

Los gases ...................................................................................21La Ley de Boyle .......................................................................21Ley de Charles ........................................................................22Ley de Charles y Gay-Lussac ................................................22Boyle y Mariotte: mismo tema, otro lugar ..........................23El gas ideal y la ecuacin de estado ....................................23El modelo cintico-corpuscular para explicar las leyes de los gases .............................................................24

Los materiales que usamos y su origen ...............................25El oro: de la mina al anillo ....................................................26

Mientras tanto... Metalurgia del oro ...................................27Usos del oro ............................................................................27El azcar: de la caa a la azucarera ....................................28

Notas de laboratorio. Cristalizacin de azcar .....................29Los plsticos ...........................................................................30

Mientras tanto... Materiales sintticos ................................30Repaso e integracin ........................................................... 31

2. La energa........................................................................33La energa est presente .........................................................34

Energa potencial y energa cintica ....................................35Notas de laboratorio. Manifestacin de la energa ...............35

La energa mecnica .............................................................36Mientras tanto... Las montaas rusas

ya no tienen lmites .............................................................36La transferencia y la transformacin de la energa ...........37

El trabajo mecnico ..................................................................38La energa y el trabajo mecnico .........................................39Los motores ............................................................................39

La energa trmica ...................................................................40La energa trmica, la temperatura y el modelo cintico-corpuscular .............................................................40La medicin de temperaturas ..............................................41Las escalas termomtricas ...................................................41La energa trmica y el calor ................................................42El calor y la temperatura ......................................................42La energa mecnica y la energa trmica ..........................43

Equivalente mecnico del calor ...........................................44El experimento de Joule ........................................................44

Mientras tanto... La mquina de Joule ................................44Procesos de transferencia de la energa trmica .................45La energa y los subsistemas terrestres ...............................47La energa elctrica ..................................................................48

El efecto Joule .........................................................................48La factura de energa elctrica y el consumo domiciliario ...49El uso racional de la energa elctrica .................................49

La conservacin de la energa ................................................50La degradacin de la energa ................................................50

Repaso e integracin ........................................................... 51

Bloque II. El mundo invisible

3. tomos, molculas e iones ...................................53Del modelo cintico-corpuscular a la teora atmico-molecular ................................................54Mientras tanto... La naturaleza de la materia .....................54

La teora atmica ...................................................................55La teora atmico-molecular ................................................55Una historia de los modelos atmicos ................................56El modelo atmico actual simplificado ...............................57Los tomos y los iones ..........................................................57

La tabla peridica de los elementos ......................................58Cmo leer la tabla peridica ................................................59

Mientras tanto... La tabla peridica se actualiza ...............59Familias de elementos ..........................................................60Sustancias simples o sustancias compuestas? ................60

Mientras tanto... La controversia entre Proust y Berthollet ....60Relacin entre la estructura de las sustancias y sus propiedades ....................................................................61Las sustancias en la vida cotidiana ......................................62

El aluminio .............................................................................62Los xidos ...............................................................................63xidos moleculares y xidos inicos...................................64Los hidrocarburos ..................................................................64Las sales ..................................................................................65La sal de mesa ........................................................................65

Las reacciones qumicas .........................................................66Las ecuaciones qumicas ......................................................67Reacciones de sntesis ...........................................................67Reacciones de descomposicin ............................................68

Notas de laboratorio. La velocidad de las reacciones...........68Reacciones de xido-reduccin ............................................70Reacciones de reconocimiento de sustancias ...................70

Notas de laboratorio. Reconocimiento de dixido de carbono ..............................................................................70Reconocimiento de vitamina C ............................................71

Mientras tanto... El escorbuto y la vitamina C ...........................71Reacciones para calentar y enfriar ......................................72

Notas de laboratorio. Procesos exotrmicos y endotrmicos ......................................................................72

Repaso e integracin ........................................................... 73

4. Fuerzas y campos .......................................................75Interacciones .............................................................................76

El principio de interaccin ....................................................76Las fuerzas .............................................................................77Efectos de las fuerzas ............................................................78

5

Notas de laboratorio. Estirando una banda elstica ............78Vectores y magnitudes vectoriales ......................................79La fuerza resultante ..............................................................79Clculo de la resultante de sistemas de fuerzas ................80

La presin ..................................................................................81Campos ......................................................................................82

Campo como modelo de interaccin ...................................83Nuestra experiencia con el campo ......................................83

El campo magntico y el magnetismo ..................................84Los imanes..............................................................................84El campo magntico y su representacin ...........................85Los imanes y los materiales .................................................85El magnetismo terrestre .......................................................86

Mientras tanto... Trenes en suspensin...............................86Construccin de imanes .......................................................87

El campo gravitatorio ...............................................................88La inercia y la masa...............................................................89

Notas de laboratorio. Llaves con inercia ................................89El principio de interaccin ....................................................90Masa y aceleracin ................................................................91El peso y la masa ...................................................................91

Interacciones, fuerzas y cargas elctricas ............................92Formas de electrizacin ........................................................92El campo elctrico .................................................................93

Notas de laboratorio. Un globo pegajoso? ...........................93Lneas de campo elctrico ....................................................94Los rayos y el poder de las puntas .......................................95

Mientras tanto... Un gran invento: el pararrayos ...............95Principales caractersticas de los campos ............................96Repaso e integracin ........................................................... 97

Bloque III. Fsica y qumica en nuestro entorno cotidiano

5. La corriente elctrica ................................................99Cargas elctricas en movimiento .........................................100

Los materiales y la corriente elctrica ..............................100Un modelo para la conduccin elctrica ..........................100Conduccin elctrica en las soluciones ............................101El movimiento de cargas y la energa ................................101El potencial elctrico y la diferencia de potencial ...........102Cmo se mantiene la diferencia de potencial ..................102La pila elctrica ....................................................................103Las pilas secas ......................................................................104

Mientras tanto... La pila de Volta .......................................104Intensidad de corriente y resistencia elctrica ..................105

Circuito elctrico simple .....................................................105Notas de laboratorio. Un circuito elctrico con sorpresa ..........105

Resistencia elctrica y resistores .......................................106Factores que influyen en la resistencia elctrica .............106Semiconductores y superconductores ..............................107

Mientras tanto... Siete razones para cambiar a LED ..........107Conexin de resistores ..........................................................108Notas de laboratorio. Circuitos elctricos con lmparas ........108Relacin entre la tensin y la corriente ..............................109

Ley de Ohm ..........................................................................110La relacin V/R y los fusibles .............................................110Trabajando con la Ley de Ohm ..........................................110

La potencia elctrica ..............................................................111

La potencia elctrica, la tensin y la corriente ................111Empleo seguro de la electricidad .......................................111

La corriente elctrica y el magnetismo ...............................112Mientras tanto... El experimento de rsted .........................112

El electroimn ......................................................................113El rel ....................................................................................113Se puede conseguir corriente elctrica con imanes? .......114Motores y generadores elctricos ......................................114

Generacin de energa elctrica ...........................................115Distribucin y transporte de energa elctrica .................116Los transformadores de tensin ........................................116

Repaso e integracin ......................................................... 117

6. Estructura, propiedades y usos de los materiales ..................................................................119Los materiales .........................................................................120El caso del agua ......................................................................121Notas de laboratorio. Con agua dura, jabn o detergente? ..122

Aguas duras, jabones y detergentes ..................................122El agua dura y el sarro ........................................................123El reconocimiento de iones ................................................123

El caso de los alimentos ........................................................124Emulsiones comestibles: la mayonesa casera ..................124

El caso de los materiales cermicos ....................................126El caso de los materiales plsticos ......................................128El caso de los materiales metlicos .....................................129

Conductividad elctrica y estructura metlica ................129Brillo y estructura metlica ................................................130Densidad y estructura metlica .........................................130

El caso de los nuevos materiales .........................................131El nitinol: un material con memoria de forma ................131Los nanomateriales .............................................................132Un modelo para explicar el cambio de color en el nanomundo ......................................................................133El grafeno, un nanomaterial ...............................................134

Mientras tanto... Utilizan grafeno y banditas elsticas ..134Repaso e integracin ......................................................... 135

7. La energa, los materiales y el ambiente.........137Impactos y problemas ambientales ....................................138

El uso de los recursos naturales ........................................139Las combustiones como generadoras de energa .............140

La llama ................................................................................141Combustin completa y combustin incompleta ............141

Notas de laboratorio. Las combustiones..............................142Los combustibles fsiles .......................................................143Los biocombustibles ..............................................................144Notas de laboratorio. Obtencin de bioetanol ...................145

Ventajas y desventajas del bioetanol ................................146Mientras tanto... Cocinas a pellets de aserrn ...................146Otras formas de generar energa .........................................147Contaminacin ambiental ....................................................148

Contaminacin por petrleo ..............................................148Contaminacin trmica ......................................................148Contaminacin por generacin de energa elctrica .......149Contaminacin por transporte y distribucin de energa elctrica .............................................................150

Accin del ambiente sobre los materiales .........................151Repaso e integracin ......................................................... 152ndice analtico .................................................................. 154

6

Sobre el margen de las pginas encon-trarn anotaciones que acompaarn y guiarn la lectura.

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de competencias experimentales genuinas. Invita a reproducir experiencias histricas o actuales.

Quin dijo que solo se aprende a imaginar e interpretar experimentos en el laboratorio?

En lpiz van a encontrar preguntas y actividades que los ayudarn a comprender el tema.

En birome se incluyen aclaraciones sobre palabras desconocidas, propuestas para revisar otras partes del libro e ideas clave sobre los contenidos de la pgina.

Cada vez que encuentren una imagen como esta, preparen el celu, la tablet o la netbook. Estos cdigos les permiten acceder a los contenidos audiovisuales con solo apuntar con la cmara de sus dispositivos.*

Al finalizar cada captulo, van a encontrar variedad y riqueza de actividades de repaso e integracin que desarrollan sus competencias cognitivo-cientficas. Ayudan a desarrollar el pensamiento cientfico!

Mientras tanto, en otro lugarPorque no hay una nica fuente de informacin que sea vlida para comprender un tema, el libro incluye propuestas para el anlisis de los contenidos cientficos a travs de la ptica de los medios masivos de comunicacin, el cine, la literatura y otros productos culturales.

* Para tener ms informacin sobre el uso de los cdigos QR, visiten la siguiente direccin: http://bit.ly/EDVFQ06

El libro est lleno de recortes de diarios, revistas, folletos y libros!

Habrn consultado a un fsico, un qumico o un ingeniero antes de filmar la pelcula? Ser posible que sucedalo que se ve en las pelculas? Apaguen las luces,preparen los pochoclos y abran un libro Fuera de Serie!

Cmo es este libro?

Bloque I

Los materiales 1

7

Las mezclas forman parte de nuestra vida cotidiana

Imaginemos una playa: arena, agua de mar, espuma Todas son mezclas de diferentes materiales. El agua de mar es una mezcla de agua con diferen-tes sales, y, por eso, cuando salimos del mar y nos secamos al sol, nos queda un polvillo blanco sobre la piel: es la sal que estaba disuelta en el agua. La espuma de mar es una mezcla de agua de mar con burbujas de aire. Y la arena es una mezcla de pequesimos fragmentos de rocas con caparazones disgregados.

En algunas mezclas, podemos diferenciar fcilmente sus componentes. Por ejemplo, si observamos con atencin la arena, podemos encontrar que algunos trocitos son brillosos y otros, opacos; algunos, de colores oscuros y otros, casi blancos. Algo similar ocurre con la espuma de mar: podemos dis-tinguir en ella el agua de mar y el aire que se encuentra en el interior de las burbujas. En Qumica, se dice que la espuma est formada por dos fases. Una de estas fases es lquida (el agua salada) y la otra, gaseosa (el aire conteni-do en las burbujas). Se llama mezclas heterogneas a aquellas en las que se distinguen componentes.. En ellas, a las partes que se pueden diferenciar y entre las cuales hay superficies de separacin, se las denomina fases. Por este motivo, a los sistemas heterogneos tambin se los llama sistemas polifsicos. En algunos casos, las fases no se distinguen a simple vista, pero s usando un microscopio, como ocurre con la mayonesa.

En cambio, en el caso del agua de mar (al menos cuando est filtrada), no es posible distinguir sus componentes ni a simple vista ni con un microsco-pio. En este caso, se trata de una mezcla homognea o solucin, ya que las sales estn disueltas en el agua. Aqu no hay diferentes fases, decimos que es un sistema monofsico.

La arena es una mezcla de rocas y caparazones disgregados. Es un sistema heterogneo.

La mayonesa es un sistema heterogneo: gotitas de aceite sus-pendidas, dispersas en un medio acuoso, que es la yema de huevo.

La espuma es una mezcla de agua de mar con burbu-jas de aire. Es un sistema heterogneo.

El agua de mar es una mez-cla de agua y sales. Es un sistema homogneo.

El aceite comestible que usamos para aderezar una ensalada es una mezcla homognea de diferentes componentes vegetales.

Al evaporarse el agua, se evidencian las sales que estaban disueltas.

mono = unopoli = varios

mezclas

heterogneas se distinguen dos o ms fases homogneas no se distinguen los componentes, tienen una sola fase

8

Materia y energaBloque I

Mtodos para la separacin de fases Muchas veces, cuando se estudia un sistema heterogneo, se separan sus

fases para trabajar con cada una de ellas de forma independiente. Esto se pue-de realizar mediante diferentes mtodos, segn la mezcla de que se trate, es decir, segn las propiedades de las fases que se desea separar.

Para separar una fase lquida de una fase de slidos en polvo (por ejemplo, para separar agua y arena) se puede realizar una filtracin. Para ello, se hace pasar la mezcla por un filtro, que puede ser de papel, tela, cermica o metal. El lquido atraviesa el filtro, pero los slidos en polvo quedan retenidos.

Para separar dos slidos cuyos trozos tienen diferentes tamaos (por ejem-plo, arroz y sal fina) se puede efectuar una tamizacin. Se coloca la mezcla sobre un tamiz, que es una tela metlica o rejilla sujeta a un marco o aro, y se lo mueve de un lado a otro. De este modo, los trozos ms grandes quedan retenidos, pero los ms pequeos pasan por los orificios de la red del tamiz.

En algunas ocasiones, se puede separar una fase slida de una lquida extrayendo los slidos con una pinza. Este mtodo se denomina tra.

Cuando se quiere separar objetos de hierro o de acero de una mezcla, se puede emplear el mtodo de imantacin, que consiste en atraer esos obje-tos con un imn. Esto se puede realizar tanto si estn mezclados con otros slidos como si estn en un lquido.

Por ltimo, para separar dos fases slidas de una mezcla se puede aplicar la levigacin. Es un mtodo artesanal que se suele utilizar para separar los minerales de oro de la arena con la que a veces estn mezclados. Se emplea una batea, que es un plato o bandeja en forma de cono. En la batea, se colo-ca la mezcla que se presume que contiene oro y se la sumerge parcialmente en agua. Luego, mediante leves movimientos circulares, se hace salir a la arena por la parte superior, arrastrada por el agua, mientras que los trocitos de oro decantan y quedan en el fondo de la batea.

Tamizacin. Levigacin.

Dispositivo para filtrar.

Imanes y fuerzas. Ver unidad 4.

mtodos de separacin

slido/lquido filtracin tra imantacin

slido/slido tamizacin imantacin levigacin

1. Qu mtodo emplearan para separar unos alfileres que se cayeron en la tierra de una maceta?

2. Mencionen tres ejemplos de mtodos de separacin de fases que empleen a diario.

3. Observen detenidamente el dibujo del dispositivo para filtracin de esta pgina y respondan: por qu el pico del embudo se debe apoyar en la pared del vaso?, qu podra suceder si esto no ocurriera?

4. Qu tipo de mezcla es la arena? Por qu?

Repaso

embudoaro

soporte

varilla

vaso de precipitados

9

Los materiales Captulo 1

Los cambios de estado

La materia que forma a los materiales que utilizamos se puede presentar en diferentes estados, los ms conocidos son el estado slido, el lquido y el gaseoso. Cabe mencionar que la materia tambin se puede encontrar en estado plasma (por ejemplo, la materia que compone la llama de la cocina o la del interior de los televisores plasma).

Durante un cambio de estado el material sigue siendo el mismo, por ejemplo, cuando el agua lquida se congela, se forma hielo, que es agua s-lida. A su vez, si el hielo se funde, se derrite, origina agua lquida. Por eso, decimos que los cambios de estado son cambios fsicos.Cambios fsicos. Ver unidad 3.

Estado plasma. Ver unidad 7.

NOTAS DE LABORATORIO

Distintas velocidades de evaporacin

Objetivo: comparar las velocidades de evaporacin de tres lquidos diferentes. Recursos

Tres frascos gotero, uno con alcohol, otro con agua y el tercero con aceite.

Un plato chico. Un reloj con segundero o cronmetro.

Procedimiento1. Coloquen una gota de cada lquido sobre el plato.

Cul se evaporar ms rpido?

2. Con el reloj, midan el tiempo que tardan en evaporar-se total o casi totalmente y regstrenlo en una tabla.

3. Cul se evapor ms rpido? Coinciden los resulta-dos con sus anticipaciones? Escriban sus conclusiones.

La vaporizacinLa vaporizacin puede producirse mediante dos procesos diferentes: la

evaporacin y la ebullicin. La evaporacin es un proceso espontneo que se produce a cualquier temperatura y en la superficie de un lquido. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando dejamos secar la ropa al sol.

Durante el proceso de ebullicin, el lquido tambin se vaporiza, pero solo cuando alcanza una determinada temperatura, a la que hierve. En este caso, adems, el cambio de estado se produce en toda la masa lquida; por eso, se pueden observar burbujas por todo el lquido.

EvaporacinEbullicin

Slido

GaseosoLquido

Fusin

Vaporizacin

Condensacin

Solidificacin Volatilizacin

Sublimacin

vaporizacin

evaporacin ebullicin

solo en la superficie

en todo el lquido

experiencia n. 1

Ver video en http://bit.ly/EDV_FQ_1010

Materia y energaBloque I

La condensacin Cuando una persona da aliento sobre sus anteojos para limpiarlos, las

lentes se empaan. Esto ocurre porque el aire que exhala contiene agua en estado gaseoso (vapor de agua) que, al chocar contra el vidrio de los an-teojos, que est ms fro, pasa al estado lquido. Este cambio de estado se llama condensacin.

Si la fase lquida est (o puede estar) en contacto con la fase gaseosa, a esta ltima la llamamos vapor.

Temperatura de cambios de estadoPara que un material slido pase al estado lquido, hay que calentarlo.

Este pasaje comienza cuando alcanza una determinada temperatura, que vara segn el material, llamada temperatura de fusin. Una vez que se fundi todo el material, si se sigue calentando el lquido que se obtuvo, se puede alcanzar la temperatura de ebullicin. Entonces, se producir, en todas las zonas del lquido, el pasaje hacia el estado gaseoso.

En algunos casos, la fusin y la ebullicin ocurren a una temperatura constante. En otros, en cambio, la temperatura va variando durante el cam-bio de estado. En el primer caso, decimos que el material es una sustancia; en el segundo, que es una mezcla. Por ejemplo, el agua (pura), que es una sustancia, hierve a 100 C a presin atmosfrica normal. Esta temperatura se mantiene, a pesar de que la sigamos calentando, durante todo el tiempo que dura la ebullicin, esto es, hasta que todo el lquido pas al estado gaseoso.

En cambio, si calentamos agua salada, que es una mezcla, a presin at-mosfrica normal, comenzar a hervir a una temperatura algo superior a los 100 C, y a medida que hierve, esta temperatura ir continuamente en leve aumento. Este fenmeno que se produce en el caso de las soluciones (mezclas homogneas) se denomina ascenso ebulloscpico.

Tanto la fusin como la ebullicin son ejemplos de cambios que, para producirse, requieren que se caliente el material. Decimos que son procesos endotrmicos porque es necesario entregar energa, en forma de calor, para que se produzcan.

Por el contrario, otros cambios de estado (como los opuestos a los an-teriores, la solidificacin y la condensacin) requieren que el material se enfre. Se trata de procesos exotrmicos. Por ejemplo, para solidificar un l-quido es necesario enfriarlo, esto es, extraer energa en forma de calor.

Licuacin. Ver unidad 7.

Valores de temperatura en funcin del tiempo, al calentar en forma continua una determinada cantidad de una sustancia.

La niebla se forma por con-densacin, cuando parte del vapor de agua del aire condensa en gotas muy pequeas, que quedan en suspensin en el aire.

el material sigue siendo el mismo antes y despus del cambio de estado

procesos

endotrmicos exotrmicos

Temperatura

Slido

Slido + Lquido

Lquido

Lquido + Gas

Gas

Tiempo

11

Los materiales Captulo 1

NOTAS DE LABORATORIO

La conservacin de alimentos y la mezcla frigorficaQuizs hayan visto que, para mantener bien fras las bebidas, se pueden

sumergir las botellas en una mezcla de hielo y sal, conocida como mezcla fri-gorfica. Esta mezcla puede alcanzar temperaturas cercanas a -10 C. Cmo es posible que el agua lquida alcance una temperatura inferior a 0 C?

Al agregar sal al hielo, la sal se disuelve en el agua lquida que siempre acompaa al hielo. Entonces, parte del hielo funde, de modo que sigue existien-do algo de agua lquida en contacto con el hielo. El proceso de fusin es endo-trmico, y parte de la energa interna de la mezcla (hielo-sal) se utiliza para el cambio de estado. Por eso, la mezcla se enfra y alcanza valores menores a 0 C.

Cuando hay sal presente, es posible tener agua lquida con hielo a una temperatura menor a 0 C. Esto no sera posible con agua pura, que congela a 0 C. La congelacin o solidificacin es el proceso inverso a la fusin. Am-bas se producen a la misma temperatura; la primera, por enfriamiento del lquido; y la segunda, por calentamiento del slido.

El agua salada comienza a hervir a una temperatura algo superior a la del agua pura. Qu ocurre con la temperatura de congelacin? Si enfria-mos agua salada, el agua comienza a congelar a una temperatura inferior a 0 C. Por este motivo, en los lugares muy fros, para prevenir la formacin de hielo en las calles, se esparce sal. De ese modo, se logra que no se forme hielo aunque la temperatura baje unos grados por debajo de 0 C.

El proceso de fusin es endotrmico

Temperatura de solidificacin

Objetivo: Fabricar helados sin usar la heladera. Recursos

Un recipiente trmico (de los que se usan para con-servar helados).

Hielo. Un paquete de sal gruesa. Una cuchara. Un vasito de caf. Medio vaso de jugo de frutas. Palitos de madera (de los de helado o de brochette).

Procedimiento1. En un recipiente trmico grande, coloquen hielo y

agreguen sal gruesa (una parte de sal por cada dos o tres partes de hielo). Mezclen con la cuchara.

2. En el vasito de caf, pongan jugo de fruta hasta algo ms de la mitad. Revuelvan con el palito de madera y djenlo adentro.

3. Ubiquen el vasito en la mezcla frigorfica. El conteni-do del vasito se ir congelando. Cuando ya est slido, podrn disfrutar del helado obtenido.

4. Escriban un informe de la experiencia. No olviden responder estas preguntas.a. Por qu la mezcla de hielo y sal hace que los ju-

gos de fruta congelen? b. Todos los jugos de fruta congelan a la misma tem-

peratura? Qu podran hacer para comprobarlo?c. Cmo podran recuperar la sal utilizada para pre-

parar la mezcla frigorfica? Diseen un mtodo.

Vean este video: http://bit.ly/EDV_FQ_12_2

Comparen el procedimiento que

se muestra en el video con el de

la receta.

Ver video en: http://bit.ly/EDV_FQ_12_1

experiencia n. 2

12

Materia y energaBloque I

5. Cuando nos duchamos con agua caliente, los azule-jos del bao quedan mojados. De dnde proviene el agua que los moja? Cmo se forma?

6. Cuando hervimos agua en una pava, se forma una es-pecie de nube cerca del pico. No se trata de vapor de agua, porque el vapor de agua es invisible. Qu es entonces?

7. Por qu sentimos fro cuando salimos del mar o de una pileta? Utilicen el modelo cintico-corpuscular y los conceptos de cambios exotrmicos y endotrmi-cos para elaborar la respuesta.

8. Justifiquen los resultados de la actividad de la p-gina 10 segn el modelo cintico-corpuscular. En

cul de los lquidos las interacciones entre las part-culas son ms intensas?

9. Intenten explicar, haciendo uso del modelo cintico-corpuscular, el proceso de solidificacin de una sus-tancia. Luego, comparen sus explicaciones con las que elaboraron sus compaeros y, entre todos, con ayuda del profesor o la profesora, escriban un texto consensuado.

10. El agua mineral, es agua pura? Cmo lo saben?

11. Al calentar sopa en una olla con tapa, al cabo de un rato se pueden apreciar en la tapa gotitas de un lquido incoloro, que es agua. Expliquen lo que su-cedi.

Problemas

El modelo cintico-corpuscular para explicar los cambios de estado

Para explicar las caractersticas de los diferentes estados de agregacin y de los cambios de estado, los cientficos propusieron un modelo: el modelo cintico-corpuscular (MCC), segn el cual la materia que forma a los cuer-pos es discontinua. Esto quiere decir que est formada por partculas sub-microscpicas (que no se pueden ver a travs de un microscopio) en cons-tante movimiento.

Segn este modelo, la temperatura de un cuerpo est relacionada con la velocidad media de las partculas que lo forman. Si se calienta un cuer-po (lquido, slido o gaseoso), aumenta su temperatura e inferimos que las partculas se mueven ms rpido. A medida que aumenta la temperatura, las partculas adquieren mayor libertad de movimiento, el cual ser catico y ms desordenado.

Por ejemplo, para que en una sustancia se produzca el pasaje del estado lquido al gaseoso (vaporizacin) es necesario entregar energa en forma de calor. Al recibir esta energa, las partculas se mueven cada vez ms rpido hasta alcanzar una temperatura a la cual vencen las fuerzas de atraccin que las mantenan unidas.

Cuanto ms intensas sean las interacciones que existen entre las part-culas, mayor ser la energa necesaria para separarlas, y, por lo tanto, mayor ser tambin la temperatura a la que se produzca el cambio de estado de la sustancia. Mientras dura este proceso, la energa que recibe por calen-tamiento no es utilizada para aumentar la velocidad de las partculas. La temperatura, entonces, no cambia y la energa se utiliza para el proceso de ebullicin.

Si imaginamos que hace-mos un zoom de lo que est ocurriendo con las part-culas de agua dentro de un recipiente en el que la esta-mos calentando, se podra representar con partculas que se mueven libremente y por todo el espacio dispo-nible al pasar del estado lquido al gaseoso.

Agua lquida

Agua durante el cambio de estado

Agua en estadogaseoso

13

Los materiales Captulo 1

12. Si, luego de hacer la cromatografa de una tinta ne-gra, volviramos a mezclar los pigmentos de colores obtenidos, qu ocurrira? Por qu?

13. Si la tinta del marcador en lugar de ser al agua fuera permanente, podramos separar sus componentes de la forma que hemos descrito? Por qu?

Repaso

La destilacin y la cromatografa

Las soluciones, como vimos al comienzo de esta unidad, son mezclas cu-yos componentes no se pueden diferenciar ni siquiera con un microscopio. Existe alguna forma de separar esos componentes?

Los componentes de muchas soluciones se pueden separar mediante el mtodo de destilacin simple. Este mtodo consiste en calentar una solucin hasta que comience a hervir. Entonces, el componente ms voltil se des-prende como vapor. Luego, se hace chocar ese vapor contra una superficie fra, de modo que se condense y caiga en un recipiente diferente del origi-nal, donde qued el otro o los otros componentes. Por ejemplo, si destilamos agua salada, las sales quedan en el recipiente original, mientras que el agua se evapora, se condensa y pasa al segundo recipiente. El agua as obtenida se llama agua destilada. Este mtodo solo es efectivo cuando los componentes de la solucin tienen temperaturas de ebullicin muy diferentes.

Para separar dos o ms componentes de una solucin que tienen puntos de ebullicin cercanos, se puede utilizar la destilacin fraccionada. Con este mtodo, por ejemplo, se obtienen, a partir del petrleo, mezclas como la nafta, el queroseno y el gasoil.

La cromatografa es una tcnica que sirve para separar los componen-tes de una mezcla. En esta tcnica, se utiliza una fase fija, como el papel, y una fase mvil, que puede ser agua, alcohol u otros lquidos. Por ejemplo, mediante este mtodo se pueden separar los componentes de la tinta de marcador negro al agua. Para ello, se toma una tira de papel absorbente y se le hace una marca a unos 5 cm de uno de los lados ms cortos. Luego se su-merge la tira con este borde hacia abajo en un vaso con unos 2 cm de agua y se espera hasta que el agua suba por el papel y arrastre la mancha.

Aparato de destilacin. El vapor del componente ms voltil condensa en el tubo refrigerante y pasa a otro recipiente.

destilacin

doble cambio de estado(vaporizacin/condensacin)

parece fcil de hacer!

probar en casa

termmetro

balnmechero

soporte

solucin de agua

y sal

salida de agua

refrigerante

agua destiladaentrada de agua

14

Materia y energaBloque I

soluciones mezclas homogneas

Las soluciones

Las soluciones pueden presentarse en los tres estados. El aire puro, por ejemplo, es una solucin gaseosa. Est formado por una mezcla de nitr-geno (78%), oxgeno (20,9%), argn (0,9%), dixido de carbono (0,03%), pro-porciones variables de vapor de agua y pequeas cantidades de otros gases, como nen, helio, criptn, xenn y ozono.

Tambin existen soluciones lquidas, por ejemplo, el agua de mar filtra-da, el agua mineral, la colonia de bao y el aceite comestible.

Entre las soluciones slidas se encuentran las aleaciones, que son mez-clas de materiales slidos en las que intervienen uno o ms metales. El bronce, por ejemplo, es una aleacin compuesta principalmente por cobre (cerca de un 80%) y estao, con agregados de cinc o aluminio, entre otros materiales. Histricamente, se lo utiliz para fabricar utensilios, puntas de lanza, dagas, espadas, herramientas, estatuas y medallas, entre otros.

Segn la composicin de la solucin, se puede lograr que el material ob-tenido tenga diferentes propiedades. En general, los bronces son maleables (con ellos se pueden formar hojas o planchas delgadas), duros (difciles de rayar), fcilmente modelables y buenos conductores trmicos. Sin embargo, por ejemplo, segn su composicin, puede variar su elasticidad.

Tambin los aceros son aleaciones; en este caso, de hierro con peque-as cantidades de carbono. Son ms duros y resistentes a los golpes que el hierro. Hay diferentes tipos de aceros. Los aceros inoxidables, por ejemplo, contienen, adems, otros metales, como cromo, cobalto y nquel. Con este material se fabrican, entre otros, cacerolas, cucharas, prtesis y adornos.

Para fabricar campanas, se utiliza un bronce de 78% de cobre y 22% de estao, que es el que tiene mucha sonoridad.

Las aguas saborizadas son soluciones lqui-das en las que el componente ms abun-dante es el agua.

14. Busquen informacin sobre qu son las amalgamas, expliquen qu tipo de mezclas son e indiquen su composicin.

15. Lean la etiqueta de un agua saborizada y anoten sus componentes. Comparen lo que registraron

con lo que anotaron otros compaeros. Todas las aguas saborizadas tienen la misma composicin?

16. La plata es un material dctil y buen conductor de la corriente elctrica. Sin embargo, no se usa para hacer cables, mientras que el cobre s. Por qu?

Problemas

aleaciones

bronce contiene cobre

acero contiene hierro

15

Los materiales Captulo 1

La solubilidad y el proceso de disolucinTodos los materiales se disuelven en agua? Qu sucede si colocamos

en tres vasos igual cantidad de agua y agregamos una cucharadita de sal en uno, en el otro una de azcar y en el tercero una de hierro en polvo? Luego de revolver, en los dos primeros vasos quedar un lquido incoloro, transpa-rente y homogneo. Son soluciones. Los slidos agregados ya no se vern, se habrn disuelto. En cambio, en el tercer vaso, el hierro permanecer en el fondo; no se disuelve. Se trata de una mezcla heterognea.

En una solucin (sc), el componente que est en el mismo estado de agre-gacin que la solucin se denomina solvente (sv). En los ejemplos anteriores, el agua sera el solvente. El material disuelto se llama soluto (st). Otra forma de distinguir soluto y solvente es por la proporcin en la que se encuentran. En la mayora de los casos, el solvente es el componente que est en mayor proporcin en la solucin; y el soluto, el que est en menor proporcin.

El proceso por el cual se forma una solucin, a partir del soluto y el sol-vente, se llama disolucin. Si aadiramos tres cucharaditas ms de sal en el primer vaso y tres ms de azcar al segundo vaso y revolviramos, compro-baramos que todo el azcar se disolvi pero no ocurri lo mismo con la sal, parte qued sin disolverse. Si bien algunos slidos no se disuelven en agua y otros s, de estos ltimos algunos se disuelven ms que otros. Por ejemplo, en agua a temperatura ambiente, el azcar es ms soluble que la sal. Entonces, a una determinada temperatura, en una determinada cantidad de solvente, se puede disolver una cantidad mxima de soluto. Esta es una propiedad llamada solubilidad de una sustancia en un determinado solvente.

El solvente no siempre es agua. Por ejemplo, la tintura de yodo o alcohol iodado es una solucin usada como fungicida, bactericida y antisptico. En ella, el solvente no es el agua, sino el alcohol. Se trata de una solucin bina-ria, es decir que est formada por dos componentes; en este caso, el alcohol y el yodo. Si uno de los componentes de una solucin es el agua, se dice que es una solucin acuosa. Cuando se menciona una solucin sin indicar cul es el solvente, se da por entendido que es agua.

Cmo se forma una solucin? Por qu dejamos de ver los componentes de la mezcla? Segn el modelo cintico-corpuscular, las partculas de soluto se mezclan entre las de solvente. Ninguna de estas partculas es visible; por eso, en la solucin, no se diferencian fases. Para que una sustancia se disuel-va en otra, las partculas que la forman tienen que separarse y distribuirse entre las del solvente. Entre las partculas que forman el soluto y las del solvente, entonces, tienen que existir interacciones (fuerzas de atraccin).

La tintura de yodo es una solucin de yodo en alcohol.

Las partculas de soluto (azcar) se distribuyen uni-formemente entre las part-culas de solvente (agua).

soluto + solvente = solucin

sv agua sc acuosa

algunos slidos se disuelven en agua, otros no

azcar

agua aguaazucarada

Solvente

Soluto

16

Materia y energaBloque I

NOTAS DE LABORATORIO

Factores que influyen en la velocidad de disolucinPara preparar rpidamente una leche chocolatada, hay que tener en

cuenta algunos detalles. El chocolate se disolver ms rpido si lo colocamos molido, es decir, el

tamao de los trozos de soluto influye en la velocidad del proceso de disolucin. Esto se debe a que, al estar en polvo, hay mayor superficie de contacto entre el soluto y el solvente. As, las partculas de soluto se distribuirn ms fcil y rpidamente entre las partculas del solvente.

Tambin la temperatura del solvente influye en el proceso de disolucin. Como pudieron comprobar, el chocolate se disuelve ms rpido en le-che caliente que en leche fra. Esto es debido a que, a mayor tempera-tura, tanto las partculas del soluto como las del solvente se mueven a mayor velocidad, por lo que se mezclan con mayor rapidez.

Si agitamos la mezcla, facilitamos la distribucin de las partculas de los componentes del chocolate (que es el soluto) entre las partculas de los componentes de la leche (que es el solvente). La agitacin du-rante el proceso de disolucin aumenta la velocidad del proceso.

Preparar una leche chocolatada

Objetivo: Explorar algunos factores que influyen en la velocidad de disolucin de un soluto en un solvente.

Recursos

Media barra de chocolate de taza. Tres barras de chocolate rallado o en polvo. Una cuchara de t. 6 vasos numerados. Leche (caliente, fra y a temperatura ambiente).

Procedimiento1. Escriban sus anticipaciones:

a. Ser lo mismo usar chocolate en barra que en polvo? Se disolvern con la misma rapidez?

b. Habr diferencia si usan leche fra o caliente? Por qu?

2. En los vasos 1, 2, 3 y 4 coloquen igual cantidad de leche tibia.

3. En el vaso 1 agreguen media barrita de chocolate y, en el 2, igual cantidad de chocolate en polvo. Se di-suelve con la misma rapidez en los dos casos?

4. En los vasos 3 y 4, agreguen una cucharada al ras de chocolate en polvo. En el 3, revuelvan con la cuchara; en el 4, no. En cul se disolvi ms rpido?

5. Cmo comprobaran si la temperatura influye en la rapidez de disolucin? Qu mantendran constante en los vasos? Por qu? Anoten sus respuestas.

6. Coloquen una cucharada al ras de chocolate en polvo en un vaso con leche bien caliente (alrededor de 80 C) y revuelvan. En otro vaso con igual cantidad de leche fra (5 C aproximadamente) coloquen una cuchara-da al ras de chocolate en polvo y revuelvan. En qu vaso se form la chocolatada primero?

7. a. Coincidieron sus anticipaciones con las observa- ciones? Por qu?b. Por qu, en todos los casos, en el par de vasos se

puso la misma cantidad de chocolate y de leche? Qu se modific en cada caso?

8. Cules son los factores estudiados que influyen en la rapidez de disolucin del chocolate en leche? Ex-pliquen lo observado en 3, 4 y 6 haciendo uso del modelo cintico-corpuscular. Cules son los factores que influyen en la rapidez de disolucin?

la rapidez de disolucin depende de:* tamao de los trozos de soluto* temperatura de solvente* agitacin

experiencia n. 3

Ver video en: http://bit.ly/EDV_FQ_17

17

Los materiales Captulo 1

17. Sebastin necesita preparar una solucin de bicarbo-nato de sodio al 3% m/m, segn le indic el mdico, para limpiar unas llagas. Compr 6 g de bicarbonato. a. Cuntos gramos de solucin podr preparar con

esa cantidad de soluto segn la concentracin indicada?

b. Cuntos gramos de agua deber utilizar?c. Si tuviera 250 g de agua, cuntos gramos de

bicarbonato tendra que disolver para lograr la misma composicin?

18. En el sobre de un polvo para preparar jugo, se men-ciona que su rendimiento es de 1 l y que contiene 35 g de polvo. a. Cuntos sobres se necesitan para preparar, por

agregado de agua, 4 l de jugo?b. Cul es la composicin expresada en porcentaje

de masa en volumen (% m/V)?c. Cuntos gramos de soluto estn disueltos en 1/4 l

de la bebida? A cuntos cm3 corresponde este volumen?

Problemas

La composicin de una solucinPara caracterizar una solucin, alcanza con indicar cules son sus com-

ponentes? No, hay que indicar, adems, en qu proporcin se encuentran. Es decir que la composicin de una solucin incluye dos aspectos: uno cua-litativo (cules son los componentes) y otro cuantitativo (en qu proporcin se encuentran esos componentes).

La composicin de una solucin se puede indicar con porcentajes. Una forma de expresarla es mediante el porcentaje en masa (% m/m), esto es, indicando cuntos gramos de soluto estn disueltos cada 100 g de solucin.

Por ejemplo, para preparar 500 g de una solucin acuosa de bicarbonato de sodio al 2% m/m, tendramos que mezclar 10 g de bicarbonato con 490 g de agua. Cmo se llega a determinar esta proporcin? Que la solucin sea al 2% m/m significa que cada 100 g de solucin tiene que haber 2 g de soluto. Entonces, en 500 g de solucin tienen que estar disueltos:

100 g sc 2 g st 2 g st 500 g sc = 10 g st500 g sc x = 100 g sc

Entonces, si en 500 g de solucin hay 10 g de soluto, el resto es solvente:

500 g sc 10 g st = 490 g sv

Otra forma de expresar la composicin de una solucin es mediante el porcentaje masa en volumen (% m/V). En este caso, lo que se indica es cun-tos gramos de soluto estn disueltos en 100 cm3 (ml) de solucin.

Por ejemplo, para fabricar tintura de yodo se disuelven en alcohol 2 g de yodo (el soluto) por cada 100 cm3 de solucin. La composicin de la tintu-ra de yodo es, entonces, del 2% m/V. Si se quisiera preparar medio litro de una solucin de yodo en alcohol al 4% m/V, cuntos gramos de soluto se precisaran?

100 cm3 sc 4 g st

500 cm3 sc x = 500 4 = 20 g st 100

1 cm3 = 1 ml

sc = solucinst = soluto

sv = solvente

agua

solucin acuosa de bicarbonato

bicarbonato

18

Materia y energaBloque I

19. Un sobre de polvo para preparar jugo de 35 g rinde 1 l. Si disolvemos 4,5 g de polvo en 2 l de agua, qu tipo de solucin se formar?

20. Para diluir una solucin, hay que agregar o elimi-nar solvente? Por qu? Para obtener una solucin ms concentrada, qu hay que agregar? Por qu?

21. La solubilidad del oxgeno en el agua a 20 C es de 9 mg de oxgeno por cada litro de agua. Para respirar, los peces necesitan un medio acuoso en el que haya 3 mg de oxgeno por cada litro de agua. En qu tipo de solucin de oxgeno en agua sobreviven los peces? Por qu?

Problemas

Tipos de soluciones segn la concentracinComo vimos en la pgina anterior, en una misma cantidad de solvente

se puede disolver diferentes cantidades de soluto. Por ejemplo, cuanto ms caf soluble agreguemos en una determinada cantidad de agua, ms inten-sos sern el sabor y el color. La solucin, entonces, es ms concentrada.

Para hacer que una solucin sea ms concentrada, se puede agregar ms soluto, como en el caso del caf del prrafo anterior, o bien extraer parte del solvente. Una solucin que contiene 2,5 g de soluto en 100 g de agua es ms concentrada que una que contiene 1,8 g de soluto en 100 g de agua, que es ms diluida.

Si a una solucin le seguimos agregando soluto, llegar un momento en el que no se podr disolver ms. Entonces, la solucin est saturada. Una solucin saturada de un soluto en un solvente es la que presenta la mxima proporcin de soluto que puede permanecer disuelto en ese solvente, en forma estable, a una temperatura dada.

Como ya mencionamos, la solubilidad de una sustancia en un determina-do solvente, a una temperatura determinada, es la composicin de la solu-cin saturada a dicha temperatura. Esta composicin se expresa, generalmen-te, en gramos de soluto cada 100 g de solvente, pero tambin se puede expresar en gramos de soluto en 100 ml de solvente o en gramos de soluto en 100 ml de solucin.

Si la concentracin de una solucin es menor que la que corresponde a la solubilidad de ese soluto en ese solvente a esa temperatura, se trata de una solucin no saturada.

En algunos casos, al preparar una solucin, el soluto puede quedar disuel-to en una proporcin algo mayor que la que corresponde a su solubilidad. Se forma, entonces, una solucin sobresaturada, que es inestable. Esto puede evitarse agitando de manera constante la solucin durante la preparacin.

diluida

concentrada

saturada

no saturada

saturada

diluidaconcentrada

sobresaturada

Concentrado Diluido

19

Los materiales Captulo 1

22. Expliquen el proceso de rehidratacin de la fruta seca cuando se la coloca en agua. Tengan en cuenta el con-cepto de smosis.

Repaso

reducir la cantidad de agua en un alimento

mejor conservacin

membrana semipermeable

las molculas pequeas pasan, las grandes no

Representacin esquemtica del proceso de smosis.

Las frutas deshidratadas osmticamente conservan, en alto grado, su color, sabor y aroma.

Si dejamos una fruta jugosa al sol por unas horas, pierde agua.

La concentracin y la presin osmticaLa mayor o menor concentracin de una solucin acuosa influye en

sus propiedades. En la deshidratacin de frutas tenemos un buen ejemplo. Cuanto ms agua contiene un alimento, mayor es la facilidad con que pue-den desarrollarse todo tipo de microorganismos. Es por ello que, reduciendo la cantidad de agua disponible en un alimento, se logra una mejor conser-vacin. Por ejemplo, las frutas secas o deshidratadas mantienen muchas de las caractersticas de las frutas frescas de las que provienen y tienen la ven-taja de que se conservan comestibles durante muchos meses sin necesidad de refrigeracin.

Para deshidratar frutas que tienen alto contenido de agua, como el me-ln, la pera y el kiwi, el mtodo utilizado es el de deshidratacin osmtica. Se sumerge la fruta (en trozos y pelada) en una solucin muy concentrada de azcar y agua. Debido a la gran diferencia entre la concentracin de so-lutos en el interior de los distintos tejidos de las frutas y la de la solucin exterior, el agua del interior de las clulas atraviesa las membranas celula-res y pasa a formar parte del agua azucarada. Las membranas celulares son semipermeables, permiten el paso de las molculas de agua pero no el de las molculas de azcar. El solvente (agua) es impulsado desde la solucin ms diluida (el interior de la clula) hacia la ms concentrada (la solucin exterior en la que la fruta est sumergida). Esto sucede hasta que se iguala la con-centracin de las dos soluciones. Este proceso se denomina smosis, y acta la presin osmtica.

Luego, por secado, se elimina el resto de humedad que queda en los tro-zos de fruta y as se extiende la vida til del producto por un tiempo mayor. Durante el proceso de desecacin de la fruta fresca sin romper clulas, su contenido en agua disminuye mucho, por lo que la concentracin de los nutrientes y azcares aumenta. Las frutas secas se pueden consumir direc-tamente o se las puede rehidratar primero, ponindolas en remojo en agua.

A B

membrana semipermeable

solvente

soluto

20

Materia y energaBloque I

Los gases

Sabemos que la materia puede presentarse en por lo menos cuatro estados: gaseoso, lquido, slido y plasma. Hacia fines del siglo xvii, al experimentar con gases, los cientficos comprobaron que todos tienen un comportamiento semejante, lo que los llev a pensar que su estructura interna (la que no vemos) es sencilla y comn a todos ellos. El estado gaseoso fue, entonces, el ms estudiado y el primero para el cual se elabor un modelo que explicara su comportamiento y sus propiedades macroscpicas con una descripcin submicroscpica. Los cientficos comprobaron que una cantidad de gas ocupa un volumen, que est determinado por la presin y la temperatura a las cuales se encuentra. Se suele decir que, para una determinada cantidad de gas, el volumen, la temperatura y la presin son las variables de estado.

Las leyes de los gases dan cuenta del comportamiento de una determinada cantidad de un material en estado gaseoso, independientemente de cul sea el material.

Ley de BoyleAl inflar las ruedas de una bicicleta, es posible notar que, al empujar el

mbolo hacia abajo, antes que el gas pase del inflador a la cmara de la cubierta de la bici, est ejerciendo presin, y que el volumen disminuye a pesar de que la cantidad de aire permanece constante.

Robert Boyle (1627-1691) estudi los cambios que se producen en el volumen de una determinada cantidad de gas a una temperatura constante cuando se modifica la presin. Esta puede medirse en diferentes unidades. Para los gases se suele usar la unidad llamada atmsfera, que se simboliza con la abreviatura atm.

La Ley de Boyle establece que, para un gas ideal, la presin y el volumen son inversamente proporcionales, siempre que la temperatura y la cantidad de gas se mantengan constantes. Matemticamente se puede representar de este modo:

P V = k

Donde V es el volumen, P la presin y k es una constante. Al representarlo en un grfico, como el que se encuentra en el lateral, se observa una curva.

Para fabricar un inflador: http://bit.ly/EDV_FQ_21_1

1 atm = 1013,25 hectopascales

P P PV V V

y de Mariotte!

Si la temperatura y la canti-dad de gas son constantes, al duplicar la presin el volu-men se reduce a la mitad.

23. Ingresen a esta pgina web: http://bit.ly/EDV_FQ_21 _2 y utilicen el simulador para responder las siguientes preguntas:a. Cambian los valores de la temperatura y la can-

tidad de gas al modificar la presin?b. Qu influencia de la presin con respecto al vo-

lumen, y viceversa, pueden apreciar?

24. Si se reduce el volumen de una cantidad de gas au-mentando su presin, cul/es de las siguientes op-ciones corresponde a lo que ocurre?a. Se reduce el nmero de partculas del gas.b. El nmero de partculas del gas no cambia.c. Se reduce el espacio entre las partculas del gas.d. Se achican las partculas.

Problemas

Volumen (en l)0

0

1

2

3

4

1,5

2,5

3,5

0,5

1 2 3 4 5

Presin (en atm)

21

Los materiales Captulo 1

Ley de CharlesA fines del siglo xviii, el cientfico francs Jacques Charles (1746-1823)

corrobor experimentalmente que si se incrementa la temperatura de una cierta masa de gas y se mantiene la presin constante, su volumen aumen-ta. Es decir, si la presin y la cantidad de gas son constantes, al aumentar la temperatura, el volumen tambin aumenta.

Encontr que este aumento era directamente proporcional a la tem-peratura absoluta y enunci la hoy llamada Ley de Charles: para una de-terminada masa de gas a presin constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura expresada en la escala Kelvin. La expresin matemtica de esta ley es:

V/T = k

Donde V es el volumen, T la temperatura absoluta y k una constante.

Ley de Charles y Gay-LussacEn los envases de los aerosoles suele aparecer la leyenda no exponer, ni

arrojar al fuego. Esto se debe a que un aumento de la temperatura determi-nara un aumento de la presin en el interior del envase rgido (volumen constante y la misma cantidad de gas), y explotara.

Jaques Charles trabaj sobre esa relacin de proporcionalidad, aunque no public su investigacin. La ley fue publicada finalmente a comienzos del siglo xix por Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850), quien hizo referencia al trabajo de su compaero. Por este motivo, la ley lleva el nombre de los dos cientficos que la han desarrollado.

La Ley de Charles y Gay-Lussac expresa que la presin ejercida por una determinada cantidad de gas aumenta de manera proporcional con el au-mento de la temperatura absoluta, siempre que el volumen se mantenga constante.

Para una dada masa gaseosa a volumen constante, la presin y la tempe-ratura absoluta son directamente proporcionales. Matemticamente, esta ley se puede expresar como:

P/T = k

Donde P es la presin, T la temperatura absoluta y k una constante.

Si la presin y la cantidad de gas son constantes; al aumentar la tempe-ratura, el volumen tambin aumenta.

Lord Kelvin propuso una escala de temperatura ab-soluta, cuyo 0 corresponde a la temperatura mnima posible para la materia.

V V VT T T

P P PT T T

atar un hilo alrededor de un globo y ponerlo al sol.Explotar?

Temperatura (en K)

00

1

2

1,5

2,5

0,5

100 200 300 400 500

Volumen (en l)

entonces, temperatura en Kelvin = temperatura en grados Celsius + 273

Kelvin

373 K

273 K

0 K

100 C

0 C

-273 C

Celsius

22

Materia y energaBloque I

Boyle y Mariotte: mismo tema, otro lugarRobert Boyle naci en Irlanda en el seno de una familia de la nobleza.

Experiment en el campo de la qumica, en particular con propiedades de los gases. Es considerado uno de los fundadores de la qumica moderna. Los razonamientos de Robert Boyle sobre el comportamiento de la materia a nivel corpuscular fueron novedosos para su poca. En la segunda versin de su obra Nuevos experimentos fsico-mecnicos acerca de la elasticidad del aire y sus efectos (1662), est publicada la ley sobre el comportamiento de los gases que lleva su nombre.

En la misma poca, en Dijon, Francia, Edme Mariotte (1620-1684), un f-sico francs y monje del monasterio de Saint-Martin-sous-Beaune, formu-l la misma ley que Boyle haba propuesto, de forma independiente y ms completa que aquel, al establecer que la presin y el volumen de un gas son inversamente proporcionales, si se mantiene constante la temperatura y la cantidad de gas del sistema.

Por este motivo, a la ley que formularon estos dos cientficos tambin se la conoce como Ley de Boyle-Mariotte.

El gas ideal y la ecuacin de estadoLos gases se comportan, con mayor o menor precisin, segn las leyes de

los gases que estudiaron en las pginas anteriores: la Ley de Boyle y Mariotte, la Ley de Charles, y la Ley de Charles y Gay-Lussac.

Los cientficos imaginaron un gas para el cual se cumplen estas leyes en forma rigurosa, cualquiera sea la presin y la temperatura a la que se en-cuentre, y lo llamaron gas ideal. El gas ideal es, entonces, un modelo.

En el gas ideal, el volumen de las partculas es despreciable (muy peque-o respecto del volumen total del gas); estas partculas no interaccionan entre ellas y estn en movimiento constante y totalmente catico. El com-portamiento de un gas real se acerca al ideal cuando la presin es baja y la temperatura es alta.

Las leyes de los gases expresan, para una masa gaseosa, la relacin entre dos de las tres variables de estado (presin, temperatura y volumen), cuan-do la tercera permanece sin cambio. A partir de las expresiones matem-ticas de las leyes de los gases, se puede deducir la ecuacin de estado del gas ideal, que expresa la relacin de las tres variables de estado para una misma cantidad de gas.

P . V = k T

Considerando el estado inicial y final de un sistema, se puede expresar de la siguiente manera:

Pi . Vi = P f . Vf

Ti Tf

Siendo Pi la presin inicial, Vi el volumen inicial y Ti la temperatura ini-cial expresada en grados Kelvin (K), mientras que Pf, Vf y Tf son las que co-rresponden al estado final.

Edme Mariotte.

Robert Boyle.

Por qu no trabajaron juntos si estaban investigando lo mismo?Habr ahora cientficos investigando los mismos temas, pero trabajando por separado?

23

Los materiales Captulo 1

25. En el grfico de la pgina 22 est representada la variacin del volumen de una determinada canti-dad de gas respecto de la variacin de la tempera-tura medida en la escala Kelvin.a. Cmo se represent en el grfico que la cantidad

de gas no cambi?b. Tomando dos pares ordenados (V, T) verifiquen

matemticamente la Ley de Charles.c. A qu valor corresponde en la escala Kelvin una

temperatura de 124 C?d. Qu temperatura, expresada en C, corresponde

a 400 K?e. Piensen, propongan y expliquen, desde la Ley de

Charles, un ejemplo de la vida diaria.

26. En una fbrica de globos estn ensayando diferen-tes materiales para conocer su resistencia. Quieren averiguar si al aumentar la presin del gas a un de-terminado valor, los globos explotarn. Para ello, inflaron un globo con una cierta cantidad de aire que ocupa un volumen de 2 l, a una temperatura de 29 C y una presin de 1,3 atm.a. Cul es el valor de la temperatura expresada en K?b. Qu ocurrira con el volumen del aire contenido

en el globo si no cambiara la temperatura y la presin se redujera a la mitad?

c. Qu presin alcanzara el globo si el volumen fuera de 2,3 l y la temperatura de 330 K?

d. Cul es el valor de la temperatura final expresa-da en grados Celsius?

Problemas

El modelo cintico-corpuscular para explicar las leyes de los gases

El modelo del gas ideal asume la discontinuidad de la materia y propone que los gases estn formados por partculas muy pequeas en constante movimiento, y que entre ellas hay vaco, es decir, no hay otras partculas. As, el volumen de una determinada cantidad de gas coincide con el espacio por donde se mueven las partculas, que son consideradas como puntua-les, esto es, prcticamente sin volumen: aunque las partculas tienen un volumen propio, es muy pequeo respecto del espacio por donde se mueven. Asimismo, tambin se propone que las interacciones (fuerzas de atraccin) entre las partculas son muy dbiles y pueden ser despreciables.

Teniendo en cuenta que las partculas se mueven por todo el espacio dis-ponible, podemos explicar por qu los gases ocupan todo el espacio que se les brinda y, por otra parte, por qu una masa gaseosa se puede comprimir y expandir con facilidad.

Como acabamos de mencionar, las partculas de un gas se mueven al azar, muy rpido y en todas las direcciones y sentidos. Segn este modelo, la energa promedio debida al movimiento tiene relacin directa con la tem-peratura a la cual se encuentra el gas. A mayor temperatura las partculas tienen ms energa y se mueven ms rpido. Al llegar a las paredes del reci-piente donde se hallan, las partculas del gas chocan contra ellas. Podemos considerar que la presin que ejerce un gas se debe a los impactos que pro-vocan sus partculas sobre las paredes del recipiente que lo contiene.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se puede explicar a nivel submicroscpico el comportamiento de los gases si se modifica algu-na de las variables, como la temperatura, la presin, el volumen o la cantidad de partculas.

recipiente cerrado con un gas adentro:

al calentar, aumenta la velocidad de las partculas

aumenta el nmero de choques con las paredes del recipiente

aumenta la presin

24

Materia y energaBloque I

Materiales, estructuras, propiedades y usos. Ver unidad 6.

Los materiales que usamos y su origen

Bosques, playas, montaas, ciudades, pueblos, carreteras. En todos es-tos lugares vemos diferentes materiales. Usamos materiales para construir edificios, para abrigarnos, para fabricar autos y computadoras, para hacer alhajas y otros adornos y, tambin, como alimentos. Cmo se obtienen esos materiales? Con qu materiales se fabrican remeras y pantalones? Y el oro de los anillos? De dnde proviene el azcar con que endulzamos nues-tras bebidas? Y el cemento para construir una pared? Cmo se obtienen los plsticos con que se fabrican envases y otros objetos?

Actualmente contamos con una gran diversidad de materiales, pero no siempre fue as. Los seres humanos comenzaron aprovechando los materia-les que se encontraban disponibles en su entorno natural y les daban diver-sas aplicaciones. As, con la madera de los rboles hacan muebles, y con la leche de ciertos mamferos se alimentaban, de manera que satisfacan sus necesidades utilizando los materiales naturales tal como se presentaban. Esto fue as durante miles de aos, con cueros, lanas, algunas rocas (como mrmoles o granitos), frutas, etctera. Sin embargo, hoy en da son muy pocos los materiales que se usan tal como se encuentran en la naturaleza.

La mayor parte de los materiales naturales son materias primas con que se elaboran otros; por ejemplo, el petrleo es la materia prima de las naf-tas. Los materiales que se obtienen a partir de materias primas naturales se denominan materiales manufacturados o elaborados. El cemento correspon-de a este tipo de material, pues no existe como tal en la naturaleza sino que se obtiene a partir de piedra caliza, arcilla y yeso, que son materiales naturales.

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnologa, los seres humanos hemos avanzado en el conocimiento de la estructura de los materiales naturales, en su obtencin y en la elaboracin de otros nuevos. Hacia fines del siglo xix y comienzos del siglo xx, se aceler notablemente la produccin de ma-teriales cuya obtencin requiere de procesos complicados y diversos, que provocan complejas transformaciones de las materias primas de origen. Se trata de los materiales artificiales o sintticos. Un ejemplo de materiales sintticos son los plsticos, que se obtienen a partir de materiales prove-nientes del petrleo o del gas natural.

Casi todos los materiales actuales han tenido pro-cesos de elaboracin. Por ejemplo, cuando se esquilan ovejas, la lana que se extrae pasa por una serie de pro-cesos, como la limpieza y el teido, antes de ser usada para hacer un suter.

Materiales naturales manufacturados sintticos

materias primas materiales que se usan para elaborar otros

25

Los materiales Captulo 1

El oro: de la mina al anilloComo ya comentamos, desde que los seres humanos aparecieron en este

planeta, han usado los materiales existentes en la naturaleza, esto es, los recursos naturales. El territorio de nuestro pas nos ofrece una rica y variada gama de recursos naturales, entre ellos los minerales de los cuales podemos extraer metales. Al conjunto de operaciones que se siguen para obtener un metal a partir de los minerales que lo contienen, se lo denomina metalurgia.

De todos los metales conocidos, el oro es uno de los pocos que se encuen-tran en la naturaleza como tal, es decir, en estado nativo.

Como vieron cuando estudiaron los mtodos para la separacin de fases, en la explotacin artesanal del oro presente en arenas se utiliza el mto-do de la levigacin. En cambio, para explotar el oro presente en las rocas actualmente se utiliza otro mtodo, denominado lixiviacin. Se trata de un proceso en el cual una o ms sustancias son extradas de un slido (general-mente triturado o formado por una aglomeracin de partculas) mediante la accin de un lquido (solvente) en el que esas sustancias son solubles.

La explotacin se puede realizar en galeras subterrneas o a cielo abier-to, esto es, en la superficie. La explotacin a cielo abierto comenz, en la Ar-gentina, a fines del siglo pasado. Para sacar los minerales, se realizan explo-siones en las rocas, que forman enormes crteres, como el que se observa en la fotografa de la mina de oro a cielo abierto de esta pgina.

Una vez extraida, la roca que contiene el oro es triturada y molida. Luego, se la mezcla con una solucin acuosa de cianuro de sodio. El oro, al tomar contacto con el cianuro da origen a sales que son solubles en agua. Poste-riormente, para obtener el oro se hace un tratamiento con cinc, con lo que se separa el oro metlico.

El cianuro genera problemas ambientales, contamina las aguas y es txi-co para los seres vivos. Por eso, se ha intentado reemplazarlo por otros ma-teriales. Sin embargo, an no se ha encontrado un sustituto rentable y que no sea txico, por lo cual la cianuracin sigue siendo el proceso ms usado para la extraccin de oro.

Hay zonas mineras en todo el pas. En La Rioja y San Juan usarn el mismo mtodo que utilizaron los lavadores de oro de Tierra del Fuego?

Mineral aurfero.

Una mina de oro a cielo abierto en la provin-cia de Catamarca.

Un hombre buscando oro de manera artesanal.

26

Materia y energaBloque I

Usos del oroLa mayor parte del oro producido se emplea en la acuacin de monedas

y en joyera. Para estos fines, como es muy blando, se utiliza como materia prima para la elaboracin de aleaciones de mayor dureza. Las aleaciones, como vimos en pginas anteriores, son soluciones slidas que contienen por lo menos un metal.

La proporcin de oro en las aleaciones utilizadas en joyera se expresa en quilates. El oro puro es el de 24 quilates, por lo tanto, si una joya es de 18 quilates quiere decir que de 24 partes de la aleacin, solo 18 corresponden a oro puro y el resto es de otros metales. Esto corresponde a un contenido de oro del 75%, ya que:

24 quilates --------------- 100% de oro

18 quilates --------------- x = 75% de oro

La siguiente tabla muestra la composicin porcentual (% m/m) de diversas aleaciones de oro, esto es, cuntos gramos de cada uno de los diversos metales que las componen estn presentes en 100 g del material considerado.

El oro tambin interviene en la estructura de casi todos los dispositivos electrnicos (computadoras, telfonos mviles, tablets y otros). Por su alta conductividad elctrica y elevada resistencia a la oxidacin, es utilizado en los conectores de la batera de los telfonos celulares y en los chips de memoria.

Objetos hechos con oro.

El oro se utiliza en la indus-tria electrnica.

Material Oro Plata Cobre Paladio

Oro amarillo 75% 12,5% 12,5% --

Oro rojo 75% 25% -- --

Oro blanco 75% 15 a 9% -- 10 a 16%

En 1783, Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) descubri que al poner en contacto un trozo de oro con una solucin acuosa de cianuro de sodio, el oro reacciona y se forman sales (cianuros de oro) que quedan disueltas en el agua. Pero fue recin en 1887 que la cianuracin del oro se aplic a la extraccin de este metal, y esto ocurri cuando John Stewart MacArthur (1887-1920), financiado por los herma-nos Robert y William Forrest, desarroll la forma de realizarla. Es por este motivo que a este mtodo se lo

conoce tambin como proceso MacArthur-Forrest. De-bido a la naturaleza txica del cianuro, el proceso es muy controvertido y su uso est prohibido en varios pases y territorios. La primera provincia argentina en promulgar una ley prohibiendo el uso de cianu-ro en minera fue Chubut, en 2002. Le siguieron La Pampa, Mendoza, San Luis, Tucumn y Crdoba. Las provincias de La Rioja y Ro Negro tambin promul-garon este tipo de leyes pero luego las derogaron.

Metalurgia del oro: la salud tambin importa

a) Qu otro nombre recibe el proceso de MacArthur-Forrest?

b) En la provincia que ustedes habitan, se explota el oro? En

caso afirmativo, qu mtodo se utiliza para su extraccin?

27

Los materiales Captulo 1

27. Elaboren un esquema de las etapas de elaboracin del azcar.

28. Calculen cuntos gramos de azcar se pueden disolver, como mximo, en 300 ml de agua a 50 C.

Problemas

El azcar: de la caa a la azucareraQu extenso y variado es nuestro pas! De viaje por el Noroeste Argenti-

no (NOA) se recorren, entre otras, las provincias de Tucumn, Salta y Jujuy. En la provincia de Tucumn, hay muchos caaverales, esto es, grandes ex-tensiones con plantaciones de caa de azcar. En el Noroeste Argentino se produce el 99% del azcar de nuestro pas. La principal provincia producto-ra es Tucumn. El resto de la produccin proviene de las provincias de Salta y de Jujuy.

El azcar de mesa es un material que usamos diariamente para endul-zar, por ejemplo, el caf, el t y algunas comidas. Es muy soluble en agua y algo soluble en alcohol. Por este motivo, el azcar se emplea en la fabrica-cin de bebidas gaseosas y, tambin, en la de jarabes medicinales y licores. La solubilidad del azcar en agua aumenta cuando aumenta la temperatu-ra. Por ejemplo, a 50 C se pueden disolver hasta 260 g de azcar en 100 ml (100 cm3) de agua; pero a 100 C la solubilidad es de 500 g por cada 100 ml de agua. El nombre qumico del azcar de mesa es sacarosa.

La caa de azcar es la principal materia prima para elaborar el azcar. Este proceso se realiza en los ingenios azucareros. Algunos ingenios produ-cen su propia caa de azcar, pero la mayora de ellos la compra a produc-tores caeros independientes.

El proceso de elaboracin del azcar a partir de la caa comienza con la cosecha o zafra, cuando se cortan las caas manualmente con machete o por medios mecnicos. Luego, se las lleva hasta las balanzas. Las que se pueden ver an por los caminos entre los caaverales y los ingenios estn en desuso. Actualmente el control del peso se realiza en el mismo ingenio, y el transporte, que se haca en carretas, se hace ahora con camiones.

Las caas pasan por unos molinos llamados trapiches. En ellos se las comprime para extraer el jugo azucarado que contienen. Luego, este jugo pasa por filtros que separan el lquido de un residuo slido y fibroso llamado bagazo o fibra de caa, que se usa como combustible o como materia prima para elaborar papel.

Despus, el jugo azucarado filtrado es sometido a procesos de clarifica-cin para separar partculas y evitar que el azcar quede oscura. Durante la clarificacin, se espera a que las partculas o lodos sedimenten en el fondo del recipiente y, luego, el jugo clarificado se vuelve a filtrar. Una vez que se volvi a filtrar, el jugo se vierte en unos evaporadores, donde se lo calienta para que se evapore parte del agua. Entonces, se forma un lquido muy con-centrado a partir del cual se realiza la cristalizacin. El azcar cristalizado obtenido, que es de primera calidad, es lavado y secado con aire caliente. De las aguas de lavado se separa azcar de calidad inferior.

Carretas caeras cruzan la laguna; el grillo a la luna le da su cantar y en los valles retumba mi caja; canta con la zafra todo TucumnDe Simoca, del Chango Rodrguez

Zafra mecanizada en la provincia de Tucumn.

28

Materia y energaBloque I

NOTAS DE LABORATORIO

Cristalizacin de azcar

Recursos Agua. Una cacerola o un jarro pequeo para calentar agua. Una fuente de calor (mechero). Azcar. Una cuchara. Un frasco transparente o un vaso trmico grande

(que resista altas temperaturas). Una varilla o un lpiz. Un hilo de algodn (se usa para atar paquetes). Clips o arandelas de metal. Una lupa. Un plato. Papel absorbente o servilleta de papel.

Procedimiento1. Coloquen los elementos como en la fotografa. Vier-

tan el agua en la cacerola y calintenla hasta que hierva. Tomen recaudos para evitar quemaduras.

2. Cuando el agua est caliente, disuelvan, revolvien-do bien, todo el azcar que sea posible. Esto ser, aproximadamente, unos 200 g de azcar por cada 50 ml (50 cm3) de agua.

3. Con mucho cuidado, viertan la solucin en el vaso o frasco transparente. Para que el resultado sea ms vistoso, pueden aadir unas gotas de colorante de alimentos.

4. Aten a la varilla o el lpiz uno o dos trozos de hilo que tengan atados en sus puntas un clip o una arandela.

5. Introduzcan el/los hilos en el agua azucarada, tal como se muestra en la fotografa.

6. Dejen todo el conjunto en reposo durante unos das.

7. Observen a simple vista y con lupa lo que va ocu-rriendo sobre los hilos. Con palabras y con dibujos, describan lo observado. Incluyan fotos.

8. Comparen los cristales obtenidos entre los distintos grupos. Sujetndolo desde el extremo superior del hilo, pueden sacar lo obtenido y, con cuidado, apo-yarlo en un platito, sobre papel absorbente.

9. Analicen cules son las mejores condiciones para lo-grar cristales ms grandes y bonitos. Traten de com-probar las anticipaciones que hayan realizado.

10. Elaboren un informe. Incluyan las conclusiones que elaboraron y las respuestas a estas preguntas.a. Cules son los componentes de la solucin que

prepararon? Cul es el soluto? Cul es el solvente?b. La solucin que prepararon, es saturada? Por

qu?c. Qu proceso se produjo en el interior del vaso con

el azcar de la solucin? d. Qu le ocurri al agua que ya no est presente en

la solucin?e. Aparecieron nuevas sustancias (sustancias que no

estaban al comienzo del proceso)?f. Los cambios que se produjeron son fsicos? Por

qu?

11. Cundo harn la exposicin de los cristales obteni-dos? Se animan a proyectar las fotos que sacaron?

experiencia n. 4

Ver video en: http://bit.ly/EDV_FQ_29

29

Los materiales Captulo 1Bloque I

Los plsticosActualmente es muy difcil imaginar la vida sin los plsticos, pero,

cundo se empezaron a elaborar materiales plsticos? Cmo se obtienen? Por qu se dice que son sintticos o artificiales?

La mayor parte de los materiales plsticos se obtienen a partir de derivados del petrleo y del gas natural. Solo el 4% del total del petrleo y el gas que se extrae se destina a la industria del plstico. El 3% se utiliza en otras industrias, llamadas petroqumicas, donde se elaboran medicamentos, colorantes, detergentes y adhesivos, entre otros. El resto (93%) se usa como combustible.

La primera operacin a que se somete el petrleo para su uso industrial posterior consiste en la separacin de sus componentes mediante destilacin. Una de las fracciones que se obtiene es la nafta. A partir de ella se obtienen sustancias como el etileno o eteno, el propileno o propeno y el benceno, que se usan para elaborar materiales sintticos, como el polietileno, el PVC, el polipropileno y el poliestireno, llamados habitualmente plsticos.

Para obtener estos materiales, con las materias primas se realiza un proceso complejo denominado polimerizacin. Durante este proceso, las materias primas (etileno, propileno, benceno y otras) son los monmeros; y los productos obtenidos, los polmeros.

Cules son las nacionalidades de los cientfico

s

mencionados en esta historia? La actividad

cientfica tiene fronteras geogrficas o de gne

ro?

Plsticos: sus propiedades y usos. Ver unidad 6.

El primer plstico o polmero sinttico, la ba-quelita, fue producido a comienzos del siglo xx por el qumico Leo Baekeland (1863-1944). Ms tarde, las mltiples investigaciones sobre plsticos que realiz el qumico Hermann Staudinger (1881-1965) facilitaron el desarrollo de nuevos materia-les sintticos, como el PVC, los acrlicos y el nailon.

En 1938, el cientfico Roy Plunkett (1910-1994) invent el tefln, que comenz a comercia-lizarse doce aos ms tarde. En 1953, el qumico Karl Ziegler (1898-1973) y su equipo desarrolla-ron el polietileno; y, en 1954, el cientfico Giulio Natta (1903-1979) hizo lo propio con el polipro-pileno; estos son los dos plsticos ms utilizados en la actualidad. Unos aos ms tarde, en 1965, la qumica Stephanie Kwolek (1923-2014) sintetiz el kevlar, un material superresistente que se usa en la fabricacin de chalecos antibalas.

En la dcada de 1970 se produjo un freno en el desarrollo de la industria de los plsticos debido

a que los principales productores de petrleo, los pases rabes, por motivos blicos (guerra con Israel), retacearon el envo de petrleo y, por lo tanto, su precio aument considerablemente. Al mismo tiempo, comenz el desarrollo de unos materiales conocidos como composites, que son mezclas de polmeros sintticos con otros tipos de materiales, como vidrio y cuarzo.

Diez aos ms tarde, se comenzaron a elaborar plsticos conductores d