PRIMER TRIMESTRE ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE …ieslosneveros.es/images/Naturaleza/FCAQCA4ESO/... ·...

PRIMER TRIMESTRE

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE IMPRESCINDIBLES

B1.C3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados. CMCT

B1.C4.1. Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado. CCL, CMCT, CAA, CSC

B1.C4.2. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventivas. CMCT, CAA, CSC

B1.C5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad. CCL, CSC

B2.C6.1. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario. CMCT, CAA

B2.C6.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. CMCT, CAA

B2.C6.3. Relaciona la notación con el número atómico, el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas. CMCT

B2.C7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos. CCL, CAA, CSC

B2.C8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la Tabla Periódica. CCL, CMCT

B2.C9.1. Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación. CCL, CMCT, CAA

B2.C9.2. Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente y calcula sus masas moleculares. CCL, CMCT, CAA

B2.C10.1. Reconoce los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química. CCL, CMCT, CSC

B2.C11.1. Utiliza el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios siguiendo las normas IUPAC. CCL, CMCT, CAA

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Nombre y apellidos: ............................................................................................................................................................................................... Fecha: ........................................................

Unidad inicial

Metodología científica

El conocimiento científico es aquel que surge de estudiar los fenómenos utili-zando un método científico.

Para que algo sea considerado conocimiento científico, debe cumplir las si-guientes características:

• Ser una construcción del ser humano, realizada mediante la contribución de muchas personas a lo largo de la historia.

• Ha de desarrollarse mediante rigurosos métodos de trabajo, englobados en el método científico.

• Basarse en pruebas; nunca se puede basar en creencias, intuiciones o supo-siciones.

• Debe ser acorde con la realidad, y se ha de poder comprobar las veces que se necesite.

La figura muestra un esque-ma simplificado de estos métodos de trabajo, que se reúnen bajo la expresión «método científico».

En ocasiones se nos mues-tra algo como conocimien-to científico, sin serlo. Ha-blamos en estos casos de pseudociencia (falsa cien-cia). Un ejemplo es la as-trología, que no tiene base científica, ni poder de pre-dicción, o la ufología, que es el estudio de los fenóme-nos que se asocian con los ovnis.

Aprende, aplica y avanza

1 Indica en cuáles de los siguientes casos estaríamos hablando de conocimiento científico y en cuáles de pseudociencia.

a) Astrología ………………………………….. b) Astronomía …………………………………..

c) Química ……………………………………… d) Ufología …………………………………........

1 Conocimiento científico

Identificación de un problema

Posible respuesta (hipótesis)

No se cumple

Comprobación con la realidad

Se cumple

Se obtiene conocimiento

científico

La investigación y el método científico

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Unidad inicial

La física y la química son disciplinas científicas cuyo propósito es explicar el mundo en el que vivimos. Ambas centran su estudio en porciones de materia que reciben el nombre de:

• Sistemas materiales, si no tienen límites definidos (como la atmósfera).

• Cuerpos, si presentan límites definidos (como un trozo de hierro o un lápiz).

Los cambios que puede sufrir la materia pueden ser de dos tipos.

Los cambios físicos son aquellos en los que después de que se produzca el cambio se tienen las mismas sustancias.

Un ejemplo de cambio físico es la fundición del hierro. Cuando el hierro al-canza una temperatura de 1540 °C pasa de estado sólido a estado líquido. Se produce un cambio físico, pero sigue siendo la misma sustancia.

Los cambios químicos son aquellos en los que después del cambio se tienen sustancias diferentes a las iniciales. Los cambios químicos suelen ir acompa-ñados de un cambio físico (emisión de un gas, aparición de burbujas, cambio de color, etc.) que nos ayuda a reconocerlos.

Un ejemplo de cambio químico es la oxidación del hierro. Cuando el hierro se oxida se forma una nueva sustancia, el óxido de hierro, con propiedades muy distintas de las del hierro. En estos casos, cuando las sustancias finales son distintas de las iniciales, se habla de cambios químicos.

2 Cambios físicos y químicos


1 Indica si los siguientes cambios son físicos o químicos:

a) Romper un papel en trozos:

b) Calentar una sopa en el fuego:

c) Quemar un papel:

d) Hacer cubitos de hielo:

e) Oxidación de un tornillo:

f) Secar la ropa al sol:

g) Mezclar en un vaso agua y aceite:

h) Transformar las uvas en vino:

Cambios físicos

Cambios químicos

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Unidad inicial

Una magnitud física es toda propiedad de los fenómenos que se puede medir de forma objetiva.

La velocidad, el tiempo o la aceleración son magnitudes físicas, ya que, si se miden correctamente por varias personas, todas ellas obtendrán los mismos valores. Por el contrario, la belleza, la valentía o el cansancio no son magnitu-des físicas, pues no se pueden medir de forma objetiva.

La unidad de una magnitud física es una cantidad de ella que se utiliza para medir esa magnitud.

Un número solo, sin unidad, no tiene sentido físico. Si decimos que tardamos 5, podrían ser 5 minutos, 5 horas, 5 días, etc.

Cada unidad se representa por un símbolo, formado por una o más letras. Esta letra debe ir en minúscula, a menos que derive de un nombre propio, en cuyo caso habrá que escribir la primera letra en mayúscula. También hay que tener en cuenta que nunca hay que añadirle una «s» para el plural.

Así, por ejemplo:

• La unidad gramo se representa por el símbolo «g» y, aunque tengamos más de un gramo, nunca escribiremos «gs».

• La unidad newton se representa por el símbolo «N»; observa que, al tratarse de un nombre propio, se escribe la unidad con mayúscula.

Medir consiste en comparar la magnitud que se mide con la unidad. Siempre que hagamos una medición, tenemos que usar la unidad más apropiada para cada caso.


1 Razona si las siguientes cualidades de una persona son magnitudes físicas:

a) Altura: ...................................................................................................................................

b) Belleza: .................................................................................................................................

c) Peso: .....................................................................................................................................

d) Amabilidad: ........................................................................................................................

2 Indica si las unidades de las siguientes medidas están bien o mal escritas. Si

están mal, escríbelas correctamente:

a) 5 gs (gramos) b) 10 M (metros) c) 2 ne (Newton)

............................ ............................ .............................

3 Magnitudes físicas. Unidades y medida

Magnitud física

Unidades y medidas

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Unidad inicial

Existen muchas magnitu-des físicas, pero todas se pueden expresar en fun-ción de las denominadas magnitudes fundamenta-les o básicas.

Además, dado que existen distintas unidades para una misma magnitud, se ha adoptado un conjunto de unidades a utilizar a ni-vel internacional: el Siste-ma Internacional de Uni-dades (SI).

Las magnitudes derivadas son las que se obtienen a partir de las fundamenta-les; algunos ejemplos se muestran en la siguiente tabla:

3 Con ayuda de las tablas de magnitudes fundamentales y derivadas, relacio-na cada magnitud derivada con las magnitudes fundamentales a partir de la que se obtiene.

Magnitudes fundamentales y sus unidades SI

Magnitud Unidad Símbolo

Masa (m) Kilogramo kg

Longitud (l ) Metro m

Tiempo (t) Segundo s

Temperatura (T) Kelvin K

Intensidad de corriente (l ) Amperio A

Intensidad luminosa (lv) Candela cd

Cantidad de sustancia (n) Mol mol

Algunas magnitudes derivadas y sus unidades

Magnitud Unidad SI Símbolo Otras unidades de uso frecuente

Superficie (S) Metro cuadrado m2 Hectárea (ha)

Volumen (V) Metro cúbico m3 Litro (L)

Densidad (d)

Kilogramo kg/m3 Gramo por centímetro cúbico (g/cm3)

por metro cúbico Gramo por litro (g/L)

Velocidad (v) Metro por segundo m/s Kilómetro por hora (km/h)

Aceleración (a)

Metro por segundo m/s2 Aceleración de la gravedad (g)

al cuadrado

Fuerza (F) Newton N (kg · m/s2) Kilopondio (kp)

Presión (p)

Pascal

Pa (N/m2)

Atmósfera (atm) Milímetro de mercurio (mmHg)

Energía (E) Julio J (N · m) Caloría (cal)

Magnitudes derivadas

a) Velocidad

b) Fuerza

c) Densidad

d) Superficie

e) Aceleración

f) Volumen

Magnitudes fundamentales

1) Masa, longitud y tiempo

2) Longitud y tiempo

3) Longitud

4) Longitud y tiempo

5) Longitud

6) Masa y longitud


El Sistema Internacional de Unidades (SI)

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Unidad inicial

Notación científica

En física y química a veces tenemos que trabajar con números muy grandes, o muy pequeños. Para expresar estos valores, se utilizan las potencias de 10. Por ejemplo:

1000 = 103 ; 0,001 = 1

= 1

= 10–3 1000 103

Esta forma de expresar los números, con una cifra entera, seguida o no de decimales, y la potencia de diez adecuada, se conoce como nota-ción científica.

Múltiplos y submúltiplosNo tiene sentido medir la distancia entre dos ciudades en metros, ni la masa de un alfiler en kilogramos.Por ello, es habitual utilizar múltiplos o submúltiplos de las unidades del SI, añadiéndoles prefijos. De esta manera podemos usar una nota-ción más adecuada.

Cambios de unidadesEl manejo de múltiplos y submúltiplos obliga al uso de cambios de uni-dades; aprenderemos a hacerlo con un ejemplo.


4 Dos ciudades están separadas 250 km. Expresa esa distancia en unidades del SI.

5 Una hormiga se mueve con una velocidad de 18 m/h. ¿Cómo podrías expre-sar esa velocidad en unidades del SI? Fíjate en el ejemplo resuelto.

Números grandes y pequeños

La medida de magnitudes físicas se lleva a cabo mediante el uso de instrumentos diseñados para ello. Sus principales características son:

• Cota mínima y cota máxima. Son el menor y el mayor valor que puede medir el instrumento.

La diferencia entre ambos es el intervalo de medida.

• Sensibilidad. Es la respuesta del instrumento ante las variaciones de la mag-nitud que mide.

Instrumentos de medida

Ejercicio resuelto

Un coche circula con una rapidez de 100 km/h. ¿Cuál es su valor en unidades del SI?

= =hkm

kmm

sh

, m/sv 100110

36001

27 83

$ $

Múltiplos y submúltiplos

Prefijo Símbolo Potencia

Giga G 109

Mega M 106

Kilo k 103

Hecto h 102

Deca da 10

Unidad – 1

Deci d 10–1

Centi c 10–2

Mili m 10–3

Micro µ 10–6

Nano n 10–9

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Unidad inicial

Para hablar de ciencia se utiliza un lenguaje muy riguroso, que además se suele acompañar de ecuaciones físicas, tablas de datos y gráficas.

Una ecuación física es una expresión matemática que relaciona magnitudes físicas.

Un ejemplo de ecuación física sería la de la rapidez media, que nos indica el es-pacio que recorre un cuerpo en la unidad de tiempo:

=v te

Las letras de las ecuaciones físicas son símbolos con los que se representan las magnitudes físicas. En la ecuación anterior, la letra v representa la velocidad media; e, el espacio recorrido, y t, el tiempo empleado en recorrerlo.

Además, las ecuaciones físicas también sirven para conocer las relaciones de proporcionalidad entre sus magnitudes. Las dos más comunes son:

• Proporcionalidad directa

Dos magnitudes son directamente proporcionales cuando al multiplicar una por un número, la otra queda multiplicada por dicho número.

A = k . B

• Proporcionalidad inversa

Dos magnitudes son inversamente proporcionales cuando al multiplicar una por un número, la otra queda dividida por el mismo número.

=A Bk

En ambas expresiones, k es una constante.

Para entender mejor los conceptos de proporcionalidad, veamos un ejemplo.

4 El lenguaje de la ciencia

Ecuaciones físicas

Ejercicio resuelto

Estudia las relaciones de proporcionalidad de la rapidez media con el espacio recorrido y el tiempo.

La expresión matemática que relaciona las magnitudes es v = e/t. Si tomamos un espacio doble, =e e2 $l , la velocidad se duplica:

v te

te

te

v2

2 2$

$ $= = = =ll

Si tomamos un tiempo doble, =t t2 $l , la velocidad se reduce a la mitad:

vte

te

te v

2 21

2$$= = = =l

l

Por tanto, la velocidad es directamente proporcional al espacio recorrido, e inversamente proporcional al tiempo empleado.

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Unidad inicial

Si se quiere estudiar la relación entre dos magnitudes hay que diseñar experi-mentos en los que una de las variables vaya cambiando (variable independien-te), mientras se miden los valores de la otra (variable dependiente).

Los datos obtenidos se deben organizar en tablas de datos, a partir de las cua-les se elaboran las representaciones gráficas.

Pasos a seguir para elaborar una gráfica:

• Se trazan los ejes de coordenadas.

• Se indica en cada uno de ellos las magnitudes que representa y su unidad, te-niendo en cuenta que la variable independiente se sitúa en el eje de abscisas (eje X), y la dependiente, en el de ordenadas (eje Y).

• Se señalan divisiones en los ejes.

• Se representa un punto por cada par de datos de la tabla.

• Se unen los puntos mediante una línea.

Vamos a ver un ejemplo resuelto de cómo elaborar una gráfica.

Tablas y gráficas

Ejercicio resuelto

Se mide el alargamiento de un muelle en función de la masa que se cuelga de él, y se obtienen los siguientes datos.

Representa gráficamente estos datos y obtén la relación entre el alargamien-to y la masa.

En este caso, la masa es la va-riable independiente (es lo que nosotros vamos variando) y el alargamiento es la variable de-pendiente (lo que vamos mi-diendo). La representación grá-fica es la que se muestra a la derecha. (I)

Se observa una relación de proporcionalidad directa, por lo que ∆l = k · m. De los da-tos de la tabla es fácil de-ducir que k = 2. Por tanto, ∆l = 2 · m, expresión en la que ∆l se mide en cm, y m, en kg.

A partir de las tablas de datos y las gráficas se puede deducir la relación de proporcionalidad entre magnitudes. Las figuras de la derecha (II y III) muestran las gráficas de las relaciones estu-diadas.

1

2

4

6

8

10

2 3 4 5 m (kg)

Dl (cm)I

b

y

Directa

y = k · x

xProporcionalidad directa

II

y

y = k / x

xProporcionalidad inversa

III

m (kg) 1 2 3 4 5

∆l (cm) 2 4 6 8 10

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Unidad inicial


1 A partir de la siguiente gráfica, en la que se representa el espacio recorrido por un vehículo en función del tiempo que lleva moviéndose:

a) Elabora una tabla con al menos cinco pares de datos:

b) Estudia la relación entre las magnitudes y exprésala en lenguaje verbal y matemático.

c) Determina la rapidez media del vehículo.

2 Expresa, en lenguaje verbal y matemático, la relación entre las magnitudes representadas en la siguiente gráfica:

1

40

80

120

160

200

2 3 4 t (h)

x (km)

t (h) x (km)

50

5

0

10

15

20

25

30

p (atm)

1510 V (L)2520 3530

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Unidad inicial

Lo primero que hay que conocer antes de entrar en un laboratorio son sus normas de seguridad, las cuales hay que respetar siempre:

• Si es necesario, utiliza gafas protectoras y guantes de látex.

• No lleves prendas u objetos que dificulten tu movilidad.

• No te muevas sin motivo y, sobre todo, no corras.

• Si tienes alguna herida, tápala antes de realizar la práctica.

• Lávate las manos con jabón después de la práctica.

• No huelas, pruebes o ingieras ninguno de los productos.

• Los ácidos y las bases han de manejarse con precaución, ya que la mayoría son corrosivos.

• Si tienes que mezclar algún ácido con agua, añade el ácido sobre el agua, nunca al contrario.

• Si te salpica algún producto, lava la zona con agua abundante.

• Fíjate en los signos de peligrosidad que aparecen en los frascos de los productos químicos.

En caso de accidente, comunícalo inmediatamente al docente más cercano.


1 Durante nuestros trabajos en el laboratorio generaremos una serie de residuos, como papeles o plásticos, que tendrán que ser eliminados como hacemos nor-malmente. Por el contrario, otros residuos no son tan fáciles de eliminar y pue-den dañar el medio ambiente; los deben gestionar empresas especializadas. ¿Se te ocurre algún residuo del laboratorio que no podamos tirar a la basura?

5 Material de laboratorio. Normas de seguridad

Sustancias explosivas

Sustancias inflamables

Sustancias comburentes

Sustancias corrosivas

Gas bajo presión

Toxicidad aguda

Toxicidad por inhalación

Cancerígeno, mutágeno

Dañino para el medio ambiente

Cuidados en el laboratorio

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Unidad inicial

Vaso de precipitados EmbudoMatraz Erlenmeyer Matraz de destilación

Matraz de fondo redondo

Termómetro

Refrigerante

Pipeta

Bureta

Probeta

Pinzas dobles

Pinzas de madera

Mechero Bunsen

Frasco lavador Tubos de ensayo

y gradilla

Cristalizador

Espátula

Escobillas

Soporte universal Aro

Rejilla

Balanza

Material básico de laboratorio

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Unidad inicial

La ciencia y la tecnología difieren en algunos aspectos; algunos de ellos son:

• Propósito. El de la ciencia es explicar el mundo que nos rodea; el de la tec-nología, la fabricación de dispositivos.

• Punto de partida. La ciencia parte de la necesidad de responder a un proble-ma; la tecnología, de responder a nuestras necesidades.

• Procedimiento. La ciencia busca soluciones emitiendo hipótesis que deben ser acordes con la realidad; la tecnología elabora diseños y después fabrica el producto, que debe funcionar.

• Producto final. El de la ciencia es conocimiento que se puede generalizar; el de la tecnología, un objeto particular.

Sin embargo, aunque hay diferencias, las relaciones entre ciencia y tecnología son muchas y están íntimamente relacionadas con la sociedad, sobre la que in-fluye día a día. Se habla, en general, de relaciones ciencia-tecnología-sociedad, o relaciones CTS, como se muestra a continuación.


1 Busca información en Internet sobre un descubrimiento científico reciente. Indica qué relaciones CTS encuentras.

6 Ciencia, tecnología y sociedad

La ciencia necesita de la tecnología para mejorar los instrumentos de observación y medición, que es posible gracias a los avances científicos

La ciencia influye en la sociedad, al

permitirnos conocer el mundo en el que vivimos y mejorar

nuestras condiciones de vida. La sociedad, por su parte, puede

determinar en qué se investiga, e influye en la ciencia a través de

subvenciones

La tecnología forma parte de nuestras

vidas, mejorándolas o empeorándolas según se utilice.

A su vez, la sociedad influye en el desarrollo de la tecnología por demanda de

consumo

CIENCIA TECNOLOGÍA

SOCIEDAD

Ciencia, tecnología y

sociedad están íntimamente relacionadas

Relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad

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1 Estructura atómica de la materia

1 Las leyes fundamentales de la química

Cuando hacemos reaccionar dos elementos químicos para formar un com-puesto, se cumplen dos leyes de la química: la ley de la conservación de la masa y la ley de las proporciones definidas.

Ley de la conservación de la masa

Si hacemos reaccionar 12 g de carbono con 16 g de oxígeno obtenemos 28 g de monóxido de carbono, un gas tóxico que se produce por un mal funciona-miento de los sistemas de calefacción, como son algunas calderas:

C+

O8

CO

carbono oxígeno monóxido de carbono

12 g de C + 16 g de O = 28 g de CO

La ley de conservación de la masa dice que la suma de las masas de los reac-tivos (carbono y oxígeno en nuestro ejemplo) es igual a la suma de las masas de los productos (monóxido de carbono en nuestro ejemplo).

Ley de las proporciones definidas

Si ahora hacemos reaccionar 24 g de carbono, necesitaremos 32 g de oxígeno para obtener 56 g de monóxido de carbono. La proporción en la que reaccionan los elementos para formar un compuesto es siempre la misma, en este caso:

gg

gg

gg

3224

1612

43

O

C

O

C

O

C= =

También se cumple que la proporción entre cualquiera de los elementos (oxíge-no o carbono) y el compuesto formado (monóxido de carbono) es constante.

gg

gg

gg

2812

5624

73

O

C

O

C

O

C= =

Conservación de la masa y proporciones definidas


1 Calcula la masa de carbono que será necesaria para que reaccionen 48 g de oxígeno y se forme monóxido de carbono. Utiliza para ello la proporción que hemos dado en el ejemplo.

8gg

gg

.......... gx

x3

484 O

C

O

CC= =

2 Comprueba que se cumple la ley de la conservación de la masa en el ejercicio anterior. Para ello, calcula la masa de monóxido de carbono (CO) aplicando la ley de las proporciones definidas.

8gg

gg

.......... gx x74 48

CO

C

CO

CCO= =

.......... g de oxígeno .......... g de carbono .......... g de monóxido de carbono+ =

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2 La teoría atómica de Dalton


1 Utilizando las imágenes de esta página, identifica dos compuestos diferentes que estén formados por átomos de los mismos elementos químicos. Indica en qué se diferencian.

2 ¿Con qué ley de la química podemos relacionar la cuarta hipótesis de la teoría atómica de Dalton?

3 ¿Cuál es la proporción de átomos de carbono e hidrógeno en el metano? ¿Con qué ley relacionas este hecho?

Entre 1803 y 1808, el científico inglés J. Dalton, propuso sus ideas acerca de qué estaba com-puesta la material; para ello, utilizó una idea que provenía de la Grecia Clásica: el átomo.

1ª. La materia está formada de partículas muy pequeñas, denominadas átomos.

2ª. Los átomos de un mismo elemento químico (por ejemplo, cloro) son idénticos entre sí en masa y propiedades, y diferentes de los ele-mentos de cualquier otro elemento químico (por ejemplo, sodio).

3ª. Los átomos de distintos elementos se com-binan entre sí para formar compuestos; por ejemplo, dos átomos de hidrógeno (H) se unen con uno de oxígeno (O) para formar una molécula de agua (H2O).

4ª. En una reacción química se reordenan los áto-mos de los distintos elementos para formar compuestos nuevos.

Hipótesis de Dalton

HH

H H

H2O NH3C2H4 CH4

O

O

O

O O

Primera hipótesis

Tercera hipótesis

Cuarta hipótesis

Segunda hipótesis

Unidad 1

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Unidad 1

3 El descubrimiento del electrón y la radiactividad

En 1897, el físico británico J. J. Thomson estu-dió unos «rayos misteriosos» (rayos catódicos), que aparecían en unos tubos de vidrio con gas en su interior cuando eran sometidos a descar-gas eléctricas muy altas.

• Los rayos catódicos son iguales para todos los gases que se introduzcan en el tubo de des-carga.

• Estos rayos están formados por partículas de masa muy pequeña y carga eléctrica negati-va, que son los electrones, presentes en todos los átomos.

La radiactividad

En 1895, un físico alemán, W. K. Röentgen, y años más tarde Becquerel y M. Curie, observa-ron la emisión que provenía de algunas sustan-cias (sustancias radiactivas): la radiactividad. Existen tres tipos de radiactividad: la alfa (a), la beta (b) y la emisión gamma (g). Tienen distinta carga y diferente poder de penetración.

Completa las frases y resume

1 Completa las palabras que faltan en este párrafo:

a) Los ................................ son partículas de masa muy ................................ y carga

eléctrica ................................ que se encuentran en todos los ................................ .

Se descubrieron en tubos de ................................ .

b) Los electrones de cualquier elemento son ................................, y pueden ........

........................ entre átomos.

c) Existen ................................ tipos de emisiones radiactivas: la emisión .................

..............., de carga eléctrica ................................, y ................................ poder de pe-

netración, la emisión ................................, de carga eléctrica ................................ ,

y la emisión .............................., sin carga eléctrica y mayor poder de penetración.

¿Qué son los rayos catódicos y la radiactividad?

Cátodo

Placa negativa

Placa positiva

Ánodo Rayoscatódicos

– – – – –

PapelAluminioHormigón

+

++

+ +

+ + + +

–

–

––

– –

– Emisión b Emisión gEmisión a+

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Unidad 1

4 Los modelos atómicos


1 Enumera las diferencias entre los modelos atómicos de Thomson y Ruther-ford y entre los modelos de Rutherford y Bohr, completando las palabras de estos cuadros.

El modelo de ................................ supone que el átomo es macizo, mientras que

el de Rutherford indica que fundamentalmente es espacio ................................ .

La carga ................................ del átomo, según Thomson, está por todo el átomo,

mientras en el modelo de Rutherford está concentrada en un lugar, llamado

................................ .

En el modelo de Rutherford, los ................................ están en órbitas cuales-

quiera, mientras que en el modelo de Bohr esas ................................ son órbitas

................................, donde el electrón es ................................ .

En los primeros años del siglo xx, se propusieron modelos para el átomo. Cada uno de ellos apor-taba nueva información, descubierta en experi-mentos diferentes. Posteriormente, nuestro cono-cimiento sobre el átomo mejoró, hasta el modelo actual, mucho más complejo.

Modelo atómico de Thomson

El átomo está formado por una parte maciza, con carga positiva, en la que están incrustados los elec-trones, con carga negativa. El conjunto es neutro.

Modelo atómico de Rutherford

La carga positiva del átomo está concentrada en el núcleo. Alrededor del núcleo orbitan los electro-nes, como si fueran planetas alrededor del sol. La mayor parte del átomo está vacío.

Modelo atómico de Bohr

Basado en el modelo de Rutherford, pero con una modificación fundamental: los electrones no están en cualquier órbita, sino en unas concretas, llama-das estacionarias, donde son estables.

Evolución de los modelos atómicos

–

–

Electrones en órbita estacionaria

Electrones

Zona cargada positivamente

Electrones orbitando

Núcleo concarga positiva

––

––

BOHR

RUTHERFORD

THOMSON

+

–

––

–

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Unidad 1

5 Las partículas subatómicas

En la actualidad se sabe que los átomos están forma-dos por tres clases de partículas: el protón, el neutrón y el electrón. Veamos sus características.

Electrón

Se encuentra en la corteza del átomo.

Carga eléctrica -1.

Masa tan pequeña que es despreciable.

Protón

Se encuentra en el núcleo del átomo.

Carga eléctrica +1.

Masa igual a 1 u.

Neutrón

Se encuentra en el núcleo del átomo.

Sin carga eléctrica.

Masa igual a 1 u.

Llamamos número másico, A, a la suma del número de protones y neutrones.

Llamamos número atómico, Z, al número de protones.

Las partículas que componen el átomo


1 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F):

a) Si un átomo es neutro, es decir, su carga total es cero, el número de protones que posee es igual al número de neutrones que posea.

b) Si un átomo es neutro, es decir, su carga total es cero, el número de protones que posee es igual al número de electrones que posea.

c) Podemos encontrar electrones en el núcleo de un átomo.

d) La masa de un electrón es mayor que la de un neutrón.

2 Completa la tabla sobre átomos neutros; fíjate para ello en el ejemplo de la primera fila:

N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A

4 3 4 4 7

6 6 6

2 2

8 8 17

8 8

++

+

–

–

–

+ +

Electrón

Protón

Neutrón

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Unidad 1


Realiza una pequeña investigación

6 Los isótopos y sus aplicaciones

Se llama isótopos a átomos que tienen el mismo número de protones y di-ferente número de neutrones. Por ello, su número atómico, Z, es igual, pero tienen distinto número másico, A.

¿Qué es un isótopo?

1 En la ilustración te mostramos los isótopos del carbono. Todos los átomos tienen el mismo número de protones, por eso son todos del mismo elemento químico, en este caso carbono. Completa la tabla con el número de partícu-las subatómicas de los isótopos del carbono:

Carbono-12 Carbono-13 Carbono-14–

+ + ++ + +

–

––

–

–

–

–

––

–

–

–

–

––

–

–

+ + ++ + +

+ + ++ + +

Isótopo N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A

Carbono-12

Carbono-13

Carbono-14

2 ¿Qué significa el número que acompaña al nombre del elemento cuando nos referimos a un isótopo?

3 Algunos isótopos, que emiten radiación, porque son inestables, se llaman isótopos radiactivos, y pueden tener aplicaciones diversas: en medicina y como fuente de energía. Busca en Internet información acerca del uranio-238 y el uranio-235 y responde a las siguientes preguntas. Con tus respuestas, es-cribe un pequeño informe.

a) ¿Cuántos protones tiene el uranio?

b) ¿Cuál es la diferencia entre un átomo de uranio-235 y uno de uranio-238?

c) ¿Son los dos isótopos radiactivos?

d) ¿Cuál de los dos isótopos se utiliza en los reactores nucleares? ¿Para qué se utilizan estos reactores nucleares?

e) ¿Es la energía nuclear una energía limpia?

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Unidad 1

¿Cómo se disponen los electrones en el átomo?

7 La corteza del átomo y los iones

Los electrones se colocan en la corteza del átomo en niveles de energía. No todos los niveles de energía pueden contener el mismo número de electrones.

En la corteza de un átomo los electrones se colocan por capas:

• En la capa K caben 2 electrones.

• En la capa L caben 8 electrones.

• En la capa M caben 18 electrones.

• En la capa N caben 38 electrones.

Formación de iones

Si un átomo neutro pierde electro-nes, quedará con carga positiva y se tratará entonces de un catión.

Si un átomo neutro gana electro-nes, quedará con carga negativa y se tratará entonces de un anión.

K L M N

Órbitas

Núcleo


1 Dibuja los electrones de las capas de estos átomos neutros a partir de la in-formación de los recuadros.

Z = 3N = 4A = 7

Z = 8N = 8A = 16

Z = 18N = 22A = 40

2 Completa la tabla e indica si se trata de un catión o de un anión.

N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A Catión/Anión

8 7 10

12 10 23 Catión

1 0 1

a) b) c)

–

–– –

–

––

–

––

–

–

––

–

––

–

––

–

–

–

– + +++

+ ++++

+ +++

+ ++++

1 Los elementos químicos

Las sustancias químicas

En la naturaleza encontramos, de forma habitual, las sustancias químicas for-mando mezclas. Aquí trataremos la descripción y propiedades de las sustan-cias puras, su composición y representación. Para ello, será útil conocer la clasificación de los elementos químicos: el Sistema Periódico.

Las sustancias puras


1 Completa el mapa conceptual sobre los elementos químicos y los tipos de sustancias. Utiliza para ello la información de un Sistema Periódico.

2 El grupo más numeroso de elementos químicos se denomina grupo de los me-tales. Entre sus características destacamos que son buenos conductores de la electricidad y la energía térmica, tienen brillo metálico y son dúctiles y maleables.

a) Busca en el diccionario el significado de dúctil y maleable:

• Dúctil: ...................................................................................................................................

• Maleable: .............................................................................................................................

b) Subraya los elementos químicos que son metales y escribe su símbolo químico:Cobre Hierro Oxígeno Carbono Platino Flúor

....................................................................................................................................................

con pueden ser

es decir

ELEMENTO QUÍMICO

SÍMBOLOS QUÍMICOS

ELEMENTO QUÍMICO

Mismo número atómico, Z

COMPUESTOSMismo número

de protonesELEMENTALES

Fe

..................

C

..................

O

..................

H

..................

CONJUNTO DE ÁTOMOS SUSTANCIAS QUÍMICAS

se denomina

si sus átomos son

se representan con

de diferente

del mismo

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2

Unidad 2

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2 El Sistema Periódico de los elementos químicos


1 Completa la tabla.

Grupo 1

Grupo .........

Grupo 13

Grupo .........

Grupo .........

Grupo .........

Grupo .........

Grupo .........

Litio

Li

2 Completa, como en el ejemplo, el número de electrones que tienen estos elementos químicos.

Elemento GrupoN.º

electronesElemento Grupo

N.º electrones

Sodio, Na 1 1 Fósforo, ....... 15 5

Potasio, ........ Silicio, ........ 4

Magnesio, ........ Azufre, ........

Calcio, ........ Neón, ........

Todos los elementos químicos se recogen en el Sistema Periódico que tiene 7 filas, llamadas períodos, y 18 grupos, llamados también familias. Los elementos de cada familia tienen propiedades químicas similares.

El Sistema Periódico actual

Cs

Fr

Ba

Ra

Li

H

Be

Na Mg

K Ca

Rb Sr

La

Ac

Hf

Sc Ti

Y Zr

Ta W

V Cr

Nb Mo

Pr

Th Pa

Nd Pm

U Np

Sm Eu

Pu Am

Gd Td

Cm Bk

Dy

Cf

Ho

Es

Er Tm

Fm Md

Yb

No

Lu

Lr

CeCERIO PRASEODIMIO

TORIO PROTACTINIO

NEODIMIO PROMETIO

URANIO NEPTUNIO

SAMARIO EUROPIO

PLUTONIO AMERICIO

GADOLINIO TERBIO

CURIO BERKELIO

DISPROSIO

CALIFORNIO

HOLMIO

EINSTENIO

ERBIO TULIO

FERMIO MENDELEVIO

YTERBIO

NOBELIO

LUTECIO

LAURENCIO

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

140,12

232,04

140,91

(231)

144,24

238,03

(147)

(237)

150,35

(244)

151,96

(243)

157,25

(247)

162,5 164,93 167,26 168,93 173,04 174,97

(247) (251) (252) (257) (258) (259) (262)

158,92

In

Tl

Sn

Pb

B C

Al Si

Ga Ge

Sb

Bi

Te

Po

S

As Se

I

At

Xe

Rn

Cl Ar

N F Ne

He

Br Kr

Re Os

Mn Fe

Tc Ru

Ir Pt

Ds

Co Ni

Rh Pd

Au

Rg

Cu

Ag

Hg

Zn

Cd

Cn

1º

2º

3º

4º

5º

6º

7º

Re

B

P

O

BOHRIO

HELIO

Bh

CESIO

FRANCIO

BARIO

RADIO

LITIO

HIDRÓGENO

BERILIO

SODIO MAGNESIO

POTASIO CALCIO

RUBIDIO ESTRONCIO

LANTANO

ACTINIO

ESCANDIO

ITRIO

HAFNIO

RUTHERFORDIO

TITANIO

CIRCONIO

TÁNTALO

DUBNIO

WOLFRAMIO

SEABORGIO

VANADIO CROMO

NIOBIO MOLIBDENO

RENIO OSMIO

MANGANESO HIERRO

TECNECIO RUTENO

IRIDIO PLATINO

COBALTO NÍQUEL

RODIO PALADIO

MEITNERIO DARMSTADIOHASSIO

ORO

COBRE

PLATA

MERCURIO

CINC

CADMIO

COPERNICIOROENTGENIO

INDIO

TALIO

ESTAÑO

PLOMO

BORO

BORO

CARBONO

ALUMINIO SILICIO

GALIO GERMANIO

FÓSFORO AZUFRE

NITRÓGENO OXÍGENO FLÚOR NEÓN

ANTIMONIO

BISMUTO

TELURO

POLONIO

ARSÉNICO SELENIO

YODO

ASTATO

XENÓN

RADÓN

CLORO ARGÓN

BROMO KRIPTÓN

Rf Db Sg Hs Mt

Lantánidos

Actínidos

Fl Uup Lv Uus UuoUutLIVERMORIOFLEROVIO UNUNPENTIOUNUNTRIO UNUNCEPTIO UNONOCTIO

Metales Semimetales No metales Gases nobles Elementos químicos desconocidos

1

3

2

4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17

18

115 116 117113 114 118

1

3

19

11 12

4

20

37

55 56

38

87 88

21 22 23 24 25 26 27 28

86

105 106 107 108 109 110 111 112

57 72 73 74 76 77 78 79 80

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

29 30

89 104

75 81 82 83 84 85

49 50 51 52 53 54

31 32 33 34 35 36

13 14 15 16 17 18

5

5

6 7 8 9 10

21,008

6,939

22,99

39,102

9,012

24,305

40,08 44,956 47,90 50,942 51,996 54,938

(98)

55,847

101,07

58,933

102,90

4,003

10,811

10,811

12,011 14,007 15,999 18,998 20,183

26,981 28,086 30,97 32,064 35,453 39,95

58,71 63,54 65,37 69,72 72,59 74,922 78,96 79,909 83,80

106,4 107,87 112,4 114,82 118,69 121,75 127,6 126,90 131,3095,94

183,85 186,2 190,2 192,2 195,09 196,97 200,59 204,37 207,19 208,9 (210) (210) (222)

91,22

178,49

(265)

92,906

(268) (271) (270) (277) (276) (281) (280) (285) (284) (289) (288) (293) (294) (294)

180,95

85,47

(223)

87,62

137,34

(226)

88,905

138,91

(227)

132,9

Símbolo

Masaatómica

Nombre

Númeroatómico ESTADO DE AGREGACIÓN

Ne Gaseoso Ne Sólido

Hg Líquido Cf Sintético

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3 Uniones entre átomos

Un átomo es estable si posee en su última capa 8 electrones. Como hemos visto, sólo los átomos del grupo 18 (gases nobles), tienen 8 electrones en su última capa. Para conseguir este número de electrones, los átomos pueden compartir electrones o bien cederlos o ganarlos. Como resultado de lo ante-rior, los átomos se unen entre ellos.

La regla del octeto

1 Completa este mapa conceptual con la información sobre las uniones entre átomos.

2 Indica si los siguientes átomos tienen carga eléctrica neta, el signo de esta car-ga, positiva o negativa, y si son cationes o aniones. Fíjate para ello en el lugar que ocupan en el Sistema Periódico y completa las palabras que faltan:

a) Átomo de azufre, S, que ha ganado 2 electrones, tiene carga eléctrica ne-gativa y, por tanto, es un anión.

b) Átomo de sodio, .............., que ha perdido 1 electrón, tiene carga eléctrica

....................... y, por tanto, es un ....................... .

c) Átomo de ...................., O, que ha ganado 2 electrones, tiene ahora .......

...................... en su última capa, y tiene carga negativa; por tanto, es un anión.

d) Átomo de calcio, .............., que ha ....................... dos electrones, tiene carga

eléctrica positiva y, por tanto, es un ........................

COMPARTIR GANAR.......................

LOS ÁTOMOS

ELECTRONES EN SU ÚLTIMA CAPA

adquieren estabilidad si tienen

para ello pueden

UNO O VARIOS ELECTRONES

dando lugar a

IONES

con carga eléctrica

............................. NEGATIVA

CATIONES ANIONES

llamados llamados


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4 Moléculas y cristales



1 Explica con tus propias palabras el significado de estos términos:

a) Individualmente ..................................................................................................................

b) Colectivamente ..................................................................................................................

c) Número determinado .......................................................................................................

d) Dar lugar a .............................................................................................................................

2 Explica el significado de estas fórmulas químicas

a) Sustancias moleculares: b) Cristales:

• CH4 ........................................................ • AlCl3 ..................................................

................................................................. .............................................................

• NH3 ........................................................ • Fe2O3 .................................................

................................................................. .............................................................

MOLÉCULAS CRISTALES

Cuando se unen los átomos pueden dar lugar

Un número determinado de átomos comparten electrones

individualmente.

Cationes y aniones se unen por la

atracción de cargas de distinto signo.

Átomos del mismo metal se unen porque comparte de forma

colectiva sus electrones.

AmoniacoAgua NaCl Fe

Las sustancias moleculares, los cristales y su representación

Las sustancias moleculares y los cristales se re-presentan mediante fórmulas químicas, que nos dan información del número de átomos o de la proporción de átomos de diferente elemento químico. Si el número es uno, no se escribe el su-bíndice.

Por ejemplo:• Fórmula de un cristal: CaF2; así, por cada átomo

de calcio, Ca, hay 2 átomos de flúor, F.• Fórmula química de una sustancia molecular: H2O;

por tanto, en una molécula de agua hay 2 áto-mos de hidrógeno, H, y un átomo de oxígeno, O.

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5 Masas de átomos y moléculas 5

Para expresar la masa de un átomo, utilizamos una unidad de masa muy pe-queña, llamada unidad de masa atómica (u). A partir de la masa de los átomos de una molécula podemos calcular la masa de la molécula, y expresarla en unidades de masa atómica.

ElementoMasa

atómica (u)Elemento

Masa atómica (u)

ElementoMasa

atómica (u)

H 1,008 F 18,998 Cl 35,453

C 12,011 Na 22,990 Cu 36,546

N 14,007 Mg 24,305 K 39,098

O 15,999 Al 26,981 Fe 55,845

Masas molecularesPara calcular la masa de una molécula, ne-cesitamos conocer su fórmula química y la masa de los átomos que la componen.

Masas de sustancias que forman cristalesEn el caso de cristales, como el número de átomos no está definido, nos limita-mos a calcular la masa que corresponde a la fórmula del compuesto; por eso se de-nomina masa de la unidad fórmula.

Masas de los átomos de algunos elementos químicos

1 A partir de los datos de la tabla, calcula la masa molecular, o masa de la uni-dad fórmula, de estas sustancias:

a) CH4. c) AlCl3.

b) NH3. d) Fe2O3.

CO2 mCO2 = mC + 2 · mO

N2 mN2 = 2 · mN

BaF2

mBaF2 = mBa + 2 · mF


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6 Sustancias químicas de especial interés

Realiza una pequeña investigación

El estudio del enlace químico permite predecir y justificar las propiedades de una sustancia, lo que podemos utilizar para aplicarla en diferentes usos.

Grafeno

• Es una sustancia formada por láminas de átomos de carbono.

• Es muy ligero, por lo que tendrá numerosas aplicaciones en la industria automovilística y aeronáutica.

• Es el mejor conductor de la electricidad; los prototipos de baterías con electrodos de grafeno duran mucho tiempo y su carga es muy rápida.

• Se podría utilizar para construir ordenadores mucho más eficientes.

• Es biocompatible y biodegradable; por ello, se podría aplicar en medicina.

Titanio y óxido de titanio

El óxido de titanio se utiliza en prótesis debi-do a su gran resistencia, tanto al peso como al movimiento de la articulación y a su biocom-patibilidad. También tiene otras aplicaciones en otros sectores.

El grafeno y el titanio

1 El óxido de titanio, TiO2, se utiliza en muchos productos, pues sus propieda-des son muy diversas. El código de este aditivo es E171.

Busca entre los productos que tengas en casa aquellos en cuya etiqueta apa-rezca como ingredientes o formulación, dióxido de titanio, o titanium dioxi-de, o su código E171. Elabora una lista con estos productos e investiga cuál es su uso en cada producto. Para esto último puedes consultar Internet o preguntar a tu profesor o profesora.

Producto Uso

Crema solar Filtro para rayos UV

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