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Ciencias 3

QuímicaArmando Marín Becerra

Ana Sof ía Varela Gasque

DISTRIBUCIÓN GRATUITAPROHIBIDA SU VENTA

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Nombre del alumno (a)

Escuela Grupo

DISTRIBUCIÓN GRATUITA, PROHIBIDA SU VENTA

Querido alumno (a) de secundaria:

Este libro se entrega gratuitamente para tu formación, y es

parte del esfuerzo que estamos haciendo el Gobierno Federal

y los Gobiernos de los Estados para convertir la educación en

la llave de las oportunidades y el éxito para ti y tu familia.

Este libro es tuyo. Aprovéchalo y cuídalo.

Maestra (o): Consulta los Libros de Texto de Secundaria en linea, en la siguiente dirección electrónica http://libros.conaliteg.gob.mx/


Armando Marín Becerra

Ana Sofía Varela Gasque

Ciencias 3 Química

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Armando Marín Becerra,

Ana Sofía Varela Gasque.

Ciencias, 3: Química / Armando Marín Becerra,

Ana Sofía Varela Gasque, C&Newton Estudio. -- México :

Correo del Maestro, 2011.

304 p. : il. ; 21 cm.

ISBN 978-607-9034-28-3

Ciencias 3. Química – Estudio y enseñanza (Secundaria).

Armando Marín Becerra, Ana Sofía Varela Gasque, C&Newton Estudio

574 ARB.c.1 Biblioteca Nacional de México

COORDINACIÓN EDITORIAL Y EDICIÓNRoxana Martín-Lunas Rodríguez

EDITORA ADJUNTATzitzil Argel Anguiano Macías

AUTORÍAArmando Marín Becerra, Ana Sofía Varela Gasque

COLABORACIÓN ESPECIALNorma Alicia Hernández Rodríguez

REVISIÓN TÉCNICA Y PEDAGÓGICAIrma Zoloeta López

CORRECCIÓN DE ESTILO Hugo Villagómez, Francisco Vásquez Ponce, José Fábregas Puig

DISEÑO DE INTERIORES Y CUBIERTAMonocromo

FORMACIÓN ELECTRÓNICAC&Newton Estudio / Martha Covarrubias, Astrid Stoopen

COORDINACIÓN ICONOGRÁFICAGermán Gómez López, Elena Martín Lunas Rodríguez

ILUSTRACIONESC&Newton Estudio / Francisco Javier Morales Carrillo, Claudia Ciruelo “Roni”, Paulina Covarrubias

FOTOGRAFÍACarlos Hahn Ramírez, Magalí Sarmiento Fradera (laboratorio, sustancias y estudiantes)Archivos: Photostock.com, Photospin.com

FOTOGRAFÍA DE LA CUBIERTAÓscar NecoecheaMina de Naica, Chihuahua, 2009: cristales gigantes de yeso puro.

GESTIÓN DE DERECHOS Y PERMISOSCorreo del Maestro

LOCACIONESInstituto Escuela

© 2011 Armando Marín Becerra, Ana Sofía Varela Gasque

ISBN 978-607-9034-28-3

DERECHOS RESERVADOS © 2011,CORREO DEL MAESTRO, S. A. DE C. V.Av. Reforma No. 7 Int. 403, Cd. Brisa,Naucalpan Estado de México, México C.P. 53280Tels. 53-64-56-70 / [email protected] www.correodelmaestro.com

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Reg. Núm. 2817Impreso en México

La presentación y disposición en conjunto de Ciencias 3. Química son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida, mediante ningún sistema o método, electrónico o mecánico (incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de recuperación y almacenamiento de la información), sin consentimiento por escrito del editor.


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PresentaciónQuerido alumno: CORREO DEL MAESTRO tiene el enorme gusto de poner en tus manos el libro Ciencias 3. Química, como una importante herramienta para aprender Química que te ayudará a lo largo del curso en varias formas: de manera autónoma, en conjunto con tus compañeros, y con el valioso apoyo y guía de tu maestro.

Este libro pretende adentrarte de forma clara, accesible y amena en esta fascinante ciencia llamada química.

Conocer distintos aspectos de esta disciplina científica te ofrecerá una nueva perspectiva desde la cual podrás encontrar muchas explicaciones al mundo que nos rodea.

Estamos convencidos de que la química puede ilustrarse de una forma sencilla y accesible, tratando de evitar el muy transitado camino de las erudiciones que para muchos la convierten en una ciencia oscura e incomprensible.

Sin embargo el camino de la sencillez también tiene sus riesgos, pues puede dar la impresión de que la química es una ciencia acabada donde todo está dicho y no queda nada por descubrir. Esperamos que este libro te ofrezca una visión sencilla, mas no aburrida, de esta interesante ciencia en constante avance y que su estudio te despierte la sed de conocimiento que nos impul-sa comprender mejor nuestro entorno.

Nada hay más estimulante para un joven como tú que cuestionar la naturaleza de las cosas: grandes y pequeñas, concretas y abstractas, comunes e inusuales. Tu juventud es una fuente in-agotable de energía y tu necesidad de entender este mundo es el motor principal de grandes cambios, pues han sido personas como tú, quienes a partir del cuestionamiento de lo conocido y aceptado han hecho las más grandes contribuciones a la ciencia.

Esperamos que este libro te ayude y estimule a emprender este excitante camino vinculado con esta y otras áreas del conocimiento, como la biología, la física y las matemáticas, la literatura, la geografía y la historia, entre otras.

A medida que realices las actividades y analices los textos irás consolidando tu cultura cien-tífica, la cual te acompañará toda tu vida. Mientras mejor la cimientes y más la amplíes, podrás tomar posturas y decisiones mejor fundamentadas ante problemas que van desde lo ambiental y tecnológico, hasta lo social y cultural, por lo que podrás actuar responsablemente ante situa-ciones que te afecten en lo individual, pero que también afectan a la Humanidad entera. Podrás entonces convertirte en una persona activa, en un agente positivo de cambio. Ésta es la apuesta de este libro de texto.

Querido maestro: El afán de saber y la capacidad de asombro de los estudiantes y los docentes son precisamente la razón de ser de este libro, y el motivo principal de su labor diaria. Es por ello que el presen-te texto fue confeccionado teniendo en mente no sólo a los alumnos, sino a los maestros que conforman con ellos el núcleo primordial del hecho pedagógico. Enseñar Química es indudable-mente un reto, pero al mismo tiempo es una oportunidad preciosa para fomentar el desarrollo del pensamiento científico y el gusto por las ciencias. Un curso atractivo brinda la oportunidad a los estudiantes de familiarizarse de forma lúdica, aunque formal, con los quehaceres científicos y tecnológicos y puede, incluso, ser el detonante de la vocación científica en algunos estudiantes.

Con gran admiración por su trabajo, en CORREO DEL MAESTRO deseamos que este texto sea un referente sólido para usted.


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Te sugerimos leer, con el apoyo de tu maestro*, las siguientes descripciones para conocer cómo está organizado tu libro de texto.

Los cinco bloques que integran este libro se trabajarán a lo largo de los cinco bimestres del calendario anual escolar y se identifican claramente con un color diferente. Cada

bloque incluye los temas y subtemas, las actividades, las evaluaciones individuales y los proyectos que desarrollarás junto con tus compañeros del grupo, guiados por tu maestro.

Inicio de bloque

Índice de contenidos

Incluye todos los temas y subtemas de cada bloque para que puedas localizarlos con facilidad.

Fotografías relacionadas con los temas que se desarrollan en cada bloque.

Enumeración de los propósitos del bloque.

Información general de las fotografías que ilustran el inicio del bloque y que encontrarás en el interior de cada tema.

Bloque. En total hay cinco bloques, cada uno presenta un tema general a abordar:

B1 Las características de los materiales

B2

La diversidad de propiedades de los materiales y su clasificación química

B3

La transformación de los materiales: la reacción química

B4

La formación de nuevos materiales

B5

Química y tecnología

Temas y subtemas. Puedes ver que los cuatro primeros bloques de este libro tienen 2 temas y 2 propuestas de proyectos y el Bloque 5 incluye 8 propuestas de proyectos para trabajar.

Número de página. Sirven para encontrar el inicio de cada tema, los subtemas y las propuestas de proyectos al final del bloque.

Conoce tu libro

* […] Por razones de corrección política, que no de corrección lingüística, se ha extendido la costumbre de hacer explícita la alusión a ambos sexos […]. Se olvida en estos casos que en la lengua está prevista la posibilidad de referirse a colectivos mixtos a través del género gramatical masculino, posibilidad en la que no debe verse intención dis-criminatoria alguna, sino la aplicación de la ley lingüística de la economía expresiva […] Por otra parte, [se] ha suscitado la creación de soluciones artificiosas que contravienen las normas de la gramática como las y los ciudadanos. Véase: Diccionario panhispánico de dudas, Real Academia Española, 2005, sustento que se utiliza en este libro.

Número y título del bloque.

Texto introductorio que explica, en forma breve, la importancia del contenido general del bloque.


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Presentación de los proyectos

Inicio de tema

Para que puedas irte preparando mientras estudias los distintos temas, se presentan, al inicio de cada bloque, una introducción a las dos propuestas de proyectos que elegirás junto con tus compañeros del grupo y que desarrollarás al final del bimestre con la guía de tu maestro.

Podrán ser de tres tipos: científicos, tecnológicos o ciudadanos. Su elección dependerá de los contenidos que les hayan resultado más interesantes en cada bloque, del enfoque que quieran darle al proyecto y de lo que busquen lograr. La mayor parte de los temas que se proponen en este libro son para desarrollar proyectos de tipo científico, pero podrán adecuarlos con su grupo y su maestro al conocer los distintos aspectos de cada uno de ellos y sus etapas o fases.

En los proyectos científicos se investigan fenómenos naturales o procedimientos científicos para resolver un problema de interés: la búsqueda de alternativas energéticas; cómo asegurar el buen crecimiento de una planta, etc. Estos proyectos se realizan mediante un trabajo de campo o en el laboratorio y les permitirán describir, explicar y predecir fenómenos para contestar una pregunta concreta.

Fases: Elección del problema o tema a investigar. Introducción teórica inicial. Planeación. Desarrollo. Análisis de resultados y elaboración de conclusiones. Difusión o comunicación de lo investigado.

En los proyectos tecnológicos se elabora o evalúa un producto o proceso que pueda satisfacer una determinada necesidad humana: sintetizar un material elástico; determinar métodos para separar sustancias específicas, etc. Para lograrlo podrán diseñar, elaborar y evaluar un modelo, un prototipo, un producto, o un proceso tecnológico concreto.

Fases: Determinación de lo que se necesita. Información de base. Diseño del prototipo. Elaboración. Puesta a prueba y eventual reformulación. Comunicación.

Los proyectos ciudadanos permiten analizar una situación problemática de una comunidad escolar o local y buscar una solución: cómo divulgar en una comunidad las aportaciones de los científicos mexicanos; analizar los hábitos de higiene; buscar una solución ante el impacto de alguna fuente de contaminación como el humo o el uso de los plaguicidas, etc. Para lograrlo tendrán que reconocer la situación que les interesa abordar, recabar información para diagnosticar el problema, decidir cómo resolverlo y evaluar las soluciones.

Fases: Reconocimiento de un problema. Caracterización de la situación. Recopilación y análisis de información documental de base. Desarrollo de las propuestas. Evaluación de lo logrado. Comunicación.

Es importante considerar la planeación de cada proyecto a lo largo del bloque, de manera que su desarrollo se lleve a cabo durante las dos semanas establecidas para ello.

Icono que indica el número de tema.

Icono que indica el número del bloque. .

Icono que indica el inicio de tema.

Título del tema.

Imágenes. Cada tema se ilustra con una fotografía alusiva a su contenido.

Breve introducción al tema, que sirve como pie de la imagen.

Descripción breve de los contenidos del bloque.

Introducción general a los proyectos del bloque.

Introducción a las propuestas de proyectos.


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Actividades

Encontrarás que son diversas. Cada tipo de actividad responde a propósitos distintos e incluye un título resaltado en negritas que indica la competencia a desarrollar. Más allá de las modalidades que indica la actividad preponderante, en todas deberás poner en práctica tus capacidades de comprensión, interpretación, análisis y reflexión. De acuerdo con los temas que se traten en cada bloque predominarán más unas sobre otras.

Modalidades

Reflexiona. En ocasiones, durante la explicación de un texto, se te animará a reflexionar sobre algún tema, es en este momento cuando aplicarás tus conocimientos previos; sin embargo, también encontrarás actividades específicas en las que la reflexión es fundamental para expresar opiniones, identificar situaciones, retomar experiencias, usar tus sentidos, clasificar sustancias, analizar modelos, etcétera.

Desarrollo de subtema

Subtítulo que permite organizar el contenido.

Términos científicos resaltados en negritas, cuyo significado se explica en el texto. Estos términos los encontrarás también en las secciones: Glosario e Índice de términos que aparecen en el Apéndice.

Inicio de subtema

Número y título del subtema.

Aprendizajes que se espera logres al culminar el subtema.

Desarrollarás actividades que fortalecerán tu capacidad de observación y análisis, habilidades fundamentales para el desarrollo de la Ciencia. Algunas de ellas implican observar un fenómeno o bien observar esquemas y modelos. Practicarás esta habilidad a lo largo de todo tu curso.

Experimenta. Son las más frecuentes a lo largo del libro. Con estas actividades aprenderás cómo se trabaja en química, pues harás investigaciones sobre el comportamiento de los materiales. Para ello, adquirirás las habilidades necesarias para seguir una metodología y utilizar algunas herramientas tecnológicas. Estas actividades siempre se realizarán en equipo y en un lugar específico que puede ser el laboratorio, el campo, la escuela, tu casa, entre otros. Conviene que estés pendiente de las medidas de seguridad en el uso de ciertas sustancias y del manejo de residuos que se explican en el Apéndice (página 283).

Desarrollo del contenido.

Breve introducción al subtema.


7

Calcula. Aplicarás herramientas matemáticas para resolver problemas que plantea la química. Muchas veces los cálculos estarán relacionados con cuadros y gráficas. Es importante que expliques el razonamiento que has seguido en cada cálculo y que verifiques con tus compañeros el resultado. Con estas actividades te darás cuenta de que la matemática es una herramienta y un lenguaje fundamental, tanto para la física, como para la química.

Consulta. A partir de estas actividades complementarás tu conocimiento sobre un tema y desarrollarás tu capacidad de investigación, ya que es importante que aprendas a utilizar diversas fuentes de consulta: enciclopedias, artículos de divulgación, libros de texto de otras asignaturas, encuestas, estadísticas, notas de periódicos; otras veces, en la Colección de Libros del Rincón de tu Biblioteca Escolar o de Aula e Internet.

Investiga. Son actividades con las que podrás profundizar sobre algún tema y compartir lo que aprendiste a través de un reporte, una conferencia, etc., para ello recurrirás a literatura un poco más especializada en química. También indagarás a partir de preguntas clave recurriendo a personas cuyo trabajo se relaciona con la educación, investigación o industria química.

Elabora modelos. En estas actividades podrás construir modelos para representar cómo son los materiales o bien reconocerlos. Éstas te permitiran “ver” el interior de la materia para comprender cómo está formada. Además, pondrás en práctica el uso del lenguaje químico.

Elabora. En estas actividades podrás plantear argumentos de forma escrita, explicar puntos de vista de forma oral, escribir reportes, informes con conclusiones de lo observado, resúmenes y textos breves, organizar exposiciones orales y elaborar mapas conceptuales, esquemas, carteles, etc. Éstas son algunas de las maneras con las que comunicarás lo que has aprendido a tus compañeros de la escuela, a tu maestro, a tus familiares y a tu comunidad. Es importante que en todas ellas pongas en práctica el uso del lenguaje propio de la química.

Utiliza las TIC. Las actividades que emplean las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación) te servirán para comunicarte con tus compañeros por correo electrónico, enviar información y emplear los programas de cómputo, así como aprender de los contenidos que se ofrecen en videos y en los medios masivos de comunicación. Si cuentas con equipo de cómputo e Internet podrás realizar consultas rápidas o bien investigar a fondo un nuevo tema “navegando”. Al finalizar el proyecto se sugiere que consultes algunas páginas de Internet, películas o videos que puedes utilizar para enriquecer lo aprendido y desarrollar el proyecto.

173

B3T1

1. Reúnanse en equipos y consigan el siguiente material:

• 2 vasos de precipitados de 100 mL (2 vasos pequeños)

• Agitador de vidrio

• Parrilla o mechero de bunsen

• Balanza, de la mayor precisión posible

• Papel filtro

• Embudo

• Pipeta graduada de 10 mL (jeringa graduada)

• Matraz Erlenmeyer de 100 mL o vaso de precipitados de 100 mL (o un recipiente de aproximada-mente este volumen)

• 2 g de nitrato de calcio (Ca(NO3)2)

• 1.5 g de carbonato de sodio (Na2CO3)

• 60 mL de agua de la mayor pureza posible

2. Planteen su hipótesis con base en lo siguiente:

Si hacemos reaccionar 1.6 g de nitrato de calcio con 1.06 g de carbonato de sodio, lo cual podemos repre-sentar con la siguiente ecuación:

Ca(NO3)2(ac) + Na2CO3(ac) CaCO3(s) + NaNO3 (ac)

• ¿Se conserva la masa?

• ¿Cuántos gramos de producto vamos a obtener?

3. Experimenten:

a. Midan y registren la masa de uno de los vasos de precipitados. En ese vaso agreguen 1.6 g de nitrato de calcio y enseguida 20 mL de agua. Agiten hasta que todo el sólido se disuelva. Midan la masa del vaso con la disolución resultante y calculen cuál es la masa de la disolución.

b. Midan y registren la masa del otro vaso de precipitados y luego agreguen 1.06 g de carbonato de sodio (si la balanza de su laboratorio no tiene la precisión requerida, redondeen la cantidad a 1.1 g), seguidos de 20 mL de agua. Agiten hasta que todo el sólido se disuelva. Midan la masa del vaso con la disolución resultante y calculen cuál es la masa de la disolución.

c. Anoten las propiedades que observen de cada una de las disoluciones.

d. Con una pipeta agreguen la disolución de nitrato de calcio al vaso que contiene la disolución de carbonato de sodio. Describan lo que observan.

e. Midan la masa de la mezcla que contiene ambas disoluciones.

¿Se conserva la masa?

f. Midan la masa del papel filtro, dó-blenlo en forma de cono y colóquen-lo en el embudo.

g. Midan la masa del matraz Erlenme-yer. Introduzcan el embudo dentro del matraz. Agiten y filtren la mezcla que han obtenido, de manera que todo el sólido quede en el papel filtro y la solución en el matraz. La mejor manera de separar un sólido de un líquido es filtrándolo; para ello se puede usar un sistema como el que se ve en esta imagen.

h. Sequen el precipitado (carbonato de calcio) en el filtro ya sea calentándolo cuidadosamente en un horno o una parrilla o dejándolo secar por todo un día.

i. Pesen el papel filtro con el precipitado. Calculen la masa de este producto restando el peso inicial del papel filtro.

4. Analicen sus resultados.

• Describan las propiedades de reactivos y productos.

• ¿Cuál es la masa del carbonato de calcio que se formó?

• Conociendo la masa del carbonato de calcio, ¿cuál esperan que sea la masa del nitrato de sodio que se formó en la disolución? ¿En qué se basaron para ha-cer esta predicción?

• ¿Cómo podrían conocer la masa de este producto?

• Si quisieran obtener el doble de carbonato de calcio del que obtuvieron en este experimento, ¿qué masa usarían de cada reactivo?

• Si su maestro lo considera conveniente, realicen el experimento para obtener el doble de producto.

• ¿Por qué no deben pesar el carbonato de calcio húmedo? ¿Por qué necesitan restar el peso del papel? ¿Estas situaciones podrían afectar sus mediciones?

5. Concluyan con base en los resultados y el análisis.

¿Están relacionadas la masa de reactivos y la masa de productos? ¿Para qué nos puede servir conocer esta relación?

Experimenta

Aplica el principio de conservación de la masa y representa tus observaciones usando el lenguaje químico.

Nitrato de calcio

+ +Carbonatode sodio

Nitratode sodio

Carbonato de calcio

Invitación a la lectura. Son sugerencias de la colección “Libros del Rincón” (que forman parte de la Biblioteca Escolar y Biblioteca de Aula) y otras fuentes impresas o electrónicas, para disfrutar y ampliar el conocimiento sobre los temas y subtemas abordados en cada bloque. También se incluyen lecturas breves relacionadas con el uso de la ciencia y la tecnología que se encuentran en una sección del Apéndice (página 286).

Imágenes

Son fotografías, gráficas, esquemas, dibujos, viñetas que complementan la información del texto y de las actividades. En el texto se acompañan con un pie descriptivo y se identifican con un número. Todas estas imágenes están referidas en el texto para que puedas relacionarlas fácilmente con los contenidos. Las imágenes que son parte de las actividades, o que apoyan la explicación del texto no se numeran y generalmente no llevan pie.

Cuadros y gráficasSon otros recursos didácticos que complementan y enriquecen la información de los textos y actividades, e incluyen la fuente que sirvió de base para elaborarlos.

Nota: Las direcciones electrónicas referidas en estas secciones, y a lo largo de la obra, fueron consultadas en enero de 2011.


8

Proyecto

Secciones para evaluación

Evalúo mi avance. Preguntas que te permiten reflexionar y reconocer qué has aprendido respecto al subtema y cómo lo has logrado.

Evaluemos lo aprendido. En esta sección encontrarás un conjunto de preguntas y actividades para que puedas evaluar, con la guía de tu maestro, los aprendizajes conceptuales, procedimentales y actitudinales alcanzados en cada subtema.

Número y título del proyecto, hay dos proyectos por bloque.

Cada uno es una actividad colectiva que integra lo que has aprendido en el bloque, por lo que a lo largo del bimestre es importante que registres tus dudas y aquellos temas que más te interesen para elegir el proyecto que desarrollarás. La propuesta de proyecto está orientada a conseguir una

meta, que puede ser investigar un tema, desarrollar una tecnología o plantear soluciones a problemas de tu comunidad. Para realizarlo deberás seguir una serie de etapas o fases. Antes de iniciar el primer tema del bloque se esboza el tema propuesto de cada proyecto.

Texto de introducción al proyecto del bloque. Este texto incluye explicación e información amplia que sirve como antecedente para invitarte a que desarrolles los proyectos de cada uno de los cuatro primeros bloques.

Aprendizajes esperados. Se espera que con el trabajo por proyectos logres desarrollar ciertas habilidades, conocimientos, aptitudes y actitudes hacia el trabajo científico.


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ApéndiceEncontrarás seis secciones:

Seguridad en laboratorio. En esta sección encontráras una guía básica de los procedimientos de seguridad que debes observar al trabajar en el laboratorio.

Manejo de residuos. Siempre debemos conocer cómo se manejan los residuos que generemos. Es importante que consultes este apéndice.

Lecturas complementarias. Son textos y referencias para que valores la importancia del conocimiento científico.

Nomenclatura de compuestos inorgánicos. Incluye tablas de los principales iones y cómo nombrarlos.

288

De la bombilla a los leds

Desde que Tomas Alva Edison perfeccionó la bombilla eléctrica (hacia finales del siglo xix), hemos iluminado nuestra vida nocturna básicamen-te de la misma forma: usando las llamadas “bombillas incandescentes”. Estas funcionan con un alambre (usualmente de tungsteno) el cual, al

calentarse a muy altas temperatu-ras, emite luz visible (análogo a lo que sucede cuando se calienta un metal al “rojo vivo”). Estas bom-billas son muy ineficientes, pues la mayor parte de la energía eléctrica que consumen se transforma en energía calorífica y sólo una pe-queña proporción es transformada en energía luminosa.

Hoy en día gracias a la investiga-ción de la química de los elementos representativos ha sido posible el desarrollo de los materiales semi-conductores, los cuales no sólo se usan en los chips de computadoras y otros equipos electrónicos. Estas sustancias, compuestas general-mente por arsénico, fósforo, galio, indio y germanio, también son usadas en los “foquitos” conoci-dos como led (siglas en inglés para Diodo Emisor de Luz).

Aunque esta tecnología no es nueva, pues desde hace muchos años los controles remotos funcionan usando leds que emiten luz infrarroja, su uso en el alumbrado de habitaciones es todavía escaso, pues el costo de estos focos es relativamente alto y aún no alcanzan a generar la intensi-dad lumínica que se obtiene con los focos convencionales, sin embargo ya es más frecuente encontrarlos como fuente lumínica en lámparas de mesa, televisiones y hasta en los semáforos, pues los nuevos semiconduc-tores han producido leds que tienen cada vez mayor potencia. La gran ventaja de estos dispositivos es que su consumo de energía es mucho menor, además de que son mucho más eficientes pues muy poca de la energía que consumen se pierde en forma de calor. Sustituir las bombillas incandescentes por leds permite ahorrar mucha energía eléctrica, lo que se traduce en menores emisiones de CO2 (en México la mayor parte de la energía eléctrica se produce a partir de combustibles fósiles), por lo que esta tecnología es amigable con el medio ambiente y contribuye al desarrollo sustentable de nuestro país.

Para responder la pregunta de la página 155 puedes consultar tam-bién las siguientes fuentes:

De la Herrán, José y Sergio de Régules. “La iluminación del futuro: los diodos emisores de luz”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 109, p. 22.

Invitación a la lectura

La tecnología de los leds representa nuestra opción de iluminación más amigable con el medio ambiente.

Lecturas complementarias

Glosario. Incluye los términos científicos que aparecen resaltados en los contenidos de la obra para que aprendas a manejar el lenguaje propio de la ciencia, en este caso, de la química. En cada uno de ellos se indican las páginas de referencia.

Índice de términos para que puedas encontrarlos fácilmente en el desarrollo del libro.

Bibliografía. Son recomendaciones para consultar distintas publicaciones y referencias utilizadas y citadas en el libro. Una parte está dirigida a los estudiantes y otra a los docentes.

Referencias de Internet. Principales referencias electrónicas que te sugeri-mos para continuar desarrollando tu aprendizaje y el uso de las TIC.


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Índice de contenido

Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Conoce tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

BLOQUE 1Las características de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Presentación de los proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

TEMA 1. La química, la tecnología y tú . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

SUBTEMA 1. ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? . . . 18

SUBTEMA 2. Características del conocimiento científico: el caso de la química . . . . 25

SUBTEMA 3. Tú decides: ¿cómo saber que una muestra de

una sustancia está más contaminada que otra? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

TEMA 2. Propiedades físicas y caracterización de las sustancias . . . . . . . . . . . . . . . . 47

SUBTEMA 1. ¿Qué percibimos de los materiales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

SUBTEMA 2. ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales? . . . . . . . . . . . . . 53

SUBTEMA 3. ¿Qué se conserva durante el cambio? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

SUBTEMA 4. La diversidad de las sustancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

PROYECTOS. Ahora tú explora, experimenta y actúa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

PROYECTO 1. ¿Quién es el delincuente? El análisis en

la investigación científica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

PROYECTO 2. ¿Qué hacer para reutilizar el agua? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

B1


11

BLOQUE 2La diversidad de propiedades de los materiales

y su clasificación química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Presentación de los proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

TEMA 1. Mezclas, compuestos y elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

SUBTEMA 1. La clasificación de las sustancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

SUBTEMA 2. Clasificación científica del conocimiento de los materiales . . . . . . . . . 104

SUBTEMA 3. ¿Cómo es la estructura de los materiales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

SUBTEMA 4. Tú decides: ¿qué materiales utilizar para conducir

la corriente eléctrica? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

TEMA 2. Tabla periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

SUBTEMA 1. Estructura y organización de la información física y química

en la tabla periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

SUBTEMA 2. ¿Cómo se unen los átomos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

PROYECTOS. Ahora tú explora, experimenta y actúa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

PROYECTO 1. ¿Cuáles son los elementos químicos importantes

para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

PROYECTO 2. ¿Cómo funcionan las drogas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

B2


12

BLOQUE 3La transformación de los materiales: la reacción química . . . . . . . . . . 162

Presentación de los proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

TEMA 1. La reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

SUBTEMA 1. El cambio químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

SUBTEMA 2. El lenguaje de la química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

SUBTEMA 3. Tras la pista de la estructura de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

SUBTEMA 4. Tú decides: ¿cómo evitar que los alimentos

se descompongan rápidamente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

TEMA 2. La medición de las reacciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

SUBTEMA 1. ¿Cómo contar lo muy pequeño? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194


PROYECTO 1. ¿Qué me conviene comer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

PROYECTO 2. ¿Cuáles son las moléculas que componen

a los seres humanos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

BLOQUE 4La formación de nuevos materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Presentación de los proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

TEMA 1. Ácidos y bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

SUBTEMA 1. Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana . . . . . . . . . . . . 218

SUBTEMA 2. Modelo de ácidos y bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

SUBTEMA 3. Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo

frecuente de los “alimentos ácidos”? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

TEMA 2. Oxidación y reducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

SUBTEMA 1. La oxidación: un tipo de cambio químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

SUBTEMA 2. Las reacciones redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

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PROYECTO 1. ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo

y sustituirlos por otros compuestos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

PROYECTO 2. ¿Cómo evitar la corrosión? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

BLOQUE 5Química y tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

PROYECTO 1. ¿Cómo se sintetiza un material elástico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

PROYECTO 2. ¿Qué ha aportado México a la química? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

PROYECTO 3. ¿Por qué usamos fertilizantes y plaguicidas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

PROYECTO 4. ¿De qué están hechos los cosméticos y algunos

productos de aseo personal como los jabones? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

PROYECTO 5. ¿En qué medida el ADN nos hace diferentes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

PROYECTO 6. ¿Cuáles son las propiedades de algunos materiales

que utilizaban las culturas prehispánicas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

PROYECTO 7. ¿Cuál es el papel de la química en diferentes

expresiones artísticas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

PROYECTO 8. ¿Qué combustible usar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

Seguridad en el laboratorio y manejo de residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Lecturas complementarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Nomenclatura de compuestos inorgánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

Índice de términos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

• Recomendaciones para los estudiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

• Recomendaciones para los maestros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

• Revistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

• Referencias consultadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Referencias de Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

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PROyECTO DE InTEgRaCIón 1

BLOQUE 1

Nos tocó presenciar una época de cambio constante. Si hubiésemos vivido en

1800, nuestra vida no sería muy distinta de la que llevaron nuestros abuelos. Hace

unos 50 años, lo que hoy nos resulta cotidiano era materia de la ciencia ficción; por

ejemplo, en los años sesenta sólo los súper espías de la televisión tenían teléfonos

celulares (cuyo diseño dejaba mucho que desear, pues era al mismo tiempo un za-

pato y un teléfono, es decir, un zapatófono).

Hoy estamos acostumbrados a que aparezcan con frecuencia en el mercado pro-

ductos tecnológicos que nuestros abuelos ni siquiera podían imaginar.

¿A qué debemos estos cambios tan acelerados? ¿Por qué ha avanzado tanto la tec-

nología? En buena medida, gran parte de lo que hoy disfrutamos está sustentado

en nuestra habilidad de producir materiales con propiedades sorprendentes, en

nuestra capacidad de transformar la materia: en suma, en la química.

En este bloque reflexionaremos acerca de la compleja relación ciencia-tecnología

y el papel que ha tenido la química en el desarrollo de la sociedad, así comenzare-

mos nuestro estudio de esta fascinante ciencia.

Las características de los materiales

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P1

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PROPÓSITOS

1. Contrastar las ideas de los estudiantes sobre esta disciplina con las aportaciones de la ciencia al desarrollo de la sociedad.

2. Identificar algunos aspectos de la tecnología y su relación con la satisfacción de diversas necesidades.

4.Aplicar e integrar habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de proyectos, enfatizando la discusión, búsqueda de evidencias, interpretación de experimentos y el uso de la información analizada durante el bloque, para acercarse a las particularidades del conocimiento químico.

3.Identificar las características fundamentales del conocimiento científico que lo distinguen de otras formas de construir conocimiento.

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Las imágenes que observas en estas dos páginas, las encontrarás también a lo largo de los temas de este bloque.


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Proyectos

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¿Quién es el delincuente? El análisis en la investigación científica

En este proyecto te invitamos a resolver un misterio. Se cometió un delito y las pruebas apuntan a un sospechoso. En tus manos está determinar su inocencia o culpabilidad.

El desarrollo de este proyecto te permitirá emplear el método científico y tus cono-cimientos de química para resolver un problema concreto. Además, podrás conocer y apreciar la contribución del análisis químico en la vida cotidiana aplicado, en este caso, a las ciencias forenses.

A continuación leerás un resumen que introduce a cada uno de los dos proyec-tos que realizarás con tu grupo al terminar de estudiar este bloque.

Te sugerimos que te prepares para que antes de comenzar su desarrollo, repa-ses con tu equipo y tu maestro todo lo que ya sabes acerca de las característi-cas de este tipo de trabajo.

Si bien el proyecto tiene información general sobre el tema y algunas pregun-tas sugeridas, estas son únicamente una orientación, ya que el reto es que sean tú y tus compañeros de grupo los que vayan diseñando su proyecto a partir de sus intereses. De esta manera, podrán ir ganando mayor autonomía en el transcurso de los siguientes bimestres, de modo que, al llegar al último, hayan adquirido los conocimientos, las habilidades y las actitudes necesarias para llevar a cabo los proyectos de forma independiente.

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¿Qué hacer para reutilizar el agua?

El agua, vital líquido que con mucha frecuencia usamos inapropiadamente. El de-sarrollo de este proyecto te permitirá conocer más acerca de los métodos que se emplean a gran escala para purificar el agua y los diferentes grados de pureza con que se distribuye. También, si lo deciden, pueden proponer un dispositivo que per-mita purificar el agua de tu escuela o comunidad y así contribuir a la conservación de nuestros acuíferos.

T1 TEMa 1: La química, la tecnología y tú

T2 TEMa 2: Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

P PROyECTO 1: ¿Quién es el delincuente?

PROyECTO 2: ¿Qué hacer para reutilizar el agua?

C O n T E n I D O D E L B L O Q U E


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La química, la tecnología y tú

La química, ¿ángel o demonio? Casi todos tenemos una opinión al respecto. Hoy nuestra creciente conciencia ecológica nos ha hecho reflexionar acerca de los productos químicos y su impacto en el medio ambiente.

Tenemos conciencia de que la actividad industrial genera una enorme can-tidad de contaminantes que se arrojan indiscriminadamente a la atmósfera, que los plásticos han invadido nuestro medio ambiente y que pueden generar una catástrofe ambiental, ya que tardan cientos de años en degradarse.

Sin embargo el desarrollo de la química también ha hecho posible que con-temos con medicamentos y vacunas, y nos ha permitido incrementar la pro-ducción de alimentos y producir materiales con propiedades sorprendentes, como los semiconductores, que hacen posible los equipos electrónicos de los que tanto dependemos.

En este bloque reflexionaremos acerca de éstos y otros temas que nos per-mitirán tener una visión más objetiva de la investigación científica en general y de la investigación en química en particular. También conoceremos algunas herramientas que usan las ciencias experimentales, entre ellas la química, para la generación de conocimiento científico: el método científico y el uso de modelos para representar y explicar nuestro entorno.

T E M a 1

T1

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• Identificarás las aportaciones del conocimiento químico en relación con la satisfacción de necesidades básicas y el ambiente.

• Evaluarás la influencia de los medios de comunicación y la tradición oral en las actitudes hacia la química y la tecnología, en especial las que provocan el rechazo a la química.

En e

ste

subt

ema:

1. ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual?

Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente

Cuenta la leyenda que el joven Isaac Newton descansaba plácidamente debajo de un manzano cuando de repente una manzana cayó en su cabeza. La mayoría de nosotros quizá sólo nos hubiésemos sobado el golpe y aventado la manza-na muy lejos o, en el mejor de los casos, esto nos hubiese abierto el apetito y nos hubiésemos comido la manzana. Sin embargo, al joven Newton este fenómeno le motivó a pensar: si la fuerza de gravedad de la Tierra hace caer a la manzana, ¿hará caer también a la Luna? (fi gura 1). Cuando Newton dio fi nalmente respuesta a su pregunta (tardó algunos años en ello), había desarrollado lo que hoy conocemos como la ley de Gravitación universal.

Esta anécdota ilustra que a veces las preguntas simples tienen respuestas insospechadas.

Quizá tú también te has hecho esta clase de preguntas acerca de la Naturaleza y sus fascinantes fenómenos. La ne-cesidad de entender el mundo que nos rodea es inherente al ser humano, y es el principal motor de la actividad científi ca. La curiosidad no mató al gato; más bien, creó la Ciencia. De hecho, la palabra ciencia viene del latín scientia que signifi ca conocimiento.

A lo largo de su historia, el ser humano ha acumulado una enorme cantidad de conocimientos, que podemos clasifi car en dos grandes grupos:

• Los que se relacionan con el estudio del ser humano y sus actividades.

• Los concernientes al estudio de la Naturaleza y los fenómenos naturales.

El primer grupo recibe el nombre genérico de Humanidades o ciencias sociales (que se subdividen, a su vez, en ramas del conocimiento como la historia, la antropología, la psicología, etc.), mientras que el segundo grupo lo llamamos ciencias naturales.

Figura 1. Las buenas ideas pueden surgir cuando uno

menos lo espera.


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Las ciencias naturales comprenden a todas aquellas áreas del conocimiento que tienen por objeto entender y explicar el Universo que nos rodea: la física, la biolo-gía, la astronomía, la geología y la química son todas ciencias naturales.

La ciencia se nutre de la curiosidad; o lo que es lo mismo, el científi co es una persona curiosa, que siempre se pregunta cosas. Si lo piensas bien, esta curiosidad científi ca está en todos nosotros; en algún momento todos nos hemos preguntado el porqué de muchos de los fenómenos que nos rodean; ¿tú no?

Para hacer ciencia no basta preguntarse ¿por qué?; también hay que buscar la respuesta. Si el científi co tiene éxito y consigue responder su pregunta, por lo general la respuesta que obtiene le conduce a formularse nuevas preguntas, o sea que la labor científi ca nunca termina. Nunca podremos conocer todo de todo, aunque cada vez conozcamos más y más de algunas cosas.

• ¿Y para qué sirve la ciencia?

• ¿Cuál es la utilidad del conocimiento científi co?

Quizá puedas usar lo que aprendiste en tus cursos de Ciencias I y Ciencias II para responder. Refl exiona unos minutos tus respuestas antes de seguir leyendo.

Podemos usar como ejemplo una de las contribuciones de Isaac Newton para ayudarnos a ilustrar la percepción que a veces tenemos en relación con la utilidad del conocimiento científi co: ¿tú crees que a la gente común y corriente del siglo xvii, a los contemporáneos de Newton, les parecía muy útil saber cómo y por qué los planetas orbitan alrededor del Sol? Es muy probable que no. Sin embargo, hoy en día, los satélites artifi ciales que nos permiten comunicarnos a todo el mundo de una forma casi instantánea son posibles gracias al trabajo de Isaac Newton y de muchos otros que como él, tenían la necesidad de saber “por qué”.

Si bien el objetivo de la ciencia es la generación de conocimientos, cuando los ponemos en práctica para satisfacer las necesidades del ser humano o resolver problemas específi cos, estos conocimientos se tradu-cen en aplicaciones tecnológicas.

Hoy en día la relación que existe entre la ciencia y la tecnología es tan estrecha que entre ellas se establece lo que podríamos llamar un “círculo virtuoso”: los nue-vos conocimientos científi cos con frecuencia generan nuevas tecnologías que a su vez ayudan a la ciencia a realizar nuevos descubrimientos y así sucesivamente. Sin embargo, a veces, la puesta en práctica de esta rela-ción ciencia-tecnología no tiene un fi nal feliz, pues los resultados pueden ser catastrófi cos (fi gura 2).

Una historia muy interesante y relacionada con las aplicaciones tecnológicas de los conocimientos cientí-fi cos es la de Alfred Nobel, químico de origen sueco, quien inventó la dinamita y otros explosivos. Estos inventos le hicieron un hombre muy rico, porque sus explosivos no sólo se usaron en grandes cantidades para construir caminos, puentes y presas, sino que también se emplearon para fabricar armamento. A su muerte y probablemente alimentado por el sentimien-to de culpa, dejó buena parte de su fortuna para crear una fundación que lleva su nombre, la responsable de

Figura 2. Explosión de la bomba atómica. La ciencia (el conocimiento de la energía nuclear) no puede ser calificada como buena o mala. El uso que hacemos de ella y sus consecuencias dependen de decisiones humanas.

“La ciencia y los científicos”: cuando piensas en un científico, ¿piensas en una persona común o tiene los pelos parados y los ojos desorbitados? ¿De dónde proviene esa imagen que muchos comparten acerca de los científicos? Para reflexionar un poco acerca de nuestras ideas de los científicos “locos” te invitamos a visitar la página y a leer el texto: www.sepiensa.org.mx/sepiensa2009/relpe/argentina/cm/cientificoloco.html


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Reflexiona

Expresa tu opinión acerca de la química.

1. A continuación encontrarás un conjunto de preguntas: primero escribe tus respuestas u opiniones personales y después forma equipos de tres o cuatro compañeros y compara con ellos las respuestas; pueden organizar una mesa redonda. En caso de que las respuestas sean diferentes, cada uno de ustedes puede exponer las razones que apoyan sus puntos de vista. Si después de discutir con tus compañeros cambias de opinión, anota tus respuestas definitivas.

Preguntas:

a. ¿La química es buena o mala con el medio ambiente? ¿Por qué?

b. Crees que los productos químicos son responsables de la contaminación?

c. ¿Has visto en anuncios o publicidad de algún producto que se precie de ser bueno porque no contiene “químicos”? ¿Es esto común? ¿Sería correcto decir esto? Explícalo.

d. ¿La química ha traído beneficios o perjuicios a la sociedad? Da algunos ejemplos que justifiquen tu respuesta.

e. ¿La química me ayuda en mi vida diaria? ¿Ayuda a la sociedad? ¿Por qué?

premiar a aquellas personas cuyas aportaciones, tanto en el ámbito de las ciencias naturales como en el humanístico, hayan contribuido de forma importante al be-nefi cio de la humanidad: el Premio Nobel.

Es claro que pese a los peligros de ciertas tecnologías, la sociedad se ha bene-fi ciado de los avances tecnológicos (fi gura 3). Es importante recordar que todos estos son el fruto de la investigación científi ca.

De entre las ciencias naturales, la química es quizá la que más profundo impac-to ha tenido tanto en el desarrollo de la sociedad como en nuestra vida diaria. La química es la ciencia que tiene por objeto el estudio de la materia y sus transforma-ciones y durante este curso de Ciencias III será nuestro principal objeto de estudio.

La química forma parte incluso de nuestro lenguaje cotidiano, aunque no siempre empleado de una forma correcta; por ejemplo, es común escuchar frases como: “Entre tú y yo no hay química” o “Este delicioso producto es 100% natu-ral, no contiene químicos”.

En el último caso el uso de la palabra “químicos” no es correcto, pues todos los materiales, tanto los fabricados por el hombre como los que se encuentran en la Naturaleza, están hechos de los temibles “químicos”. De modo que si un producto no contiene “químicos”, entonces ¿de qué está hecho?

Figura 3. Los explosivos pueden usarse tanto para salvar vidas como para destruirlas. Por ejemplo, (a) las bolsas de aire de los automóviles funcionan con una sustancia explosiva que puede inflarlas en unos cuantos milisegundos; mientras que las bombas empleadas en los conflictos bélicos (b) fueron creadas con la finalidad de dañar a las personas.

a b


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Reflexiona

Identifica en qué casos hay aportes de la química.

1. Primero piensa en las actividades que realizas diariamente.

• ¿Cuántas de las cosas que haces cotidianamente con-sideras que no están afectadas de alguna forma por la química? ¿Cuáles son?, enuméralas en tu cuaderno.

• ¿Fue fácil encontrarlas?

2. Ahora forma un equipo con tres o cuatro de tus compañeros y comparen sus resultados. Si les fue fácil encontrar muchas cosas que no tienen nada que ver con la química, piensa de nuevo, por ejemplo, en acciones tan simples como:

• Tomar un vaso de agua: ¿de dónde vino el vaso?, ¿es de vidrio o de plástico? En la fabricación del vaso (sin

importar de qué material esté hecho), hay un proceso químico involucrado. Y, ¿el agua es potable? ¿Cómo se purifica el agua que tomas?

• Piensa en otra acción, como ¡jugar futbol! ¡Eso sí que parece no tener nada que ver con química! ¿Y la pelota que usas, es de plástico o de cuero? También en este caso, independientemente del material del que esté hecha la pelota, en su fabricación se emplean muy diversos procesos químicos. Te invitamos a buscar más ejemplos y reflexionar de nuevo. ¿Puedes encontrar alguna actividad que no esté afectada por la química?

3. Con la asesoría del maestro, lleguen a conclusiones grupales y anótenlas en su cuaderno.

Ahora imagina que eres un encuestador que va por la calle, hace preguntas y pide su opinión a la gente. Si preguntas “¿qué opina usted de la política económica de la Unión Europea?”, ¿qué supones que te responderían? Probable-mente la mayoría de las personas diría que no conoce el tema. ¿Pasaría lo mismo si ahora usas las preguntas a y b del cuestionario anterior?

Curiosamente, a diferencia de la pregunta sobre la Unión Europea, todos creemos tener la información su-fi ciente para responder las preguntas a y b. ¿De dónde obtenemos nuestra información? ¿Consideras que lo que vemos y oímos en la radio o la televisión infl uya en las respuestas que damos a esas preguntas?

Es curioso que en esta disputa de si la química es buena o mala, los medios de comunicación, en general, sólo pre-sentan un lado de la historia (el más melodramático) y casi nunca consideran los benefi cios que de ella se obtienen.

Sin embargo, ¿tú qué haces cuando dos de tus amigos tienen una discusión y te preguntan: y tú de cuál lado estás? Antes de decidir, lo más sensato sería informarte qué fue lo que pasó; es decir, cuál es el problema, ¿no? A continuación te proponemos distintas fuentes de in-formación que pueden ayudarte a tener una opinión más informada y objetiva respecto al tema de “La química y el medio ambiente”.

¿Cuál fue tu respuesta para la pregunta e de la Actividad “Expresa tu opinión acerca de la química”? Quizá tengas la impresión de que en realidad la química y tú no tienen nada que ver. Recuerda que la química es la ciencia de la materia, lo cual signifi ca que cada que modifi camos, mejoramos o alteramos algún material, hay algún producto “químico” implicado.

Reflexiona sobre temas de la química y su relación con el medio ambiente.

1. Busca en periódicos o revistas noticias relacionadas con el calentamiento global. El punto de vista de estos artículos, ¿da una visión positiva o negativa de la química?

2. Contrasta esta información con la que puedes encontrar en la siguiente página electrónica:

http://www.xperimania.net/ww/es/pub/xperimania/news/world_of_materials/chemistry_and_the_environment.htm

También puedes llegar a esta página si en tu buscador escribes: “química+medio ambiente”, y de los resultados selecciona la página publicada por www.xperimania.net

3. Si está disponible en tu escuela, revisa el siguiente material videográfico que se encuentra en formato VHs: “La química y el ambiente”, de la Colección El mundo de la química, volumen Xiii.

4. ¿Cómo responderías ahora al inciso e. de la actividad anterior?

Utiliza las TICUtiliza las TIC


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Los beneficios que la química ha traído a nuestra vida están en todos lados y resulta muy difícil encontrar algún lugar o actividad que esté libre de su influencia: en las fibras sintéticas y los colorantes de la ropa que lle-

vamos, en los fertilizantes empleados en la producción de frutas y vegetales que co-memos, en el alimento y vacunas de los animales de granja que consumimos, en las medicinas que a veces necesitamos, etcétera (figura 4).

A pesar de estos y muchos otros beneficios más, al juzgar el impacto que la química tiene en la sociedad y en nuestra vida cotidiana siempre aparece el tema de la conta-minación y los efectos en el medio ambiente, lo cual parece ser la visión que prevalece sobre todo lo demás.

Si en los medios de comunicación pudiésemos reconocer al “villano” de la historia, probablemente diríamos que son esos materiales que conocemos como “los plásticos”.

Sin embargo, estos “villanos” permiten que puedas quitar una sartén de la estufa sin quemarte (casi siempre el mango de la misma está recubierto de un plástico aislante conocido como baquelita); quizá la misma sartén esté recubierta de otro plástico co-nocido como teflón, que ayuda a que la comida no se pegue, lo que te permite cocinar con mucho menos grasa (si así lo deseas). Así como ocurre en este sencillo ejemplo, los seres humanos hemos encontrado que los plásticos son extremadamente útiles y tienen un sinfín de aplicaciones. De hecho, la demanda por el plástico ha crecido tanto que los fabricantes han buscado (y encontrado) distintas formas de producirlos en mayor cantidad y a más bajo costo. Reflexiona: ¿qué es más barato, un vaso de vidrio o uno de plástico?, ¿cuál es más durable?

El plástico puede ser tan económico que parece que lo regalan. ¿Has pedido una “bolsita” para llevarte las cosas que acabas de comprar?, ¿de qué material era?, ¿te cobraron la bolsa? Y más importante aún, ¿qué hiciste después con ella? (figura 5).

Figura 4. La química está en todos lados; en las imágenes

anteriores, ¿puedes identificar qué materiales han sido creados

o modificados empleando procesos químicos? Anota cada

caso en tu cuaderno.


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La relación que hoy en día tienen la ciencia y la tecnología es muy estrecha pero, ¿siempre ha sido así? ¿Puede haber tecnología sin ciencia? De nuevo los explosivos pueden servirnos de ejemplo. ¿Sa-bes cuándo se inventó la pólvora? Probablemente sepas que la fa-bricación de esta mezcla se atribuye a los antiguos chinos (alrededor del siglo iii d.C.). Pues bien, así como en el caso de la pólvora, hay un gran número de ejemplos en los que el hombre antiguo usaba

Figura 5. Los materiales plásticos son muy útiles (a), pero debido a su longevidad, a su uso extensivo y a su bajo costo, han generado un serio problema ambiental (b) y (c).

Puedes consultar la siguiente obra en la colección Libros del Rincón:

José Antonio Chamizo. ¿Cómo acercarse a la química?, sep / aDN Editores, México, 2002.

Invitación de lectura

a b c

1. Primero, sólo con los conocimientos que ya tienes, responde de forma individual los siguientes temas planteados como preguntas:

• ¿Qué es un material biodegradable?

• ¿Los plásticos son biodegradables?

• ¿Cuál es la diferencia entre reutilizar y reciclar? ¿Qué materiales puedes reutilizar?

• ¿Por qué es importante reciclar la basura?

• ¿Es posible reciclar el plástico?

• ¿Qué otros materiales es posible reciclar?

• ¿Cómo identificamos aquellos materiales que pueden reciclarse?

2. Hoy reconocemos la importancia de reciclar los plásticos para intentar disminuir su impacto ambiental. En un equipo de tres o cuatro compañeros, discutan y comparen sus respuestas con las preguntas anteriores y entre todos escriban las respuestas que consideren más adecuadas. Luego contesten las siguientes preguntas:

• ¿Cómo podemos reducir el impacto ambiental de los desechos plásticos?

• ¿Podemos cambiar nuestras actitudes de consumo, en particular, ante el uso indiscriminado de productos plásticos? ¿Han escuchado alguna campaña o acción relacionada con este problema? Expliquen.

• ¿En qué productos consideras que el uso de plástico es indispensable?, ¿en cuáles consideras que podríamos remplazarlo por otro material?

Consulta

Resalta el papel de la química y la tecnología en la disminución de la contaminación.


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métodos, que hoy llamamos químicos, para transformar distintos materiales de la Naturaleza: la cerámica, el bronce, el hierro, el vidrio, la extracción de colorantes de plantas y minerales son algunas de las tecnologías que las culturas antiguas do-minaban (fi gura 6).

¿Crees que el hombre antiguo sabía por qué al calentar cierto tipo de rocas en una fogata podía obtener como resultado hierro? Es claro que podía fabricarlo, pero ¿sabía por qué?; ¿cómo aprendió a hacerlo?; ¿cómo transmitió estos conoci-mientos a sus descendientes?

Todas las técnicas que el ser humano fue capaz de dominar son resultado del conocimiento empírico; el que se adquiere a través de la experiencia y se perfec-ciona a través del ensayo y el error. Gran parte de los conocimientos empíricos se transmiten de generación en generación de forma oral.

En ciencia, el conocimiento se genera también por medio de ensayos, pero estos ensayos se distinguen de los anteriores por el método que emplean; a estos ensayos los llamamos experimentos. A diferencia del conocimiento empírico, el conoci-miento científi co tiene otras formas de transmisión (además de la oral) aunque de ello hablaremos más adelante.

Figura 6. Desde hace mucho tiempo, el ser humano ha dominado algunas técnicas que le permiten transformar la Naturaleza en su beneficio, como se observa en estas imágenes: (a) espada Samurai; (b) vasija y escultura prehispánicas; (c) fuegos artificiales; (d) murales de Cacaxtla decorados con pigmentos naturales.

a

b

d

c

1. Analiza la fotografía de la portada de este libro y haz una lista de los materiales que obsrevas en ella y responde:

• ¿Cuáles materiales son de origen natural y cuáles son el resultado de la ciencia y la tecnología?, describe la utilidad de cada uno de los materiales desarrollados.

2. Vuelve a analizar tus respuestas en la Actividad “Expresa tu opinión acerca de la química” en la página 20. ¿Ha cambiado tu punto de vista con respecto al papel de la química en la satisfacción de necesidades de la sociedad, en el cuidado del medio ambiente y en el incremento o control de la contaminación? Justifica tu respuesta.

Evalúo mi avance

Para evaluar tus reflexiones y lo aprendido en este subtema:

Para bien o para mal, la química esta en todos lados. Es imposible concebir nuestro modo de vida sin la presencia de materiales y sustancias que hemos aprendido a transformar, ¿o podemos vivir sin “productos químicos”? Te invitamos a reflexionar sobre este tema a través de la siguiente lectura: sepiensa.org.mx/contenidos/quimica/quimica1.html


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2. Características del conocimiento científico: el caso de la química

Experimentación e interpretación

Experimentación en la vida cotidiana: ¡A preparar agua de limón!

Piensa: ¿qué se necesita para preparar agua de limón? Ingredientes: agua, limón y azúcar.

¿Cómo se prepara? Fácil: mezclas el azúcar con agua y agregas jugo de limón y listo.

El resultado: ¡Desastroso! ¡Sabe horrible!

¿Qué pasó? ¡Si parecía tan fácil! ¿Cómo mejorarla? ¡Claro! ¡Le falta limón!

¿Y ahora? ¿cómo quedó? Pues más o menos…, como que le falta un poquitín de azúcar… (Venga pues, un poco…)

¿Ya quedó? ¡Perfecto!

El proceso que acabamos de describir para preparar agua de limón ejemplifi ca, muy de cerca, el que llevan a cabo los científi cos cuando experimentan y evalúan los resultados de su experimento.

Lo primero que necesitamos es un objetivo (preparar agua de limón), luego una idea de cómo prepararla (la cantidad de azúcar, agua y limón que usamos original-mente). Después ponemos en práctica nuestra idea (experimentamos) y evaluamos sus resultados. Cuando éstos no nos satisfacen, proponemos una razón por la cual no obtuvimos los resultados deseados (le faltaba limón o azúcar); luego repetimos la experiencia hasta que los resultados nos satisfacen.

Una vez que hayas terminado de leer el tema, te invitamos a que identifi ques cada una de las actividades anteriores como una etapa del método científi co; te será fácil porque en el texto las actividades están marcadas en negritas.

Probablemente sepas que una parte fundamental de la química es la experimen-tación (es por eso que la química es una ciencia experimental). Un experimento bien diseñado nos permite estudiar el fenómeno que nos interesa y entenderlo mejor. Para lograr esto, lo primero que necesitamos es tener claro qué es lo que

• Identificarás la clasificación, la medición, la argumentación, la experimentación, la interpretación, la comunicación, la abstracción y la generalización como habilidades comunes a la ciencia.

• Valorarás la importancia y los mecanismos de la comunicación de ideas y producciones de la ciencia.

• Identificarás los modelos como una parte fundamental del conocimiento científico.

• Interpretarás y analizarás la información que contienen distintas formas de representación de fenómenos y procesos.

• Compararás la visión de la química acerca de la naturaleza con otras formas de conocimiento.

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queremos conocer con el experimento; es decir, tenemos que plantearnos una pregunta. Esta pregunta surge de la curiosidad y de observar nuestro entorno, y debe ser clara y completa. Por ejemplo, nos podemos preguntar ¿cómo se obtienen las mejores burbujas de jabón?

Al diseñar un experimento no basta con tener una pre-gunta; también debemos plantear una posible respuesta, a la cual se le da el nombre de hipótesis. Nuestra hipótesis puede resultar correcta o incorrecta, pero lo importante es diseñar el experimento de tal forma que al final nos permita decidir (o concluir) si nuestra hipótesis es ver-dadera o falsa. También se deben tomar en cuenta las variables que afectan el fenómeno que nos interesa. Una variable es una condición que se puede medir, modificar y estudiar, como la temperatura, el tiempo o la cantidad de alguna sustancia.

En el caso de cómo obtener mejores burbujas puede haber varias variables que te interese estudiar, pero en un experimento es necesario modificar una variable a la vez para asegurarnos que las diferencias observadas se deben

únicamente a una de ellas; por ejemplo, si queremos estudiar cómo la cantidad de jabón afecta la calidad de la burbuja, no debemos cambiar el tamaño del aro con el que hacemos la burbuja (figura 7).

Figura 7. Las experiencias derivadas de los juegos pueden

ser fuente de preguntas para investigar un fenómeno.

1. Reúnete en equipo con tres personas y diseñen un experimento que les permita responder la siguiente pregunta:

• ¿Cómo se pueden obtener las mejores burbujas de jabón?

2. Discutan lo siguiente:

• ¿Qué hace que una burbuja sea mejor que otra?

• ¿Qué variables pueden afectar la calidad de una burbuja?

3. Planteen una hipótesis; es decir, decidan cómo creen que se pueden obtener las mejores burbujas.

4. Consigan el siguiente material:

• Detergente líquido

• Agua

• Alambre (para construir el asa)

• Hilo (para forrar el asa)

• Cronómetro

5. Experimenten. Sigan este procedimiento:

a. Preparen distintas mezclas de detergente con agua.

b. Con cada una de las mezclas hagan una burbuja y

midan el tiempo que tarda en reventarse (pueden hacer varias burbujas con una misma mezcla, como se muestra en la figura 7.)

c. Construyan una tabla de datos, como la del ejemplo, y anoten en ella sus resultados y observaciones. Clasifiquen en ella las distintas mezclas realizadas con base en la cantidad de jabón y agua que hayan utilizado.

Cantidad de detergente

en medio vaso de agua

Duración de la burbuja

Tamaño de la burbuja Observaciones

1 cucharada

2 cucharadas

6. Interpreten. Con base en el análisis de sus resultados decidan cuál es la mejor mezcla para hacer burbujas.

7. Comuniquen sus resultados al resto de los equipos y discutan en grupo organizados por su maestro.

8. Concluyan: ¿coinciden los resultados con su hipótesis? Den explicaciones claras, argumenten su respuesta.

Experimenta

Reconoce los procesos para investigar en ciencias al intentar responder una pregunta.


27

B1T1

Tal como hiciste en la actividad anterior, para poder interpretar los resultados de un experimento se deben registrar los datos y las observaciones realizadas. La interpre-tación es más sencilla si los datos se organizan y clasifi can en tablas, como lo hiciste en el experimento. Los resultados también se pueden representar en diagramas o gráfi cas. ¿Se te ocurre cómo grafi car los resultados de este experimento?

Ya que hemos organizado nuestros resultados, los podemos analizar para tra-tar de contestar la pregunta que nos habíamos planteado. Después de hacer esto suelen surgir nuevas preguntas, ya sea porque no logramos contestar la pregunta inicial o porque al observar el fenómeno nos damos cuenta de otras cosas que no sabíamos. Puede ser que al trabajar con burbujas hayan surgido nuevas pregun-tas como, ¿son siempre redondas? ¿Por qué? ¿Con qué otras cosas puedo hacer burbujas? Para contestar estas preguntas sería necesario investigar o plantear un nuevo experimento; ¿se te ocurre alguno?

abstracción y generalización

El experimento que llevaste a cabo te permitió encontrar la mejor mezcla para hacer burbujas con un detergente, pero ¿qué harías si utilizaras otro detergente?, ¿volve-rías a probar distintas mezclas? Probablemente comenzarías empleando una mezcla similar a la que encontraste que era la mejor para tu detergente. Si después de probar distintos detergentes (digamos tres o cuatro) y diferentes mezclas encontramos que para todos los detergentes estudiados la mejor mezcla agua-detergente es la misma, podríamos concluir que sin importar el detergente, la mejor burbuja siempre se pro-duce empleando una proporción detergente-agua específi ca.

Esto se conoce como generalización; esto es, asumir que lo que se cumple para un número reducido de casos (por ejemplo los tres o cuatro detergentes estudia-dos) también se cumple para todos los demás casos (es decir, para todos aquellos detergentes que no estudiamos o experimentamos).

En las ciencias experimentales se suelen buscar generalizaciones, lo cual debe hacerse con mucho cuidado. Normalmente no generalizamos con un solo experi-mento; se requiere que en muchos experimentos se obtengan resultados similares para poder concluir que en otros casos el resultado será el mismo.

Una generalización que probablemente conoces es “el agua y el aceite no se mezclan”. Esta generalización implica imaginar y predecir eventos que no hemos realizado. A esto lo conocemos como una abstracción.

Analiza los resultados.

1. Reúnete en equipos con tres personas para registrar y analizar los resultados de la actividad anterior.

Material:

• Papel cuadriculado

• Regla

• Lápiz

• Colores

2. Grafiquen los resultados del experimento de las burbujas.

• Decidan cuál es la variable independiente y cuál es la dependiente. Recuerden que la variable independiente siempre corresponde al eje x y la dependiente al eje y.

• De acuerdo con la gráfica: ¿varía la duración de la burbuja con respecto a la cantidad de detergente? Explícalo.

• Discutan sus resultados con el grupo.

Elabora


28

El caso más extremo de una generalización es lo que conocemos como una ley. Durante el curso de Ciencias II tuviste la oportuni-dad de estudiar lo que se conoce como las leyes del movimiento o leyes de Newton; por ejemplo:

La 1ª ley establece que “Todo cuerpo tiende a conservar su estado de reposo o bien su estado de movimiento rectilíneo uniforme a no ser que sobre él actúe alguna fuerza”; pero, ¿qué es un cuerpo?

Un cuerpo es cualquier objeto que tiene masa; una persona, una pelota o una nave espacial. La acción de una fuerza, cualquiera que ésta sea, provocará el mismo resultado sobre cualquier objeto, sin importar de qué objeto se trate (figura 8).

Como resultado de la experimentación con muchos objetos y fuerzas provenientes de muy diversas fuentes se encontró que el comportamiento enunciado por la 1ª ley de Newton es válido sin importar la fuerza o el objeto sobre el cual actúe ésta, por lo que se obtiene una generalización, tam-bién válida, para todos los objetos materiales (cuerpos).

Este tipo de generalizaciones que nos permiten enten-der los fenómenos naturales se encuentran mediante la experimentación cuidadosa y metodológica. Todas las ciencias naturales comparten la experimentación como la forma de llegar al conocimiento.

La metodología que llevaste a cabo con el experimen-to de las burbujas de jabón ejemplifica lo que conocemos como método científico, el cual no es otra cosa que un conjunto de acciones o actividades previamente planifi-cadas que se llevan a cabo con la finalidad de confirmar o refutar una hipótesis o entender mejor un fenómeno.

Es importante mencionar que el método científico puede ser empleado tanto para aplicaciones tecnológicas como para resolver problemas científicos. La di-ferencia radica en el tipo de pregunta a resolver. Por ejemplo, en la actividad que acabas de realizar usaste el método científico para encontrar la mejor forma de hacer burbujas, lo cual está relacionado con la técnica para producirlas (o lo que es lo mismo, con la tecnología de las burbujas). Si la pregunta hubiese sido ¿por qué el jabón produce burbujas?, claramente hubieses tenido que planear experi-mentos completamente diferentes y al final las respuestas te hubiesen llevado a la generación de un conocimiento científico.

Figura 8. Las leyes del movimiento se pueden

aplicar a todos los cuerpos sin importar si se trata de (a) una pelota o (b) de un

transbordador espacial.

a

b

Reflexiona

1. Piensa en cómo se elabora un pastel, en cuántos ingredientes lleva, la forma de mezclarlos, el tiempo de cocción, etcétera.

• La receta para preparar un pastel, ¿es un conocimiento empírico o científico? Explica tu respuesta.

• ¿Cómo crees que las personas aprenden a preparar pasteles?

• ¿Podrías mejorar un pastel empleando el método científico? Explica por qué.

• Si mejoras una receta, ¿cómo convencerías a las demás personas de que tu receta es mejor? (sin darles a probar el pastel).

Identifica las principales habilidades científicas.


29

B1T1

La última pregunta de la actividad ante-rior ejemplifi ca una importante habilidad que los científi cos deben desarrollar: la capacidad de presentar sus resultados y convencer a los demás científi cos (que son escépticos por naturaleza) de que sus con-clusiones o hallazgos son ciertos. A este proceso le llamamos argumentación y consiste en presentar evidencias contun-dentes que apoyen nuestras afi rmaciones.

Si lo refl exionas, el estudio sistemático de cada una de las variables implicadas en la elaboración de un pastel te permiti-ría (después de probar y preparar muchos pasteles y tal vez subir unos cuantos kilos) mejorar la técnica de producción del pastel, así como conocer qué factores afectan sus propiedades: el sabor, la consistencia (qué tan esponjado o fi rme resulta) el tiempo que se mantiene fresco, etcétera (fi gura 9).

Una de las diferencias importantes entre el conocimiento tecnológico y el científi co es que el primero no puede califi carse como verdadero o falso, debido a que se trata de la descripción o técnica para fabricar algún material o pro-ducto (la receta del pastel, por ejemplo) que en todo caso puede mejorarse. Sin embargo, el conocimiento científi co siempre está sujeto a comprobación y puede califi carse como verdadero (válido) o falso (inválido).

Por ejemplo, una persona afi rma que la temperatura a la que hierve el agua es “siempre” de 100 °C; sin embargo, otra persona encuentra que esto no es del todo cierto, ya que la temperatura a la que hierve el agua depende de la presión at-mosférica, pues experimentos indican que ésta hierve a 100 °C a nivel del mar (en Mérida, por ejemplo) mientras que en To-luca la temperatura a la que hierve es cercana a los 90 °C. Las observaciones de la segunda persona invalidan las afi rmaciones de la primera (que afi rma que “siempre” hierve a 100 °C).

Esta es una característica muy importante del conocimiento científi co: los conocimientos generados se asumen como válidos, pero están siem-pre sujetos a que otras personas, usando las pruebas y argumentos correctos, lo confi rmen o desmientan. El conocimiento científi co es algo así como una escalera, en la cual para ir avanzando (esto es, generar conocimientos nuevos), nos apoya-mos en el conocimiento científi co generado por otras personas.

Es por esto que una parte fundamental del trabajo científi co consiste en comu-nicar y difundir los conocimientos generados. ¿Cómo se hace esto? Hay varias formas: una de ellas es mediante conferencias en congresos o reuniones científi cas, y otra es por medio de la publicación de los resultados de las investigaciones en revistas especializadas (fi gura 10).

Figura 9. Podemos aplicar el método científico tanto para resolver problemas tecnológicos como para generar conocimiento; por ejemplo, (a) la manufactura con acero (b) al mejorar la receta de un pastel, o (c) en un laboratorio químico.

a

b

c


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Representación a través de símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales

Características de la química: lenguaje, método y medición

En párrafos anteriores, cuando hablamos de la 1a ley de Newton nos referimos a un “cuerpo”; esta palabra es propia del lenguaje de los físicos y representa a cualquier objeto material. Una taza o una pelota son ejemplos de “cuerpos”.

En química tamb ién tenemos nuestro propio lenguaje, el cual nos permite en-tendernos. Por ejemplo, no hablamos de “cuerpos” como se hace en física, sino de materia y “sustancias”; pero, ¿qué es una sustancia?

Figura 10. La información científica debe ser difundida entre la comunidad científica, con la finalidad de que estos conocimientos puedan ser compartidos, discutidos, validados y empleados por otras personas. Estas imágenes muestran distintas maneras de hacerlo.

Reflexiona

1. Imagina que acabas de descubrir un nuevo material plástico que es fantástico, pues tiene propiedades muy interesantes; entre ellas, permite fabricar de forma muy económica bolsas de plástico. Además, este nuevo plástico es rápidamente biodegradable y como resultado de su biodegradación el nuevo material puede ser usado como fertilizante. Contesta las siguientes preguntas:

• ¿Este conocimiento es científico o tecnológico?

• ¿Qué harías, difundirías tu trabajo o lo patentarías?

• ¿Qué es una patente?, ¿para qué sirve una patente? Investiga.

• Para difundir tu trabajo, ¿lo publicarías en una revista o presentarías tus resultados en un congreso?

• ¿Cuál de los métodos de difusión permite que más personas conozcan tus resultados?

• ¿Cuál de los métodos de difusión permite que otras personas te hagan saber más directamente sus dudas, objeciones o comentarios a tus resultados?

• ¿Da lo mismo difundir tus resultados en un congreso que en una publicación científica?

• ¿Consideras que este descubrimiento sería relevante para evitar el impacto del ser humano en el ambiente? Comenta con tus compañeros.

2. Discute y compara tus respuestas con las de tus compañeros para redactar un escrito breve que explique por qué es importante comunicar el nuevo conocimiento.

Valora la importancia de los mecanismos de difusión de ideas de la ciencia.


31

B1T1

Cuando lees la palabra “agua”, ¿qué imagen viene a tu mente? Si tienes sed, quizá pensarás en un vaso que contiene agua, o a lo mejor en un río o tal vez en la lluvia o el mar. Todas estas imágenes son distintas pero, ¿qué tienen en común? Pues que en todas ellas está contenido un líquido incoloro, inodoro e insípido que conocemos como agua. Es claro que en tus imágenes mentales del agua ésta puede estar mezclada con otras sustancias (por ejemplo, con sal en el caso de agua de mar) o con limón o jamaica si es que tenías mucha sed y antojo. Sin embargo, a pesar de que las imágenes no corresponden exactamente al mismo objeto, en todas ellas está contenida esa sustancia a la que llamamos agua (fi gura 11).

En química una de las propiedades que más nos importan de una sustancia es su composición, por lo que con frecuencia representamos a las sustancias con un lenguaje particular por medio de símbolos que refl ejan de qué están hechas estas sustancias. A estos símbolos los llamamos fórmulas.

Además, estos símbolos o fórmulas nos ayudan a representar no sólo a las sustancias mismas, sino también las transformaciones que éstas sufren cuando in-teractúan con otras. Por ejemplo, una transformación (reacción química) que ocurre cuando se mezclan pol-vo para hornear (que contiene bicarbonato de sodio) y vinagre (que contiene ácido acético), y que se ilustra en la fi gura 12, en química podemos representarla de la siguiente manera:

NaHCO3(s) + CH3CO2H(l) NaCH3CO2 + H2O + CO2(g)

Esta forma de representar las trasformaciones de la materia la conocemos como ecuaciones químicas y como todo lenguaje, hay que aprender a leerlo, por-que contiene más información de la que se aprecia a primera vista. Las ecuaciones químicas no sólo nos dan información cualitativa: cuáles sustancias reaccio-nan y cuáles sustancias se producen, sino también cuan-titativa: la proporción en que las sustancias reaccionan y la cantidad de sustancias que pueden producir.

Figura 12. Las transformaciones de la materia se representan empleando un lenguaje que contiene fórmulas, símbolos y signos.

Figura 11. ¿Puedes identificar, de entre todas las representa-ciones del agua mostradas en la figura, cuál de ellas podría identificar cualquier persona en el mundo independientemente de su idioma?


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Las ecuaciones químicas, que estudiarás en el Bloque 3, son algo así como una receta para preparar algo y tienen la gran ventaja de que son representaciones universales, pues cualquier persona que sepa algo de química puede entenderlas sin importar el idioma que hable. No sucede lo mismo con el nombre que damos a las sustancias: éste sí depende del idioma.

Los nombres que usamos en química son algo peculiares; en general preferimos usar nombres que contengan alguna información de la sustancia. Así por ejemplo, la sustancia que representamos como NaHCO3 recibe el nombre de bicarbonato de sodio, y este nombre no sólo nos indica que la sustancia está hecha de carbono, oxígeno, sodio e hidrógeno sino que además, para aquellos que entienden este “extraño” lenguaje, también suministra información acerca de las proporciones en las que están presentes estos elementos químicos. Si quieres familiarizarte un poco con esta forma de nombrar a las sustancias, puedes consultar el Apéndice: “Nomenclatura de compuestos inorgánicos” en la página 290.

Otro tipo de representaciones frecuentemente usadas en química son los mo-delos, que sirven para ilustrar algún concepto o idea particular. En tu curso de Ciencias II ya empleaste modelos como una importante herramienta de la física. ¿Recuerdas qué es un modelo?

Lo que acabas de dibujar claramente no es un perro (por más bonito que lo hayas dibujado); es más bien un modelo de un perro. Entre otras cosas, un perro ladra, muerde, persigue coches y a menudo hace sus “necesidades” en los postes. ¿Tu di-bujo también hace todo esto?

Elabora un modelo y analiza su función.

1. Haz, lo mejor que puedas, un dibujo de un perro.

• ¿Tu dibujo es un perro? Explica. ¿Qué características comparte tu dibujo con las de un perro?

• Comparte tu dibujo y tus respuestas con otros compañeros.

Elabora


33

B1T1

Figura 13. En química frecuentemente usamos modelos que nos ayudan a entender y explicar el comportamiento de las sustancias. La ilustración muestra varias representaciones del agua.

Figura 15. Los famosos científicos J. Watson y F. Crick junto a un modelo tridimensional de la célebre estructura del aDN (la sustancia que contiene la información genética de los seres vivos).

Un modelo es una representación simplifi cada de algún objeto o fenómeno. El modelo no puede ser idéntico al objeto que representa; sólo comparte algunas de sus características. En química frecuen-temente empleamos diversas clases de modelos, ya sean reales o generados por computadora para representar algunas de las carac-terísticas de las sustancias que estudiamos. Los modelos pueden ser bidimencionales, como en las fi guras 13 y 14, o tridimensionales, como el de la fi gura 15.

Materiales:

• Una bolsa de bolitas de unicel (poliestireno),de las que se usan para rellenar cojines, de aproximadamente 3 a 5 mm de diámetro. Cantidad: lo suficiente para llenar un vaso. (Como sustitutos, también pueden usarse semillas de amaranto o ajonjolí.)

• Un frasco de pegamento blanco.

• 3 recipientes transparentes o translúcidos de boca ancha de distintas formas. (Por ejemplo, pueden usar tres copas no muy frágiles, de diferentes formas y tamaños.)

Procedimiento:

a. Empleando sólo la mitad (o menos) de las bolitas de unicel o las semillas, toma un puñado de éstas, agrega pegamento y forma con ellas un cubo (no es necesario que quede perfecto).

b. Toma otro puñado; vuelve a agregar pegamento y forma una pelotita. Una vez que hayas hecho dos o tres figuras distintas, a las que por comodidad llamaremos “agregados”, espera a que se sequen. Cuando estén secas y firmes realiza esta sencilla observación:

Elabora

Elabora modelos y reflexiona sobre su utilidad en química.

Figura 14. Representación generada por computadora de la estructura de la hemoglobina, que es la proteína que transporta el oxígeno en la sangre.

Continúa en la página siguiente.


34

c. Pon los agregados dentro del primer recipiente. Contesta:

• ¿Qué forma tienen los agregados?

• ¿Cambian de forma al colocarlos en el recipiente?

• ¿Los agregados rellenan la parte inferior del recipiente? (no pongas atención en las bolitas o semillas individuales, sino en el agregado como un todo).

d. Ahora saca los agregados del primer recipiente, colócalos en el segundo y observa y vuelve a contestar las tres preguntas anteriores.

e. Repite el procedimiento, empleando ahora el tercer recipiente.

f. Cuando hayas terminado, coloca en uno de los recipientes las bolitas de unicel (amaranto o semillas) sueltas (la mitad que no usaste) y observa:

• ¿Qué pasa ahora con su forma?

• ¿Adoptan la forma del recipiente? ¿Rellenan la parte inferior del recipiente? (De igual manera que en el caso anterior no te fijes en las bolitas o semillas individuales, sino en su comportamiento colectivo.)

g. Cambia ahora las bolitas o semillas a otro frasco y vuelve a observar.

h. Compara el comportamiento que observaste anteriormente con las imagenes de hielo de la izquierda y responde las preguntas:

• ¿Las bolitas (o las semillas) y los “agregados” guardan alguna similitud con las ilustraciones?

• ¿En qué se parecen? Compara y describe. Las bolitas de unicel (o las semillas) y los agregados, ¿pueden ayudarte a entender o explicar por qué un líquido se comporta de forma diferente a un sólido? Explica.

• ¿Hubiese habido alguna diferencia en el comportamiento observado si las bolitas o semillas que empleaste fuesen diez veces más pequeñas? o ¿mil veces más pequeñas?

• ¿Qué pasaría entonces con los huecos que quedan entre cada bolita de unicel?

• ¿Consideras que se parecerían cada vez más al comportamiento del agua líquida? ¿Por qué?

En el curso de física estudiaste el modelo de partículas, lo cual te permitirá identificar el significado de los agregados y lo que representan las bolitas o semillas sueltas.

• Relaciona la actividad con las fotografías y piensa qué tratan de mostrar los modelos que elaboraste.


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En la actividad que acabas de realizar construiste un mo-delo que permite explicar o entender la diferencia entre sólido y líquido, y a pesar de que las bolitas de unicel o las semillas que usaste no son líquidas, su compor-tamiento colectivo comparado con los agregados es semejante (mas no igual) al de un líquido.

Cuando se construye un modelo se hace con la fi nalidad de ilustrar alguna característica del objeto que representa, y el modelo nunca puede representar al objeto perfectamente ni en su totalidad.

Una clase diferente de modelos que con frecuencia usamos en química para representar el comportamien-to de una sustancia son los modelos matemáticos; esto es, ecuaciones que describen el comportamiento de una sustancia. Como resultado de esas ecuaciones podemos construir gráfi cas que son modelos que nos dan información de cómo se comporta esa sustancia. Por ejemplo, la fi gura 16 muestra una gráfi ca que representa la dependencia de la tem-peratura de ebullición del agua como función de la presión a la cual está sometida.

Cuando queremos ilustrar un fenómeno muy concreto y específi co recurrimos a los modelos; pero, ¿cómo podemos ilustrar hechos o fenómenos más generales y complicados? En este caso recurrimos a esquemas.

Figura 16. Una gráfica relaciona dos propiedades que podemos medir en el laboratorio. De acuerdo con la gráfica, ¿cómo dirías que varía la temperatura de ebullición del agua en función de la presión?

Compara la visión de la química acerca de la Naturaleza con la de otras ciencias.

1. A continuación encontrarás tres esquemas; obsérvalos cuidadosamente. En los tres existen transformaciones de la materia.

2. Primero contesta individualmente el cuestionario; después compara y discute tus opiniones con cuatro compañeros.

• ¿En qué se parecen los esquemas?

• ¿Qué transformaciones de la materia puedes observar en ellos?

Reflexiona

5

4

3

2

1

0 0 50 100 150

Presión de vapor (atm)

Temperatura (°C)

Glaciar Precipitación

Respiración

Transpiración Lago Mar

Evaporación

Condensación

Río

Acuífero

Esquema del ciclo del nitrógenoEsquema del ciclo del agua

Precipitación

Pérdidade gasesN

2 y N

2O

NON

2O

NH3

Fijaciónde nitrógeno

Fijaciónde bacterias

Emisiones decombustible fósil

NO3

– NH4

+

FertilizantesMateria orgánica

R-NH2Desnitrificación

AsimilaciónNH

4–

N3O–

Residuos

Filtración

Eutroficación

FiltraciónMIneralizaciónDescomposición

NitritosNO

2

Nitrificación

Reserva atmosféricade nitrógeno

NitratosNO

3

AmonioNH

4+

NO2

N2


• Estos esquemas provienen de tres áreas distintas de la ciencia: uno se relaciona con física, otro con geología y el otro con química. ¿Puedes decidir cuál es cuál? Anota tu respuesta debajo de cada esquema. ¿Cómo y por qué llegaste a esa conclusión?

• ¿Dirías que los cambios en la materia que se aprecian en cada uno de estos esquemas se estudian desde el mismo punto de vista?

3. Lleguen a conclusiones colectivas, con el apoyo del maestro, acerca de las distintas formas de representación de la Naturaleza.

>

36

Como pudiste darte cuenta, cada una de las ciencias aborda desde su particular punto de vista las transformaciones de la materia.

En general, para comprender mejor un fe-nómeno debemos abordarlo desde diferentes ángulos, lo cual produce una visión más com-pleta de lo que estudiamos. Existen disciplinas científicas que abordan un mismo fenómeno desde más de un punto de vista: la geoquímica, la geofísica y la fisicoquímica, por mencionar algunas, son disciplinas científicas que estudian los fenómenos naturales empleando herramien-tas y conocimientos correspondientes a dos ciencias distintas.

Como pudiste apreciar en este tema, los mo-delos que se pueden usar en química son muy diversos: pueden ser modelos matemáticos, como en el caso de las gráficas; bidimensio-nales, como los esquemas; o tridimensionales, como el que elaboraste con las bolitas de unicel o las semillas. A lo largo de este curso haremos uso frecuente de los modelos, sobre todo bidi-mensionales, para representar la materia.

1. ¿Qué es el método científico?

2. ¿Qué diferencias encuentras entre el conocimiento empírico y el científico?, da dos ejemplos de cada uno.

3. ¿Cómo se transmiten generalmente los conocimientos empíricos?

4. Da dos ejemplos de cómo se transmiten los conocimientos científicos.

5. ¿Qué es un modelo?

6. ¿Para qué sirven los modelos en ciencias?

7. ¿Qué es una fórmula química? ¿Qué información contiene?

8. Cita algunos ejemplos en los cuales el conocimiento científico te sería de utilidad para resolver problemas en tu vida cotidiana o en tu comunidad, para ello recurre a diferentes fuentes y cítalas.

9. ¿En qué otras actividades u oficios, que no estén relacionadas con ciencias naturales, es común el uso de modelos?

Evalúo mi avance

Contesta las preguntas del siguiente cuestionario:

Esquema de la transformación de las rocas


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3. Tú decides: ¿cómo saber que una muestra de una sustancia está más contaminada que otra?

• Reconocerás que una sustancia puede estar contaminada, aunque no se distinga a simple vista.

• Valorarás algunas formas empíricas utilizadas por otras culturas para identificar si una sustancia es peligrosa, así como su funcionalidad en ciertos contextos.

• Compararás sustancias a partir del concepto de toxicidad y diferenciarás los efectos sobre los seres vivos en función de su concentración.

• Realizarás conversiones de las unidades de porcentaje (%) a partes por millón (ppm) e identificarás las ventajas de cada una.En

est

e su

btem

a:

Toxicidad

Figura 17. Símbolos internacionales que advierten sobre el riesgo de exposición a ciertas sustancias (a) Tóxico; (b) Corrosivo; (c) Flamable y d) Radiactivo. Busca ejemplos de sustancias tóxicas.

1. Primero contesta individualmente el cuestionario y luego discute con tus compañeros tus respuestas. Si después de discutir tus opiniones cambias de idea, anota tus nuevas respuestas u opiniones.

• ¿Qué entiendes por tóxico?

• ¿La sal común es tóxica?

• ¿Los productos químicos son tóxicos?

• ¿El arsénico es tóxico?

• ¿La cerveza es tóxica?

• ¿El agua es tóxica?

2. La idea generalizada de que todos los productos químicos son tóxicos puede ser cierta o falsa dependiendo de lo que se entienda como tóxico. De las siguientes definiciones, ¿cuál crees que defina mejor a una sustancia tóxica? (ambas se encuentran en los diccionarios):

• Sustancia que por ingestión o exposición provoca graves daños a la salud.

• Sustancia que por ingestión o exposición en pequeñas cantidades, provoca graves daños a la salud.

3. ¿Tus respuestas concuerdan con la primera definición o con la segunda? Explica.

4. Si consideras que la primera definición es la más acertada, según esta definición todas las sustancias o productos químicos serían tóxicos, incluso el agua. ¿Concuerda esto con tus respuestas al cuestionario? Plantea tus argumentos de forma escrita.

Elabora

Explora el significado del concepto de toxicidad.

a

b d

c


38

Hay sustancias que en muy pequeñas cantidades son extremadamente peligrosas (figura 17) (en general las llamamos venenos), mientras que de otras se requie-re una cantidad mucho mayor para ocasionar daño. Por esto, la toxicidad de cualquier sustancia se puede medir en función de la cantidad que se requiere para causar daño; entre más tóxica sea la sustancia, menor cantidad de ésta se requiere para dañar a un ser vivo.

Te sorprendería saber que la sustancia más tóxi-ca conocida no es un producto que el hombre haya inventado, sino que la produce una bacteria llamada Clostridium botulinum que puede a veces estar presen-te en los alimentos (figura 18). Esta sustancia, llamada toxina botulínica, causa parálisis muscular y a pesar de ser extremadamente venenosa se usa comúnmente con fines cosméticos; probablemente hayas oído ha-blar del bótox, que se administra inyectando pequeñas cantidades en el rostro para paralizar los músculos faciales y retardar con ello la formación de arrugas.

1. Paracelso es un personaje muy interesante en la historia de la química y la medicina, por lo que te invitamos a conocer más acerca de su vida y su obra en las siguientes páginas electrónicas:

www.elalmanaque.com/biografias/paracelso.htm

jesusagrario.iespana.es/paracelso/medico.htm

www.iqb.es/historiamedicina/personas/paracelso.htm

enciclopedia.us.es/index.php/Paracelso

eltamiz.com/2007/05/14/paracelso

• ¿Qué aspectos te parecieron más interesantes de su vida relacionada con la ciencia?

2. También puedes hacer tu propia búsqueda y recomendar la página a tus compañeros. Comenta las razones por las que elegiste esa página.

Utiliza las TIC

Puedes consultar el libro de Martín Bonfil. La dosis hace el veneno, Somedicyt-Semarnap (Colección básica del medio ambiente), México, 1997.

También puedes consultar el texto de Nancy Trautmann “La dosis hace al veneno, ¿cierto o no?” en la siguiente dirección electrónica: www.actionbioscience.org/esp/ambiente/trautmann.html


Figura 18. La bacteria Clostridium botulinum puede contaminar algunos de nuestros alimentos, especialmente los enlatados. Si observas una lata “inflada” no consumas el alimento, pues

seguramente está contaminado.

Beber agua en exceso puede matar

¡El agua potable puede llegar a ser tóxica!: En enero de 2007 una mujer llamada Jennifer Strange murió en California, eua, por ingerir agua en exceso al tratar de ganar un concurso que consistía en beber mucha agua sin ir al baño (su muerte, ya en su casa, se debió a inflamación del cerebro).

Si hasta el agua que bebemos puede hacernos daño (dependiendo de la cantidad), ¿qué pode-mos esperar de las demás sustancias?

Por otra parte, si te parece entonces que la segunda definición es la correcta, ésta también presenta un problema: ¿cuánto es una peque-ña cantidad?

Un médico suizo conocido como Paracelso que vivió hacia fines del siglo xv probablemen-te tenga la respuesta adecuada. A él debemos la frase “La dosis hace al veneno”. Paracelso creía que todas las sustancias pueden considerarse como benéficas o venenosas dependiendo de la cantidad que usemos de ellas.


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B1T1

Muchas sustancias que hoy reconocemos como tóxicas se han usado y aún se usan con fi nes medicinales; buenos ejemplos de ello son el arsénico y el mercurio. El arsénico se empleó en la fabri-cación de salvarsán, que se usó a principios del siglo xx como un efectivo tratamiento contra la sífi lis, mientras que el mercurio no hace muchos años se empleaba en muchas partes del mundo en la manufactura de un antiséptico cutáneo muy empleado en raspones y cortaduras (tiomersan).

No sólo en la sociedad moderna empleamos sustancias tóxicas en nuestro benefi cio. Desde la prehistoria, debido a la estrecha relación que el ser humano tenía con la Naturaleza, era de suma importancia no sólo reconocer la presencia de animales venenosos, sino diferenciar las plantas comestibles de las tóxicas. ¿Cómo crees que lo hicieron? ¿Ha-brán muerto o enfermado personas o animales? ¿Por qué? (fi gura 19).

¿Qué crees que haría la mayoría de las personas si de pronto se encuentran con una víbora de cascabel o una tarántula? ¿De dón-de crees que proviene ese miedo natural que todos tenemos hacia ellas? ¿Cómo crees que el ser humano aprendió a diferenciar cuáles plantas o animales son venenosos? Estas son sólo algunas preguntas para que refl exiones sobre el tema y te plantees otras.

La experiencia nos dice que si un pescado huele “mal” no debe-mos consumirlo. El ser humano por simple supervivencia desarrolló la habilidad de reconocer con el olfato y el gusto tanto la presencia de algunas sustancias nutritivas (dulces) como nocivas (amargas); sin embargo, nuestros sentidos no son infalibles, ya que no todo lo dulce es nutritivo ni todo lo amargo es nocivo (fi gura 20).

Figura 19. Los nativos de la selva amazónica han aprendido a extraer veneno tanto de (a) plantas, por ejemplo del curare, como de algunos animales, (b) un tipo particular de rana cuyas secreciones se usan para impregnar la punta de los dardos y las flechas que emplean para cazar.

Figura 20. ¿Cómo reconocemos que un producto está en buen estado para poderlo consumir sin

riesgo? Explica en cada caso.

a

b


40

Durante las inundaciones muchas de las personas afec-tadas se enferman por consumir agua que “parece” potable (figura 21), cuando en realidad está contamina-da con bacterias, entre ellas la Vibrio cholerae, causante de la enfermedad conocida como cólera (figura 22).

La presencia de contaminantes en pequeñas can-tidades tanto en el agua como en el aire o el suelo es algo que no debe tomarse a la ligera, pues aunque sea muy difícil detectarlos, pueden causar graves riesgos a nuestra salud.

Figura 21. La vista puede ayudarnos a apreciar la

presencia de impurezas en el agua cuando éstas no se

disuelven (el agua se ve turbia), o cuando las impurezas son

coloridas. ¿Qué pasa cuando las sustancias presentes en el

agua como bacterias u otros contaminantes son incoloras o

no pueden verse a simple vista? ¿Podemos detectar su presencia

con alguno de nuestros sentidos? Reflexiona.

Figura 22. Micrografía. Gracias a los aportes de la ciencia y la tecnología, microorganismos como el Vibrio cholerae (bacteria que produce el cólera) pueden verse a través del microscopio.

Reconoce las limitaciones de los sentidos.

Materiales:

• 1 litro de agua potable y 10 vasos desechables (de cartón para no contaminar)

• 20 g (2 cucharadas soperas) de azúcar

• Una probeta de 100 mL (o recipiente equivalente)

• Un plumón marcador

Procedimiento:

a. Marca cada uno de los vasos con un número (del 1 al 10) y coloca 50 mL de agua en cada uno de ellos.

b. En el vaso No. 1 agrega 1 cucharada de azúcar (aproximadamente 10 g) y otros 50 mL de agua (el volumen de agua total será de 100 mL). Revuelve bien hasta que todo el azúcar se haya disuelto.

c. Toma 50 mL del vaso No. 1 y agrégalos al vaso No. 2 (que ahora debe contener un volumen total de 100 mL). Revuelve bien.

d. Ahora toma 50 mL del vaso No. 2 y agrégalos al vaso No. 3. Revuelve bien el vaso No. 3.

e. Repite este procedimiento con todos los vasos. A final todos los vasos deben contener 50 mL (salvo el No. 10, que tendrá 100 mL) y todos ellos contienen azúcar en diferente cantidad.

• ¿Podrías saber cuál vaso contiene azúcar usando sólo la vista o el olfato? Explica.

f. Ahora comienza probando el vaso No. 10 y responde:

• ¿Por qué te pedimos que uses el sentido del gusto?

• ¿Sabe dulce?

• Si sólo dependieras del sentido del gusto, ¿podrías decir que contiene azúcar? Conforme pruebas el agua de cada vaso, ¿en cuál de los vasos comienzas a percibir el sabor dulce del agua?

• ¿Puedes confiar en tus sentidos para decidir cuándo el agua contiene otras sustancias?

Experimenta


41

B1T1

Como dato curioso, si en lugar de azúcar hubiéramos empleado toxina botulínica (la causante del botulismo), una sola gota del vaso No. 10 (en el cual no se percibe ningún sabor) contendría sufi ciente toxina para provocar la muerte de una persona adulta.

En este último comentario se mencionó específi camente a “una persona adulta”; ¿qué pasaría si la prueba un niño?

Lo más importante al administrar un medicamento no es sólo la cantidad de medi-camento, sino lo que los médicos llaman dosis. Las dosis de un medicamento deben calcularse considerando distintas medidas y datos como el peso de una persona: entre más pese, requiere de más medicamento. Desde hace décadas las compañías farmacéuticas que fabrican los medicamentos hacen ese cálculo por los médicos; es decir, investigan y calculan la dosis que en promedio requiere un adulto o un niño para que el medicamento tenga el efecto deseado. Con los niños el médico pediatra es el que determina, de acuerdo con el peso del niño, cuánto medicamento tiene que tomar. Todos los medicamentos son potencialmente tóxicos (todo depende de la do-sis, así como del estado de salud de quien los ingiere); es por esto que es importante evitar la automedicación. ¿Sueles leer las indicaciones que siempre vienen incluidas con los medicamentos?

Esta relación entre la cantidad de medicamento que debemos tomar para atacar el padecimiento y el peso corporal de una persona (la dosis), es una magnitud relacionada con lo que los químicos llaman concentración.

La concentración es una magnitud que indica la cantidad de una sustancia de interés presente en una mezcla; por ejemplo, la cantidad de azúcar contenida en el agua de limón.

Indaga qué es la dosis.

1. Investiga acerca de los siguientes problemas:

• ¿Los medicamentos para adultos son apropiados para los niños?

• ¿Los medicamentos para niños son adecuados para los adultos?

2. Pregunta en la farmacia por algún medicamento que usen tanto los adultos como los niños (la misma medicina, pero no la misma presentación), por ejemplo, paracetamol o acetaminofén, que usan tanto adultos como niños para reducir la fiebre o el dolor. Responde:

• ¿Cuáles son las diferencias entre ellos?

• ¿Se encuentran las mismas diferencias con otros medicamentos?

NOTa: Puedes consultar en la farmacia, o en Internet, el vademécum (farmacopea). No compres ninguna medicina.

3. Concluye con el grupo, guiados por su maestro, acerca de los datos que encontraste.

Investiga


42

Lo que hace que el agua del primer vaso sepa más a limón que la del segundo no es la cantidad de li-món que contiene el vaso, ya que ambos contienen la misma cantidad (en ambos exprimiste un limón). Por otra parte, el tercer vaso claramente debe saber igual que el segundo (a pesar de que ambos contienen dife-rentes cantidades de limón). Sin embargo, saben igual porque la proporción limón/agua es igual; es decir, su concentración es la misma.

La concentración es una propiedad que podemos cuantificar y que usamos a menudo cuando están combinadas dos o más sustancias para formar lo que llamamos una mezcla, y nos sirve para definir a esa mezcla. Por ejemplo, si hablamos de “agua azucarada” podríamos hablar de cualquiera de las disoluciones que preparaste en los vasos 1 a 10 en la actividad “Experimenta”, p. 40; pero, ¿saben igual? Lo que los hace distintos es la concentración de azúcar, ya que cada uno de los vasos tenía distinta concentración.

Una forma muy común de cuantificar la concen-tración es relacionando la masa de la sustancia de interés –que llamamos soluto (azúcar en este caso)–y la masa de la mezcla resultante (la masa del agua azu-carada). A esta forma de concentración la conocemos como concentración porcentual en masa (relaciona-mos la masa de los constituyentes de una mezcla) o simplemente como porcentaje (%), y se calcula de la siguiente manera:

Masa del soluto × 100 %

= Porcentaje de azúcar

(azúcar) Masa total en la mezcla

de la mezcla

Por ejemplo, en el vaso No. 1 de la actividad “Experimenta” colocaste 10 g de azúcar en 100 mL de agua, y como cada mililitro de agua tiene una masa aproxi-mada de 1 g, la masa total de la mezcla es de:

10 g de azúcar + 100 g de agua = 110 g de mezcla, por lo que el porcentaje de azúcar en esta mezcla es:

10 g de azúcar × 100 %

= 9.09 % de azúcar

110 g de mezcla en la mezcla

Cuando tomaste 50 mL de esta mezcla (de los 100 mL totales), ¿cuántos gra-mos de azúcar estaban contenidos en estos 50 mL? La respuesta es 5 g; a estos 5 g (contenidos en 50 mL) les agregaste otros 50 mL de agua (vaso No. 2). ¿Cuál era la concentración porcentual de azúcar en el vaso No. 2?

Reflexiona

Retoma tus experiencias y utiliza la abstracción.

1. Imagina que exprimes un limón en un poco de agua (digamos en la cuarta parte de un vaso) y que en otro vaso vacío exprimes también 1 limón, pero lo llenas con agua. Al probar el agua de ambos vasos, ¿cuál sabe más a limón? ¿Por qué?

2. Si ahora exprimes sólo medio limón en medio vaso de agua, ¿sabe igual o distinto que alguno de los vasos que preparaste con anterioridad? Explica tu respuesta.


43

B1T1

Realiza cálculos de concentración en porcentaje.

1. Calcula la concentración porcentual de azúcar en cada uno de los vasos que empleaste en la actividad “Experimenta”, p. 40 completando la siguiente tabla:

• Pista: la masa de azúcar de cada uno de los vasos es la mitad de la que contiene el vaso anterior.

Vaso número

Masa de azúcar (g)

Volumen total de agua (mL)

Masa delagua (g)

Masa total de la mezcla (g)

Porcentaje (%)de azúcar en la mezcla

1 10 100 100 110 9.09

2 5 100

3 100

4 100

5 100

6 100

7 100

8 100

9 100

10 100

2. Con estos datos puedes completar los resultados de la actividad anterior.

Calcula

Si tus cálculos son correctos, la concentración de azúcar en el vaso No. 10 debe ser aproximadamente de 0.02%.

Al analizar los resultados vemos que el vaso No. 1 tiene una concentración de azúcar de 9%; esto signifi ca que 9 de cada 100 partes de la mezcla son de azúcar y por tanto 91 partes son de agua; pero, ¿partes de qué? De masa, sin importar la unidad que usemos para medirla.

Para que sea más claro podemos decir, por ejemplo, que de cada 100 gra-mos de mezcla 9 gramos son de azúcar y 91 gramos son de agua, o que de cada 100 miligramos de mezcla 9 miligramos son de azúcar y 91 miligramos son de agua.


44

Cuando las mezclas están muy diluidas (como por ejemplo la del vaso No. 10), podemos usar una unidad de concentración ligeramente distinta llamada partes por millón (que se abrevia ppm). Esta unidad de concentración nos dice cuántas partes de soluto (en este caso de azúcar) hay en cada millón de partes de mezcla.

Es muy conveniente emplear esta unidad de concentración para hablar de sus-tancias que en muy bajas concentraciones tienen efectos nocivos para la salud; por ejemplo, la presencia de contaminantes en el aire. En la ciudad de México se usa una medida llamada Imeca (que es el acrónimo de Índice Metropolitano de la Calidad del Aire) relacionada (pero no igual) con las partes por millón: 50 puntos Imeca de ozono es cercano a 0.05 ppm de este contaminante.

1. Para conocer mejor las equivalencias entre la concentración de cada contaminante que se mide en imeca te recomendamos que consultes estas direcciones electrónicas.

www.nl.gob.mx/?P=med_amb_mej_amb_sima_imeca

http://www.sma.df.gob.mx/simat2/index.php?opcion=24

http://www.bvsde.paho.org/bvsci/e/fulltext/1encuent/mexico.pdf

Utiliza las TIC

Relacionar partes por millón (ppm) con el porcentaje (%) es sencillo:

1 10 100 1000 10 000 = = = = 100 1000 10 000 100 000 1 000 000

Es decir, que uno de cada 100 es equivalente que decir 10 000 de cada millón, o lo que es lo mismo 1% = 10 000 ppm, por lo que podemos usar directamente el factor de conversión:

10 000 ppm 1% 0.02% × = 200 ppm o 200 ppm × = 0.02% 1% 10 000 ppm

Realiza cálculos y conversiones de concentración en partes por millón y porcentuales.

1. Expresa en ppm las unidades porcentuales de los vasos 1 a 9 de la actividad anterior y luego responde las preguntas.

Vaso núm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

% 9.09 0.02

ppm 200

• Identifica en qué vasos es más conveniente expresar la concentración en porcentaje (%). Explica por qué.

• Identifica en qué vasos es más conveniente expresar la concentración en partes por millón (ppm). Justifica tu respuesta.

Calcula


45

B1T1

Es interesante mencionar que la toxina botulínica es tan tóxica que basta una con-centración de 0.000 01 ppm en el cuerpo humano para causar la muerte (esto es equivalente a 0.000 01 miligramos de toxina botulínica por cada kg de peso corporal).

Ninguno de tus sentidos te podría advertir de la presencia de un contaminante tan tóxico aun en concentraciones tan bajas; así que, ¿cómo podemos saber si una sustancia está contaminada?

En México las infecciones gastrointestinales son muy comunes, y se originan al con-sumir alimentos en mal estado o contaminados con bacterias. ¿Alguna vez has comido algo que te hizo daño? Si desafortunadamente esto te ha pasado, sabrás que no es sencillo advertir la presencia de los contaminantes. Por ese motivo debes tener mucho cuidado al consumir alimentos en puestos callejeros que en general tienen poca higiene.

Nuestros sentidos son nuestra primera fuente de información sobre la pureza de una sustancia. Si el agua que vas a beber se ve turbia o huele “mal”, sabes que no debes tomarla. Sin embargo, cuando se trata de contaminantes que no podemos detectar con nuestros sentidos y que aun en muy pequeñas cantidades son dañinos, se pueden llevar a cabo pruebas que indiquen la presencia (con-centración) o ausencia de un contaminante. A estas pruebas se les conoce como análisis (fi gura 23).

Figura 23. En los laboratorios se utilizan conocimiento y tecnología para determinar las distintas concentraciones en las mezclas.

Compara la toxicidad de dos sustancias a partir del concepto de dosis letal 50.

1. Investiga qué es la “Dosis letal 50”, también conocida como DL50. ¿Qué relación tiene la DL50 con la toxicidad de una sustancia?

2. La DL50 de la sal común (cloruro de sodio, NaCl) es de 3000 mg/kg, mientras que la DL50 del cianuro de sodio (NaCN) es de 6 mg/kg. ¿Cuál de estas sustancias es más tóxica?

3. Expresa la DL50 de esas sustancias en unidades porcentuales (%).

4. Para estas sustancias, ¿es más conveniente expresar la DL50 como concentración porcentual (%) o como ppm? Explica.

Investiga


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Los análisis que nos permiten conocer la concentración de las posibles sustan-cias tóxicas son específicos para cada sustancia y suelen realizarse en laboratorios especializados, de modo que para garantizar que los alimentos y bebidas que consumimos, así como cualquier otro producto diseñado para entrar en contacto directo con nosotros (cremas, jabones, etc.) no sean dañinos, existen normas que establecen la cantidad máxima de determinada sustancia que puede tener un pro-ducto. La Secretaría de Salud determina el método que se debe seguir para conocer la concentración de cada contaminante y verifica que se cumpla la norma, con lo que se evita que haya productos tóxicos en el mercado.

Por otra parte, hay productos como pinturas, lubricantes y otros que utiliza-mos con frecuencia y que contienen sustancias tóxicas, por lo que son peligrosos. Los fabricantes están obligados a advertirnos de la presencia y el riesgo de estas sustancias. Siempre hay que leer la etiqueta en cada producto, pues nos advierte de sus riesgos. ¿Lees las etiquetas de los productos que usas? ¿Identificas los símbolos ilustrados al principio de esta sección en alguno de los productos que tienes en casa o que recuerdes haber visto?

Contesta el siguiente cuestionario.

1. Estás en un día de campo con tu familia y amigos y se acaba el agua potable; al caminar encuentras un arroyo por el que corre agua, ¿consideras prudente confiar en tus sentidos cuando te sugieren que el agua del arroyo está contaminada?, explica las razones de tu respuesta.

2. ¿Podemos confiar en nuestros sentidos cuando detectamos que cierta sustancia no está contaminada?

3. En el lenguaje de la química, ¿qué expresión consideras que es más precisa: “el agua está contaminada” o “el agua contiene sustancias tóxicas”? Explica tu respuesta.

4. ¿Cómo aprendió el ser humano a diferenciar las plantas tóxicas de las que no lo son?

5. ¿Cómo se cuantifica la cantidad de un contaminante en una mezcla?

6. ¿Cómo se cuantifica la toxicidad?

7. Si una mezcla contiene una concentración de soluto de 25 ppm, ¿cuál es su concentración porcentual (%)? Para esta mezcla, ¿cuál unidad de concentración consideras que es más conveniente usar: % o ppm? ¿Por qué?

8. Si una mezcla contiene una concentración de soluto de 5%, ¿cuál es su concentración en ppm? Para esta mezcla, ¿cuál unidad de concentración consideras que es más conveniente usar: % o ppm? ¿Por qué?

9. ¿Qué piensas que significa la frase La dosis hace al veneno?

10. De acuerdo con las costumbres de la comunidad en la que vives, ¿qué medicina es la más usual: la que se basa en el uso de plantas medicinales o la medicina de patente?, ¿cuál es el remedio más común para quitar el dolor de estómago o cabeza? Explica cómo se llegó a ese conocimiento y por qué la comunidad confía en él, ¿cuáles son los riesgos de usar medicina tradicional o usar la de patente?

Evalúo mi avance


B1T2

Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

El mundo que nos rodea está lleno de una gran diversidad de objetos que nuestros sentidos nos permiten reconocer y diferenciar; las piedras, un lápiz, el aire, el mar, una moneda. A todos ellos los reconocemos como distintos, pero ¿por qué son tan diferentes? En química resolvemos esta pregunta no a través de los objetos en sí mismos, sino estudiando los materiales de los que están hechos. Así, desde el punto de vista de la química, una moneda, una sartén o una tuerca, todos están hechos del mismo tipo de material (todos son objetos metálicos) por lo que presentan características (lo que en ciencia se conoce como propiedades) semejantes.

En este bloque estudiaremos cómo podemos usar las propiedades de estos materiales para diferenciarlos. También conocerás que podemos medir mu-chas de estas propiedades, lo que nos permite efectuar un estudio más deta-llado de los materiales.

En el Tema 1 aprendiste que es posible distinguir mezclas que parecen iguales si se conoce la concentración de las sustancias presentes en ellas. En este bloque conocerás y clasificarás otras propiedades que nos sirven para estudiar los materiales, para después, en el Bloque 2, comenzar a estu-diar más a fondo de qué están hechos estos materiales.

En el tema que inicia conocerás además algunos de los métodos emplea-dos comúnmente en los laboratorios de química, que se utilizan con la finali-dad de separar los componentes de una mezcla.

T E M a 2

T2

47


48

1. ¿Qué percibimos de los materiales?

• Clasificarás diferentes sustancias en términos de algunas de sus propiedades cualitativas y reconocerás que dependen de las condiciones físicas del medio.

• Reconocerás la importancia y las limitaciones de los sentidos para identificar las propiedades de los materiales.

• Identificarás las dificultades de medir propiedades cualitativas.

En e

ste

subt

ema:

Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales

Los sentidos son nuestra primera fuente de información sobre la materia que nos rodea. Los sentidos no sólo nos ayudan a identificar alimentos que pueden ser nocivos (figura 24), sino que también nos alertan de posibles peligros. Por ejemplo, nuestro olfato y nuestra vista nos pueden advertir de un incendio; la vista también nos indica por dónde caminar y evitar obstáculos.

Lo que percibimos con nuestros sentidos también nos sirve para diferenciar un material de otro. Todo el tiempo usamos nuestros sentidos para comparar y

para relacionarnos con el mundo que nos rodea, lo cual nos ayuda a tomar deci-siones. Por ejemplo, a pesar de que a simple vista podrías confundir el agua con el

vinagre blanco, tu olfato te permite distinguirlos fácilmente y evita que le des un trago al vinagre si quieres quitarte la sed. Los sentidos también nos sirven para percibir cambios como los que ocurren al cocinar; al freír un huevo puedes saber que ya está listo porque la clara pasó de ser incolora a blanca.

Figura 24. ¿Qué nos permite diferenciar entre un alimento

en buen estado y uno en descomposición?

Reflexiona

Usa los sentidos para diferenciar objetos.

1. Piensa en distintos objetos como:

• Un alimento

• Un objeto que uses a diario

• Un aparato tecnológico

• Un objeto que no haya sido hecho por el hombre.

2. Identifica las propiedades o características de cada uno de los objetos en que pensaste y utilízalas para describirlos (sin nombrarlos ni decir para qué se utilizan).

3. Intercambia tus descripciones con las de un compañero y ambos identifiquen a qué objeto se refieren en cada descripción.

• ¿Identificaron todos los objetos? Si no fue así, ¿qué información les hizo falta?

• ¿Qué propiedades les resultaron más útiles para poder identificarlos?


49

B1T2

1. Observa los objetos de las imágenes.

2. Identifica las características de cada uno de los objetos.

3. Clasifica los objetos de acuerdo con una de sus características.

4. Discutan en grupos de tres estudiantes los criterios que utilizaron para clasificar los objetos.

5. ¿Será posible que las propiedades de alguno de ellos cambien si se baja o eleva la temperatura?

6. Las propiedades de los objetos, ¿dependen o no de las condiciones físicas del medio?

Elabora

Clasifica distintos objetos.

Las características que observamos de los materiales y objetos que nos rodean nos sirven para describirlos y clasifi carlos. En el curso de Ciencias I, Biología aprendiste que para facilitar su estudio, los seres vivos se pueden clasifi car de acuerdo con sus características. En química también clasifi camos a los materia-les con el propósito de facilitar su estudio de acuerdo con distintas propiedades como color, estado de agregación o composición.

Clasifi car cosas es una práctica más común de lo que crees; piensa en un taller o en la cocina de tu casa, donde hay una gran cantidad de objetos muy diversos entre sí y que, sin embargo, no están dispersos por todos lados, ¿o sí? Por lo gene-ral están guardados (clasifi cados) de acuerdo con algún criterio particular. ¿Están clasifi cadas las cosas de tu cocina?, ¿cómo?


50

Los objetos de la actividad anterior se pueden clasificar de distintas maneras de-pendiendo de qué es lo que te interesa de ellos. Las características que observas te permiten clasificarlos por color, forma o estado de agregación, pero si tu interés fuera comer algo, los clasificarías en comestibles o no comestibles. ¿Cómo sabes si algo es comestible o no? ¿En qué características te fijarías?

Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales

Cuando usamos únicamente nuestros sentidos para describir algo, debemos tener en cuenta que nuestras percepciones son subjetivas; esto significa que dependen de nuestra apreciación personal, la cual no necesariamente es compartida por otras personas; por ejemplo, cuando alguien tiene calor otra persona puede sentir frío; o bien, lo que para uno es grande para otro no lo es. Además, no todos percibimos lo mismo: hay personas que tienen un olfato muy sensible y pueden reconocer olores que la mayoría de la gente no distingue. Nuestros sentidos son muy limitados, sobre todo cuando nos comparamos con algunos animales que pueden, por ejemplo, per-cibir la luz ultravioleta, como muchos insectos (figura 25); o bien, percibir sonidos de muy baja o muy alta frecuencia que para nosotros son inaudibles; las ballenas, los elefantes, los perros y los murciélagos son algunos de los animales capaces de percibir ciertos sonidos que nosotros no podemos.

Figura 25. Nuestros sentidos son limitados; sólo podemos

ver una parte del espectro electromagnético que

conocemos como luz visible.

Espectrovisible


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B1T2

1. Reúnete con un compañero para trabajar y consigan el siguiente material:

• Un vaso con bolitas de algodón

• Un vaso con tuercas, balines, tornillos o algún otro objeto pequeño de metal

• Termómetro de laboratorio

2. Sigan el siguiente procedimiento:

• Toca el interior del vaso con tuercas y del vaso con algodón. Luego decide cuál está a menor temperatura.

• Compara tus observaciones con las que hicieron tus compañeros.

• Comprueba tus observaciones acerca de la propiedad de cada objeto usando un termómetro para medir la temperatura de cada uno de ellos y completa el cuadro (ten cuidado con el termómetro; si es de vidrio es muy frágil).

3. Concluyan en grupo: ¿coinciden sus observaciones con las medidas? ¿Por qué?

Experimenta

Utiliza los sentidos y la medición para distinguir las propiedades de los materiales.

En esta actividad pudiste comprobar que a veces nuestros sentidos nos engañan. Probablemente te pareció que el metal estaba más frío que el algodón, aunque los dos se encontraban a la misma temperatura. Esto se debe a que, como es posi-ble que sepas, el metal es un buen conductor de calor, por lo que absorbe fácil-mente el calor de tu cuerpo que en este caso se encuentra a mayor temperatura. (También pudo haber sucedido que percibieras que el metal estaba más caliente que el algodón, pero eso sólo sucedería si la temperatura ambiente fuese mayor a 37 °C). Tú percibes el frío porque el calor de tu cuerpo fl uye hacia el objeto que tocas, en este caso el metal. Como el algodón no es buen conductor del ca-lor, al tocarlo se siente menos frío, ya que no fl uye la misma cantidad de calor de nuestra mano al algodón, a pesar de que tanto el metal como el algodón están a la misma temperatura.

Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación

Imagina que quieres platicarle a uno de tus amigos acerca de cómo es una persona que conoces bien, pero tu amigo no. ¿Cómo le describes a tu amigo cómo es esa per-sona? Seguramente podrías usar muchas de las características que en su conjunto la describen: su sexo, edad, estatura, además de su carácter o sus gustos o habilidades. Todo este conjunto de características son las propiedades que permiten diferenciar a una persona de otra.

Dentro de este conjunto de propiedades algunas sólo dan información cualita-tiva de la persona; por ejemplo, ¿de qué color es su cabello?, ¿le gusta la música?, ¿qué tipo de música?, etc.; mientras que otras dan información cuantitativa; por ejemplo, ¿cuál es su estatura? o ¿cuántos años tiene?

En química nos interesa estudiar y entender los materiales que nos rodean y en consecuencia estamos muy interesados en describir estos materiales, y lo hacemos de la misma forma que en el ejemplo anterior: a través de sus propiedades.

Como ya se mencionó, nuestros sentidos son, en general, nuestra primera fuen-te de información del mundo que nos rodea. A las propiedades que conocemos a través de nuestros sentidos se les asigna el nombre de propiedades organolépticas


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y son de naturaleza cualitativa, pues no pode-mos darles un valor numérico (figura 26). Tal es el caso del sabor, color, olor, forma, textura y estado de agregación. Podemos decir que los metales son sólidos, pero no podemos decir que unos son más sólidos que otros. También identificamos distintos sabores: amargo, dulce, ácido y salado, pero en los sentidos no hay es-calas que nos permitan decir con exactitud qué tan salado es un alimento.

Es muy distinto decir “el agua está salada” a decir “el agua contiene 5% de cloruro de sodio”.

En el tema anterior pudiste concluir que nuestros sentidos pueden a veces advertirnos si el agua está contaminada o no; lo que no pueden decirnos es qué tan contaminada está (recuerda que decir mucho o poco no es cuan-tificar; es calificar).Figura 26. Cuando usamos todos nuestros sentidos, ¿qué propiedades

percibimos de los alimentos?

Reflexiona

Identifica algunas propiedades cualitativas.

1. Decide si en las siguientes afirmaciones se hace o no referencia a una propiedad cualitativa; en caso afirmativo, escribe de cuál propiedad se trata; si no es cualitativa, indica cómo se puede medir.

• El cielo es azul.

• Hace más frío que ayer.

• El agua hierve a 100 °C.

• El agua está formada por oxígeno e hidrógeno.

• El aceite es líquido.

• Yo peso 45 kg.

• El aire está contaminado.

• Los cocos son redondos.

• La caja pesa mucho.

• El agua sabe dulce.

• La sal es blanca.

• La sal se disuelve fácilmente en agua.

• La carne huele a podrido.

• Mi pie es muy grande.

2. Compara y discute tus respuestas con el grupo, y expliquen cómo llegaron a identificar las propiedades cualitativas. Anota los resultados en tu cuaderno.

1. Te proponemos ver el video “Estados de la materia”, volumen iii, Colección El mundo de la química.

Utiliza las TIC


1. ¿Qué caracteriza las propiedades cualitativas?

2. Nombra cinco propiedades cualitativas.

3. Imagina que tu maestro de química te pide el siguiente material: una hoja de papel, tijeras, lápices de colores y plumones. Desde el punto de vista químico, ¿es correcto llamarlos materiales? Explica por qué.

4. Imagina que te encuentras con un amigo y observas que en su morral hay una bolsa que contiene un polvo blanco. Él te cuenta que está haciendo una escultura y que ese polvo es yeso. ¿Qué propiedades podrías percibir de este material? (Recuerda que no debes ingerir sustancias desconocidas, pues podrías poner en peligro tu salud).

• ¿Las propiedades que percibes, son suficientes para determinar de qué sustancia se trata? ¿Por qué?

Evalúo mi avance


53

B1T2

2. ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales?

• Valorarás la importancia de la medición de las propiedades intensivas y extensivas para caracterizar e identificar las sustancias.

• apreciarás la importancia de los instrumentos de medición en la ampliación de nuestros sentidos.

• Identificarás que al variar la concentración (porcentaje en masa y volumen) de una sustancia, cambian sus propiedades.

• Valorarás el papel de los instrumentos de medición en la construcción del conocimiento científico.

En e

ste

subt

ema:

Cuando nuestros sentidos no son sufi cientes para describir una característica de los materiales, es necesario llevar a cabo una medición; es decir, dar un valor numérico a dicha propiedad. La medición es una parte importante de nuestra vida diaria (fi gura 27). Al comprar fruta la pesamos para saber cuánto estamos comprando; medimos el tiempo que nos toma llegar de un sitio a otro para poder llegar a una hora determinada y sabemos cuánto miden nuestros pies para pedir la talla de zapatos que queremos comprar.

Las mediciones también sirven como complemento de las propiedades cualita-tivas para describir y estudiar un objeto. Por ejemplo, del agua dentro de un vaso podemos decir que es un líquido incoloro, inodoro e insípido, pero también po-demos medir otras propiedades. ¿Cuáles se te ocurren?, ¿sabrías cómo medirlas?

Cuando medimos, le damos un valor numérico a las cosas, comparándolas con algún valor de referencia. Por ejemplo, puedes medir tu salón de clases con el nú-mero de pasos que te toma llegar de un lado a otro (es decir, comparas la longitud

Figura 27. En nuestra vida diaria usamos distintos instrumentos de medición.


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del salón con la longitud de uno de tus pasos) pero si otra persona mide lo mismo con sus propios pasos es probable que obtenga un valor distinto.

Para que entendamos todos lo mismo al medir un objeto se utilizan patrones de medida conocidos por todos, como el metro. En tus cursos anteriores de Ciencias has trabajado con las unidades del Sistema Internacional de Unidades (si) que son las que se reconocen y utilizan como referencia en la mayoría de los países.

Cuadro 1. Unidades fundamentales del si

Magnitud Unidad Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Temperatura Kelvin K

Intensidad de corriente Ampere A

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cd

Cuadro 1. Unidades básicas del si. Son independientes del resto de las unidades y a partir de ellas se obtienen las demás unidades.

Cuadro 2. Unidades derivadas del si

Magnitud Unidad Símbolo

Superficie Metro cuadrado m2

Volumen Metro cúbico m3

Velocidad Metro por segundo m/s

Densidad Kilogramo por metro cúbico kg/m3

Cuadro 2. Unidades derivadas del si. Son resultado de las operaciones entre las unidades fundamentales.

Las propiedades que se pueden medir, como la longitud de tu salón de clases, son propiedades cuantitativas. En tu curso de Ciencias II estudiaste los conceptos de masa, volumen y densidad, que son algunas de las propiedades cuantitativas de la materia. Aprendiste que cuando medimos la densidad del agua el valor que obtenemos es el mismo independientemente de si para medirla usamos 100 mL o 500 mL; es decir, la propiedad no varía con la cantidad de materia que usamos para medirla.


55

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A la porción del material que empleamos para nuestro estudio (los 100 mL o 500 mL) le llamamos muestra. Entonces, podemos decir que la densidad es una propiedad que no se modifi ca con el tamaño de la muestra. Por otro lado, si la propiedad que medimos es la masa del agua, el valor de la masa depende de la cantidad de agua a la cual medimos la masa (la masa de 500 mL es 5 veces mayor que la de 100 mL), o sea que la masa es una propiedad que sí se modifi ca con el tamaño de la muestra.

A las propiedades que se modifi can con el tamaño de la muestra (como la masa, el volumen o el contenido energético) se les conoce como propiedades extensivas, mientras que a las propiedades que son independientes del tamaño de la muestra (como la densidad, la viscosidad o la temperatura de fusión) se les conoce como propiedades intensivas.

Propiedades extensivas: masa y volumen. Medición de propiedades extensivas

El volumen y la masa son propiedades extensivas. Ambas nos sirven para determinar el tamaño de la muestra con la que estamos tra-bajando. Cuando decimos que tenemos un litro de aceite, de leche o de agua, no sólo sabemos “cuál” material tenemos, sino también sabemos “cuánto” del material tenemos.

En Ciencias II también aprendis-te que la masa es una medida de la cantidad de materia que contiene un cuerpo y es a lo que normalmente nos referimos como peso; cuando dices que pesas 60 kg en realidad te refi eres a que tienes una masa de 60 kg. La unidad fun-damental de la masa en el si es el kilogramo (kg), aunque también suele usarse el gramo (g).

1 kg = 1000 g

Para determinar la masa se han diseñado diversos equipos o instru-mentos conocidos como básculas o balanzas. En tu vida diaria habrás observado diferentes tipos de ba-lanzas (fi gura 28).

También aprendiste que el volumen es una medida del espacio que ocupa la materia y que la unidad fundamental del volumen en el si es el metro cúbico (m3). En nuestra vida cotidiana utilizamos el litro (L) o el mililitro (mL) como unidad de volumen, ya que normalmente medimos volúmenes mucho menores que 1 m3.

Como 1 m = 10 dm, entonces (1 m)3 = (10 dm)3 o 1 m3 = 1000 dm3

1 dm3 = 1 L = 1000 mL

Figura 28. Las balanzas (a) y los dinamómetros (b) son instrumentos para medir la masa de los objetos, directa o indirectamente. ¿Sabes cómo usarlas?

a

b


56

En parejas respondan las siguientes preguntas, anotando en su cuaderno todos los cálculos necesarios.

1. ¿Cuántos litros de refresco hay en una lata de 330 mL?

• ¿A cuántos metros cúbicos equivale el volumen de una lata de 330 mL?

• Si una alberca tiene 8 m3 de agua, ¿a cuántos litros de agua equivale? ¿Cuántos mililitros de agua hay en la alberca?

• ¿Qué unidad es más conveniente para expresar el volumen de una lata de refresco? Expliquen.

• ¿Qué unidad es más conveniente para expresar el volumen de agua de una alberca? Expliquen.

• ¿Crees que sería conveniente usar m3 como unidad de volumen en lugar de litros en nuestra vida diaria? ¿Por qué?

Calcula

Realiza conversiones de unidades de volumen.

La forma de determinar el volumen de una sustancia depende de su estado de agre-gación. Si la sustancia es líquida, su volumen se determina utilizando un recipiente de capacidad conocida.

En el laboratorio se utilizan recipientes como vasos de precipitados, probetas y matraces que tienen marcas (graduación) que nos indican el volumen del líquido que contienen (fi gura 29).

Si tenemos un sólido regular como una esfera, un cubo o un prisma, lo más sencillo para calcular su volumen es medir los lados del objeto y utilizar las fór mulas matemáticas del volumen que ya conoces.

En el caso de los sólidos irregulares, su volumen se puede conocer introdu-ciéndolos en un líquido que se encuentre en un recipiente graduado, como una probeta. Al introducir el sólido, si este se hunde, el nivel del líquido sube y la dife-rencia entre el nivel inicial y el fi nal corresponde al volumen del sólido (fi gura 30).

Cuando tenemos objetos irregulares grandes, la medición del volumen puede ser complicada. En este caso lo que se puede hacer es aproximar el objeto o frac-ciones de éste a sólidos regulares y calcular el volumen con relaciones matemáticas conocidas. ¿Cómo calcularías el volumen de tu cuerpo?

Figura 29. En el laboratorio se utiliza material de vidrio graduado para conocer el volumen de los materiales líquidos.

Figura 30. El volumen de un sólido se puede

conocer con el volumen que desplaza de un líquido.


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B1T2

Propiedades intensivas: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/v), solubilidad

Medición de propiedades intensivas

En Ciencias II ya estudiaste la densidad, una propiedad intensiva importante. Como recordarás, es una medida de qué tanta masa hay por unidad de volumen, de manera que si tienes dos cajas del mismo tamaño –una llena de libros y otra vacía–, la que está llena es más densa.

Mide una propiedad intensiva.

1. En equipos de cuatro personas realicen los siguientes experimentos.


3. Sigan este procedimiento:

Parte 1

a. Llenen una cuarta parte de un vaso con agua.

b. Agreguen un poco de detergente. Describan lo que observan.

c. Ahora agreguen un poco de aceite. Describan lo que ocurre.

• ¿Cómo explican lo observado en ambos casos?

• ¿Cuál líquido es más denso?, ¿cuál el menos denso?

Parte 2

a. Construyan un densímetro (instrumento para medir la densidad). Para ello, coloquen una bolita de plastilina en uno de los extremos del popote para que no pueda entrar el líquido. Marquen una línea en cada centímetro del popote, para graduarlo.

b. Llenen los vasos con cada uno de los distintos líquidos.

c. Coloquen el densímetro en cada uno de los vasos (con la plastilina hacia abajo). Si el popote flota mucho y se va chueco corten unos centímetros en la parte superior para evitar que esto ocurra.

• ¿Hasta qué línea se hunde el popote en cada líquido?

• ¿En qué líquido se hunde más?

• ¿Cómo relacionas el hundimiento del popote con la densidad del líquido?

d. Vuelvan a observar hasta dónde se hunde el densímetro en el agua.

• ¿Hasta qué línea se hunde? Marquen ese punto con un color distinto. Con ese instrumento pueden comprobar si un líquido es más o menos denso que el agua.

Parte 3

a. Disuelvan dos cucharadas de sal en el vaso con agua.

b. Vuelvan a colocar el densímetro que construiste.

c. ¿Se hunde igual que en el agua sin sal? ¿Cómo lo explican?

d. Agreguen sal hasta que no puedan disolver más y vuelvan a colocar el densímetro.

• ¿Se hunde igual que en los casos anteriores? ¿Cómo lo explican?

• ¿Qué ocurre con la densidad del agua cuando disuelven sal?

• ¿La densidad de la mezcla depende de la concentración de sal? ¿Cómo?

4. Conclusión. Expongan sus resultados al grupo, reflexionen sobre el uso de los instrumentos de medición y sigan las instrucciones del maestro.

Experimenta

• 4 vasos transparentes• 1 L de agua • 250 mL de aceite• 250 mL de detergente

líquido para platos, aunque también pueden usar miel o champú.

• 200 g de sal común (cloruro de sodio, NaCl)

• Un popote • Una bolita de

plastilina• Una regla• Unas tijeras


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En la actividad anterior comparaste la densidad de diferen-tes líquidos, pero no le diste un valor numérico. La densidad se calcula a partir de la relación de la masa y el volumen, por lo que la manera de determinar la densidad de un ma-terial consiste en medir tanto su masa como su volumen, de forma que al dividir la masa entre el volumen obtenemos la densidad (fi gura 31).

Las unidades de la densidad en el si son kg/m3, pero como el metro cúbico (m3) es una unidad que se utiliza poco, normalmente la densidad suele expresarse emplean-do las unidades g/cm3 o lo que es lo mismo, g/mL.

En el caso de los materiales líquidos la densidad puede determinarse utilizando un densímetro, que es un dis-positivo similar al que construiste con el popote, pero debidamente calibrado. Para calibrar tu densímetro debes sumergirlo en distintos líquidos de densidad conocida y marcar hasta donde se sumerge.

Figura 31. Los materiales flotan en fluidos más densos y se hunden en fluidos menos densos. Una bola de billar se hunde en agua porque es más densa que el agua, pero flota en mercurio, que es un líquido más denso.

Mide la densidad.

1. Para realizar el siguiente experimento, consigan el siguiente material:

• Una balanza

• Tres probetas o jeringas de 10 mL, que pueden ser vasos o cualquier material volumétrico que mida 10 mL.

• 10 mL de cada uno de los líquidos utilizados en la actividad “Mide una propiedad intensiva” de la p. 57 (detergente, agua y aceite).

2. Sigan el procedimiento:

• Midan y registren la masa del vaso o material volumétrico vacío.

• Agreguen 10 mL de uno de los líquidos.

• Midan y registren la masa del vaso con el líquido.

• Completen la siguiente tabla:

Líqu

ido

Mas

a de

l vas

o (g

)

Mas

a va

so +

líq

uido

(g)

Mas

a de

l líq

uido

(g)

Volu

men

del

líq

uido

(mL)

Den

sida

d=m

/v

(g/m

L)

3. Analicen los resultados y concluyan.

• ¿Podrían dar un valor numérico a la densidad sin usar un instrumento de medición? Expliquen.

• ¿Cuál es el líquido más denso?

• ¿Coincide con lo visto en la actividad anterior?

• ¿Cuál tiene mayor cantidad de masa en 10 mL de volumen? ¿Es el que cuenta con mayor o menor densidad?

• ¿Cómo será la densidad si en vez de 10 mL son 50 mL? ¿Y si fuera 1 mL? Justifiquen su respuesta.

• Si ahora deciden medir 10 g de cada líquido, ¿cuánto volumen necesitarían de cada uno? Anoten los cálculos necesarios.

4. Compartan sus resultados con otras parejas y con su maestro.

Experimenta


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B1T2

Además de la densidad, existen muchas otras propie-dades intensivas de la materia; es decir, propiedades que no dependen del tamaño de la muestra y ayudan a diferenciar una sustancia de otra.

Anteriormente vimos que el estado de agregación de una sustancia es una propiedad cualitativa porque no se puede medir qué tan sólida, líquida o gaseosa es. Sin embargo, la temperatura a la que se observa que una sustancia cambia su estado de agregación (a la cual el sólido se transforma en un líquido o la tem-peratura a la que el líquido se transforma en vapor) sí se puede medir y, por tanto, la temperatura a la que ocurre este cambio en el estado de agregación (que en química llamamos cambio de fase) es una propiedad cuantitativa.

La temperatura a la que un sólido se convierte en líquido se conoce como temperatura de fusión o pun-to de fusión; y la temperatura a la que un líquido hierve, es decir, cuando pasa del estado líquido al gaseoso se llama temperatura de ebullición o punto de ebullición.

La temperatura de ebullición es una propiedad que se modifi ca con la presión. El agua a presión atmosférica (en lugares a nivel del mar) hierve a 100 ºC, mientras que en lugares con menor presión (en lugares a mayor altura) hierve a temperatu-ras menores (fi gura 32).

Figura 32. El estado de agregación de una sustancia es una propiedad cualitativa, pero las condiciones en que ocurren los cambios de fase (presión y temperatura) son propiedades cuantitativas.

Determina el punto de ebullición del agua.1. Respondan lo siguiente:

• ¿A qué temperatura hierve el agua en el lugar donde vives?

• ¿La temperatura de ebullición del agua depende del tamaño de la muestra?

2. Planteen una hipótesis; es decir, una posible respuesta a las preguntas anteriores. Discutan en equipos cómo pueden conocer la temperatura de ebullición del agua.


• Agua

• 2 vasos de precipitados de 500 mL o recipientes para calentar

• 2 parrillas, equipos de calentamiento, mecheros o estufa

• Termómetro de laboratorio

4. Experimenten. Sigan este procedimiento:

a. Llenen con agua un tercio de un recipiente.

b. Llenen con agua dos tercios del otro recipiente (el doble de volumen que en el recipiente anterior).

c. Calienten con cuidado ambos recipientes de agua.

d. Registren la temperatura cada dos minutos.

Experimenta



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e. Continúen calentando y registrando los datos hasta que tengan por lo menos tres medidas en las que el agua esté claramente hirviendo.

f. Anoten sus resultados en su cuaderno utilizando una tabla como la de esta actividad.

5. Analicen. Para facilitar el análisis de resultados hagan una gráfica en su cuaderno, como en el experimento de las burbujas. En este caso, el tiempo es la variable independiente (eje x) y la temperatura es la variable dependiente (eje y).

• Con ayuda de la gráfica y su tabla de resultados, respondan las siguientes preguntas:

• ¿Cómo cambia la temperatura con el tiempo?

• ¿La velocidad de calentamiento es igual para las dos muestras?

• ¿Qué pasa con la temperatura cuando el agua empieza a hervir?

• ¿A qué temperatura hierve el agua en el recipiente 1?

• ¿A qué temperatura hierve el agua en el recipiente 2?

• ¿La temperatura de ebullición depende del tamaño de la muestra?

• La temperatura de ebullición, ¿es una propiedad intensiva o extensiva? ¿Por qué?

6. Concluyan. Respondan las preguntas.iniciales. ¿Se cumplieron sus hipótesis? Expliquen clara y brevemente.

7. Comuniquen sus resultados al resto de los equipos y discútanlos en grupo organizados por su maestro.

Recipiente 1 Recipiente 2

Tiempo TemperaturaObservaciones

¿Hierve el agua?Temperatura

Observaciones ¿Hierve el agua?

El punto de ebullición y el punto de fusión son propiedades características de cada sustancia; como sabes, el agua funde a 0 ºC, pero los metales funden a temperaturas mucho mayores y por tanto son sólidos a temperatura ambiente.

En esta actividad pudiste comprobar que la temperatura de ebullición es una propiedad intensiva, ya que no depende de la cantidad de materia; es decir, del

tamaño de la muestra. Sin embargo, viste que el tiempo que necesitas calentar una muestra sí depende de la cantidad de sustancia estu-

diada. Para que una muestra de mayor tamaño llegue a su tempe-ratura de ebullición se necesita aportar mayor energía, por lo que la energía requerida para que una sustancia empiece a hervir es una propiedad extensiva, ya que depende del tamaño de la muestra.

Otra propiedad que nos ayuda a caracterizar un líquido es su viscosidad. Habrás notado que al verter agua en una mesa, ésta se desparrama rápidamente por la superficie, mientras que con líquidos como la miel esto no ocurre. Lo anterior se debe a que la viscosidad de la miel es mayor. La viscosidad es la resistencia de un líquido a fluir; la miel tiene una mayor resistencia a fluir que el agua, por lo que se escurre más lentamente (figura 33).

La medición de la viscosidad no es sencilla, aunque podemos com-parar la viscosidad de distintos líquidos. Una manera de hacerlo es comparar el tiempo que tarda en hundirse un mismo objeto en cada líquido, pues entre mayor sea la viscosidad de un fluido el objeto tarda más en hundirse.

Figura 33. La miel es un líquido muy viscoso, ya que

fluye lentamente.


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B1T2

Compara la viscosidad de algunos líquidos.

1. Planteen una hipótesis: de los líquidos con los que van a trabajar, ¿cuál creen que sea el más viscoso?


• Dos o más tubos de ensayo del mismo tamaño (uno por cada líquido con el que vayan a trabajar). Si no cuentan con ellos en su escuela, pueden utilizar algún otro recipiente alargado y transparente.

• Cronómetro.

• Dos o más líquidos distintos (por ejemplo miel, champú, aceite, agua, etcétera).

• Plastilina.

3. Experimenten. Sigan este procedimiento.

a. Llenen un tubo de ensayo o recipiente alargado con uno de los líquidos.

b. Tapen el tubo o recipiente con un poco de plastilina. Asegúrense de que no pueda salir nada de líquido.

c. Volteen el tubo (pónganlo de cabeza) y registren el tiempo que tarda la burbuja en desplazarse de un lado a otro del tubo.

d. Repitan los pasos anteriores con los demás líquidos.

e. Con los resultados llenen la siguiente tabla:

Líquido Tiempo que tarda en desplazarse cada burbuja

4. Analicen sus resultados:

• ¿En qué líquido tarda más en desplazarse la burbuja? ¿Cómo se relaciona esto con la viscosidad?

• ¿La viscosidad de una sustancia depende de la cantidad de sustancia que se use?

• ¿Cómo se llaman las propiedades que no dependen de la cantidad de materia?

• ¿La viscosidad es una propiedad cuantitativa o cualitativa?

5. Concluyan: ¿Qué líquido es más viscoso? Contrasten sus resultados con la hipótesis que plantearon al inicio.

6. Comuniquen sus resultados al resto del grupo y elaboren una conclusión grupal.

Experimenta

Una variante de este experimento consiste en dejar caer balines o canicas dentro de probetas o tubos con líquidos de diferente viscosidad y medir el tiempo que tardan en llegar al fondo.


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La última propiedad intensiva que estudiaremos en este subtema es la solubilidad. Te habrás fi jado que hay sustancias que no se disuelven en agua, como el aceite, mientras que otras, como el azúcar, sí lo hacen. De las sustancias que se disuelven en agua hay unas más solubles que otras. Para poder cuantifi car esto lo hacemos usando la solubilidad que es la cantidad máxima de un material (soluto) que se puede disolver en otro (disolvente), lo cual normalmente se expresa en gramos de soluto por cada 100 mL de disolvente (o g/100 mL). La solubilidad es una pro-piedad que se modifi ca mucho con la temperatura; probablemente por experiencia sepas que es más fácil disolver azúcar en agua caliente que en agua fría. No sólo es más fácil (se disuelve más rápido), sino que también es posible disolver mayor cantidad de azúcar en agua caliente que en agua fría. Es por esto que al realizar la siguiente actividad no debes modifi car la temperatura (no calientes las disoluciones).

Determina la solubilidad de la sal y el azúcar en agua.

1. Planteen su hipótesis: ¿Qué sólido es más soluble en agua?


• Dos vasos de precipitados de 250 mL

• 200 mL de agua

• 1/2 taza de sal

• 3/4 de taza de azúcar

• Balanza

• Cuchara

3. Experimenten:

a. Registren la masa de cada uno de los vasos que van a usar.

b. Agreguen aproximadamente 80 mL de agua a cada uno de los vasos.

c. Registren la masa de ambos vasos con agua. (Por diferencia registra la masa de agua que contiene cada vaso).

d. Agreguen un poco de sal a uno de los vasos y agiten. Es importante que al agitar las disoluciones lo hagan con cuidado, procurando no salpicar el líquido fuera del vaso.

e. Repitan hasta que no se disuelva más sal; es decir, hasta que después de agitar siga habiendo un poco de sólido (lo menos posible) y registren la masa del vaso.

Experimenta



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B1T2

En esta actividad trabajaste con dos solutos de apariencia similar (sal y azúcar) y observaste que su solubilidad en agua es distinta, por lo que la solubilidad es una propiedad que nos ayuda a caracterizar los materiales. ¿Consideras que la solubili-dad de la sal y el azúcar es la misma si el disolvente es aceite en lugar de agua?

Al disolver una sustancia (a la que llamamos soluto) en otra (llamada disolven-te), como en la actividad anterior, las propiedades tanto del soluto como las del disolvente se modifi can. Por ejemplo, el sabor del agua cambia al agregarle sal o azúcar. Estas propiedades se modifi can gradualmente al variar la concentración de soluto que hay en la mezcla, ya que una taza de café es más dulce si agregas tres cucharadas de azúcar que si agregas sólo una.

A pesar de que en este caso podemos percibir algunos de estos cambios, hay muchas otras propiedades que también se modifi can, y cuyos cambios no son perceptibles con nuestros sentidos, como la variación de la densidad. Para poder saber cómo y cuánto se modifi can ésta y otras propiedades es importante el uso de instrumentos de medición; por ejemplo, la temperatura de fusión de un líquido disminuye con la presencia de un soluto, pero para poder corroborar este hecho es necesario el uso de un termómetro.

La medición es sumamente importante para identifi car y caracterizar las sus-tancias. Si consumes agua tu cuerpo se hidrata, pero si consumes agua con un poco de sal se hidrata más rápidamente; es por esto que muchas bebidas “para

f. Agreguen un poco de azúcar a otro vaso y agiten. Repitan hasta que no se disuelva más azúcar.

g. Registren la masa del vaso después de agregar el azúcar.

h. Calculen la masa del soluto restando a la masa de la mezcla final la masa del vaso y del agua.

4. Analicen sus resultados:

• La solubilidad suele calcularse como la masa de soluto que se disuelve en 100 g de agua. ¿Usaron 100 g de agua? ¿Cuánto soluto (sal o azúcar) se habría disuelto si en cada experimento hubiesen usado 100 g de agua? Calculen este valor, el cual corresponde al valor de la solubilidad de cada soluto.

• Completen la siguiente tabla.

5. Concluyan: ¿Qué sólido es más soluble? ¿Sus resultados confirman o rechazan la hipótesis que plantearon?

6. Comuniquen: Compartan sus resultados con el grupo ayudados por su maestro.

Sustancia Masa del vaso

Masa del vaso con

agua

Masa del agua

Masa del vaso, con

agua y soluto

Masa del soluto Solubilidad

¡Contaminación! ¡Está por todos lados!: en el aire el agua y el suelo. Sin embargo, al usar nuestro conocimiento científico podemos ayudar a combatirla, te invitamos a leer los siguientes documentos y a reflexionar acerca de cómo el conocimiento de las propiedades de los materiales puede ser útil también para encontrar soluciones prácticas a problemas ambientales.

sepiensa.org.mx/contenidos/2004/panales/panales2.htm

www.oei.es/divulgacioncientifica/noticias_674.htm


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1. ¿Cuál es la diferencia entre las propiedades intensivas y las extensivas?

2. Considera que tienes dos frascos iguales que no puedes abrir y que contienen sustancias con el mismo aspecto, pero sabes que una es aceite y la otra es miel. Responde:

• ¿Qué propiedades tratarías de identificar para predecir el contenido de los frascos?

• ¿Qué instrumentos utilizarías?

• ¿Qué utilidad aporta a la ciencia el medir las propiedades de las sustancias?

3. Completa la tabla que aparece abajo y responde:

• ¿Qué crees que sucedería si no hubiera instrumentos para medir la temperatura? ¿Qué campo de la ciencia sería el más afectado?

• ¿Qué otras propiedades consideras que sería un verdadero problema no poderlas medir y por qué?

Evalúo mi avance

Propiedad Intensiva /extensiva Qué se mide Cómo se mide Unidad

Extensiva kg

Espacio que ocupa un cuerpo

Intensiva A partir de su masa (balanza) y volumen (ej. probeta)

Viscosidad Con el tiempo que tarda en caer un cuerpo

Temperatura a la que un líquido se transforma en gas K

Temperatura de fusión

Extensiva Cantidad máxima de soluto en un solvente

4. ¿Qué opinas de las recetas o instrucciones que indican cantidades como: “… se agrega un puñado de…” o “…se agrega una pizca de…”? ¿Qué unidades de medida sería más conveniente utilizar para hacer la receta más confiable y precisa? Argumenta. ¿Consideras que las unidades de medición conocidas como Sistema Internacional de Unidades son útiles? ¿Porqué?

deportistas” contienen un poco de sal. Sin embargo, si la cantidad de sal que contiene el agua es mayor entonces sucede lo contrario: sufres de deshidratación. ¿Te das cuenta de que cuando comes algo muy salado te da sed? Es por eso que los náufragos pueden morir rápidamente de deshidratación si beben agua de mar: ¡mueren de deshidratación estando rodeados por agua! Una misma sustancia pue-de tener efectos contrarios; dependiendo de su concentración pueden cambiar sus propiedades. ¿Recuerdas la frase “la dosis hace al veneno”?

Hoy en día para generar conocimiento científico es indispensable contar con instrumentos de medición confiables y precisos que nos permitan analizar las propie-dades de las sustancias en estudio. Es por esto que todos los laboratorios científicos cuentan con balanzas, termómetros y muchos otros instrumentos de medición.

Sin embargo, esto no siempre fue así, los químicos en la antigúdad no conside-raban a la medición como algo importante.

Fue Antoine-Laurent de Lavoisier, un científico francés del siglo xviii quien, sin contar con los beneficios de la tecnología actual, demostró que la medición cuidadosa de los experimentos es fundamental en la actividad científica. Las con-secuencias de su trabajo fueron de suma importancia para la química, pero esto lo estudiaremos en el siguiente subtema.


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3. ¿Qué se conserva durante el cambio?

• Explicarás la importancia de establecer un sistema cerrado para enunciar el principio de conservación de la masa.

• Reconocerás que el trabajo de Lavoisier permitió que la ciencia mejorara sus mecanismos de

investigación y comprensión de los fenómenos naturales.

• Reconocerás que el conocimiento científico es tentativo y está limitado por la sociedad en la cual se desarrolla.

En e

ste

subt

ema:

La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa

En la historia de la ciencia hay personas cuyas aportaciones son tan importantes que representan un “parteaguas” en su campo de estudio. En tu curso de Ciencias I estudiaste la importancia del trabajo de Charles Darwin, y en Ciencias II conociste las aportaciones de Galileo Galilei. En química también tenemos varios personajes muy notables; uno de ellos es Antoine-Laurent de Lavoisier, un gran científi co fran-cés cuyas contribuciones cimentaron las bases de la química moderna (fi gura 34).

Para comprender la importancia del trabajo de Lavoisier debemos remontarnos algunos años en la historia (algunos miles de años): ¿cuál crees que haya sido la transformación de la materia que más relevancia tuvo en la Antigüedad? Proba-blemente, el dominio del fuego (es decir: la combustión).

Aún ahora, el fuego es ciertamente un elemento “mágico”. ¿Has tenido la oportunidad de sentarte junto a una fogata en la noche y contemplar el fuego? (sin mencionar los bombones y las salchichas asadas, así como las historias de terror que gene-ralmente las acompañan).

Ahora, imagina lo que el fuego representaba para el hombre pre-histórico. Como ya mencionamos, parte de la naturaleza humana consiste en dar explicaciones al mundo que nos rodea. ¿Qué expli-caciones crees que el hombre antiguo daba al fuego y a su poder transformador? (fi gura 35).

El fuego, la lluvia, el sol y muchos de los más importantes fe-nómenos naturales fueron asociados o explicados por el hombre antiguo a través de deidades. En muchas tradiciones antiguas el fuego es visto como un regalo divino.

Como mencionamos en el bloque anterior, a pesar de que las civi-lizaciones antiguas dominaron muchas de las técnicas usadas hoy en día en química (como la destilación que perfeccionaron los antiguos árabes), la transformación de los materiales frecuentemente se en-contraba inmersa entre rituales mágicos y esotéricos.

Durante lo que hoy conocemos como el periodo de la alqui-mia (que abarca muchos siglos, desde los antiguos egipcios hasta

Figura 34. Antoine de Lavoisier (1743-1794) y su esposa, quien contribuyó traduciéndole obras del inglés e ilustrando sus textos. Retrato de Antoine-Laurent y Marie Anne Lavoisier, Jacques-Louis David, 1788. Fuente: Superstock/Photostock.

Figura 35. Es interesante pensar que la combustión (el fuego), fue la primera herramienta con la que el hombre comenzó a transformar los materiales, por lo que dio origen a la química como arte (o artesanía) y fue hasta que se descifró su misterio (al descartar la teoría del flogisto, que veremos después) que nació la química como ciencia.


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La Ilustración es una etapa de la historia considerada como el periodo donde el pensamiento científico comienza a prevalecer sobre el teológico.

1. Si quieres conocer más acerca de esta interesante época, consulta algunas de las siguientes páginas y escribe brevemente en tu cuaderno: ¿dónde se originó la Ilustración? ¿Cuáles eran sus ideales? ¿Qué paí-ses participaron? ¿Quiénes fueron los personajes más representativos de este movimiento?

http://www.ciudadesilustracion.org/ilustracion.php?lang=cas

http://www.cedt.org/luces.htm

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/lavoisier.htm

www.redcientifica.com/doc/doc200211220001.html

http://www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/l/lavoisier.php

Utiliza las TIC

el siglo xviii), sus practicantes, conocidos como los alquimistas (figura 36), buscaban la forma de tras-formar (o transmutar) metales como el hierro o el plomo en oro. Esto, que ahora sabemos que no es posible, no era impulsado por simple avaricia. Los alquimistas tenían la certeza de que si encontraban la forma de convertir el plomo en oro habrían en-contrado “el elíxir de la vida eterna”, una idea que incluso hoy en día a muchas personas les resulta muy atractiva.

Este pequeño relato de los alquimistas pretende ilustrar que en la Antigüedad las transformaciones químicas siempre estuvieron envueltas en una atmós-fera mágica y ritual.

No fue sino hasta el periodo conocido como la Ilustración cuando las explicaciones racionales acerca de la Naturaleza comen-zaron a ganar terreno; en esa época el fuego seguía siendo un punto de debate. Para explicar por qué unos materiales se quemaban y otros no, existía la teoría de “El flogisto”: los materiales combustibles contenían flogisto, lo cual les permitía quemarse; aunque durante el proceso de combustión lo perdían, de tal forma que el material remanente quedaba “desflogistado” y ya no podía quemarse nueva-mente. De esta forma, la madera contenía flogisto, pues podía quemarse y no así las cenizas que quedan después que la madera se había quemado, ya que estaban “desflogistadas”. Cuando metales como el estaño o el mercurio se queman, tam-

bién se “desflogistan”. Lo interesante es que, tanto para la madera como para muchos otros materiales, la masa antes de quemarse es mayor que la de las cenizas que quedan después de la combustión, pero en el caso de algunos metales como el estaño o el mercurio sucede lo contrario: la masa del metal antes de quemarse es menor que después de quemarse; es decir, que si al quemarse se “pierde flo-gisto”, ¿porqué su masa aumenta? Los adeptos a la teoría del flogisto no se preocuparon mucho por esto; el flogisto era un ente inmate-rial, no tenía masa y no se podía aislar o medir, pero su presencia era necesaria para permitir la combustión.

Desde la época de los antiguos griegos se había reconocido que el aire era indispensable para llevar a cabo la combustión; sin embargo, los adeptos a la teoría del flogisto consideraban que éste (el flogisto)era la verdadera esencia del fuego. Lavoisier fue quien vino a des-cifrar el misterio del flogisto. Fueron los trabajos de Carl Wilhelm Scheele, Joseph Priestley y del mismo Lavoisier los que permitieron reconocer que el aire no era más que una mezcla de varios gases. Lavoisier observó que sólo uno de ellos (al que llamó oxígeno), era necesario para llevar a cabo la combustión.

Lavoisier encontró que la combustión ocurre cuando los materiales se combinan con el oxígeno del aire; si alguno de los pro-ductos formados durante la combustión es también gaseoso (como el dióxido de carbono (CO2) que se genera cuando el papel y la madera se queman) ocurre una aparente pérdida de peso. Pero si los productos de la combustión son sólidos, hay una aparente ganancia en la masa del material resultante; esto explica lo que

Figura 36. Durante el periodo de la alquimia, el conocimiento “químico” estaba mezclado frecuentemente con la astrología y las instrucciones o “recetas” de las preparaciones alquímicas, estaban cifradas de tal forma que sólo unas cuantas personas pudiesen entenderlas.Adriaen van Ostade, El Alquimista, 1661, World History Archive/Photostock


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se observa cuando el estaño o el mercurio se ex-ponen al fuego: generan óxidos metálicos sólidos.

Al llevar a cabo numerosas reacciones de combus-tión en recipientes cerrados donde nada podía entrar ni salir (especialmente el aire) y al registrar cuidadosa y meticulosamente la masa de las sustancias emplea-das, Lavoisier observó que, sin importar qué material quemara dentro de sus recipientes, la masa antes y después de la combustión permanecía sin variaciones (fi gura 37).

A partir de sus experimentos, Lavoisier encontró que estas observaciones no sólo pueden aplicarse a las reacciones de combustión, sino que pueden extender-se a toda transformación química. Con base en estas observaciones propuso una generalización que se co-noció como el principio de conservación de la masa, que después se convirtió enla ley de la Conservación de la materia; ¿recuerdas cómo se generan las leyes en las ciencias? Esta ley establece que durante una transformación química, sea una combustión o cualquier otra, la masa total de las sustancias implicadas es la misma antes y después de que ocurra la transformación. Esta ley frecuentemente se enuncia como “la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

((ENTRA FOTO 39. ALAMBI-QUE DE LAVOISIER. PIE:

Figura 37. Al llevar a cabo sus experimentos en sistemas cerrados, Lavoisier logró medir la masa de todas las sustancias antes y después de la combustión.

1. Planteen una hipótesis para explicar lo siguiente:

• ¿Por qué al quemar una hoja de papel parte de la materia parece desaparecer?

• El principio de conservación de la masa se cumple siempre, pero sólo se puede corroborar bajo ciertas condiciones. ¿Cuáles creen que sean éstas?

2. Consigan el material para realizar el experimento:

• Balanza (de la mayor precisión posible). Puede ser una digital

• Mechero

• Pinzas para tubo de ensayo

• Embudo de plástico (el tallo no debe ser muy estrecho, 1 cm de ancho es adecuado)

• 3 o 4 globos de látex

• Ligas (3 o 4)

• 6 u 8 tubos de ensayo (de aproximadamente 15 cm de largo y 1.5 cm de diámetro)

• 1 matraz erlenmeyer de 100 mL

• 10 g de bicarbonato de sodio

• 15 g de carbonato de cobre

• 20 mL de disolución de sulfato de cobre pentahidratado al 5%

• 20 mL de disolución de ácido clorhídrico al 5% o de vinagre

• 10 mL de disolución de hidróxido de sodio al 5%

• Agua

3. Experimenten. Primero, etiqueten cada uno de los tubos de ensayo del 1 al 10. Anoten todos los registros de las masas de las reacciones que efectúen en la tabla anexa.

Parte 1

a. Coloquen aproximadamente 10 mL de la disolución de ácido clorhídrico o vinagre en el tubo 1. Registren la masa del tubo con la disolución.

b. Coloquen 3 g de bicarbonato de sodio en un matraz erlenmeyer. Registren la masa del matraz con el bicarbonato.

c. Agreguen poco a poco el contenido del tubo 1 al matraz, agitando constantemente después de cada adición y observando cuidadosamente.

Experimenta

Encuentra las condiciones adecuadas para corroborar el principio de conservación de la masa.

Precaución: la disolución de ácido clorhídrico es muy corrosiva, cuiden de no derramarla y si se derrama limpien todo con un trapo húmedo.

((ENTRA FOTO 39. ALAMBI-QUE DE LAVOISIER. PIE:



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d. Cuando la reacción haya terminado, registren nuevamente la masa del matraz con la disolución resultante y la masa del tubo 1 (ahora vacío).

Parte 2

a. Agreguen aproximadamente 5 mL de la disolución de sulfato de cobre al tubo 2. Registren la masa de este tubo.

b. Agreguen 5 mL de disolución de hidróxido de sodio al tubo 3. Registren la masa del tubo 2.

Precaución: la disolución de hidróxido de sodio también es corrosiva, así que manéjenla con precaución.

c. Ahora, agreguen el contenido del tubo 2 al tubo 3. Agiten y observen.

d. Registren la masa del tubo 2 (vacío) y del tubo 3.

Parte 3

a. Coloquen aproximadamente 5 g de carbonato de cobre o bicarbonato de sodio en el tubo 4. Registren la masa del tubo.

b. Calienten con cuidado la base del tubo empleando el mechero. Agiten constantemente hasta que ya no observen ningún cambio. Esperen a que el tubo se enfríe y registren su masa.

Masa antes de la reacción

Masa después de la reacción

1

Matraz

Tubo 1

Masa total

Diferencia:

Observaciones:

2

Tubo 2

Tubo 3

Masa total

Diferencia :

Observaciones:

3Tubo 4

Diferencia:

Observaciones:

• ¿En qué procedimientos encontraron diferencia en la masa antes y después de llevar a cabo la reacción? Propongan alguna explicación. ¿Qué harían para corroborarlo?



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Parte 4

a. Ahora, usando el embudo, coloquen aproximadamente 3 g de bicarbonato de sodio dentro del globo.

b. Viertan 10 mL de la disolución de ácido clorhídrico o vinagre en el tubo 5.

c. Con cuidado, coloquen la boca del globo en el tubo y sujétenlo con ligas para que no se suelte. Cuiden que el bicarbonato de sodio no caiga dentro del tubo.

d. Registren la masa del sistema (tubo + disolución + globo + bicarbonato). Ahora levanten un poco el globo para que poco a poco vaya cayendo el bicarbonato en la disolución dentro del tubo. Registren lo que observen.

e. Cuando hayan agregado todo el bicarbonato y la reacción haya terminado registren la masa del sistema.

• ¿Hubo cambios? ¿Cuál es la diferencia con el experimento que realizaron en la parte 1?

Parte 5

a. Repitan el experimento de la parte 3 colocando 3 g de carbonato de cobre o bicarbonato de sodio en el tubo 6, pero esta vez inserten un globo en la boca del tubo como lo hicieron antes. Registren la masa del sistema.

b. Ahora calienten el tubo y cuando ya no observen cambios permitan que el tubo se enfríe. Registren la masa del sistema y sus observaciones antes y después de calentar el tubo.

4. Analicen.

• ¿En qué experimentos pudiste corroborar el principio de conservación de la masa?

• En aquellos experimentos en los que observaste variación en la masa, ¿podrías explicar por qué varía?

• ¿Qué factores facilitaron el comprobar el principio de conservación de la masa?

• ¿Podrías generalizar en cuáles casos se requiere de un sistema cerrado para corroborar el principio de conservación de la masa?

5. Concluyan: ¿En qué condiciones podemos corroborar el principio de conservación de la masa? Contrasten sus hipótesis.

6. Comuniquen sus conclusiones en grupo guiados por su maestro.

Masa antes de la reacción

Masa después de la reacción

4

Matraz

Tubo 1

Masa total

Diferencia:

Observaciones:

5

Tubo 2

Tubo 3

Masa total

Diferencia :

Observaciones:


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La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier

¿Por qué el principio de conservación de la masa es tan importante en química? Lo que marca el nacimiento de la química como ciencia es la desaparición de la teoría del flogisto. En ciencia, todas las proposiciones o explicaciones deben poderse comprobar y la teoría del flogisto era más parecida a un acto de fe que a una teoría científica. Sin embargo, más importante aún, el principio de conservación de la masa demuestra que la medición cuidadosa es una de las herramientas más importantes en la generación de conocimiento científico.

Con Lavoisier la química adquiere su carácter de ciencia, pues cada una de sus proposiciones, observaciones y leyes está sujeta a una comprobación experimental.

A pesar de la gran contribución que Lavoisier hizo a la química, su vida no tuvo un final feliz; además de ser un notable científico, también pertenecía a la nobleza francesa en el momento más terrible de la historia para un aristócrata: la época de la Revolución Francesa (figura 38). Para empeorar aún más el panora-ma, Lavoisier se ganaba la vida como recolector de impuestos, oficio que tenía una pésima reputación: en general muchos de los recolectores de impuestos de aquella época amasaban enormes fortunas mientras el pueblo vivía en condiciones de po-breza extrema. Al triunfo de la Revolución Francesa, como probablemente sepas, muchos aristócratas (entre ellos el rey de Francia –Luis xvi– y su esposa María Antonieta) fueron encontrados culpables de “conspirar contra el pueblo francés” y condenados a morir decapitados en la guillotina. Entre los muchos aristócratas decapitados en el periodo que se conoce como Régimen del Terror estuvo Antoine de Lavoisier.

La muerte de Lavoisier ejemplifica que la ciencia y la tecnología no son activi-dades que puedan aislarse del momento histórico y político que vive una sociedad. ¿Crees que Lavoisier hubiese sido condenado a muerte si no hubiera sido aristó-crata? De haber continuado vivo, seguramente hubiese hecho otras aportaciones importantes a la ciencia. ¿Qué otros desarrollos científicos o tecnológicos han sido influenciados por los acontecimientos de la historia? Usualmente los conflictos bélicos desencadenan un gran número de acontecimientos, así que podrías buscar ejemplos en esos periodos. Para ello te sugerimos consultar distintos libros de tu Biblioteca Escolar o de Aula.

Contribución de Antoine de Lavoisier a la ciencia

Además de la ley de la Conservación de la materia, Lavoisier hizo muchas otras notables aportaciones, no sólo a la química sino también a la biología.

1. Si quieres conocer más de su vida te recomendamos las siguientes páginas electrónicas; consúltalas y elabora una presentación. Puedes usar presentaciones electrónicas o cartulinas; anota los datos más importantes de su vida. Pide a tu maestro la oportunidad de compartir tu trabajo con tus compañeros.

www.biografiasyvidas.com/biografia/l/lavoisier.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier

Utiliza las TIC

Jose Antonio Chamizo. Grandes ideas de la ciencia del siglo xx. Dirección General de Publicaciones, Col. Espejo de Urania, México, 2004.

César Nava. Un viaje por el siglo xix, sep/Santillana, Col. Espejo de Urania, México, 2003.

Martha Ortega. Panorama del siglo xx. Vol. 1 y 2, México, sep/Santillana, Col. Espejo de Urania, México, 2002.



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Figura 38. La Revolución Francesa y su influencia sobre otros países europeos indujeron enormes cambios en las sociedades occidentales de los siglos XViii y XiX. La libertad guiando al pueblo, Eugène Delacroix, 1831, Museo del Louvre, Superstock/Photostock

1. Explica con tus propias palabras la ley de la Conservación de la materia: “la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

2. Explica por qué en una combustión parece que se pierde masa. ¿Se cumple la ley de la conservación de la materia durante la combustión? ¿Cómo podrías corroborarlo?

3. ¿Qué hubiera sucedido con el trabajo de Lavoisier si la Revolución Francesa hubiera ocurrido 30 años antes y toda la aristocracia hubiera muerto en la guillotina? Explica.

4. Con base en tu respuesta anterior, ¿consideras que la ciencia está afectada por el entorno socioeconómico en que se desarrolla? Justifica tu respuesta.

5. Debate con tus compañeros qué conocimientos facilitaron llegar al enunciado de la ley de la Conservación de la materia.

6. Usa el principio de la conservación de la materia y responde, ¿en cuál de las siguientes transformaciones culinarias consideras que ocurren cambios aparentes en la masa? Explica, en cada caso, por qué esperarías observar (o no observar) cambios y por qué puede ser útil reconocer los posibles cambios antes de que ocurran.

a. La masa de un huevo que se pone a hervir en agua (con todo y cascarón) antes y después de cocerse.

b. La masa de los frijoles antes y después de cocerlos (una vez drenada el agua).

c. Tocino, frito hasta que quede crujiente.

7. En el caso del tocino, basándote en tu respuesta anterior y considerando la cantidad de grasas que éste aporta, ¿en cuál de sus formas es mejor consumirlo: crujiente o medio frito?, ¿por qué?

Evalúo mi avance

La materia no se crea ni se destruye, ¿qué pasa entonces con todo lo que desechamos? Si es basura orgánica con frecuencia en la Naturaleza existen mecanismos para transformarla, pero si es inorgánica su acumulación puede generar un problema ambiental importante. Te invitamos a leer el siguiente documento y reflexionar acerca de cultivar nuestros hábitos para “reducir, reusar y reciclar”.

sepiensa.org.mx/contenidos/2004/s_llantas/llanta_1.htm


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4. La diversidad de las sustancias

Experiencias alrededor de diversas sustancias

La química, como ya mencionamos, es la ciencia que estudia la materia y sus trans-formaciones. Si miras a tu alrededor puedes darte cuenta de que la diversidad de los materiales que te rodean es muy amplia: el aire, la hoja de papel del libro, la tinta que ésta contiene, la silla en la que estás sentado, etc. Todos estos objetos están hechos de materiales muy diversos cuyas características son propias (fi gura 39). Si queremos estudiarlos, ¡son tantos y tan diversos!; ¿por dónde empezar? Usualmente comenzaríamos por clasifi carlos. Así podríamos apreciar más fácilmente sus seme-janzas y diferencias.

Figura 39. La madera (a), el vidrio (b) y los metales (c)

son sólo algunos de los muy diversos materiales con los que estamos en contacto cotidiano.

Reflexiona

Clasifica algunos materiales.

1. Primero, individualmente, propón una clasificación para los siguientes alimentos: jugo de naranja, ensalada de lechuga, huevo con jamón, leche, una dona, arroz, carne asada, sopa de pasta, ensalada de jitomate, helado de vainilla, caramelos, pan con frijoles, pollo frito, avena, refresco, papas fritas.

2. Ahora compara con tus compañeros tu clasificación. Responde:

• ¿Son iguales?

• ¿En qué se basa su criterio de clasificación?

• ¿Podrías encontrar otra forma de clasificarlos?

• Identificarás algunas formas de clasificación de sustancias utilizadas por otras culturas así como sus propósitos, fines y usos.

• Interpretarás la clasificación como una forma de sistematizar el conocimiento con un fin determinado.

• Reconocerás que una colección de objetos puede tener propiedades diferentes respecto a las de sus componentes individuales.

• Diferenciarás mezclas homogéneas y heterogéneas a partir del uso de diversos criterios para clasificarlas.

• Distinguirás las mezclas de otro tipo de sustancias con base en sus propiedades físicas y sus métodos de separación.

En e

ste

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ema:

a b c


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Claramente la actividad anterior nos muestra que, a pesar de que todas las cosas que clasifi caste pueden ser agrupadas como alimentos, cuando intentamos hacer una clasifi cación más detallada existe más de una forma de hacerlo; todo depende de qué atributo usemos para clasifi carlos.

Una clasifi cación que es muy natural e intuitiva consiste en agrupar los objetos y materiales en función de su uso. ¿Recuerdas el ejemplo de la clasifi cación de los objetos en una cocina en la página 49 del Subtema 1 del Tema 2?

En la Antigüedad la relación que el ser humano tenía con la Naturaleza era tan estrecha que aprendió a reconocer y clasifi car las propiedades no tan evidentes de muchos de los materiales de su entorno en función del uso que podía darles. De hecho, en México los pueblos prehispánicos mantenían una organización casi perfecta de sus plantas, que clasifi caban en función de sus propiedades curativas. Nuestro país posee una de las fl oras más ricas del planeta, por lo que gracias a la observación y experimentación que realizaron sus distintos pueblos, los que durante siglos buscaron las propiedades curativas de las plantas, se desarrolló la herbolaria, que es el conjunto de conocimientos relacionados con las propiedades curativas de las plantas.

Las sociedades prehispánicas aprovecharon los recursos naturales no sólo para el desarrollo de tratamientos curativos (fi guras 40 y 41) y prácticas de higiene, sino también para los cuidados y el embellecimiento del cuerpo humano. Las plantas se adquirían en los mercados y se preparaban en forma de mezclas que se utilizaban de diferentes maneras: como ungüentos para aliviar trastornos a través de la piel; como pócimas para aliviar dolores o enfermedades; como vaporizaciones para curar males respiratorios o purifi car el cuerpo, etcétera.

A la fecha, sabemos de esta clasifi cación de las plantas gracias al registro de información que hicieron Juan Badiano y Juan de la Cruz en el en el siglo xvi en un manuscrito llamado Libellus de medicinalibus indorum herbis, que en español signi-fi ca Librito de las yerbas medicinales de los indios y se conocería cuatro siglos después como Códice Badiano. Éste estaba integrado por una descripción del uso medi-cinal de más de 150 plantas originarias de México que se empleaban en la medicina prehispánica. Esta obra es considerada el primer libro de herbolaria medi-cinal azteca y una de las más importantes fuentes bibliográfi cas históricas de la materia médica en México. En esta obra se muestra información sobre las plantas según el tipo de enfermedad que curan.

Una clasificación particular: el caso de las mezclas. Mezclas homogéneas y heterogéneas

En química, la apariencia de un material es un criterio de clasifi cación que se emplea con mucha frecuencia. Aplicando este criterio, los materiales pueden clasifi carse como homogéneos (cuando su apariencia es uniforme) o heterogéneos (cuando po-demos distinguir que no todo el material es igual).

De las siguientes ilustraciones, ¿cuáles materiales dirías que son homogéneos y cuáles heterogéneos? (fi gura 42).

La leche y el azúcar son materiales homogéneos, mientras que el vaso de refresco con hielo, el mármol y el tronco son materiales heterogéneos, pues po-demos distinguir claramente en ellos los diversos componentes que los forman; en el refresco distinguimos los hielos del líquido, en el mármol podemos apreciar que tiene diversos colores y en el tronco del árbol podemos distinguir la madera de la corteza. Incluso en la madera del tronco podemos distinguir anillos de

Figura 40. El cacao, del náhuatl Cacahuáhuitl, se empleaba como estimulante y analgésico; ahora sabemos que posee una sustancia denominada teobromina que es un poderoso analgésico;

Figura 41. (a) Al epazote –epazotl– y al (b) estafiate o itztauhyatl se les usaba para erradicar la presencia de lombrices en el intestino; hoy se sabe que estas plantas poseen, respectivamente, una sustancia denominada ascaridol y santonina, ambas con propiedades antiparasitarias.

a

b


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diferente color, por lo que también la madera es un material heterogéneo. Los materiales heterogéneos necesaria-mente están constituidos por al menos dos materiales distintos; podemos dis-tinguir sus diferencias, aunque pueden contener muchos más que no logramos apreciar.

A cada una de estas partes que po-demos distinguir le llamamos fase, lacual es una porción de materia con propiedades homogéneas. Una mezcla heterogénea es aquella formada por dos o más fases, mientras que en una mezcla homogénea se aprecia una sola fase.

La leche, en el ejemplo anterior, a pesar de ser un material que se aprecia homo-géneo, contiene diversos componentes: agua, grasas, proteínas (principalmente caseína) y azúcares (principalmente lac-tosa), por sólo mencionar algunos.

La mayoría de los materiales que nos rodean están formados por más de un componente; es decir, están formados por dos o más materiales. ¿Podemos separar los diversos componentes de un material?

¿Qué pasa cuando hierves leche? ¿Se separa algún componente de la misma? ¿Qué pasa si le agregas limón o vinagre?

Es importante mencionar que al clasifi car una mezcla como homogénea o hete-rogénea lo hacemos en función de nuestra capacidad de distinguir los componentes de la misma. Si usamos únicamente nuestros sentidos, como ya mencionamos en el Subtema 1 del Tema 2 de este bloque, éstos son limitados, por lo que muchas de las mezclas que a simple vista parecen homogéneas, cuando se observan con la ayuda de un microscopio no lo son; por tanto, la clasifi cación homogéneo-heterogéneo de-pende del criterio de clasifi cación.

Propiedades y métodos de separación de mezclas

Lo que conocemos como nata es un concentrado de las grasas que contiene la leche; así, al hervir la leche separamos una parte de las grasas que ésta contiene (la leche que queda después de hervirla tiene menos grasa, pero no está libre de ella). Al agregar limón o vinagre la leche se “corta”, con lo que se consigue separar tanto las proteínas como buena parte de las grasas.

En química contamos con algunas técnicas que en su conjunto se llaman méto-dos de separación las cuales, con frecuencia, nos permiten separar algunos de los componentes que forman los diversos materiales. Más adelante detallaremos los métodos de separación más comunes.

Cuando podemos separar un material en dos o más componentes empleando alguno de estos métodos de separación, al material que les dio origen lo defi nimos como una mezcla. Es por ello que a estos métodos también se les conoce como métodos físicos de separación de mezclas.

Figura 42. (a) Trozo de mármol; (b) Un refresco con hielo; (c) Azúcar; (d) Un vaso con leche; (e) Sección transversal de los troncos.

a

e

b

dc


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Las siguientes precisiones son importantes:

• Todos los materiales que pueden separarse en dos o más componentes empleando métodos de separación son necesariamente mezclas (pueden ser tanto homogéneas como heterogéneas).

• Todos los materiales heterogéneos son mezclas, aunque no por ello necesariamente podamos separar sus componentes con facilidad.

• No todos los materiales homogéneos son mezclas; hay algunos materiales que están formados por sólo un componente. Por ejemplo, el agua pura (que en química no es lo mismo que el agua potable).

Así, el mármol –como el que se observa en la fi gura 42 a–, es una mezcla he-terogénea: a simple vista podemos notar sus distintos componentes, aunque estos no puedan separarse empleando los métodos físicos de separación. Por otro lado, sabemos que la leche es una mezcla homogénea pues, a pesar de su apariencia uniforme, podemos separar algunos de sus componentes con facilidad.

Si agregas sólo un poco de agua (por ejemplo 5 mL) a un vaso de leche, ¿podrías notar la diferencia?, ¿cambiarían notablemente las propiedades del vaso de leche (su sabor, color o aroma)?

Lo anterior refl eja una propiedad muy común en las mezclas: la proporción de sus componentes puede variar sin modifi car signifi cativamente las propiedades de la mezcla; es decir, las mezclas tienen una composición variable. Por ejemplo, en las actividades que realizaste en las páginas 57 y 62, en donde preparaste mezclas jabón-agua y azúcar-agua, respectivamente, pudiste observar que las propiedades de las mezclas resultantes variaban gradualmente dependiendo de la concentra-ción del soluto (jabón o azúcar).

Las disoluciones son un caso particular de mezclas homogéneas, en las cuales la mezcla resultante es un líquido transparente (como cuando disuelves sal en agua o cuando se mezclan alcohol de caña y agua), donde el tamaño de las partículas del soluto en la mezcla es tan pequeño que no pueden apreciarse ni con un potente mi-croscopio, a diferencia de las suspensiones que son mezclas heterogéneas formadas por partículas sólidas suspendidas en un líquido, como en el caso de las pinturas, o las emulsiones que son mezclas formadas por partículas de un líquido suspendidas en otro líquido, como en el caso de la mayonesa (fi gura 43).

A diferencia de las disoluciones, tanto las emulsiones como las suspensiones no son transparentes; en estos casos las partículas del soluto en la mezcla son mucho más grandes que en el caso de las disoluciones.

Es importante recordar –como se men-cionó en el Subtema 2 del Tema 2– que algunas de las propiedades físicas y quí-micas de los componentes de una mezcla se modifi can cuando forman parte de ésta, es decir, no son idénticas a las que pueden medirse cuando no están mezclados.

Por ejemplo, la temperatura de ebu-llición del agua pura (a 1 atmósfera de presión, lo cual ocurre a nivel del mar) es de 100 °C, mientras que la temperatura de ebullición que se observa en el agua salada es ligeramente mayor. Lo mismo sucede

Figura 43. (a) Las suspensiones (chocolate con leche o la pintura), (b) las emulsiones (mayonesa) y (c) las disolucio-nes son ejemplos de distintas mezclas.

a

cb


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con la temperatura a la cual el agua se congela para formar hielo: en el agua pura es de 0 °C, mientras que el agua salada se congela a menor temperatura. La temperatura a la cual hierve o se congela el agua salada varía con la cantidad de sal que esté disuelta en el agua.

Como ya se mencionó, cuando queremos separar los componentes que forman una mezcla, lo primero es obser-var las características de la mezcla y dependiendo de ello se elige un método; luego podemos emplear distintos métodos de separación de mezclas, como los siguientes:

• Filtración. Esta técnica se utiliza cuando el tamaño de las partículas de por lo menos uno de los componentes de la mezcla es muy distinto al del resto de los componentes. Así, cuando cuelas los frijoles o la leche con nata estás utilizando la fi ltración. En el laboratorio se emplea este método con frecuencia para separar un sólido de una disolución es decir, para que los componentes de la disolución no se pueden separar por fi ltración (fi gura 44).

• Tamizado. Se trata de un caso particular de fi ltración en donde todos los componentes de una mezcla son sólidos, pero de diferente tamaño. Al hacerlos pasar por “coladeras” con poros cada vez más pequeños podemos ir separando los componentes de acuerdo con su tamaño. Al preparar un pastel y cernir la harina la estamos tamizando.

• Sedimentación y decantación. Esta es una técnica que se emplea para separar los componentes tanto de una emulsión como de una suspensión cuando estas mezclas son inestables; es decir, cuando la emulsión o la suspensión se separa en al menos dos fases por sí sola. Para que se comiencen a apreciar dos o más fases, basta dejar las mezclas en reposo. Si una de las fases es sólida, se dice que esta fase se sedimenta. ¿Te has fi jado que muchos medicamentos y otros productos dicen: “Agítese antes de usarse”? En estos casos el producto o medicamento es una mezcla inestable, de modo que para usarlo apropiadamente hay que volver a suspenderlo o emulsifi carlo (fi gura 45).

Figura 44. La filtración separa dos materiales con base en el

tamaño de sus partículas.

Figura 45. La decantación (a) y (b) o la sedimentación

(c) y (d) permite separar a los componentes de una mezcla

heterogénea basándose en su diferencia de densidad.

a b dc


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En el caso de las mezclas inestables, basta la fuerza que ejerce la gravedad de la Tierra para separar los componen-tes de la mezcla. ¿Tú comprarías una mayonesa en el cual se observan dos fases (agua y aceite)? En muchos casos a las emulsiones o suspensiones de productos comerciales (por ejemplo, la mayonesa) se le agregan sustancias que estabilizan la emulsión e impiden que se separe espontá-neamente; a estas sustancias se les conoce como agentes emulsifi cantes.

¿Qué hacer cuando la emulsión o suspensión es esta-ble? ¿Podemos separar sus componentes? La respuesta es sí, empleando la centrifugación.

• Centrifugación. Se emplea para separar emulsiones o suspensiones muy estables. El principio es el mismo: separar los componentes basándose en la diferencia de sus densidades, pero en este caso la fuerza de gravedad no es sufi ciente, por lo que para incrementar esta fuerza se hace girar la mezcla muy rápidamente dentro de un equipo llamado centrífuga (fi gura 46). El principio es semejante a las lavadoras automáticas cuando secan la ropa, cuando gira muy rápido, haciendo que buena parte del agua se separe de la ropa.

• Magnetización o imantación. ¿Qué pasa si acercas un imán a un tornillo o a un clavo: ¿se atraen? ¿Pasa lo mismo con una lata de refresco? Algunos metales como el hierro (contenido en el clavo o el tornillo) tienen propiedades magnéticas muy notables, mientras que muchos otros metales no son atraídos por campos magnéticos (como el aluminio de las latas de refresco). Empleando esta propiedad es posible separar fácilmente de una mezcla heterogénea de materiales metálicos a aquellos metales que contienen un alto porcentaje de hierro. A este método se le conoce como imantación o magnetización (fi gura 47).

Ninguno de los métodos de separación descritos hasta ahora permite separar a los componentes de una disolución. Para este tipo de mezclas homogéneas podemos emplear los siguientes métodos:

• Cristalización. Si a un vaso que contiene una disolución de agua con sal permitimos que el agua se evapore lentamente (lo cual ocurre al mantener el vaso destapado) a medida que el agua se va evaporando la concentración de sal en la disolución va aumentando, lo cual se debe a que la cantidad de agua va disminuyendo lentamente, pero la cantidad de sal permanece constante. Al evaporarse la mayor parte del agua, la concentración de sal llega al punto de saturación, en donde al evaporarse el agua un poco más, la sal comienza a precipitar; es decir, la sal disuelta comienza a formar un sólido que se puede fi ltrar o decantar.

Figura 46. La sangre es una emulsión muy estable; sin embargo, es posible separar algunos de sus componentes (el suero, los leucocitos y los linfocitos) empleando la centrifugación.

Figura 47. La magnetización permite separar fácilmente el acero de otros metales.


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Este método puede aplicarse a cualquier disolución en la que el soluto sea un sólido (fi gura 48).

• Destilación. Este es un método muy relacionado con el anterior; se emplea cuando al menos uno de los componentes de la disolución es más volátil que el otro (se evapora con mayor facilidad) o lo que es lo mismo: cuando los componentes tienen dife-rente punto de ebullición. Al calentar poco a poco la disolución llegará un punto en el que la temperatura de la disolución es igual al punto de ebullición del componente más volátil; cuando esto sucede este componente pasa a la fase gaseosa.

Al poner en contacto estos vapores con una superfi cie fría (en un equipo de destilación esto sucede en el refrigerante) el gas se condensa y pasa de nuevo a la fase líquida, que podemos colectar y separar de la disolución que le dio origen (fi gura 49).

Así, mientras que la cristalización la empleamos principalmente para separar al componente sólido, la des-tilación la empleamos para separar al componente de menor punto de ebullición (fi gura 50).

Finalmente, los últimos dos métodos que describi-

remos son la extracción y la cromatografía, los cuales se basan en el mismo principio: la afi nidad química.

¿Por qué el agua moja? ¿Por qué una toalla seca? Las respuestas a estas preguntas que parecen simples, pueden no serlo tanto; el agua moja porque se queda adherida a tu piel (en química decimos que se adsorbe) ¿por qué se adsorbe?, o dicho de otra forma me-nos científi ca: ¿Por qué se adhiere a tu piel? El agua tiene mucha afi nidad química por las proteínas que se encuentran en la superfi cie de la piel (queratina), de tal forma que se une a ella fácilmente. ¿Sucede lo mismo si untas un poco de aceite en tu piel?

Cuando estás cubierto por una delgada capa de aceite el agua ya no te moja igual,

Figura 50. La destilación es el método que se emplea

para separar a los diferentes componentes del petróleo (el cual no es más que una

mezcla homogénea de varios hidrocarburos). Al destilar el petróleo

se pueden separar los componentes más volátiles (gas natural y gasolinas) de los menos volátiles (aceites

y asfalto).

Figura 49. Para destilar es necesario calentar la

disolución (a); el componente más volátil se condensa en

el refrigerante (b), con lo que podemos separar este

componente (c).

Figura 48. La cristalización es un método que se aplica tanto en el laboratorio (a) como en la obtención de sal del agua de mar (b).

a

a

b

b

c


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porque la afi nidad que tiene por el aceite que recubre tu piel es mucho menor (fi gura 51). Habrás observado que el agua y el aceite no se mezclan, ya que no tienen afi ni-dad química la una por el otro, a diferencia del alcohol de caña y el agua que sí se mezclan.

Esta afi nidad química es la que permite a la toalla se-car tu piel, pues cuando el agua “tiene que decidir” por cuál material tiene más afi nidad –la queratina de tu piel o la tela de la toalla (usualmente hecha de celulosa)–, ¿cuál es el resultado? La afi nidad química indica que la adsorción o interacción del agua con la celulosa es más fuerte que con la queratina de tu piel, por lo cual el agua se transfi ere de tu piel a la toalla.

• Extracción. La extracción se basa en el principio de afi nidad química y ocurre cuando ponemos a competir dos fases distintas por uno o varios componentes (de la misma forma que la toalla y tu piel compiten por el agua). Cuando preparamos café (de grano) o té, efectuamos una extracción en donde algunas de las sustancias contenidas en la fase sólida (en los granos de café o las hojas de té) al entrar en contacto con la fase líquida (el agua caliente) se transfi eren en parte a ésta, debido a que su afi nidad por la fase líquida es mayor que por la fase sólida.

En los laboratorios de química frecuentemente efectuamos extracciones empleando dos fases líquidas (que no se mezclan) en donde en una de ellas está disuelta una sustancia de interés que es transferida a la otra fase empleando para ello un embudo de extracción. La sustancia de interés disolverá preferentemente en el líquido con el cual tenga mayor afi nidad (fi gura 52).

• Cromatografía. Este método se aplica para separar mezclas homogéneas; por lo general disoluciones que presentan muchos componentes. De la misma forma que en la extracción, estos componentes interaccionan con dos fases distintas: una que se mueve (a la que llamamos fase móvil) y otra que no se mueve (llamada fase estacionaria). Dependiendo de la afi nidad de cada componente por la fase móvil o por la fase estacionaria, este avanzará con mayor o menor velocidad permitiendo entonces separar la mezcla.

Figura 51. El papel encerado no se moja, pues está recubierto de cera; el agua y la cera (que es químicamente muy parecida al aceite), tienen poca afinidad entre sí.

Figura 52. La extracción se realiza agitando fuertemente el embudo, para posteriormente permitir la decantación de las dos fases líquidas. Con este método puede conseguirse que una sustancia originalmente disuelta en una fase líquida (a) sea transferida a la otra fase líquida (b).


80

Existen muchos tipos de cromatografías; quizá la más fácil de llevar a cabo es la cromatografía en papel. La siguiente imagen ilustra la separación de los diversos colorantes contenidos en una gota de tinta (figuras 53 y 54).

Utiliza un método para separar disoluciones.


• Tinta china (diversos colores) o marcadores de agua

• Papel filtro

• 100 mL de alcohol de caña (etanol), aunque la cantidad puede variar dependiendo del número de cromatografías que hagan y de las mezclas que utilicen

• Agua

• Un carrete de hilo

• Un pequeño trozo de plastilina

• Un vaso de vidrio (de aproximadamente 10 cm o más de alto)

• Regla

• Tijeras

• Lápiz

2. Sigan este procedimiento:

a. Recorten un trozo de hilo. Hagan bolitas de plastilina y péguenlas en ambos extremos del hilo. Con ayuda de las bolitas de plastilina coloquen el hilo a lo largo de la boca del vaso (a la mitad del mismo). Las bolitas de plastilina (en la parte

Experimenta

Figura 54. La cromatografía es una de las técnicas de separación más poderosas. En muchos laboratorios, tanto en industrias como en universidades, existen equipos capaces de realizar cromatografías de forma automática. A estos equipos se les conoce como cromatógrafos (a). El análisis antidoping que se realiza rutinariamente a los deportistas (b) se realiza empleando técnicas cromatográficas.

Figura 53. Cada uno de los componentes contenidos en

la gota de tinta (a) tiene distinta afinidad por el

papel (fase sólida) y por el líquido (fase móvil).

Cuando el líquido sube por capilaridad por el papel

(b), los componentes que tienen mayor afinidad por

el líquido avanzan más, mientras que aquellos que tienen mayor afinad por el papel avanzan menos (c).


a

a

b

b

c


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externa del vaso) les ayudarán a tensar el hilo que servirá de tendedero para las tiras de papel.

b. Midan la altura del vaso (sin contar la base del mismo) y recorten una tira de papel de 2 cm de ancho y cuyo largo sea igual a la altura del vaso más 1 cm (si la altura del vaso es de 10 cm, el largo de la tira debe ser de 11 cm).

c. Hagan un doblez en la tira a 1 cm del borde (quedará de un tamaño de 2 cm × 10 cm). El doblez servirá para colgar el papel en el hilo.

d. Con ayuda del doblez que hicieron cuelguen provisionalmente una tira de papel sobre el tendedero; si el papel no toca el fondo del vaso ni las paredes está bien, pero debe quedar muy cerca del fondo. Si es muy largo, recorten un poco el borde que no está doblado hasta que tenga la altura deseada (a 1 o 2 mm del fondo del vaso). Retiren el papel y si es necesario vuelvan a tensar el hilo.

e. Con un lápiz (no graso) dibujen un puntito a la mitad del ancho del papel y a 2 cm del borde que no está doblado.

f. Agreguen agua al vaso poco a poco, de tal forma que la altura de líquido dentro del vaso no sea mayor a 1 cm.

g. Ahora, con cuidado agreguen 1 gota muy pequeña de tinta sobre la marca de lápiz que hicieron en el papel y permitan que la tinta se seque (esto sucede muy rápido); el diámetro de la mancha no debe ser mayor a 1 cm.

h. Vuelvan a colgar el papel sobre el hilo.

Si todo es correcto, la mancha de tinta debe estar por encima del nivel del líquido.

i. Observen cómo el líquido va subiendo poco a poco por el papel (por eso al líquido se le llama fase móvil y al papel fase estacionaria).

Cuando el nivel del líquido en el papel haya subido hasta cerca de 1 cm del borde superior será un indicativo de que ya terminaron esta cromatografía en papel.

Pueden realizar diferentes cromatografías repitiendo la misma técnica, pero empleando diferentes colores de tinta.

También pueden usar una sola tinta, pero empleando diferentes fases móviles: alcohol de caña puro o varias mezclas alcohol-agua (mitad agua, mitad alcohol o una cuarta parte de alcohol y 3

4 de agua, etcétera).

3. Analicen. Después de realizar la cromatografía contesten:

• ¿Qué observan en el papel después del experimento?

• ¿Cuántos componentes tiene la tinta?

• Identifiquen en el papel el componente que tiene mayor afinidad a la fase móvil y el componente con mayor afinidad a la fase estacionaria.

• Si realizaron experimentos con varias fases móviles, también se habrán dado cuenta de que una misma tinta “avanza” de diferente forma dependiendo de la mezcla empleada como fase móvil. ¿Cómo pueden explicar esto?

4. Concluyan. ¿Con este método lograron separar los componentes que formaban la mezcla? ¿Cómo lo verificaron?

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82

1. Contesta las preguntas del siguiente cuestionario:

• ¿En qué documento se registró la clasificación del uso que hacían las culturas prehispánicas de las plantas y flores?

• ¿Qué información importante contiene ese documento?

• ¿Qué es una mezcla?

• ¿Cuál es la diferencia entre una mezcla homogénea y una mezcla heterogénea? Da dos ejemplos de cada tipo de mezcla.

• Llena el cuadro, identifica el tipo de mezcla, anota en qué te basaste para hacerlo y el nombre del método adecuado para cada una.

• ¿Cuál es la diferencia entre una emulsión y una suspensión?

• ¿Una emulsión es transparente? ¿Por qué?

• ¿Cuál es método de separación que se usa en la refinación del petróleo?

• Imagina que tienes una mezcla compuesta de agua, sal, tachuelas, arena y aceite. ¿Cómo separarías cada uno de los componentes de esta mezcla?

• ¿Qué propiedades del agua y del azúcar se modifican cuando forman una mezcla (disolución) en comparación a cuando están solas?

• Escribe cuáles de las siguientes sustancias son mezclas y explica el por qué de tu elección.

a. Pintura

b. Papel

c. Plástico

d. Jabón

e. Jugo de naranja

f. Tela

Evalúo mi avance

Mezclas Homogénea o heterogénea

¿Qué criterio usaste para clasificarlas?

¿Qué método emplearías para separarlas?

Alcohol y agua

Polvo y aire

Arroz y harina

Azúcar y agua

Agua y aceite

Tinta de bolígrafo

Leche

Clavos y tierra

2. Los fabricantes de muchos medicamentos y distintos productos incluyen en la etiqueta la instrucción: “Agite bien antes de usarse”, ¿consideras que esta instrucción es importante?, ¿por qué? ¿Qué sucedería si decidieras ignorar esta instrucción? ¿Este tipo de materiales son homogéneos o heterogéneos?

• ¿Te parece útil lo que has aprendido de química para valorar las instrucciones de las etiquetas de estos productos?


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Evaluemos lo aprendidoRealiza la siguiente evaluación de manera individual. Al finalizar, sigue las indicaciones de tu maestro para compar-tir con el grupo tus respuestas y comparar sus principales semejanzas y diferencias.

1. Escribe un breve texto en el que plantees la importancia de la química en la sociedad actual, y explica con ejem-plos y argumentos si ésta nos beneficia o nos perjudica.

2. Siguiendo el método científico, diseña un experimento que te permita corroborar si se cumple el principio de conservación de la masa al agregar una pastilla eferves-cente a un vaso de agua.

3. ¿Por qué razones consideras que la ley de la Conserva-ción de la masa es tan importante en química?

4. ¿Cómo se puede evaluar la toxicidad de una sustancia?

5. Haz una lista de las propiedades que te serían útiles para describir cada uno de los siguientes materiales.

• Aceite para cocinar• Un ladrillo• Pegamento blanco• Leche

• Pelota de basquetbol• Gis• Un jitomate

a. Para cada una de las propiedades que usaste para describir los materiales anteriores, decide si se trata de una propiedad cualitativa o cuantitativa.

b. Clasifica las propiedades cuantitativas en extensi-vas e intensivas y describe cómo podrías medirlas.

c. Propón una clasificación para los materiales ante-riores.

6. Haz un dibujo en el que representes la diferencia en-tre una mezcla homogénea y una heterogénea. ¿Esto es un modelo? Justifica tu respuesta.

7. Considera una mezcla de 30 g de azúcar en 250 mL de agua.

a. Indica de qué tipo de mezcla se trata.

b. Identifica el soluto y el disolvente.

c. Calcula la concentración de la mezcla en porcenta-je (%) y en partes por millón (ppm). (Considera la densidad del agua = 1 g/mL.)

d. Decide qué unidades son más adecuadas para expresar la concentración de esta mezcla.

e. ¿En qué casos considerarías que expresar la con-centración de un soluto en partes por millón (ppm) es más conveniente?

8. Clasifica las siguientes mezclas en homogéneas o heterogéneas y describe un método que te permita separarlas:

• Mayonesa

• Agua y aceite

• Caldo de frijoles

• Agua de mar

• Piedras y tierra

• Tequila

9. El método científico puede utilizarse en muy diversas actividades y no sólo en la investigación científica. Propón una metodología (un plan de trabajo apegado al método científico) que te permita por ejemplo cul-tivar de forma eficiente jitomates en una maceta en tu casa. Haz una lista de las variables involucradas y explica cómo estudiarías cada una de ellas.

10. Algunos de los métodos de separación tienen mucha similitud con procedimientos que llevamos a cabo en nuestra vida cotidiana y que ya has probado con anterioridad, por ejemplo: Si al usar pintura acrílica (de la que llamamos “de aceite”) te manchas las manos, ¿cómo quitas la mancha que el jabón no quita con facilidad?, ¿con cuál de los métodos de separación puedes relacionar este procedimiento? Encuentra otros ejemplos que ilustren esta similitud entre procedimientos cotidianos y los métodos de separación que has aprendido en este bloque.

11. Ya sabes que es importante medir las propiedades de los materiales, pues esto no sólo nos permite diferenciarlos sino también encontrar el más adecuado para emplearlo con un propósito particular. La conductividad eléctrica de los metales está muy relacionada con la conductividad térmica. Los metales que son buenos conductores del calor también lo son de la electricidad. ¿Cómo medirías la conductividad térmica en los metales? En equipo propongan un método que les permita cuantificar entre diversos metales cuál es mejor conductor de calor ¿Cuál de ellos esperarías que fuese mejor conductor de la electricidad? Busca datos de conductividad eléctrica y térmica para diferentes metales y corrobora tus resultados.

12. Lee el texto: “¿Cómo usamos nuestras herramien-tas?” (p. 286) y después de comentarlo en equipo responde: ¿En qué otras circunstancias el conoci-miento de las propiedades físicas y químicas de los materiales y de las sustancias determinan el uso que hacemos de ellas?, ¿una sociedad informada puede influir sobre el uso que se le da al conocimiento cien-tífico y a la tecnología que éste genera?


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Proyectos. ahora tú explora, experimenta y actúa P1P1P1

A lo largo de este bloque has aprendido no sólo la importancia de la química en tu vida diaria y en la satisfacción de tus necesidades y las de la sociedad, sino que además has logrado reconocer que los materiales poseen diversas propieda-des que podemos clasifi car y medir, las cuales nos ayudan a identifi carlos. En esta sección desarrollarás un proyecto en el que podrás poner en práctica los conocimientos que has adquirido para resolver un caso que plantea un proble-ma de química forense.

Para ello, primero requieres saber que la ciencia forense es la aplicación del método científi co para la investigación de crímenes. Existen muchas ramas o áreas de la ciencia forense, cada una relacio-nada con un área de la ciencia; es decir, existen la química forense, la biología forense, la odontología forense, etcétera.

La química forense se basa en la aplicación de las técnicas de análisis cualitativo (es decir, de las que buscan identifi car la presencia de cierta sustan-cia) y cuantitativo (busca conocer la cantidad presente de una sustancia en una muestra) a una evidencia encontra-da en la escena de un delito. Esta área trabaja con muestras que no tienen un origen biológico, como pintura, tierra, vidrio, etc. Así, el químico forense hace

¿Quién es el delincuente? El análisis en la investigación científica

Ámbitos de la vida y del conocimiento científico

Figura 1. Los químicos forenses analizan pruebas a través de la aplicación de distintas metodologías.

• Discriminarás las premisas y los supuestos de un caso, con base en las propiedades de las sustancias y la conservación de la masa.

• Reconocerás algunos de los fundamentos básicos de los métodos de análisis que se utilizan en la investigación científica.

• Valorarás las implicaciones sociales de los resultados de la investigación científica.En

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visible lo que es invisible para los demás mediante diferentes procedimientos que toman en cuenta las propiedades de la materia.

Los químicos forenses tienen tres tareas principales: primero, analizar las pruebas en el laboratorio; luego, interpre-tar la información que se obtiene de ellas; y, por último, defender sus hallazgos en un juicio (fi gura 1).

Estas tareas hacen de la química fo-rense un área muy importante para la sociedad, porque contribuye a resolver crímenes que la afectan.

Ahora con tus compañeros vas a realizar la investigación de un supuesto delito, cuyo planteamiento se parece mucho a lo que ocurre en la vida real, es-pecialmente respecto de las actividades de los químicos forenses. Aplicarás los conocimientos adquiridos y deberás uti-lizar tu ingenio. El éxito de este proyecto dependerá, en gran medida, de cómo planteen las actividades y de la ayuda y guía que su maestro les proporcione, por lo que procuren pedirle apoyo cuando les surjan dudas.

Utiliza las TIC

1. Si quieres saber más acerca de la ciencia forense visita:

www.tudiscovery.com/crimen/index.shtml

http://www.semefo.gob.mx/swb/SEMEFO/Identificacion

http://www.saludymedicinas.com.mx/nota.asp?id=1128

http://www.bio-nica.info/biblioteca/AnonimoMedicinaForense.pdf


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¿Quién robó en la casa de la mamá de Pedro?

El día de ayer, la mamá de Pedro fue al mercado a comprar un poco de fruta; sin embargo, cuando quería pagar las naranjas se dio cuenta de que había olvidado su monedero y recordó que lo había dejado en la mesa de la sala. Al regresar a su casa, vio que la ventana que está en la entrada, junto a la puerta, estaba rota. Entró rápidamente, la puerta estaba abierta de par en par y notó que faltaban la consola de videos, los juegos de Pedro y sus amigos y su monedero. El ladrón se había ido hacía poco tiempo. La mamá de Pedro llamó a la policía inmediatamente; y aunque llegaron rápido, Pérez, el oficial de policía, no observó ninguna actividad fuera de lo normal; eran las 11:00 am y a excepción del abuelo de Pedro, que vivía en la casa de la esquina y que salía todas las mañanas a leer el periódico al jardín, la calle estaba desierta. El abuelo dijo a la policía que hacía unos minutos había visto pasar a un hombre corriendo y que

éste había entrado al cine. Según lo que recordaba, el hombre parecía de mediana estatura, complexión delgada y vestía pantalón de mezclilla, sudadera deportiva de color claro y tenis. El oficial Pérez se dirigió al cine y arrestó a un hombre que correspondía con la descripción que dio el abuelo de Pedro; el hombre sólo llevaba consigo $50 en efectivo; no se encontraron rastros del monedero, de la consola ni de los juegos.

Mientras tanto, en la casa el equipo de químicos forenses llegó a recolectar materiales en la escena donde se había cometido el delito. García, el químico forense, encontró un bolígrafo de tinta negra tirado en el piso de la entrada de la casa y, junto a éste, también observó un poco de arena; colectó ambas pruebas y las colocó dentro de dos bolsas etiquetadas: “Para análisis forense”. Además, observó que en los restos del vidrio de la ventana rota había algunas fibras de tela. Con

mucho cuidado y la ayuda de unas pinzas, las recolectó y las colocó en otra bolsa para enviarlas a análisis.

A la delegación, donde estaba detenido el sospechoso, también llegó el químico forense a recolectar pruebas. Pidió al sospechoso que se quitara sus zapatos y colectó un poco de arena que se encontraba adherida a ellos. También le pidió que se quitara la sudadera y se la llevó como material para estudio; en ésta se encontró una mancha de tinta en la bolsa delantera y se observó que la manga derecha estaba rasgada.

Gracias a la descripción que hizo el abuelo de Pedro, había un sospechoso detenido; el oficial de policía estaba seguro de que este hombre era culpable, pero no había rastro de los objetos robados y no había manera de comprobar que el dinero que llevaba el hombre provenía del monedero de la mamá de Pedro.

1. Planeación

Integren su equipo y lean la descripción del caso. Con base en ésta, pregúntense si les interesaría desarrollar un proyecto

les gustaría hacer (científi co, tecnológico o ciudadano, p. 5) y las actividades que deberán llevar a cabo y por qué.

Busca un cuento, una novela o una película que trate de un delito. ¿Cómo piensas que podría relacionarse la química

forense con los casos relatados? Si alguno de ellos te parece interesante, puedes elegirlo como tu proyecto.

relacionado con este tema o no, y qué in-quietudes les despertó; anótenlas todas. Con ellas, esbocen qué tipo de proyecto

Comenten en equipo las respuestas a las siguientes preguntas.

• ¿Cómo se podría comprobar que el sospechoso es inocente o culpable?

• ¿Cómo se podrían analizar las prue-bas para saber si el sospechoso es o no culpable?

• ¿Cuáles conocimientos adquiridos en el bloque acerca de las propieda-des de los materiales podrías utilizar

para saber si el sospechoso es o no culpable?

• ¿Qué métodos de separación de mez-clas usarías para comprobar que las pruebas encontradas en la casa perte-necen o no al sospechoso?

• Si contaras con el material necesario, ¿cómo utilizarías el principio de con-servación de la masa para analizar las pruebas recolectadas? Recuerda que

Lavoisier utilizó un sistema cerrado y mediciones cuidadosas.

• ¿Qué utilidad tiene el método científi -co para demostrar si el sospechoso es o no culpable?

Con base en las pruebas planteen una hipótesis que parta, por ejemplo, de la pregunta ¿será culpable el sospechoso?, y planifi quen las actividades que debe-rán realizar para demostrar su hipótesis.

Actividad previa


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2. Desarrollo

Para poder plantear una metodología adecuada que les permita concluir la ino-cencia o culpabilidad del sospechoso será necesario que realicen una investigación sobre diferentes técnicas de identificación de materiales. A continuación les plantea-mos unas preguntas que pueden servir de guía en esta investigación:

• ¿Qué es la cromatografía? ¿Qué in-formación nos puede proporcionar sobre una mezcla?

• ¿Qué telas se usan para fabricar ropa? ¿Qué características tienen?

• ¿Qué es un ensayo a la flama? ¿Qué información te puede dar su color?

• Considerando el principio de con-servación de la masa: ¿Qué informa-ción te pueden dar las cenizas de una muestra que ha sido quemada?

• Una muestra de tierra, ¿es una mez-cla? ¿A qué se pueden deber las dife-rencias entre un tipo de tierra y otro?

• El ácido clorhídrico (HCl) reacciona con la piedra caliza o carbonato de calcio (CaCO3) presente en algunos minerales. Investiguen qué producto se forma y discutan cómo pueden uti-lizar esta información para comparar las muestras obtenidas.

Imaginen que ustedes son químicos foren-ses a los que se les proporciona el siguiente material (que ustedes podrán conseguir fácilmente):

• Muestra A: un pedazo de tela con una mancha de tinta (pista obtenida de la ropa del sospechoso)

• Muestra B: un bolígrafo de tinta ne-gra (pista encontrada en la escena del crimen)

• Muestra C: una muestra de arena pro-veniente del zapato del sospechoso

• Muestra D: una muestra de arena re-colectada en la escena del delito

• Muestra E: trozo de tela tomada de la sudadera del sospechoso

• Muestra F: fibra recolectada en la es-cena del delito

• Ácido clorhídrico 1%

• Tiras de papel absorbente o filtro

• Alcohol

• Vasos

• Tubos de ensayo

• Balanza

• Pinzas largas (para crisol o de mecá-nico, con mango plastificado)

• Mechero

Con base en estos materiales, planteen la metodología que les permitirá analizar si las muestras tomadas del sospechoso son iguales a las encontradas en la esce-na del crimen. Ustedes comprobarán la culpabilidad o inocencia del sospechoso usando los materiales que consigan y los conocimientos y habilidades adquiridos al aplicar el método científico.

Escribe qué procedimientos vas a emplear para analizar las pruebas. Re-cuerda que durante el bloque estudiaste métodos de separación de mezclas y la ley de Conservación de la materia.

Analicen los resultados de los ex-perimentos que hicieron y argumenten ampliamente a favor de la inocencia o

culpabilidad del sospechoso. Para ello, utilicen tablas en las que concentren las propiedades de las pistas encontradas y los resultados que obtuvieron.

Contrasten la hipótesis que plantea-ron o analicen si pudieron responder a la pregunta que plantearon. Finalmente, formulen sus conclusiones.

También comenten, ¿hubiera sido justo encarcelar o liberar al sospechoso sin haber realizado todas estas activida-des? Anoten qué importancia tiene el uso del método científico para beneficio de la sociedad.

3. Difusión

Al terminar las actividades, escriban un informe y elijan un medio de difusión para dar a conocer a la comunidad lo que ustedes consideren relevante. Pue-den hacer una demostración pública de las pruebas efectuadas y explicar por qué es importante la química en la in-vestigación policiaca. También pueden hacer un juicio ficticio al sospechoso (representación teatral) y presentar las evidencias (figura 2).

4. Evaluación

Comenten con su maestro los aspectos que es necesario evaluar de manera individual y por equipo. También consi-deren evaluar la efectividad del proyecto y cómo lo podrían mejorar.

•Aunque el ácido está muy diluido, es importante que nunca lo toques con la piel ni lo huelas directamente.

•Usen unas pinzas con mango no metálico para acercar las fibras a la flama y mantengan una distancia prudente entre su rostro y la flama.

Figura 2. Algunos estudiantes preparan la escena para la representación de un jucio.

Anna Nilsen, Detective de fraudes artísticos. Juegos, actividades y experimentos, sep, Correo del Maestro, México, 2004.

En la siguiente página encontrarás cinco relatos de aventuras del famoso detective Sherlock Holmes: www.librosenred.com/cinco aventurasdesherlockholmes.asp.



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P2

El agua que hoy bebes es la misma que bebió tu tataratataraabuelo y es la misma que bebieron los mamuts y dinosaurios mucho antes de que el hombre poblara la Tierra. El agua de la que disponemos es la misma que existe desde que la Tie-rra se formó y no tendremos más.

Si bien el agua parece abundar en nuestro planeta, sólo 3% de ella es lo que llamamos “agua dulce” –y es la úni-ca adecuada para todos los seres vivos que no habitamos en el mar (fi gura 1). Desafortunadamente, la mayor parte del agua dulce en la Tierra está congelada en los polos o en los glaciares, así que del total del agua dulce que hay en la Tierra, menos de 1% puede utilizarse (entre otras cosas, para el consumo humano). Para darnos una idea: si un garrafón de agua (de aproximadamente 20 L) representa el total del agua de la Tierra, el agua de los lagos, ríos y pozos subterráneos que po-demos usar correspondería a tan sólo una cucharadita (aproximadamente 5 mL).

En tus cursos de Ciencias I y Geogra-fía de México y del mundo aprendiste que el ciclo natural del agua (evapora-ción, formación de nubes y precipitación o lluvia), es el mecanismo mediante el cual la Naturaleza provee una constan-te fuente de agua dulce. Sin embargo, la actividad humana irrumpe en ese

Proyectos. ahora tú explora, experimenta y actúa P2

¿Qué hacer para reutilizar el agua?

Ámbitos del ambiente y la salud, y del conocimiento científico y la tecnología

• Seleccionarás el método de separación más adecuado con base en las propiedades de los componentes de una mezcla.

• aplicarás diversos métodos de separación de mezclas para purificar una muestra de agua.

• Sistematizarás la información de diferentes métodos de purificación.En

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Figura 1. El agua parece un recurso ilimitado, ¿tú crees que lo sea?


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ciclo natural de muchas formas; entre ellas está la deforestación, así como la contaminación del suelo y los acuífe-ros. Nuestra demanda de agua crece con la población, por lo que cada vez extraemos más agua del subsuelo; sin embargo, debido a la deforestación y a la erosión, cada vez menos agua se filtra a los mantos freáticos (agua subterrá-nea), por lo que esta fuente de agua es cada vez más limitada. Adicionalmente, la contaminación del suelo muchas veces ocasiona que el agua que antes llegaba en buen estado a estos mantos subterrá-neos, ahora llegue contaminada.

No podemos dejar de usar agua. Lo que podemos hacer es usarla de una for-ma más razonada y contaminarla menos (figura 2).

Actividad previa

1. En equipos, identifiquen los contaminantes que puede tener el agua que se ha utilizado para diversas actividades en el hogar. Completen en su cuaderno una tabla como la siguiente.

Uso del agua¿Qué

contaminantes tiene?

Apariencia de la mezcla

Homogénea/heterogénea

ColorContaminantes

sólidos o líquidos

Lavado de trastos

Trapeado

WC

Lavado de ropa

2. Contesten: ¿toda el agua que desechamos tiene los mismos efectos en el ambiente? ¿Cómo podríamos disminuir la cantidad de agua contaminada que desechamos?

Figura 2. ¿Beberías el agua que tiene este vaso? El agua que consumimos debe ser potable; es decir, debe estar libre de contaminantes que pongan en riesgo nuestra salud.

La Naturaleza no puede deshacerse de muchos de los contaminantes presen-tes en el agua, pues estos son producto de la actividad humana, en parte porque indebidamente tiramos basura y resi-duos industriales que terminan en ríos, lagos, presas y el mar.

El agua que sale de nuestras casas puede ser sometida a diferentes procesos

en los que se separe de los contaminan-tes –antes de que se vuelva a incorporar a las reservas hidrológicas–, para que de esta forma no sólo se reduzca el impac-to sobre el medio ambiente, sino para que también pueda usarse de una forma más eficiente con lo que se puede ayu-dar a evitar el desabasto de este valioso líquido.

1. Planeación

Integren su equipo y comenten qué in-quietudes les despertó la introducción al proyecto. Pregúntense si les interesaría desarrollar un proyecto relacionado con el tema que se plantea u otro. In-vestiguen qué problemas relacionados con el agua existen en su comunidad y aprovechen su proyecto para tratar de solucionar dicha problemática.

Esbocen qué tipo de proyecto les gustaría hacer (científico, tecnológico o ciudadano) y las actividades que debe-rán llevar a cabo y por qué.

Planteen la hipótesis a partir de pre-guntas como: ¿Qué podemos hacer para reutilizar el agua?; ¿Cómo podemos cuidar el agua?; ¿Qué hacer para no desperdiciarla?

Determinen qué tipo de información necesitan y qué fuentes de informa- ción van a utilizar. Por ejemplo, pueden investigar si existen plantas de trata-miento de agua cerca de donde viven; si es posible, visítenla y observen cómo se lleva a cabo el proceso y para qué se utiliza el agua que se obtiene.

Beatrice Hollyer. Nuestro mundo es agua. Editorial Intermón-Oxfam, Barcelona, 2008.

Tomás Abella. Mujeres de agua. Editorial Intermón-Oxfam, Barcelona, 2009.

Ricardo Petrella. El manifiesto del agua. Icaria Editorial, Editorial Intermón-Oxfam, Barcelona, 2002.

Maggie Black. El secuestro del agua. Editorial Intermón-Oxfam, Barcelona, 2005.



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2. Desarrollo

Antes de empezar con el proyecto es conveniente que investiguen lo más que puedan sobre el tema, ya sea en la bi-blioteca, en periódicos o visitando una planta de tratamiento de agua. A conti-nuación les proponemos algunos puntos que puede incluir su investigación.

• Identifi quen las diferencias entre los distintos tipos de clasifi cación que se hace del agua: agua residual, tratada, purifi cada, potable, destilada.

• Indaguen de dónde proviene el agua que consumen y qué difi cultades se tienen que vencer para abastecer su hogar (fi gura 3).

• Investiguen sobre los métodos de purifi cación de agua usados en las plantas de tratamiento y sus seme-janzas con los métodos de separa-ción de mezclas que estudiaron en este bloque.

Pongan manos a la obra y busquen aplicar lo aprendido, propongan una metodolo-gía que pudiese ayudar a darle solución al problema que existe en su comunidad y diseñen un artefacto que les permita reusar el agua de consumo diario.

Consideren las propiedades del agua contaminada para proponer algún méto-do de separación de mezclas que permita reutilizarla. Los siguientes materiales les podrían servir para plantear la metodo-logía. Tómenlos en cuenta para poder diseñarla y úsenlos en el proceso de acuerdo con su proyecto de interés y lo que han investigado.

• Embudo

• Papel fi ltro o absorbente

• Sulfato de aluminio

• Vasos

• Arena

• Envases plásticos de 2 L (de refresco)

• Carbón activado (granulado)

• Piedras pequeñas de diferentes tamaños

También planteen formas para no des perdiciar el agua y economizar su consumo.

Piensen si se puede reutilizar el agua de alguna actividad doméstica para al-gún otro uso sin necesidad de purifi carla.

Reúnan y analicen sus datos usando cuadros, fi chas, notas, resúmenes, ta-blas, gráfi cas, dibujos o modelos.

Si diseñaron y probaron un dispositi-vo para purifi car agua, mencionen si es adecuado para este fi n y justifi quen su respuesta.

Con los resultados que obtengan y el análisis que hagan de ellos, contrasten la hipótesis que plantearon o analicen si pudieron solucionar el problema que encontraron y por qué.

Propongan diferentes soluciones prác ticas que puedan llevar a cabo en su comunidad para optimizar el uso del agua.

Escriban un informe que incluya un diagrama de fl ujo en el que muestren las etapas que siguió el desarrollo de su proyecto, un breve resumen de lo que investigaron, qué problema detectaron y lo que hicieron al respecto, qué éxito alcanzaron y la bibliografía que usaron.

3. Comunicación

Elijan el producto o medio de difusión y elabórenlo para mostrarlo a su co-munidad como producto de su trabajo. Recuerden resaltar la importancia de sus resultados para la comunidad, la ciudad y el país. Hagan carteles o trípticos y colóquenlos en un lugar en que sean vistos por la mayor cantidad de gente, den conferencias o información verbal, reenvíen vía correo electrónico la infor-mación a sus compañeros, hagan talleres o lo que ustedes deseen con base en sus recursos e intereses.

4. Evaluación

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo sobre el pro-ceso de trabajo del proyecto. Evalúen la efectividad del proyecto y sus repercu-siones a corto, mediano y largo plazos.

Utiliza las TIC

Para saber más sobre los recursos hidráulicos y como ayudar a conservarlos te recomendamos las siguientes páginas electrónicas:

www.greenfacts.org/es/recursos-hidricos/index.htm

www.sep.gob.mx/wb/sep1/recomendaciones_para_ahorrar_agua

www.mywatershedwatch.org/Education_Sp.HTM

www.rena.edu.ve/primeraetapa/ciencias/aguacontami2.html

Figura 3. Para muchas familias el acceso al agua potable requiere mucho más esfuerzo que sólo abrir el grifo.


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Proyecto de integración2

BLOQUE 2

La diversidad de propiedades de los materiales y su clasificación química

La materia: parece infinita en sus diferentes manifestaciones y propiedades,

si queremos estudiarla ¿por dónde empezar? Al clasificarla podremos apreciar

que pese a su diversidad, los materiales tienen ciertas similitudes y regularida-

des, ¿cómo podemos clasificar la materia? En el presente bloque utilizaremos

la composición de la materia como criterio de clasificación.

Al contestar la pregunta, ¿de qué está hecha la materia?, nos adentraremos en

el universo de lo infinitamente pequeño: el átomo, para finalmente reconocer

que podemos clasificar a los átomos usando también un criterio de composi-

ción, para lo cual tendremos que saber: ¿de qué están hechos los átomos?

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PROPÓSITOS

1. Clasificar las sustancias con base en sus propiedades físicas y químicas para caracterizarlas en mezclas, compuestos y elementos químicos e identificar ejemplos comunes en su entorno inmediato.

2. Interpretar algunos datos contenidos en la tabla periódica, relacionarlos con las propiedades de los elementos y reconocer cómo éstas son aprovechadas para el diseño de diversos materiales.

4.Explicar el enlace químico como una transferencia o compartición de electrones y a partir de él explicar las propiedades de los materiales.

3.Identificar características importantes de la cultura química: su método y su lenguaje.

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B2

5.Aplicar e integrar habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de proyectos, enfatizando la promoción de la cultura de la prevención de accidentes y adicciones.


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P2

¿cómo funcionan las drogas?El consumo de drogas es un problema de salud muy importante que, con frecuencia, los jóvenes no le dan la suficiente relevancia. ¿Cuáles son las repercusiones en la salud por el consumo de drogas? ¿Qué son las adicciones? ¿Por qué las drogas generan adicción? El desarrollo de este proyecto te permitirá incrementar tu información sobre este importante tema, así como fomentar entre los miembros de tu comunidad una cultura de la prevención.

P1

¿cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo?¡Comida! A todos (o casi a todos) nos encanta comer. ¿Qué tal unos ricos tacos de carnitas? Pero antes de salir corriendo al puesto más cercano por unos tacos, te invitamos a desarro-llar este proyecto que te permitirá conocer algunos de los elementos químicos conocidos como micronutrientes, que son esenciales para el buen funcionamiento de nuestro cuer-po, así como los alimentos que los contienen. Si lo deciden pueden incluso diseñar una dieta que garantice una ingesta adecuada de estos elementos.

ProyectosAl terminar de estudiar este bloque podrás iniciar el desarrollo de los dos pro-yectos que te sugerimos a continuación, en ellos podrás seguir aplicando, con mayor autonomía y en equipo, lo que has aprendido en este bloque y en el anterior.

Recuerda que esta introducción es útil para que, durante el bimestre, puedas decidir con tu equipo y tu maestro qué proyecto les interesa desarrollar y para que preparen juntos el material y se organicen desde ahora.

T1 teMa 1: Mezclas, compuestos y elementos

T2 teMa 2: tabla periódica

P Proyecto 1: ¿cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo?

Proyecto 2: ¿cómo funcionan las drogas?

c o n t e n i d o d e L B L o Q U e


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Mezclas, compuestos y elementos

¿De qué están hechos los materiales? ¿Hay materiales más complejos que otros? ¿Cómo reconocerlos? Estas y otras preguntas nos ayudarán a profundi-zar en el estudio de los materiales y su composición.

En este tema clasificaremos a la materia usando como criterio la complejidad de su composición, lo que nos permitirá reconocer la existencia de sustancias simples (también llamadas sustancias elementales) y sustancias compuestas. También conocerás las observaciones que permitieron a los científicos propo-ner la existencia de los átomos.

Al adentrarnos en el estudio de los átomos y su estructura (de que están he-chos), conoceremos cómo se combinan unos con otros y los distintos tipos de sustancias a los que dan origen.

t e M a 1

T1

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• representarás las mezclas a través del modelo cinético molecular.

• distinguirás las mezclas de los compuestos en términos de su composición y pureza.

• identificarás en una disolución sus componen-tes (soluto y disolvente) y el cambio de sus propiedades en función de su concentración.

• diferenciarás por medio de experimentos entre compuesto y elemento químico.

En e

ste

subt

ema:

1. La clasificación de las sustancias

experiencias alrededor de diferentes clasificaciones de sustancias

En nuestra experiencia cotidiana, con frecuencia nos encontramos con materiales que podemos reconocer fácilmente y que son el resultado de la mezcla de diversos objetos y materiales. De esta forma podemos distinguir intuitivamente muchos materiales complejos (formados por varias clases de objetos) de aquellos más sen-cillos, es decir, formados sólo por una clase o tipo de material. ¿Cómo clasifi car los materiales que apreciamos como homogéneos?, ¿de qué están hechos?, ¿hay materiales más complejos que otros?

Reflexiona

Reconoce la representación de una mezcla.

1. Las siguientes imágenes podemos usarlas para representar tanto a las mezclas como a las sustancias que las forman. Identifica las imágenes que representan a las mezclas.



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A pesar de que en la actividad anterior resultó sencillo decidir cuándo un conjunto está formado por una mezcla de “elementos” (un frutero es una mezcla de frutas, donde cada tipo de fruta representa un elemento diferente), si nos enfrentamos con materiales como agua, azúcar, una lata de refresco o un trozo de tela de algodón, clasifi car estos materiales como mezclas o elementos no resulta tan obvio ni fácil de lograr, pues nuestros sentidos no son tan efi cientes. Para poder efectuar esta clasifi -cación es necesario conocer la composición de estos materiales.

Mezclas: disoluciones acuosas y sustancias puras: compuestos y elementos

En términos de su composición, una mezcla siempre es más compleja que sus componentes; por ejemplo, en las mezclas de agua y azúcar que preparaste en la actividad “Reconoce las limitaciones de los sentidos” en el Tema 1 del Bloque 1, la composición de la mezcla (agua y azúcar) es más compleja que los componentes (componente 1: agua; componente 2: azúcar).

Como mencionamos en el bloque anterior, cuando la mezcla en estudio es una disolución, al componente que se encuentra en mayor proporción se le conoce como disolvente, mientras que al componente minoritario se le conoce como soluto. Frecuentemente una disolución puede contener más de un soluto; un refresco, por ejemplo, además de agua (el disolvente) tiene disueltos varios solu-tos: dióxido de carbono, azúcar, colorantes y saborizantes, cada uno de ellos en distinta concentración.

2. En tu curso de Ciencias II (Física), estudiaste el modelo cinético de partículas (que en química llamamos “Modelo cinético molecular”). Las siguientes imágenes hacen uso de este modelo para representar tanto a las sustancias como a la mezcla de ellas. Obsérvalas con cuidado.

• Marca con una “M” las imágenes que representen una mezcla y con una “P” aquéllas que representen a una sustancia pura.

3. En equipos de tres integrantes comparen sus respuestas y discutan qué criterio usaron para diferenciar las imágenes que consideraron que representan a una sustancia pura y a una mezcla.

Esta forma de representar a la materia es ampliamente utilizada en química, más adelante, en este tema, ahondaremos en el estudio de ésta y otras representaciones.


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Al aplicar eficientemente uno o varios métodos de separación, una mezcla pue-de separarse en las sustancias que la constituyen pero, ¿qué es una sustancia? En química definimos a la sustancia como aquel material que tiene una composición y propiedades físicas y químicas definidas e invariantes.

¿Es lo mismo una sustancia que una sustancia “pura”? Estrictamente hablando las sustancias “puras” no existen, pues todas las sustancias contienen algún grado de impurezas, incluso lo que conocemos como “oro puro” contiene pequeñas can-tidades de otros metales como plata o cobre.

Cuando una sustancia contiene una diminuta cantidad de impurezas decimos que es una sustancia con un alto grado de pureza (pero no es “pura”).

Durante el presente texto cuando usemos la palabra “sustancias” nos referimos a lo que comúnmente (aunque de forma incorrecta) se conoce como “sustancias puras”.

En el bloque anterior preparaste varias mezclas, como la de agua con jabón y la de agua con sal, e incluso mediste alguna de sus propiedades como la densidad, pero ¿las mezclas tienen propiedades invariantes? o ¿las propiedades de las mez-clas cambian con la concentración? Para responder estas preguntas te proponemos realizar la siguiente actividad.

1. En equipos de tres personas realicen los siguientes experimentos.


• Vasos desechables

• Un vaso de precitados

• Un termómetro

• Un popote

• Mechero y tripie

• Tela de alambre

• Un trocito de plastilina

• Balanza

• Sustancias: agua (700 mL), sal (40 g), azúcar (40 g)

3. experimenten:

a. Preparen 100 g de cada una de las siguientes disoluciones acuosas (mezclas):

• Sal en agua al 5%, 10% y 20% en masa.

• Azúcar en agua al 5%, 10% y 20% en masa.

b. Construyan un densímetro, con un popote y plastilina,

igual al que usaron en la actividad “Mide una propiedad intensiva” en la p. 57 del Bloque 1. Con éste, comparen la densidad de todas las disoluciones que prepararon. Anoten sus observaciones.

c. Ahora, pongan un poco de agua en el vaso de precipitados (aproximadamente 50 mL) y calienten con cuidado hasta que el agua esté hirviendo.

d. Con el termómetro registren la temperatura a la que hierve al agua.

e. Repitan el procedimiento, ahora con las distintas mezclas: sal en agua y azúcar en agua. Anoten los resultados en su cuaderno.

f. Construyan gráficas que relacionen tanto el punto de ebullición como la densidad de las mezclas con la composición de éstas (el porcentaje masa/masa).

Experimenta

Reconoce las propiedades de las mezclas.

((ENTRA FOTO S/N EQUIPO DE TRES CHICOS CALENTANDO EN UN VASO DE PP DE 100 ML AGUA 50 ML DE AGUA, UNO DE LOS CHICOS SOSTIENE UN TERMÓMETRO. QUE SE VEA UN VASO QUE CONTIENE SAL Y OTRO AZÚCAR. OTRO CHICO SOSTIENE EL DENSÍMETRO (CON LA BOLITA HACIA ABAJO.)))



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Como pudiste observar, tanto la densidad como la temperatura de ebullición de las mezclas sal en agua y azúcar en agua de la activi-dad anterior se modifi can gradualmente con la concentración de la sustancia que está disuelta (fi gura 1), por lo que las preguntas d y e del cuestionario anterior no pueden responderse a menos de que sepamos cuál es la concentración de sal o azúcar. Sin embargo, si se te pregunta ¿cuál es el valor del punto de ebullición del agua?, podrías responder que es de 100 °C (a nivel del mar), pues debido a que el agua es una sustancia, sus propiedades son invariantes.

Cuando aplicamos correctamente los métodos de separación podemos separar el azúcar del agua. Así, el agua y el azúcar, por separado (sin importar de cuál mezcla agua-azúcar las ob-tuvimos) siempre tendrán la mismas propiedades físicas y químicas. El agua será incolora, inodora, con punto de fusión de 0 °C, etc. Por tanto, el agua como el azúcar de caña (que en química conocemos como sacarosa) son lo que los químicos llamamos sustancias.

¿Y las sustancias pueden separarse en algo más sencillo? Si usamos los métodos de separación que estudiamos en el bloque anterior, la respuesta es no. De hecho, una de las ca-racterísticas importantes de una sustancia es que ésta no puede ser separada en algo más sencillo usando métodos físicos de separación, pero ¿de qué están hechas las sustancias? Esta es una pregunta que el ser humano se ha hecho desde hace mucho tiempo.

En las civilizaciones antiguas (babilonios, chinos y griegos) la respuesta a esa pregunta fue muy parecida, pero errónea: todo estaba formado por alguna com-binación de agua, fuego, aire o tierra. Hoy sabemos que la tierra y el aire son mezclas, que el agua es una sustancia y que el fuego es únicamente una manifesta-ción de la energía.

A diferencia de los fi lósofos griegos cuya contemplación, refl exión e ideas sobre el universo y los fenómenos naturales nunca estuvieron sometidas a la compro-bación experimental, los químicos de los siglos xviii y xix, a partir de pruebas experimentales, reconocieron que las diferentes sustancias como el agua, el azúcar, el azufre o el carbón podían clasifi carse en términos de su composición en dos grupos:

• Sustancias simples o elementales (como el carbón y el azufre).• Sustancias compuestas (como el agua y el azúcar).

4. analicen. Con base en sus gráficas contesten las siguientes preguntas:

a. ¿Todas las mezclas tienen la misma densidad?

b. ¿Qué pasa con la densidad al modificar la concentración?

c. ¿Qué pasa con la temperatura de ebullición de las mezclas al modificar la concentración?

d. ¿Cuál es el punto de ebullición de una mezcla de agua con sal?

e. ¿Cuál es la densidad de una mezcla de agua con azúcar?

5. concluyan.

• ¿Las propiedades de las mez-clas dependen únicamente de los componentes de que están hechas? ¿Hay algún otro factor? Con ayuda de su maestro discu-tan sus respuestas en grupo.

Figura 1. Los automóviles usan mezclas de agua-propilenglicol en el sistema de enfriamiento, lo cual tiene ventajas sobre el uso únicamente de agua, pues esta mezcla se congela a temperaturas menores a 0 °C y hierve a temperaturas mayores a 100 °C, lo que ayuda a que el motor funcione adecuadamente en climas extremos, tanto fríos (a) como cálidos (b).

a

b


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A continuación llevarán a cabo una electrólisis, que es una transformación química en la que se usa la energía eléctrica para separar o descomponer una sustancia compuesta en las sustancias elementales que la forman.

1. Reúnanse en equipos de tres personas y consigan el siguiente material:

• Dos vasos de plástico desechables de 250 mL

• Dos trozos de grafito de aproximadamente 3 cm (los pueden obtener del interior de un lápiz)

• Un pedacito de plastilina

• Una pila de 9 V (cuadrada) en buen estado

• Dos alambres aislados (de preferencia con caimanes en sus puntas)

• 2 juegos de caimanes

• Un vaso de precipitados

• Dos tubos de ensayo

• Unas tijeras

• 200 mL de agua

• 5 g de sulfato de sodio

2. Experimenten:

a. Necesitan 2 trozos de grafito de aproximadamente 3 cm de largo cada uno, estos se pueden obtener del centro de un lápiz. Sigan las instrucciones de su profesor para obtener el grafito, de manera que lo hagan de la forma más segura y en la que gasten la menor cantidad de lápices posible.

b. En la base de uno de los vasos hagan dos pequeños agujeros separados por 3 cm, lo suficientemente anchos para que el grafito pase a través de ellos.

c. Introduzcan los trozos de grafito a través de los agujeros de tal forma que el grafito quede a la mitad. Aseguren el grafito usando plastilina en ambos lados del vaso, pero usen la menor cantidad posible. Es importante que las puntas de cada grafito queden libres en ambos lados del vaso.

d. Agreguen agua hasta la mitad del vaso sólo para asegurarse de que no hay fugas del líquido. No deben comenzar el experimento si hay fugas; si no las hay, retiren el agua y continúen. Éste es el vaso de electrólisis.

e. Para hacer una base para el vaso de electrólisis, midan 3 cm desde la base del otro vaso y recórtenla, así como una pequeña muesca de 2 cm de ancho, como se ilustra en la figura. Introduzcan el vaso de electrólisis como se ve en la figura siguiente.

Las sustancias compuestas (a las que frecuentemente se les llama simplemente compuestos) pueden ser transformadas o descompuestas en dos o más sustan cias simples o elementales, mientras que las sustancias simples o sustancias elementales no pueden ser descompuestas en sustancias más sencillas. Cabe mencionar que comúnmente a las sustancias simples se les llama elementos; lo cual es inadecuado, ya que el nombre correcto es sustancia elemental. La diferencia entre elemento y sustancia elemental será estudiada más adelante.

Experimenta

Diferencia una sustancia elemental de una sustancia compuesta a partir de la electrólisis del agua.



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f. Conecten cada cable a una de las terminales de grafito. Si tienen caimanes úsenlos, pues son de mucha utilidad; pero si no cuentan con ellos, sólo enreden el cable alrededor del grafito. Vuelvan a revisar que no haya fugas de líquido en el vaso de electrólisis.

g. Coloquen 200 mL de agua en el vaso de precipitados y disuelvan el sulfato de sodio.

h. Agreguen la disolución de sulfato de sodio a dos tubos de ensayo, casi hasta el borde de cada tubo, poco antes de que se derrame el líquido. Viertan el resto de la disolución de sulfato al vaso de electrólisis.

i. Tapen los tubos con el dedo pulgar. Con cuidado y sin dejar entrar aire, inviertan los tubos y coloquen cada uno sobre una terminal de grafito. Si lo hacen con cuidado, el grafito debe quedar por dentro del tubo y no debe haber casi nada de aire en él (una pequeña burbuja no interferirá).

j. Una vez que estén listos, conecten la otra punta de cada uno de los alambres a las terminales de la batería. Observen qué sucede.

3. Analicen sus resultados en equipo. Apóyense en las siguientes preguntas.

• ¿Qué observan dentro de los tubos?

• Cada uno de los tubos contiene un gas diferente, uno de ellos es hidrógeno (H2) y el otro oxígeno (O2), ¿qué similitudes observas entre las propiedades de las sustancias elementales (los gases) y la sustancia compuesta de la cual se obtuvieron (el agua)? ¿Cambian de manera observable las propiedades físicas? ¿Qué podrías esperar de las propiedades químicas de las sustancias elementales: serán semejantes a las de la sustancia compuesta?

• Si permiten que la reacción continúe por un tiempo, observarán que los volúmenes en ambos tubos son distintos; si la fórmula del agua es H2O, ¿en cuál tubo creen que esté contenido el gas hidrógeno? ¿En qué basaron su respuesta?

• ¿Cómo podrían saber que las sustancias gaseosas obtenidas por electrólisis son más sencillas que el agua?

4. Generalizando: ¿podrías decir que hay alguna relación entre las propiedades físicas y químicas de las sustancias elementales y las propiedades de las sustancias compuestas de las que se obtuvieron éstas?

5. Comuniquen sus resultados al resto de los equipos y discútanlos en grupo organizados por su maestro. Obtengan conclusiones.

Una de las preguntas del cuestionario anterior, aunque no lo parece, es realmente difícil de responder: ¿cómo reconocer cuando una sustancia es simple o compuesta? Hoy en día es mucho más fácil responder esta pregunta; muchos laboratorios cuen-tan con tecnología que está diseñada para analizar la composición de sustancias

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desconocidas (figura 2). Sin embargo, los antiguos químicos no con-taban con esta tecnología; únicamente podían saberlo estudiando cómo se transformaba la materia.

Lavoisier demostró que al ocurrir una transformación química la masa se conserva. Experimentalmente podemos observar que una muestra de carbón puro interacciona con oxígeno (al quemar-lo), generando un único producto: un gas. La masa de este gas es igual a la suma de la masa del carbón y la del oxígeno atmosférico empleado en su combustión. Podemos entonces estar seguros de que el gas producto de la reacción entre el carbón y el oxígeno es una sustancia compuesta que contiene estos dos elementos quími-cos: carbono y oxígeno.

Muchas sustancias cuando se queman (por ejemplo, gasolina, alcohol o una hoja de papel) generan dióxido de carbono y agua como producto de su combus-tión. Entonces podemos estar seguros de que todas contenían carbono, ¿si no, de dónde proviene el carbono contenido en el dióxido de carbono? ¿Y el agua, de dónde proviene? De la misma forma que el carbono, el elemento hidrógeno originalmente contenido en el material reaccionó con el oxígeno atmosférico para producir agua.

A partir de transformaciones como estas, a las que les damos el nombre de reacciones químicas, es que los antiguos químicos podían conocer la composición de las sustancias que estudiaban.

Así, el carbón es una sustancia elemental formada de tan sólo un elemento químico: el carbono. Todas las sustancias elementales están formadas por un sólo elemento químico, mientras que las sustancias compuestas están formadas por dos o más elementos químicos.

Existen elementos químicos como el oxígeno, el carbono y el oro que se pueden encontrar en la Naturaleza como sustancias elementales; es decir, sin combinarse con otros elementos. Sin embargo, la gran mayoría de los elementos, como el hidrógeno, el cloro y el sodio siempre se encuentran combinados con otros ele-mentos; es decir, como sustancias compuestas.

Figura 2. Hoy en día existen equipos automatizados que permiten determinar la composición de una sustancia.

1. Utiliza el modelo cinético-molecular que estudiaste en tu curso de Ciencias II para clasificar los tres esquemas que se muestran a continuación. Selecciona entre ellos aquel que:

• Representa a una mezcla de sustancias (márcalo con la letra M),

• Representa a una sustancia compuesta (márcalo con la letra C).

• Representa una sustancia elemental (márcalo con la letra E).

2. Usando el modelo cinético-molecular, ¿cómo describirías sus diferencias?

3. Discutan en grupo sus respuestas y lleguen a una conclusión.

Elabora modelos

Reconoce una mezcla, una sustancia elemental y una sustancia compuesta.

( ) ( ) ( )


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Al igual que el carbón, el grafi to y el diamante son también sustancias elementales, ya que están constituidas por un sólo elemento, el carbono. Aunque parece trabalen-guas, no es lo mismo carbón que carbono, ya que carbón es la sustancia elemental con la que podemos preparar carne asada, mientras que carbono es el elemen to químico del que está hecho el carbón. No signifi ca lo mismo sustancia elemental que elemento.

El carbón, el grafi to y el diamante son alótropos o formas alotrópicas del car-bono, es decir, sustancias elementales que están compuestas de un único elemento químico: el carbono (fi gura 3). A pesar de ello, sus propiedades físicas y químicas son muy distintas; mientras que la combustión del carbón ocurre con relativa facilidad, para poder lograr que el grafi to o el diamante reaccionen con el oxígeno atmosférico se requiere una temperatura muy elevada (mayor a 1000 °C).

El elemento oxígeno también presenta alótropos, quizá los conozcas. Lo que comúnmente llamamos oxígeno atmosférico, O2 y el ozono, O3, son dos alótropos del elemento oxígeno; ambos son sustancias gaseosas muy distintas entre sí, pues mientras que el oxígeno atmosférico es indispensable para todos los organismos aeróbicos, el ozono es perjudicial para todos los seres vivos, aunque su presencia en las capas altas de la atmósfera terrestre es necesaria para protegernos de la radiación ultravioleta que proviene del Sol.

¿Por qué el grafi to es tan diferente del diamante si ambos están compuestos 100% de carbono? ¿Por qué el oxígeno atmosférico es tan distinto del ozono si ambos son 100% oxígeno? Es claro, entonces, que las propiedades de las sustan-cias no dependen únicamente de su composición, es decir, de lo que están hechas; sino que también necesitamos conocer cómo están construidos estos materiales, es decir, lo que los químicos denominan su estructura. Este tema lo abordaremos un poco más adelante en nuestro curso.

Dada la gran diversidad de materiales que podemos apreciar en el mundo que nos rodea, probablemente te imagines que la cantidad de elementos químicos es muy extensa. Quizá te sorprendas al saber que en la Naturaleza sólo existen 91 elementos químicos y son las diversas combinaciones de éstos los que dan origen a la diversidad de materiales que hay en el Universo conocido.

También es interesante saber que, a pesar de que en la Naturaleza existen tan solo 91 elementos químicos, el ser humano ya aprendió a “fabricar” algunos elementos que no se encuentran en ella. Uno de estos quizá te resulte conocido: el plutonio, que es famoso porque se utiliza para fabricar armamentos llamados “nucleares”.

En el lenguaje de la química se suele representar a los elementos químicos con letras, que frecuentemente podemos asociar con el nombre del elemento; por ejem-plo, C: carbono, O: oxígeno, H: hidrógeno. Hay algunos elementos cuyo símbolo está asociado al nombre en latín del elemento, por ejemplo, Na: sodio, que viene

Figura 3. A las diferentes sustancias (elementales) que están formadas del mismo elemento químico se les da el nombre de alótropos. El carbón (a), el grafito (b) y el diamante (c), son tres diferentes alótropos del mismo elemento: carbono.

a b c


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Representación de la materia usando modelos.

1. Observa las siguientes figuras y contesta lo que se te pide.

• ¿Qué imagen representa una mezcla de sustancias?

• ¿Qué flechas representan los métodos físicos de separación?

• ¿Qué flechas representan transformaciones químicas?

• ¿Qué figuras representan sustancias compuestas?

• ¿Qué figuras representan sustancias elementales?

2. Explica a un compañero qué criterio utilizaste para diferenciar mezclas, sustancias compuestas y sustancias elementales. Luego, compartan sus criterios con el resto del grupo y su maestro.

del latín Natrium; lo mismo que Fe: hierro, que proviene del latín Ferrum (fi gura 4).

No todos los elementos químicos los en-contramos en la Naturaleza con la misma abundancia. En la corteza terrestre el ele-mento más abundante es el oxígeno, el cual forma parte de casi todas las rocas, mientras que entre los elementos menos abundantes están el oro (Au, cuyo símbolo viene del la-tín Aurum) y el platino (Pt).

Para recapitular lo aprendido hasta ahora en relación con la composición de las mez-clas, las sustancias compuestas, las sustancias elementales y los elementos, te sugerimos rea-lizar la siguiente actividad.

Figura 4. Algunas sustancias elementales y los símbolos de los elementos que contienen.

Elabora modelos

FeHierro

SAzufre

MercurioHg

BromoBr


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Usando el mismo tipo de modelo de la actividad anterior podemos representar a los alótropos de un elemento, como se muestra en la fi gura 5.

Figura 5. A pesar de que ambos bloques están construidos usando sólo un tipo de ladrillo, el resultado del ensamblaje es distinto; esto es muy similar a lo que ocurre con los alótropos, pues a pesar de que están hechos del mismo elemento las sustancias elementales que resultan tienen propiedades muy distintas.

1. Con tus propias palabras, cómo le explicarías a un amigo (que no haya estudiado química como tú):

• ¿Qué es una mezcla?

• ¿Qué es una sustancia compuesta?

• ¿Qué es una sustancia elemental?

2. ¿Las propiedades de una mezcla son iguales a las de sus componentes? Menciona algunos ejemplos que apoyen tu respuesta.

3. ¿Qué es un disolvente y cuál es la diferencia con el soluto?

4. ¿Las propiedades de una mezcla pueden modificarse? ¿De qué dependen?

5. ¿Las propiedades de una sustancia son constantes? ¿Cómo podrías corroborarlo?

6. ¿Es lo mismo elemento que sustancia elemental? Explica y da ejemplos.

7. ¿A qué nos referimos con “composición de una sustancia”?

8. Cuando la gente se refiere a “agua pura” ¿crees que desde el punto de vista de la química es correcto usar este término? ¿El agua que consumimos es agua pura o agua potable? ¿Cuál es la diferencia?, ¿es útil distinguirla?

9. ¿Qué opinas de la siguiente frase que frecuentemente encontramos en los envases de leche: “Leche pura de vaca”?, ¿qué es lo que realmente quiso decir el fabricante que envasó este producto?

10. ¿Qué es un alótropo?

11. Si una persona exclama lo siguiente:

¡Esos científicos y su ozono ya me tienen hasta el copete! Por su culpa mi coche no circula, y además ¡el ozono es oxígeno!, ¿o qué no?, ¡Y yo sé qué todos los seres vivos necesitan de oxígeno!

a. ¿Qué le explicarías a esta persona?

b. ¿Consideras que saber de la existencia de alótropos es importante?, ¿este conocimiento te ayudaría a valorar mejor la información en relación con los riesgos ambientales del ozono en las capas bajas de la atmósfera?, ¿por qué?

Evalúo mi avance


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2. clasificación científica del conocimiento de los materiales

La segunda revolución de la química: el orden en la diversidad de sustancias

En el subtema anterior aprendiste a distinguir entre sustancias compuestas y sus-tancias elementales, de manera que estamos casi listos para dar el siguiente gran salto en el desarrollo de la química. Pero primero es conveniente que conozcas el panorama al que se enfrentaron los químicos de finales del siglo xix para que en-tiendas por qué son tan importantes las contribuciones de algunos de ellos, como John Dalton, Stanislao Cannizzaro y Dimitri Mendeleiev.

Hacia principios del siglo xix se había avanzado mucho en el reconocimiento de los elementos químicos (para entonces ya se conocían alrededor de 40).

Los químicos de aquella época eran muy hábiles no sólo para determinar cuáles elementos estaban contenidos en las sustancias sino que, además, podían deter-minar la proporción en la que estaban presentes. Al estudiar estas proporciones, Joseph L. Proust y otros investigadores descubrieron algo muy importante.

Para ilustrar este hallazgo, imagina que eres un detective de pasteles, y te in-teresa analizar todos aquellos pasteles que tienen pasas (sin importar si son de chocolate, vainilla, naranja, etc.); ¡si contienen pasas, tú los examinarás! Para ello harás lo siguiente: de cada uno de los distintos pasteles que contienen pasas toma-rás una rebanada (digamos que siempre es de 200 g).

Después de revisar cuidadosamente todas las rebanadas, separar y pesar las pasas (y por supuesto comerte lo demás), tus resultados muestran lo siguiente:

El de la panadería de don Luis contenía 16.8 g de pasas.El de Anita la vecina (¡muy guapa por cierto!): 4.2 g.El que hizo tu mamá en la mañana: 8.4 g.El de tu tía Lolita también tenía 4.2 gEl de don Goyo tenía 12.6 g.

En los muchísimos pasteles que revisaste, sin importar su sabor ni quien lo preparó, las rebanadas siempre parecen contener múltiplos de 4.2 g de pasas y ninguna otra cantidad. ¡Aquí hay un misterio!

Algo semejante encontró Proust al analizar las relaciones de las masas de los elementos en muy diversos compuestos. Por ejemplo, al analizar la composición de diversas sustancias que contienen calcio y oxígeno (sin importar si contie-nen además algún otro elemento), al dividir la masa de calcio entre la masa de

• reconocerás que el conocimiento científico es tentativo y está limitado por la sociedad en la cual se desarrolla.

• Valorarás la importancia de la predicción de “nuevos” elementos hecha por Mendeleiev, así como la organización y sistematización de sus resultados.

• Valorarás la experimentación y la sistematiza-ción de resultados como característicos del trabajo científico realizada por cannizzaro.

En e

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ema:


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oxígeno, el número que obtenía siempre era un múltiplo entero de 2.5, sin im-portar qué sustancia analizara (el único requisito es que la sustancia analizada estuviese formada por lo menos de esos dos elementos).

Además, esto sucedía con todos los elementos que él investigó; por ejemplo, la relación sodio/oxígeno era igual a 1.43 o a un múltiplo de este número (esto es equivalente a si en tu examen de pasteles ahora buscas fresas y encuentras que esta vez aparece 7.8 g como el número misterioso).

Estas observaciones dieron origen a lo que se conoce como la Ley de las propor-ciones constantes, que simplemente indica que cuando dos elementos se combinan lo hacen en proporciones bien defi nidas (que son los números misteriosos que Proust encontró para cada elemento).

John Dalton, un químico inglés que vivió a fi nales del siglo xviii, propuso una explicación a por qué la materia no se combina en cualquier proporción, sino que lo hace en cantidades bien defi nidas de masa: pro-puso que la materia estaba formada por átomos, que en griego signifi ca indivisible (fi gura 6).

Dalton propuso que todos los átomos de un ele-mento son idénticos en masa. Así, todos los átomos de carbono tienen la misma masa, pero es diferente de la masa de los átomos de cualquier otro elemento (fi gura 7). Pero, ¿cuál es la masa de un átomo?

¿Por qué nos interesa conocer su masa? Es muy importante conocer la masa de un átomo; sin este dato no es posible asignar correctamente las fórmulas químicas de las sustancias.

Este fue un problema central en la química durante muchos años, pues los átomos son partículas tan extraordinariamente pequeñas que resulta imposible medir la masa de uno solo.

Para ilustrar este problema, usaremos el experimento en el que empleaste corriente eléctrica para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Si hu-bieses realizado ese mismo experimento usando una pila más potente (una batería de automóvil, por ejemplo) para pasar mucha corriente eléctrica por la disolución salina, después de un rato tendrías sufi ciente cantidad de hidrógeno y de oxígeno para poder medir sus masas.

Sólo imagina que hiciste ese experimento a gran escala y que la masa del vaso con agua y sal después de la electrólisis es 100 g menor que al principio del experimento, lo cual quiere decir que transformaste 100 g de agua en hidrógeno y oxígeno gaseosos. Como seguramente habrías sido tan cuidadoso como Lavoisier, encontrarías que la masa del oxígeno que colectaste sería de 88.888 g, mientras que la de hidrógeno sería de 11.111 g. ¡Perfecto!, la suma de las masas de hidrógeno y de oxígeno es de 100 g (¡Lavoisier estaba en lo correcto!).

La masa de oxígeno contenida en el agua es ocho veces mayor que la de hidrógeno. ¿Qué pasaría si los átomos de oxígeno tuviesen la misma masa que la de los átomos de hidrógeno? Como hay ocho veces más masa de oxígeno que de hidrógeno y suponiendo que la masa de esos átomos es la misma, la fórmula del agua necesariamente sería HO8 (la fórmula debe ser consistente con la masa de los componentes).

Claramente esta no es la fórmula que hoy sabemos que es la correc-ta. Esta pudo ser escrita cuando experimentalmente se midió que la masa de un átomo de oxígeno era 16 veces mayor que la de un átomo

Figura 6. En el siglo v antes de nuestra era (a.n.e.), Leucipo y su discípulo Demócrito (a), dos filósofos griegos, propusieron la existencia de átomos. Sin embargo, su propuesta era simplemente resultado de una reflexión filosófica, mientras que la proposición de Dalton (b) se basó en evidencias experimentales.

Figura 7. La contribución de Dalton fue tan importante que hoy en día una de las revistas más reconocidas en química lleva su nombre.

a

b


106

de hidrógeno. Este dato junto con los 88.88 g de oxígeno y los 11.11 g de hidrógeno nos permiten escribir la formula correcta de esta sustancia como H2O (figura 8).

Te podrás dar cuenta de que para llegar a la fórmula co-rrecta del agua no fue necesario conocer la masa individual de un átomo (no necesitamos conocer la masa de los áto-mos expresada en gramos). Bastó con conocer la relación de masas entre el oxígeno y el hidrógeno para escribir correc-tamente la fórmula del agua. A esta relación de masas se le conoce como masa relativa.

aportaciones del trabajo de cannizzaro y Mendeleiev

Pero si los átomos son tan pequeños, ¿cómo podemos medir su masa?

En 1860 Stanislao Cannizzaro, un químico italiano, pro-puso una forma confiable para comparar la masa de los átomos de los distintos elementos, lo cual ayudó a solucionar muchos de los problemas que había para asignar las fórmulas químicas de las sustancias conocidas en ese entonces.

El método que Cannizzaro empleó es muy sencillo (al me-nos la idea). Para ilustrar el método pensemos en 2 monedas distintas: una de $10 y una de $1. La moneda de $10 tiene una masa aproximada de 10 g mientras que la masa de una de $1 es aproximadamente de 4 g; por tanto, la masa de una moneda de $10 es 2.5 veces mayor que la de $1. Dicho de otra forma: la masa de una moneda de $10 es igual a 2.5

veces la masa de una moneda de $1). ¿Cuál sería la masa de 1000 monedas de $10? Fácil: 10 kg (10 g × 1000 =

10 000 g = 10 kg), ¿y cuál sería la masa de 1000 monedas de $1? Pues 4 kg. ¿Cuán-tas veces es más pesado un costal que contiene 1000 monedas de $10 en relación con un costal que contiene 1000 monedas de $1? Pues 10 kg/4 kg = 2.5 veces.

O sea que la relación de masas es la misma, ya sea que midamos esta relación usando tan sólo una moneda o mil de ellas (lo importarte es usar el mismo número de una y otra).

Este método es muy útil si pensamos que los átomos son extremadamente peque-ños. Cannizzaro usó este principio para determinar la masa relativa de los átomos: basta con medir la masa del mismo número de átomos para todos los elementos químicos y así podemos saber qué átomos tienen más masa y cuales tienen menos (no necesitamos medir la masa de los átomos individualmente).

Originalmente Cannizzaro comparó las masas de los diferentes elementos con la masa del hidrógeno (el más ligero de todos los átomos) y así propuso una escala de masas atómicas. Sus resultados los presentó en un congreso (el primer congreso de química del que se tenga registro) que se llevó a cabo en la ciudad alemana de Karlsruhe en 1860 (figura 9). Entre las personas que asistieron a ese congreso estaba el químico ruso Dimitri Mendeleiev. ¿Recuerdas la importancia de difundir el conocimiento científico? ¿Recuerdas cuáles eran los medios por los cuales se transmite este tipo de conocimiento?

Figura 8. La química ha avanzado mucho desde que Dalton propuso la existencia del átomo. Los símbolos que él usó para representar a los elementos difícilmente serían reconocidos hoy en día. Dalton pensaba que la fórmula de agua era HO.


107

B2T1

Ya para mediados del siglo xix se conocían alre-dedor de 60 distintos elementos químicos y muchos científi cos habían notado que, a pesar de sus dife-rencias, en algunos casos sus propiedades químicas eran muy similares. Por ejemplo, el cloro (Cl) y el yodo (I) son dos elementos distintos cuyas pro-piedades químicas son semejantes; probablemente sepas que la “tintura de yodo” es muy efi caz como desinfectante y microbicida en lesiones cutáneas. El cloro también es un desinfectante muy efi caz; no obstante, si lo usáramos como desinfectante cutáneo, además de matar a los microorganismos también nos causaría graves lesiones en la piel. Así, a pesar de que el yodo y el cloro reaccionan de for-ma parecida, el cloro lo hace más violentamente.

Como éstas, muchas otras similitudes ya habían sido reconocidas por los químicos del siglo xix; sin embargo, a pesar de que diver-sos científi cos intentaron generar clasifi caciones de los elementos con la intención de ordenar y sistematizar el conocimiento químico de la época, fue Dimitri Mende-leiev quien consiguió generar una clasifi cación que permitía esta sistematización.

El orden propuesto por Mendeleiev estaba basado en dos propiedades impor-tantes: las masas atómicas propuestas por Cannizzaro (o calculadas empleando su método) y la semejanza de las propiedades físicas y químicas, tanto de los elemen-tos químicos como de sus compuestos. Mendeleiev ordenó los elementos en una tabla (fi gura 10).

A pesar de que hubo otros intentos por organizar a los elementos químicos, uno de los grandes aciertos de Mendeleiev fue dar más importancia a las propiedades químicas que a la masa atómica, de tal forma que primero agrupó los elementos con propiedades químicas semejantes en lo que hoy conocemos como familias, y una vez en este grupo los ordenó con base en su masa atómica. De esta forma en-contró que en su tabla quedaban espacios vacios. Mendeleiev dedujo entonces que estos espacios correspondían a elementos que aún no habían sido descubiertos.

En la fi gura 10 puedes notar tres espacios en blanco que Mendeleiev dejó (mar-cados como = 44, = 68 y = 72), que corresponden a los elementos faltantes.

Figura 9. En el congreso de Karlsruhe los químicos trataron temas muy importantes para el desarrollo futuro de la química, entre ellos: ¿Cuáles eran las masas atómicas correctas? ¿Cómo escribir las fórmulas de los compuestos? La química estaba en pleno desarrollo y los químicos necesitaban ponerse de acuerdo.

Louis Figuier, Siglo XiX, The Print Collector/Photostock

Figura 10. Tabla periódica propuesta por Mendeleiev en 1872. Las fórmulas en la parte superior es la forma en la que se solían escribir a fines del siglo XiX.


108

A la tabla que construyó Mendeleiev se le llamó tabla periódica de los ele-mentos y resultó ser una herramienta de predicción tan poderosa que con ella Mendeleiev fue capaz de anticipar algunas de las propiedades químicas y físicas de los elementos faltantes. Afortunadamente para el químico ruso, no tardó mucho en corroborarse que sus predicciones eran acertadas; en 1875 fue descubierto el elemento Galio (Ga), cuya masa atómica es cercana a la predicha (69). Poste-riormente, en 1879, fue descubierto el Escandio (Sc, masa = 44) y en 1886 el Germanio (Ge, masa = 72). Claramente estos descubrimientos contribuyeron de forma muy importante tanto al reconocimiento del valor predictivo de la tabla periódica como a la reputación de Mendeleiev.

Una de las anécdotas que revelan el aprecio del que Mendeleiev gozaba es la siguiente. Poco tiempo después de divorciarse de su primera esposa, Mendeleiev volvió a casarse, lo cual no estaba permitido por la Iglesia ortodoxa rusa, con lo que fue acusado de cometer el delito de bigamia, por lo que merecía ser castiga-do. El zar Alejandro iii salió en su defensa y dijo: “En efecto, Mendeleiev tiene dos esposas, pero yo tengo un sólo Mendeleiev”, lo cual puso fin a los reclamos en su contra.

1. ¿Qué dice la Ley de las proporciones constantes? ¿Con base en qué observaciones se propuso esta ley?

2. ¿En qué se basó Mendeleiev para agrupar a los elementos?

3. ¿Por qué Mendeleiev dejó espacios en su tabla periódica?

4. ¿Qué son las masas relativas? ¿Cuál fue el método que usó Cannizzaro para determinarlas?

5. ¿Crees que la propuesta de tabla periódica de Mendeleiev sería posible sin los trabajos de Cannizzaro y Dalton? Explica tu respuesta.

Evalúo mi avance

Para conocer un poco más de la historia de la tabla periódica de los elementos, quiénes contribuyeron a su construcción, así como diferentes formas de presentarla, te recomendamos el siguiente sitio:

www.xtec.cat/~bnavarr1/Tabla/castellano/indice.htm

Es importante que leas las siguientes preguntas antes de visitar estas páginas.

También puedes ver los siguientes videos que muestran un poco de la historia de la tabla periódica:

www.youtube.com/watch?v=Ofp9kv1H_0M&NR=1

www.youtube.com/watch?v=oSywOBSJYkU&feature=related

Ahora sí, con la información encontrada en estos sitos, contesta las siguientes preguntas:

1. ¿Qué personajes contribuyeron al desarrollo de la tabla periódica?

2. ¿Cómo se clasificaron los elementos antes de la tabla periódica que actualmente conocemos?

3. ¿Qué ventajas tiene acomodar los elementos en la tabla periódica?

Utiliza las TIC


109

B2T1

3. ¿cómo es la estructura de los materiales?

• identificarás la función que tienen los electrones externos en el átomo.

• explicarás cómo se enlazan los átomos, aplicando el modelo de Lewis.

• explicarás la diferencia entre átomos y moléculas a partir del modelo de Lewis.

• explicarás la diversidad de materiales y propiedades utilizando el modelo atómico.

• representarás elementos, moléculas, átomos, iones en una expresión química aplicando la simbología química.

En e

ste

subt

ema:

el modelo atómico

En el tema anterior hablamos de la tabla periódica que Mendeleiev construyó y mencionamos que los químicos del siglo xix reconocían las similitudes tanto físi-cas como químicas de los elementos que estaban clasifi cados dentro de una familia.

Lo que no pudieron explicar Mendeleiev ni sus contemporáneos fue por qué los elementos de una familia se parecen y por qué reaccionan de formas tan semejantes, como lo hacen el sodio y el potasio (fi guras 11 y 12).

Para poder responder estas pregun-tas fue necesario que descubrimientos posteriores ayudaran a conocer más acerca de la naturaleza del átomo, es decir, acerca de su estructura, para poder entender cómo y por qué unos átomos se combinan con otros.

El primer descubrimiento importante lo hizo un físico inglés llamado John J. Thomp-son, quien en 1898 encontró que todos los átomos –sin importar de qué elemen-to químico se tratara– contenían partículas muy ligeras cargadas eléctricamente (que hoy llamamos electrones). La masa de esas partículas era más de mil veces más ligera que la de un átomo de hidrógeno (el átomo más ligero de todos); esto signifi caba que el átomo no era indivisible, sino que esta-ba formado por unidades más pequeñas.

Tiempo después (en 1911), Ernest Ru-therford descubrió que el átomo poseía un centro muy denso al que llamamos núcleo. Casi toda la masa del átomo está concen-trada en el núcleo, el cual también tiene

Figura 11. El litio, Li (a), el sodio, Na (b) y el potasio, K (c) son sustancias metálicas muy semejantes tanto física como químicamente. Por ejemplo, el sodio y el potasio son metales muy maleables; para cortarlos basta un cuchillo de plástico. El litio es ligeramente más duro y no se corta con tanta facilidad. Estos tres metales reaccionan rápida y vigorosamente con el agua, por eso deben conservarse bajo aceite para evitar el contacto con la humedad del aire.

Figura 12. Cuando el sodio metálico (a) o el potasio metálico (b) entran en contacto con el agua ocurre una vigorosa reacción en la cual se produce en ambos casos una sustancia elemental: hidrógeno gaseoso (H2). Nota que la llama que se produce en esta reacción presenta distinto color para estos elementos; esto permite diferenciarlos. La llama amarilla es característica del sodio mientras que la llama violeta permite identificar al potasio.

Litio (Li)

Potasio (K)

Sodio (Na)

a

a

b

b

c


110

carga eléctrica pero de signo contrario a la del electrón. La carga en el núcleo pro-viene de unas partículas llamadas protones, cuya masa es 1839 veces más grande que la del electrón.

Por último, en 1932, James Chadwick descubrió otra partícula subatómica llamada neutrón que, como su nombre lo indica, no tiene carga eléctrica, pero su masa es casi idéntica a la del protón. Tanto los protones como los neutrones forman el núcleo del átomo, mientras que los electrones describen “órbitas” alre-dedor de éste; por eso prácticamente toda la masa de un átomo está concentrada en el núcleo.

Estas tres partículas subatómicas: el electrón (que tiene carga negativa), el pro-tón (que tiene carga positiva) y el neutrón (que no tiene carga) son las únicas partículas que los químicos necesitamos para entender y explicar la diversidad de los elementos químicos, así como para explicar cómo y por qué se combinan los átomos.

Actualmente, los físicos especializados en el estudio del núcleo atómico saben que hay muchas más partículas en el átomo (quizá hayas oído hablar de los quarks y los neutrinos); sin embargo, en química nos bastan las tres partículas menciona-das para entender y explicar las reacciones químicas.

Como recordarás de tu curso de Ciencias II, nuestra descripción del átomo y su representación a través de modelos se ha ido modificado con el tiempo, pues cada vez sabemos más de él.

Seguramente recordarás que cuando Thompson descubre los electrones des-cribe al átomo semejante a un pastel con pasas; Tiempo después, Rutherford al descubrir el núcleo atómico modifica el modelo propuesto por Thompson y en 1913 Niels Bohr propone, además, que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas fijas semejantes a las de un sistema planetario (figuras 13 y 14).

El modelo atómico que los químicos usamos hoy en día está basado en un mo-delo matemático propuesto en 1926 por Erwin Schrödinger, un físico austriaco. Sin embargo, en este curso usaremos el modelo propuesto por Bohr debido a que su simplicidad nos permite entender y explicar fácilmente muchos conceptos.

¿Cuál es entonces la diferencia entre los átomos de los diferentes elementos? ¿Recuerdas que Mendeleiev ordenó a los elementos tomando en cuenta sus

masas atómicas? Si la masa de los átomos de hidrógeno es diferente de la masa de los átomos de carbono, claramente sus núcleos deben ser distintos (pues ahí es donde está la mayor parte de la masa de los átomos).

Figura 13. En el modelo atómico propuesto por N. Bohr, en el núcleo del átomo se encuentra la mayor parte de la masa de éste, pues ahí se encuentran los protones y neutrones, mientras que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas fijas.

Figura 14. La representación de las proporciones del átomo

empleada en la figura 13 no es del todo correcta. Si el

núcleo del átomo fuese del tamaño que ves ahora (de 1 cm aproximadamente),

el tamaño del átomo sería comparable a un estadio de

futbol ¡necesitaríamos un libro “un poco más grande” para poder dibujarlo usando las

proporciones correctas!

Núcleo atómico

Protón (+)

Neutrón (+/–)

Electrón (–)


111

B2T1

isótopos y su representación

Para los químicos, la característica más importante de un átomo es la cantidad de cargas positivas en su núcleo; es decir, el número de protones. A este número lo llamamos número atómico.

Todos los átomos que contienen 6 protones en su núcleo son átomos de car-bono. El número de protones en el núcleo determina el elemento químico al cual pertenece ese átomo. Hoy sabemos que no todos los átomos de un mismo elemen-to son iguales; por ejemplo, en la fi gura 15 te mostramos la representación de tres átomos de carbono distintos.

Los tres átomos de la fi gura 15 tienen 6 protones en su núcleo, por lo que los tres pertenecen al mismo elemento, y su reactividad química es idéntica. Sin embargo, son ligeramente distintos ya que varía el número de neutrones que poseen en el núcleo, lo cual hace que el que tiene 8 neutrones en el núcleo tenga mayor masa que el que tiene 7, y la masa de éste es mayor que la del que sólo tiene 6 neutrones en el núcleo.

Todos los átomos que tienen el mismo número de protones (número atómico), pero que varían en el número de neutrones, son isótopos de un elemento químico. Los tres átomos de la fi gura 15 son isótopos del elemento carbono.

Cuando necesitamos diferenciarlos, los dis-tinguimos usando el número de masa, que no es

Figura 15. Tres distintos átomos de carbono. Al observar la figura, ¿notas las diferencias que hay entre ellos?

Reflexiona

Identifica los elementos químicos.

En la siguiente figura se muestra la representación de los átomos de tres distintos elementos: oxígeno (O), hidrógeno (H) y carbono (C).

1. Observa el núcleo de cada átomo. La masa relativa de cada átomo es muy parecida al número de partículas en el núcleo; esto es debido a que la masa relativa de un protón es muy cercana a uno. (Recuerda que la masa de los protones y de los neutrones es casi la misma y ésta es mucho mayor que la masa de los electrones, por lo que los electrones casi no contribuyen a la masa total del átomo.)

2. Con ayuda de la tabla de Mendeleiev de la p. 107 responde: ¿a qué elemento químico corresponde cada uno de los átomos representados en las figuras?

3. Discutan en grupo sus respuestas explicando cómo asignaron cada esquema del átomo a un elemento químico.


112

más que la suma de partículas en el núcleo (protones y neutrones). Así, al primer átomo de la fi gura anterior lo identifi camos como 12C (carbono 12, donde 12 es el número de masa), el segundo es 13C (carbono 13) y el tercero, 14C (carbono 14).

Cada que comes una quesadilla de chicha-rrón o un taco de frijoles o lo que sea que contenga átomos de carbono (o sea: casi cualquier cosa, salvo el agua pura), ingieres átomos de 12C, 13C y 14C.

Entonces, cuando nos referimos al “carbo-no” en realidad hablamos de todos aquellos átomos que tienen 6 protones en su núcleo.

A pesar de que estos tres isótopos del carbono existen en la Naturaleza, no se en-cuentran en las mismas proporciones; casi

todos los átomos de carbono son del isótopo 12C (98.93%), alrededor de 1.07% son de 13C y menos de 0.0000000001% son de 14C.

Un dato interesante es que el 14C es un átomo radiactivo; es decir, que su núcleo es inestable debido a que tiene demasiados neutrones y tiende a romperse espon-táneamente liberando energía (a este proceso se le llama decaimiento radiactivo).

Una aplicación interesante del isótopo 14C es que su contenido en los restos fósiles nos ayuda a saber hace cuánto tiempo murieron estos organismos. Esto es posible si consideramos que cuando un organismo muere deja de ingerir alimento y, por tanto, no repone el 14C, el cual comienza a disminuir lentamente de sus restos. Entonces, si podemos determinar cuánto 14C contiene hoy en día, podemos calcular hace cuánto dejó de ingerir 14C, que es equivalente a saber hace cuánto murió.

Debido a que todos los isótopos del carbono tienen el mismo número de proto-nes en el núcleo (el núcleo de todos estos isótopos tiene una carga de +6), podemos utilizar el modelo atómico que se muestra en la fi gura 16 para representar a cual-quiera de estos isótopos, sin especifi car a cuál, por lo que nos sirve para representar de forma genérica al elemento carbono.

Casi todos los elementos químicos tienen isótopos que se encuentran normal-mente en la Naturaleza; por ejemplo, el hierro (Fe) tiene cuatro isótopos: 54Fe (5.84%), 56Fe (91.75%), 57Fe (2.11%) y 58Fe (0.28%). Así, el hierro contenido en el acero que usamos para la construcción de casas, puentes y herramientas contie-ne todos estos isótopos de hierro en las proporciones indicadas entre paréntesis. A esta cantidad se le conoce como abundancia natural y refl eja la proporción de átomos de cada uno de los isótopos que contiene una muestra; por ejemplo, en una muestra de 10 000 átomos de hierro, 584 serán de 54Fe (equivalente a 5.84% de la muestra), 9175 serán de 56Fe (equivalentes a 91.75%), 211 serán de 57Fe (equivalentes a 2.11%) y 28 serán de 58Fe (equivalentes a 0.28%).

En la tabla periódica moderna (fi gura 17), cada uno de los símbolos que repre-senta un elemento químico agrupa a todos los isótopos de ese elemento, y la masa atómica que usamos para el elemento refl eja tanto la masa como la abundancia de los distintos isótopos de cada elemento.

A diferencia de la tabla que construyó Mendeleiev, actualmente los elementos se ordenan con base en su número atómico y no en función de su masa atómica; esto lo revisaremos con más detalle en el siguiente tema.

Figura 16. Este tipo de modelo permite representar a todos los isótopos del carbono, o lo que es lo mismo, representa a todos los átomos de un elemento sin necesidad de especificar un isótopo particular.

+6

Núcleo atómico

¡Siento que estallo!

¡Le advertí que esa dieta de neutrones era peligrosa para

la salud!


113

B2T1

1

H 1.0

2

He

4.3

3

Li 6.9

4

Be

9.0

5

B 10.8

6

C 12.0

7

N 14.0

8

O 16.0

9

F19

.0

10

Ne

20.2

11

Na

22.9

12

Mg

24.3

13

Al 27.0

14

Si

28.1

15

P 31.0

16

S 32.1

17

Cl 35.5

18

Ar 39.9

19

K 39.1

20

Ca 40.1

21

Sc

44.9

22

Ti 47.9

23

V 50.9

24

Cr 52.0

25

Mn

55.0

26

Fe 55.8

27

Co 58.9

28

Ni

58.7

29

Cu 63.5

30

Zn 65.4

31

Ga

69.7

32

Ge

72.6

33

As 74.9

34

Se

79.0

35

Br

79.9

36

Kr

83.8

37

Rb

85.5

38

Sr

87.6

39

Y 88.9

40

Zr 91.2

41

Nb

92.9

42

Mo

95.9

43

Tc (98)

44

Ru 101.

1

45

Rh

102.

9

46

Pd 106.

4

47

Ag 107.

9

48

Cd 112.

4

49

In 114.

8

50

Sn

118.

7

51

Sb

121.

7

52

Te 127.

6

53

I12

6.9

54

Xe 131.

3

55

Cs 132.

9

56

Ba

137.

3

57

La 138.

9

72

Hf

178.

5

73

Ta 180.

9

74

W 183.

8

75

Re 186.

2

76

Os

190.

2

77

Ir19

2.2

78

Pt 195.

1

79

Au 197.

0

80

Hg

200.

6

81

Tl 204.

4

82

Pb 207.

2

58

Ce 140.

1

59

Pr 140.

9

60

Nd

144.

2

61

Pm (147

)

62

Sm

150.

3

63

Eu 151.

9

64

Gd

157.

2

65

Tb 158.

9

66

Dy

162.

5

67

Ho

164.

9

68

Er 167.

2

69

Tm 168.

9

70

Yb 173.

0

71

Lu 174.

9

90

Th 232.

0

91

Pa (231

)

92

U23

8.0

93

Np

(237

)

94

Pu (244

)

95

Am (243

)

96

Cm (247

)

97

Bk

(247

)

98

Cf (251

)

99

Es (252

)

100 Fm (2

57)

101 M

d(2

58)

102 No

(259

)

103 Lr (2

62)

83

Bi

209.

0

84

Po (210

)

85

At (210

)

86

Rn

(222

)

87

Fr (223

)

88

Ra (226

)

89

Ac (227

)

104 R

f(2

61)

105 Db

(262

)

106 Sg

(263

)

107 Bh

(264

)

108 H

s(2

65)

109 M

t(2

66)

110 D

s(2

71)

111 Rg (2

72)

112 Uu

b(2

85)

113 Uu

t(2

84)

115 Uu

p(2

88)

117 Uu

s(2

94)

114 Uu

q(2

89)

116 Uu

h(2

93)

118 Uu

o(2

94)

Núm

ero

atóm

ico

Mas

a at

ómic

a

Sím

bolo

azu

l–só

lido

verd

e–líq

uido

rojo

–gas

negr

o–el

emen

to p

repa

rado

sin

tétic

amen

te

1

H 1.0

tabl

a p

erió

dic

a

Figura 17. En esta figura puedes ver la tabla periódica actual. ¿Encuentras semejanzas entre ésta y la que propuso originalmente Mendeleiev?


114

organización de los electrones en el átomo. electrones internos y externos

Regresando un poco a la estructura del átomo, ¿has notado que en todas las re-presentaciones que hemos presentado hasta el momento el número de electrones (cargas negativas) coincide con el de protones (cargas positivas)? Esto no siempre es así: cuando el número de protones no es el mismo que el de electrones entonces el átomo no es neutro y da origen a una especie cargada a la que llamamos ión. En los procesos químicos (reacciones químicas), el número de protones y neutrones en el núcleo siempre permanece invariante: lo único que puede variar es el número de electrones alrededor de un átomo.

Si lo piensas, esto es muy razonable, pues el pequeñísimo núcleo está escondido en medio de una nube de electrones. Cuando los átomos interactúan, lo hacen

a través de los electrones más externos. Los electrones pueden perderse, ganarse o compartirse, como se ejemplifica en la figura 18.

En esta figura se presenta un concepto muy importante en química: la molécula. Pero, ¿qué es? Cuando dos o más áto-mos comparten electrones forman una molécula. Ésta es una especie neutra (no tiene carga) y dependiendo del número de átomos que participen en su formación, puede ser diatómica (como en el caso del O2), triatómica (como en el caso del H2O), tetratómica (como en el caso del amonia-co, NH3), etcétera.

Si varios átomos comparten electro-nes, pero la especie resultante tiene carga eléctrica, entonces a esta nueva especie la conocemos como ión poliatómico, el cual puede ser positivo (como en el caso del ión amonio, NH4

+) o negativo (como en el caso del ión carbonato, CO3

2–).

Átomo neutroIón positivo, carga del ión = +1

(catión)

+3 +3

Átomo neutroÁtomo neutro Molécula

+ +9 +9+1 +1

Átomo neutro Ión negativo, carga del ión = –1(anión)

+9 +9

Ganancia de electronesa

b

c

Pérdida de electrones

Compartición de electrones

Figura 18. a) Cuando un átomo gana electrones se convierte en un ion negativo o anión. b) Cuando un átomo pierde electrones se convierte en un ión positivo o catión. c) Cuando se comparten electrones, éstos no se ganan ni se pierden por lo que no se generan iones.


115

B2T1

En cualquier átomo de cualquier elemento, los electrones que más nos importan son los electro-nes externos porque son éstos los responsables de la reactividad de un átomo. A estos electrones externos los llamamos electrones de valencia que, como estudiaremos más adelante, son los únicos que se usan para formar enlaces (uniones entre átomos) y son los que participan en las transforma-ciones de las sustancias. Al resto de los electrones, los que no participan en reacciones químicas, los llamamos simplemente electrones internos, pues están más cerca del núcleo (fi gura 19).

Modelo de Lewis y electrones de valencia

Los electrones de valencia tienen ese nombre raro debido a que proviene de la palabra valor (y no es que estos electrones sean muy valientes); los electrones externos determinan con cuántos otros átomos puede combinarse un átomo: defi nen su poder o su valor de combinación.

¿Por qué sólo los electrones externos partici-pan en reacciones químicas? La explicación es sencilla: los electrones se mantienen unidos al átomo por la atracción electrostática entre éstos y el núcleo: ¿recuerdas la ecua-ción de Coulomb que estudiaste en Ciencias II? Esa ecuación nos explica que la atracción entre una carga positiva (el núcleo) y una carga negativa (el electrón) es grande si la distancia entre las cargas es pequeña, pero la atracción disminuye a medida que las cargas se alejan, como se muestra en la fi gura 20.

Para entender por qué los átomos de diferentes elementos presentan tan distinta reactividad (unos suelen ganar electrones mientras que otros los pierden con facili-dad), debemos comparar la fuerza con la que cada núcleo atrae a sus electrones de valencia. Hay elementos como el fl úor (F) o el oxígeno (O), cuyos núcleos atraen con mucha fuerza a sus electrones, por lo que éstos no se perderán fácilmente; es más, ejercen tanta fuerza de atracción sobre los electrones más externos que fácilmente pueden incluso “arrancar” un electrón de otros átomos, sobre todo si éstos últimos no retienen con mucha fuerza a sus electrones (fi gura 21).

Figura 19. Se ha observado que sólo los electrones más externos participan en reacciones químicas.

Figura 20. La atracción entre el núcleo y los electrones internos es mayor que la atracción entre el núcleo y los electrones externos, por eso estos últimos se pueden llegar a perder fácilmente.

Berilio (Be)

Cloro (Cl)

+4 +17

Electrones externos

Electrones internos

na F na+ F–

r2 r1

+3

Carga del núcleo Carga del electrón

Distancia entre el núcleo y el electrón

Constante de proporcionalidad

F = K q1 • q2 r2

Formación de enlace iónico

Figura 21. Al perder un electrón, el átomo de sodio se convierte en el ión Na+ (un catión) mientras que el átomo de flúor, al ganar este electrón, se convierte en el ión F– (un anión).

Átomo neutro Átomo neutro Ión positivo (catión) Ión negativo (anión)

+9 +9+11 +11+

Ecuación de Coulomb y la interacción núcleo-electrón


116

Es importante señalar que la mag-nitud de la carga positiva o negativa presente en un ión depende del número de electrones ganados o perdidos; si un átomo (neutro) pierde dos electrones se convierte en un catión con carga +2, de la misma forma que un átomo se convierte en un anión con carga –2 al ganar dos electrones.

Calcula cuántos electrones totales tienen algunos iones.

1. Con ayuda de la tabla periódica actual (figura 17), completa la siguiente tabla.

Número de protones en el núcleo 20 17 13 35

Número de electrones totales 18 18 10 54

Carga del ión +2 –1 +1

Símbolo químico Ca+2 S2– K+

2. Explica qué razonamiento seguiste para completar la tabla.

Calcula

representación química de elementos, moléculas, átomos, iones e isótopos

La Ley de Coulomb se aplica a cualquier partícula cargada. En la figura 21 se ilustró que, como resultado de la transferencia de un electrón del sodio al flúor, el sodio forma un catión y el flúor, un anión. Estos dos iones tienen cargas opuestas; por tanto, se atraen mutuamente permaneciendo unidos. En química, cuando dos iones se unen por medio de este tipo de interacción (electrostática), decimos que están unidos por medio de un enlace iónico.

¿Qué sucedería si un átomo que atrae fuertemente tanto a sus propios electro-nes como a los electrones de los átomos vecinos interacciona con otro átomo muy semejante (o igual) a él? Como los dos átomos atraen con fuerza a los electrones (propios y ajenos), ¡no les queda más remedio que compartir! Cuando dos áto-mos comparten electrones, los átomos permanecen unidos. A este tipo de unión le llamamos enlace covalente (figura 22). Un enlace covalente se forma por la compartición de dos electrones (un par electrónico). Ambos tipos de enlace los volveremos a estudiar en el siguiente tema, pero es importante que los conozcas desde ahora porque te permitirá entender mejor cómo se unen los átomos y cómo representarlos.

1. Te sugerimos utilizar las hojas de trabajo “Modelo atómico y electrones de valencia” en sep. Enseñanza de las ciencias a través de modelos matemáticos. Química. sep, México, 2000, pp. 74-76. En ellas se muestra que los electrones se sitúan en diferentes capas. Las puedes descargar del sitio www.efit-emat.dgme.sep.gob.mx/ecamm/ecammlibros.html.

2. Te recomendamos el video “El átomo” de la colección El mundo de la química, vol. iii, que contiene la explicación de la constitución del átomo mediante la simulación por computadora.

Utiliza las TIC

Como mencionamos con anterioridad, la materia no se crea ni se destruye, pero entonces, ¿de dónde vienen los distintos elementos químicos? Te invitamos a leer los siguientes documentos:

avdiaz.files.wordpress.com/2008/08/elementos.pdf

www.astronomia.net/cosmologia/stellar_a.htm


117

B2T1

Es importante mencionar que, a veces, entre dos átomos se comparten más de dos electrones (usualmente cuatro o seis, en to-tal). Cuando esto sucede decimos que entre estos dos átomos existe un enlace doble o triple, dependiendo del número de electro-nes que compartan, pero esto es un tema que veremos en el siguiente bloque.

Como podrás darte cuenta, la fuerza con que los átomos atraen a los electrones externos (electrones de valencia) es una pro-piedad muy importante en los átomos, pues determina la forma en que se combinan con otros átomos.

Dado que los electrones de valencia son los que utiliza un átomo para interactuar con otros, a los químicos nos interesa representar sólo estos electrones; para ello se usa lo que conocemos como las representaciones de Lewis llamadas así en honor a Gilbert Newton Lewis, un químico estadounidense quien fue el primero en proponerlas y usarlas en 1916. En estas representaciones, los electrones de valencia se representan por medio de cruces o puntos (fi gura 23) y con frecuencia también como rayas que representan dos electrones.

La reactividad de un átomo, es decir, la facilidad con que éste participa en las reacciones químicas, está muy relacionada con la cantidad de electrones de valen-cia que posee y con la fuerza con que los retiene, por lo que es muy importante conocer cuántos electrones de valencia poseen los átomos. Este tema lo aborda-remos cuando estudiemos la tabla periódica; el número de electrones de valencia puede conocerse usando esta herramienta.

Ahora que ya sabes lo que es un enlace químico (ya sea iónico o covalente), es conveniente conocer las formas en las que los representamos, aunque ahondare-mos un poco más en su estudio en el siguiente subtema.

Figura 22. Cuando dos átomos comparten electrones forman una unión llamada enlace covalente.

Figura 23. Podemos representar los electrones de valencia en los átomos empleando las estructuras de Lewis, como se muestra en esta figura para los átomos hidrógeno, nitrógeno y cloro.

+9 +9 +9 +9+

¿Quieres compartir tus

electrones conmigo?

Formación de un enlace covalente


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En la siguiente tabla hay diversas representaciones de la molécula de agua; cada una de ellas proporciona distinta información:

Como mencionamos anteriormente, las estructuras de Lewis son muy útiles para representar de una forma rápida las estructuras de las sustancias químicas. En la fi gura 24 te presentamos algunas estructuras de Lewis de sustancias que quizá conozcas, junto con sus modelos moleculares.

H2o Simplemente muestra la composición del agua, en donde cada letra representa a un átomo (de ese elemento), por lo que la molécula está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno.

H — o —H Nos proporciona información estructural, pues ilustra que ambos átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno.

H o HH o HH o HH o HH o HH o HH o HNos ilustra cómo están distribuidos los electrones de valencia en la molécula; observa cómo pintamos diferente el único electrón de valencia del hidrógeno (el que se ilustra como una cruz), mientras que los electrones de valencia del oxígeno se representan como círculos. Esta representación sólo pretende mostrar que la formación de un enlace covalente se lleva a cabo cuando cada uno de los átomos involucrados aporta un electrón al enlace.

H — o —H

Ilustra lo mismo que la anterior, pero en este caso cada dos electrones los ilustramos como una raya, ya sea uniendo a dos átomos, o sobre uno solo de ellos (como en el caso del oxígeno, donde los cuatro electrones que no comparte con el hidrógeno se representan como dos rayas). Las estructuras (c) y (d) corresponden a lo que llamamos representaciones o estructuras de Lewis. Estas son las representaciones que más comúnmente usamos los químicos para comunicarnos, porque pueden dibujarse rápidamente y proporcionan mucha información; más adelante te presentaremos otros ejemplos de estas estructuras.

H o HUna de las ventajas de las estructuras de Lewis es que podemos emplearlas para describir la forma de las moléculas; por ejemplo, puedes ver que la representación (e) es similar a (d), pero muestra que los hidrógenos no se encuentran en línea recta, sino que forman un ángulo (lo que se observa en la verdadera molécula de agua).

Las estructuras (f) y (g) son dos representaciones casi iguales entre sí, salvo que en esta figura se hace énfasis en el enlace covalente al dibujarlo como una barra (nota que tanto en (f) como en (g) no se representan los electrones); mientras que (g) simplemente muestra a los átomos como esferas que se penetran mutuamente, lo cual intenta representar las nubes electrónicas de ambos átomos.

a

b

c

d

e

f g

a b c

NOTA: En Ciencias II estudiaste el modelo cinético corpuscular, propuesto por los físicos de mediados del siglo XiX para explicar muchas de las propiedades de la materia, en particular el comportamiento de las sustancias gaseosas. Esas partículas corresponden a lo que los químicos llamamos moléculas, de ahí el nombre de teoría cinético molecular. En química frecuentemente representamos a las moléculas usando las representaciones del tipo (f) o (g) mostradas anteriormente.


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B2T1

Por otra parte, al representar enlaces iónicos lo hacemos de una forma similar, pero distinta. Todas las representaciones de la siguiente tabla corresponden al clo-ruro de sodio; sin embargo, cada una de ellas hace énfasis en aspectos diferentes de esta sustancia.

nacl La fórmula química simplemente indica la composición de esta sustancia, donde Na y Cl (los símbolos de los elementos) también representan a los átomos. Así, al escribir NaCl (su fórmula química) se indica que en esta sustancia por cada átomo de sodio hay un átomo de cloro.

na+cl– Dice lo mismo que la representación anterior, pero se añade información sobre la naturaleza iónica de la interacción entre estos dos elementos.

+na cl –Representa, además de la anterior, los electrones de valencia del cloro. Alrededor del sodio no se representan electrones, pues el único electrón de valencia que tenía lo perdió al convertirse en un catión mono-positivo. Nota que en este caso, a diferencia de lo señalado anteriormente para el agua, no se comparten electrones entre el ión positivo y el ión negativo.

+na cl –Es igual a la de (c), pero en este caso cada línea representa dos electrones. Las representaciones de los incisos (c) y (d) corresponden a las estructuras de Lewis del cloruro de sodio.

na+ cl– + –

En los incisos (e) y (f) puedes ver los iones como esferas rígidas. Nota que a diferencia de las estructuras correspondientes del agua, en este caso las esferas no se penetran mutuamente. Este tipo de representación nos permite ilustrar tridimensionalmente las sustancias, pues podemos incluir en este tipo de representaciones los tamaños relativos de los átomos o iones, así como su posición en el espacio.

En este momento las representaciones de los incisos e) y f) sólo las usamos para presentarte una pareja de iones Na+ y Cl–, pero cuando las usamos para representar la sustancia cloruro de sodio (la que usamos para preparar caldo de pollo o algún otro alimento), en el que hay una enorme cantidad de estos iones, la representación es mucho más descriptiva, como puedes ver en la fi gura 25.

a

b

c

d

ee f

Figura 24. Estructuras de Lewis de: a) etanol, el alcohol contenido en las bebidas alcohólicas; b) acetona, sustancia que se utiliza para despintar uñas; c) acetileno, gas que se utiliza en los sopletes de alta temperatura; d) ácido acético, que es el que le da el sabor y olor al vinagre; e) tolueno, uno de los componentes principales del adelgazador de pinturas.

ed

nOTa: A diferencia de los modelos de Lewis, en el modelo de barras y esferas no se acostumbra representar a los enlaces múltiples (aunque puede hacerse). En estos modelos, para los casos de enlaces dobles y triples, hemos acortado la barra y aparece también más obscura.

DOBLE ENLACE

DOBLE ENLACE

DOBLE ENLACE

DOBLE ENLACE


120

Con ayuda de estas representaciones, tanto del enlace iónico como del enlace covalente, podemos comenzar a entender por qué las sustancias químicas son tan distintas, y en dónde radica su diferencia.

Por ejemplo, cuando en el tema anterior mencionamos que tanto el oxígeno atmosférico como el ozono son dos sustancias formadas exclusivamente por el elemento oxígeno y sin embargo son muy distintas, con ayuda de las representa-ciones empleadas anteriormente podemos representar estas sustancias y podemos apreciar sus diferencias (figura 26).

Claramente las moléculas de estas dos sustancias son distintas: en el caso del oxígeno que respiramos cada molécula está formada por dos átomos de oxígeno (forma moléculas diatómicas), mientras que la molécula de ozono está formada

por tres de estos átomos (forma moléculas triatómicas). Como recordarás, una molécula es simplemente un con-

junto de átomos que están unidos por medio de enlaces covalentes y cuyo número es finito.

Todas las sustancias representadas en la figura 26 for-man moléculas. A este tipo de sustancias las conocemos como sustancias moleculares. Es importante mencionar que no todas las sustancias forman moléculas.

¿Recuerdas que también mencionamos que los alótro-pos del carbono (el diamante, el grafito y el carbón) son sustancias muy distintas? En la figura 27 te mostramos una representación de la estructura de estas tres sustancias.

Puedes observar en la figura 27 que a pesar de que las tres sustancias están for-madas únicamente por átomos de carbono, su estructura interna es muy distinta. En el grafito (a), cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos, formando una estructura de láminas (los hexágonos que observas), que se extienden infinita-mente en un plano. Por otro lado, en el diamante (b) cada átomo de carbono está unido a otros cuatro, y el resultado es una red de átomos que se extiende infinita-mente en las tres dimensiones. En el caso del carbón (c) al cual también se le llama carbón amorfo, las uniones entre sus átomos no tienen un orden particular, ya que están unidos unos con otros de manera aleatoria (de ahí el nombre de amorfo).

Figura 26. Representación de los dos alótropos del elemento oxígeno: (a) el oxígeno atmosférico, O2 y (b) el ozono, O3.

Figura 25. Las representaciones como la del inciso f) de la tabla anterior, nos permiten construir modelos tridimensionales o bidimensionales (como imágenes de computadora) de muy diversas sustancias, como en este caso del (a) cloruro de sodio, NaCl, y (b) fluoruro de calcio, CaF2.

NaClNa

Cl

CaF2Ca

F

a

a

b

b


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B2T1

En ninguno de estos tres casos es posible hablar de moléculas, pues a pesar de que todos los enla-ces presentes en estas sustancias son covalentes, el número de átomos de carbono involucrados es sumamente grande como para contarlos, por lo que lo consideramos como infi nito (aunque no lo sea). A este tipo de materiales que no forman mo-léculas se les conoce como materiales reticulares.

Es importante enfatizar en que las propieda-des tanto químicas como físicas de una sustancia no sólo dependen de la naturaleza de los átomos que la forman (esto es, de su composición), sino también de su estructura interna. Los alótropos son un claro ejemplo de esto, ya que a pesar de tener la misma composición, sus propiedades son muy distintas. ¿A ti te daría lo mismo si te rega-laran un pedazo de carbón, un trozo de grafi to o un diamante? ¿Cuál escogerías? Figura 27. Estructura tridimensional de las tres formas alotrópicas

del carbono. a) grafito, b) diamante y c) carbón.

a

b

c

Reflexiona

Analiza las representaciones de Lewis.

1. En la figura de la derecha se representan las estructuras de Lewis de C, CH4, Cl, HCl, F–, Ne, NaCl, H2, Cl2, Na+. Identifica cada una y escribe los símbolos químicos en el lugar correspondiente. Identifica también en cada una de las estructuras a los electrones que forman el enlace entre los átomos.

2. En la siguiente ilustración se presentan las estructuras de Lewis de algunas sustancias: formol, ozono, diclorometano, ácido sulfúrico y amoniaco. Usa las estructuras de Lewis para escribir debajo de cada una la formula química que consideres que le corresponde.


122

Contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas.

1. Desde el punto de vista de la química, ¿de qué están hechos los átomos?

2. ¿Los átomos son siempre neutros? ¿Cómo adquieren carga los átomos?

3. ¿Por qué un catión es positivo? ¿Por qué un anión es negativo?

4. ¿Qué es un isótopo?

5. ¿Cuál es el origen de los símbolos químicos que representan a los elementos?

6. ¿Cuál es la diferencia entre los átomos de nitrógeno y los átomos de carbono? Emplea alguna estructura del átomo para dar tu explicación.

7. ¿Todos los átomos del elemento carbono son iguales?

Completa la siguiente tabla.

Neutrones 7 16 143 19 34

Protones 6 15 92 9 30

Isótopo 13C 58Fe 129Xe 27Al

8. ¿Qué tienen en común todos los isotopos del elemento hierro?

9. ¿Cómo se les llama a los electrones que participan en las reacciones químicas?

10. ¿Por qué los electrones externos se retienen con menos fuerza que los electrones internos?

11. El átomo de sodio (neutro) contiene 11 protones y 11 electrones, mientras que en el ión Na+ hay 11 protones y 10 electrones. Para cada uno de las siguientes especies (átomos y iones) menciona cuántos electrones tiene en total cada una: Ca2+, Xe, Cl–, O2–, Li+, S2–, Pb2+, H+, P, Cs+.

12. De las siguientes estructuras de Lewis selecciona a la que representa al átomo de nitrógeno, a la molécula de nitrógeno gaseoso y al peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Escribe el símbolo que corresponda en cada caso.

13. De las siguientes estructuras de Lewis selecciona la que representa un material reticular, la que representa un gas monoatómico y la que representa una sustancia molecular:

14. El átomo es extraordinariamente pequeño. ¿Tú qué comentarías acerca de la importancia de que el ser humano conozca y de que tú aprendas acerca de las “cosas” que no podemos percibir en nuestra experiencia cotidiana? ¿Crees que este conocimiento ha modificado nuestro modo de vida?, ¿en qué forma?

15. Después de analizar el texto “Y a mí, ¿para qué me sirven los átomos?” (p. 287) explica qué implicaciones tendría, para las sociedades actuales, no contar con los dos desarrollos tecnológicos que se mencionan en él.

Evalúo mi avance


123

B2T1

4. tú decides: ¿qué materiales utilizar para conducir la corriente eléctrica?

En el tema anterior mencionamos que la tendencia de los átomos a atraer sus elec-trones de valencia (y los de otros átomos vecinos) es una propiedad atómica muy importante que determina cómo los átomos interactúan entre sí. Recordarás que la interacción iónica se favorece cuando interactúan dos átomos que tienen muy distinta tendencia a atraer electrones (uno pierde fácilmente electrones mientras el otro los gana con facilidad).

Por otra parte, cuando interactúan dos áto-mos que atraen fuertemente a los electrones se favorece la formación de un enlace covalente, pues a los átomos que interactúan no les queda más remedio que compartir sus electrones.

¿Qué pasará cuando se juntan elementos que atraen con poca fuerza a sus electrones de valencia? En este caso se obtiene un enlace metálico. Para formar un enlace metálico se requieren mucho más de dos átomos, y en general ocurre cuando muchos de estos áto-mos se juntan y –puesto que los electrones de valencia de cada uno de estos átomos no son retenidos con mucha fuerza– estos electrones pueden moverse con facilidad por todo el ma-terial (fi gura 28).

• identificarás y medirás las propiedades de los materiales y seleccionarás el más adecuado para la conducción de la corriente eléctrica.

• identificarás algunas características macroscópicas de los materiales metálicos y las relacionarás con aplicaciones tecnológicas.En

est

e su

btem

a:

Figura 28. El enlace metálico puede representarse como iones positivos (los núcleos de los átomos metálicos y los electrones internos) inmersos en un mar de electrones (los electrones de valencia) de los átomos metálicos.

Reconoce a los metales.

1. Reúnanse en equipos de tres integrantes.

2. En el salón de clase o en casa reconozcan los objetos metálicos que los rodean. Enumérenlos.

3. Comenten en equipo: ¿cuáles son las propiedades de esos objetos que les permitieron reconocerlos como metálicos? Anótalas en tu cuaderno.

4. De estos materiales metálicos que encontraste, señala en cuáles el uso que se le da hace que el metal sea

difícil de sustituir por otro material. ¿Para qué se usan esos objetos?

5. Comparen los criterios que emplearon para reconocerlos con los criterios de sus compañeros.

6. Obtengan una conclusión en su grupo con relación a cuáles son las propiedades más importantes de los metales y su relación con el uso que se les da.

Experimenta


124

Los metales han sido y son materiales sumamente valiosos para nosotros; de he-cho, hay dos etapas muy importantes en la historia de la humanidad que estuvieron marcadas por la habilidad del ser humano para producir dos metales en particular: el bronce y el hierro. (Seguro recuerdas de tus cursos de Historia que hay una era llamada Edad del Bronce y otra llamada Edad del Hierro.)

¿Por qué crees que hayan sido tan importantes estos materiales para el hombre antiguo? ¿Crees que los usaban para construir rascacielos o como conductores eléctricos? ¿Cuál fue la propiedad de los metales que los hizo de tanta utilidad?

Probablemente conozcas algunas de las propiedades físicas de los metales (tal vez usaste algunas de estas propiedades para reconocer los objetos metálicos en la actividad anterior).

Los metales, en general, son duros, maleables, dúctiles y buenos conductores del calor y la electricidad.

Pero, ¿cuáles son las propiedades químicas que distinguen a los metales? Una de ellas es la poca fuerza con la que retienen a sus electrones de valencia; esto hace que cuando participan en reac-ciones químicas, los átomos metálicos pierden con facilidad sus electrones de valencia convirtiéndose entonces en iones positivos (los metales siempre ge-neran cationes).

¿Cómo podemos explicar estas propiedades? El enlace metálico del que hablamos anteriormente permite explicar muchas de estas propiedades, pero primero tenemos que entender cómo se transmite el calor, cómo se transporta la electricidad y qué signi-fi ca ser dúctil y maleable.

Un material maleable es aquel que puede doblarse sin romperse, mientras que uno dúctil puede moldearse para formar cables (fi gura 29).

Empleando nuestro modelo de enlace metálico es posible explicar por qué los metales son maleables y dúctiles. Observa la fi gura 30.

Figura 30. Los metales son maleables (a) y dúctiles (b) porque su estructura puede modificarse fácilmente: antes y después de la deformación cada ión metálico tiene el mismo entorno (un mar de electrones). Esto no sucede con los compuestos covalentes o iónicos donde al cambiar un átomo de posición se provocan muchas modificaciones estructurales.

Figura 29. Todos los metales son maleables, aunque unos más que otros. Por ejemplo, el plomo o el oro se pueden moldear a temperatura ambiente con un martillo, mientras que para moldear hierro es necesario calentarlo mucho. a

b


125

B2T1

¿Y el calor? ¿Por qué los metales conducen tan efi cientemente el calor? Casi todas las sartenes tienen agarraderas de plástico, ¿qué pasa cuan-do son de metal?

De nuevo, nuestro modelo de enlace me-tálico puede explicarlo: cuando elevamos la temperatura de una sustancia gaseosa, aumen-ta la energía cinética de las partículas que lo constituyen (fi gura 31).

Los metales son buenos conductores del ca-lor debido a que los átomos que contienen no están sujetos en una posición particular (por eso son maleables), lo cual les permite trasmi-tir las vibraciones a los átomos vecinos más fácilmente (fi gura 32).

Finalmente, ¿por qué los metales son buenos conductores de la electricidad? Para contestar esta pregunta primero tenemos que recordar qué es la corriente eléctrica (esto lo aprendiste en tu curso de Ciencias II). La corriente eléc-trica se produce cuando partículas cargadas se mueven en la misma dirección. En los metales cuando aplicamos una diferencia de potencial en los extremos de un cable obligamos a que las partículas cargadas (los electrones en el caso de los metales) se muevan hacia la región de menor energía (fi gura 33).

El modelo de enlace metálico explica cómo, debido a que los electrones de valencia en los materiales metálicos no están fuertemente unidos a sus átomos, basta una pequeña energía potencial para obligarlos a moverse en una dirección produciendo entonces corriente eléctrica.

1. Te proponemos ver el video “Los metales” de la colección El mundo de la química, vol. X.

Utiliza las TIC

Figura 31. En la fase gas (a) un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la energía cinética de las partículas, mientras que en un sólido (b), debido a que las partículas que lo forman no se pueden mover con libertad, al aumentar la temperatura las partículas aumentan la intensidad de sus vibraciones.

Figura 32. En las viejas películas de vaqueros, los cuatreros que querían asaltar el tren podían anticipar la llegada de éste al oírlo a través del metal de las vías, pues como el metal transmite muy eficientemente las vibraciones, el sonido viaja más rápido en el metal que en el aire.

Figura 33. En ausencia de un campo eléctrico, los electrones tienen la libertad de moverse en todas direcciones (a); sin embargo, cuando se aplica una diferencia de potencial (con una pila por ejemplo), los electrones se mueven en una sola dirección produciendo corriente eléctrica.

a

a

b

b


126

Determina qué materiales conducen corriente eléctrica.

1. Reúnanse en equipos de tres personas y consigan el siguiente material:

2. Construyan el siguiente dispositivo siguiendo las instrucciones del modelo:

3. Examinen la conductividad eléctrica de diferentes materiales; para ello, realicen las siguientes actividades.

a. Coloquen los extremos de los cables 1 y 3 en los objetos metálicos, en los no metálicos, en los extremos de grafito del lápiz, dentro de un vaso con agua y de un puñado de sal. Cuando fluya corriente eléctrica a través de los materiales examinados el foco se encenderá.

b. Anoten en su cuaderno cuáles materiales conducen y cuáles no. Organicen sus observaciones en una tabla.

c. Agreguen una cucharada de sal (aproximadamente 5 g) a 20 mL de agua, agiten e intenten disolver (si es necesario calienten un poco con ayuda del mechero).

d. Evalúen la conductividad de la disolución salina introduciendo los cables en ésta (cuiden que no se toquen pero acérquenlos).

4. Con base en sus resultados, contesten las preguntas:

• ¿Qué materiales conducen mejor la corriente eléctrica? (Los que encienden mejor el foco.)

• ¿Sólo los metales conducen la corriente eléctrica? ¿Qué otro material puede conducir la corriente eléctrica?

• ¿Qué ventajas creen que tengan el uso de los metales sobre los otros materiales para conducir la corriente eléctrica?

5. Con ayuda de su maestro discutan por qué para conducir la electricidad usamos cables de cobre y no de otros materiales.

6. Además de servir como conductor de corriente eléctrica, ¿en qué otras aplicaciones consideras que el uso del metal sea difícil de sustituir? Explica.

Experimenta

• Una pila de 9 V.

• Tres cables de cobre (preferentemente con caimanes en cada punta).

• Un foco pequeño (que puede encenderse con la pila de 9 V).

• Un socket para el foco empleado.

• Un mechero, tripié y tela de asbesto.

• Distintos objetos metálicos: una lata de refresco (aluminio),

clavos (hierro), alambre (cobre), joyería (plata).

• Objetos no metálicos: de plástico, madera, tela y vidrio.

• Un lápiz al que se le ha sacado punta por los dos extremos (grafito).

• Un vaso de precipitados de 50 mL o vaso de la misma capacidad.

• 25 mL de agua destilada.

• 10 g de sal.

1. Te proponemos utilizar las hojas de trabajo “Metales y no metales” en sep. Enseñanza de las ciencias a través de modelos matemáticos. Química. sep, México.2000, pág. 64. Las puedes descargar del sitio www.efit-emat.dgme.sep.gob.mx/ecamm/ecammlibros.htm. En este material podrás clasificar los elementos químicos de acuerdo con su carácter metálico.

Utiliza las TIC

1. ¿Qué propiedades distinguen a los metales de otros materiales?

2. ¿Qué materiales conducen electricidad?

3. ¿Cómo puedes explicar que los metales conduzcan electricidad?

4. Si tuvieras que construir una casa, ¿para qué partes de ésta utilizarías materiales metálicos y para cuáles no? Explica tu respuesta basándote en las propiedades de los metales.

Evalúo mi avance

Cable 1

Cable 3

Cable 2


B2T2

tabla periódica

En el tema anterior aprendimos que existen alrededor de 90 elementos químicos que podemos encontrar en la Naturaleza. También aprendimos que reconociendo las semejanzas en el comportamiento químico de los ele-mentos, Mendeleiev los organizó en una tabla. Pero ¿por qué unos elemen-tos se parecen mucho? ¿Por qué otros son tan distintos?

Es interesante reflexionar que cuando Mendeleiev construyó su tabla lo hizo de una forma empírica, es decir, él sabía que algunos elementos se parecían mucho, por lo que debían clasificarse en la misma familia. Sin embargo, ni Mendeleiev ni ninguno de sus contemporáneos podía contestar: ¿por qué se parecen? Hoy, sin embargo, sabemos que la estructura de los átomos es la responsable de estas similitudes. En el presente tema exploraremos esta poderosa herramienta que los químicos tanto aprecian: la tabla periódica de los elementos químicos.

t e M a 2

T2

127


128

1. estructura y organización de la información física y química en la tabla periódica

identificación de algunas propiedades que contiene la tabla periódica: número atómico, masa atómica y valencia

¡La tabla periódica! ¿Por qué los químicos hacen tanto alboroto con ella si sólo parece un montón de letras apiladas?

Para poder apreciar la importancia y utilidad de la tabla periódica necesitamos co-nocer un poco más su lógica y significado, lo cual es un poco como ocurre con el arte.

La figura 34 muestra, si es que no la conoces, una pintura que se llama Guer-nica —¡Qué nombre tan raro! dirás, —¡y además está muy extraña, pues sólo se ven pedazos de personas por todos lados! Pues bien, si alguien te explica que Guernica es una población de España que fue indiscriminadamente bombardeada por los ejércitos alemán e italiano durante la Guerra Civil Española, quizá puedas entender lo que el pintor plasmó para apreciarlo mejor.

Lo mismo pasa con nuestra tabla periódica; hay que contar con más información para apreciarla mejor. Entonces, primero comencemos por observar la figura 35.

• analizarás la información contenida en algunas presentaciones de la tabla periódica.

• Predecirás las propiedades de elementos desconocidos a partir de datos conocidos.

• apreciarás el carácter inacabado de la ciencia a partir de cómo los científicos continúan estudiando a los átomos y descubriendo elementos químicos.

• describirás las características generales de algunos elementos químicos de la tabla periódica.

• relacionarás la abundancia en la tierra de algunos elementos con sus propiedades químicas y reconocerás su importancia en los seres vivos.

• Valorarás la importancia de algunos elementos en la industria química nacional e internacional, y las repercusiones de su presencia o ausencia en el cuerpo humano y el ambiente.

En e

ste

subt

ema:

Figura 34. El famoso cuadro de Pablo Picasso llamado Guernica (Museo Reina Sofía).


129

B2T2

Figura 35. La tabla periódica como los químicos la usamos hoy en día.

tabl

a p

erió

dic

a

1

HHi

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eno

1.0

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ero

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Sím

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negr

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repa

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amen

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1

HHi

dróg

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1.0

1PERIODO 2 3 4 5 6 7

2

He

Helio

4.3

3

Li Litio

6.9

4

Be

Beril

io9.

0

5

B Boro

10.8

6

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.0

7

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no14

.0

8

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16.0

9

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19.0

10

Ne

Neón

20.2

11

Na

Sodi

o22

.9

12

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Magn

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24.3

13

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inio

27.0

14

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Silic

io28

.1

15

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.0

16

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.1

17

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o35

.5

18

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n39

.9

19

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sio39

.1

20

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o40

.1

21

Sc

Esca

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44.9

22

Ti Titan

io47

.9

23

VVa

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o50

.9

24

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o52

.0

25

Mn

Mang

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o55

.0

26

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ro55

.8

27

Co Coba

lto58

.9

28

Ni

Níqu

el58

.7

29

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e63

.5

30

Zn Zinc

65.4

31

Ga

Galio

69.7

32

Ge

Germ

anio

72.6

33

As Arsé

nico

74.9

34

Se

Selen

io79

.0

35

Br

Brom

o79

.9

36

Kr

Crip

tón

83.8

37

Rb

Rubi

dio

85.5

38

Sr

Estro

ncio

87.6

39

Y Itrio

88.9

40

Zr Circo

nio

91.2

41

Nb

Niob

io92

.9

42

Mo

Moli

bden

o95

.9

43

Tc Tecn

ecio

(98)

44

Ru Rute

nio

101.

1

45

Rh

Rodi

o10

2.9

46

Pd Palad

io10

6.4

47

Ag Plat

a10

7.9

48

Cd Cadm

io11

2.4

49

In Indi

o11

4.8

50

Sn

Esta

ño11

8.7

51

Sb

Antim

onio

121.

7

52

Te Telur

io12

7.6

53

I Yodo

126.

9

54

Xe Xenó

n13

1.3

55

Cs Cesio

132.

9

56

Ba

Bario

137.

3

57

La Lant

ano

138.

9

72

Hf

Hafn

io17

8.5

73

Ta Tant

alio

180.

9

74

WTu

ngste

no18

3.8

75

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o18

6.2

76

Os

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o19

0.2

77

Ir Iridi

o19

2.2

78

Pt Plat

ino

195.

1

79

Au Oro

197.

0

80

Hg

Mercu

rio20

0.6

81

Tl Talio

204.

4

82

Pb Plom

o20

7.2

658

Ce Cerio

140.

1

59

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aseo

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o14

0.9

60

Nd

Neod

imio

144.

2

61

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etio

(147

)

62

Sm

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rio15

0.3

63

Eu Euro

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151.

9

64

Gd

Gado

linio

157.

2

65

Tb Terb

io15

8.9

66

Dy

Disp

rosio

162.

5

67

Ho

Holm

io16

4.9

68

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o16

7.2

69

Tm Tulio

168.

9

70

Yb Iterb

io17

3.0

71

Lu Lute

cio17

4.9

790

Th Torio

232.

0

91

PaPr

otac

tinio

(231

)

92

U Uran

io23

8.0

93

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Nept

unio

(237

)

94

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(244

)

95

Am Amer

icio

(243

)

96

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(247

)

97

Bk

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(247

)

98

CfCa

lifor

nio

(251

)

99

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nio

(252

)

100 Fm Fe

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(257

)

101 M

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103 Lr

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(262

)

83

Bi

Bism

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0

84

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10)

85

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to(2

10)

86

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87

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23)

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26)

89

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io(2

27)

104 R

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io(2

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io(2

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(263

)

107 Bh

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io(2

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(265

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66)

110 D

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(271

)

111 Rg

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72)

112 Uu

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(288

)

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)

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(289

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118 Uu

oUn

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94)

2 II A

3 III B

4 IV B

5 V B

6 VI B

7

VII B

8

9

VIII

B

1011

I B

12 II B

13 III A

14

IV

A

15 V A

16 VI A

17 VII A

18 VIII

A

GR

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etal

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Lant

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os

Act

ínid

os


130

Al comparar la tabla periódica moderna con la que propuso Mendeleiev habrás notado que en la tabla que usamos hoy, hay toda una columna de elementos adicional; es decir, una familia que no aparece en la tabla de Mendeleiev. Ellos son el helio (He), el neón (Ne), el argón (Ar), el kriptón (Kr), el xenón (Xe) y el radón (Rn). Estos elementos no se conocían en la época en que Mendeleiev construyó su primera tabla. Los elementos de esa familia son muy particulares, pues los encontramos en la Naturaleza como átomos aislados (sin com-binarse con ningún otro elemento) en fase gaseosa. En química decimos que son muy poco reactivos, pues no participan en reacciones químicas. A esta familia de elementos se le conoce con el nombre de gases nobles. El nombre no es debido a que a la realeza no le guste “combinarse” con los demás: hay un grupo de metales –entre ellos el oro y el platino– que en su forma metálica reaccionan con dificultad con otras sustancias; por eso el oro y el platino no se oxidan y son tan apreciados en la fabricación de joyería. Localiza al oro (Au) y al platino (Pt) en la tabla periódica. A este grupo de metales, como son sinónimo de riqueza y opulencia, se les conocía como metales nobles. Por analogía con su baja tendencia a reaccionar con otras sustancias, a los gases de la familia del helio se les llamó también “Nobles”.

¿Y los gases nobles por qué no reaccionan?Como mencionamos anteriormente, los átomos se com-

binan con otros al ganar, perder o compartir electrones; sin embargo, ninguno de los gases nobles hace esto, por tanto, no se unen a ningún otro átomo. El gas helio (el que se usa para inflar globos), al igual que todos los otros gases nobles, es una sustancia muy particular, debido a que todos sus átomos están completamente separados unos de los otros. Todos los gases nobles los encontramos en la Naturaleza formando lo que conocemos como gases monoatómicos.

Los átomos de todos los demás elementos los encontramos en la Naturaleza ya sea combinados con otros átomos igua-les a ellos (es el caso de las sustancias elementales como el oxígeno atmosférico, el ozono, el nitrógeno atmosférico o el oro metálico), o combinados con átomos de otros elementos formando sustancias compuestas (a lo que llamamos simple-mente compuestos).

Vale la pena recodar que al hablar de un elemento químico nos referimos a todos aquellos átomos que tienen el mismo número de protones en su núcleo, mientras que una sustancia elemental es aquella formada sólo por átomos de un elemento químico.

Desafortunadamente, el leguaje común no distingue esta diferencia: si alguien te pregunta ¿qué es el oxígeno?, ahora tú podrías dar dos respuestas distintas e igualmente correctas:

• Es el elemento químico con número atómico 8.• Es la sustancia gaseosa presente en el aire que respiramos.

¡NO!

¡Qué NO!

¿Quieres un electrón?

¿Me prestas un electrón?


131

B2T2

Esta misma ambigüedad sucede con todas las sustancia elementales porque tan-to la sustancia como el elemento reciben el mismo nombre.

Al principio de este bloque mencionamos que en la actualidad ha sido posible producir nuevos elementos que no se encuentran en la Naturaleza: ¿Cuáles son? ¿Dónde se localizan en la tabla periódica?

Los elementos a los que llamamos sintéticos son todos aquellos con número atómico mayor que 92. Todos ellos son inestables debido a que su núcleo se desintegra espontáneamente emitiendo energía (son radiactivos). Localízalos en la tabla periódica.

El orden en que están acomodados los elementos puede darnos mucha infor-mación (si aprendemos a extraerla). Por ejemplo, en la fi gura 36 se presentan seis distintas sustancias elementales.

Es probable que hayas reconocido algunas de ellas: el oro (Au), sólido amarillo con lustre metálico al igual que el platino (Pt). Como ya mencionamos, son dos metales muy apreciados, ambos son extremadamente escasos (se encuentran con difi cultad en la corteza terrestre) y su brillo metálico es muy duradero, pues el oxígeno atmosférico y muchas otras sustancias no reaccionan fácilmente con ellos. Por otro lado, están el sodio (Na) y el potasio (K) de los cuales ya hemos hablado, y que son sustancias metálicas (su brillo las delata) que reaccionan rápida y vio-lentamente tanto con el agua como con muchas otras sustancias; es por esto que para conservarlos se les guarda bajo un aceite muy poco reactivo. Por último, el carbón (C) y el azufre (S) son dos sustancias que no son muy duras, son opacas (no son sustancias a las que podrías identifi car como metales, ¿o sí?) y ambas, cuando reaccionan con el oxígeno del aire, forman sustancias gaseosas.

Ahora, localiza los símbolos de estos elementos en la tabla periódica de la fi gura 35. ¿Te das cuenta de que las sustancias que se parecen están en la misma zona de la tabla?

Figura 36. Seis distintas sustancias elementales. ¿Cómo las agruparías? ¿Encuentras semejanzas y diferencias entre ellas?

Platino (Pt)

Carbón (C)

Azufre (S)

Potasio (K)

Sodio (Na)

Oro (Au)


132

Reflexiona

Estima algunas de las propiedades de los elementos.

Los siguientes símbolos representan algunos elementos químicos: P, Ag, Rb.

1. Localiza estos símbolos en la tabla periódica.

2. ¿Cuál de ellos piensas que reacciona fácilmente con el agua?

3. ¿Cuál de ellos piensas que no es una sustancia metálica?

4. ¿Cuál de ellos piensas que puede usarse en la fabricación de joyería?

5. Asocia cada uno de los símbolos con las imágenes de las sustancias elementales presentadas (la que consideres que le corresponde).

6. Explica cuál fue el criterio que usaste en tu selección.

7. ¿Crees que sin usar la tabla periódica habrías llegado a la misma conclusión? Explica.

Los símbolos P, Ag y Rb corresponden a los elementos fósforo (P) (cuyo símbolo viene del latín Phosphoros), plata (Ag) (del latín Argentum) y rubidio (Rb). Probablemente hayas oído hablar de los dos primeros y puedes corroborar si tus respuestas coinciden con lo que sabes de ellos. El rubidio es un metal sumamente reacti-vo, por lo que también debe guardarse en una ampolleta de vidrio o bajo aceite para evitar el contacto con el agua.

Como pudiste observar, la simple posición de un elemento en la tabla periódica puede proporcionar información relacionada con las propiedades físicas y químicas de un elemento.

La información básica que toda tabla periódica contiene es la que muestra la figura 37.

Hay algunas tablas que además incluyen debajo del símbolo el nombre del elemento (aunque esto no necesariamente ocurre).

Como ya mencionamos, el número atómico es el número de protones que contienen los átomos de un elemento químico.

La masa atómica es la masa promedio de los isotopos de ese elemento. Hoy en día ya no usamos al átomo de hidrógeno como parámetro de comparación, sino a uno de los isótopos del car-bono. (Se le asigna al 12C una masa de 12.0000 y la masa de los demás átomos se compara con la masa de este isótopo.)

Figura 37. Estos son los datos que comúnmente encontramos en cada casilla de la tabla periódica.

Masa atómica

Número atómico

Símbolo delelemento

Nombre del elemento


133

B2T2

1. Con ayuda de la tabla periódica y un color de tu elección, en la línea recta que corresponde a la masa atómica de los elementos, haz una marca en la masa que corresponde a los primeros 3 elementos que reaccionan vigorosamente con el agua (Li, Na y K), y luego marca en la recta correspondiente al número atómico, el de esos 3 elementos.

2. Ahora, usando otro color, marca en la línea recta que corresponde a la masa atómica, la masa de los primeros 3 elementos que son gases monoatómicos (He, Ne y Ar); luego, marca en la recta correspondiente el número atómico de esos mismos elementos.

3. Observa la primera recta en la que los elementos están ordenados en orden creciente de su masa atómica y responde:

• ¿Qué elementos reaccionan violentamente con el agua?

• ¿Este comportamiento aparece sólo una vez entre los elementos o aparece entre los elementos en intervalos regulares (periódicos)? (Observa las marcas que hiciste con el primer color.)

4. Ahora observa la segunda recta: ¿el comportamiento es distinto o semejante si ahora ordenamos los elementos en términos de su número atómico? (Observa la segunda línea recta.)

• ¿Qué pasa si ahora buscamos los elementos que forman gases monoatómicos? ¿Sólo hay uno? ¿Este comportamiento se repite?, ¿se repite en intervalos regulares?, ¿estos intervalos se parecen a los que observaste en el inciso 1?

5. Con base en la actividad y la discusión de las preguntas anteriores, explica por qué a la tabla de los elementos se le llama tabla periódica.

0 45

0 25

¿Por qué se llama tabla periódica? Periódico es un adjetivo que se aplica a algún evento que sucede con cierta regularidad; por eso, a las publicaciones que contienen noticias y aparecen todos los días les llamamos “diarios” o “periódicos”, lo que hace referencia a que se publican con una frecuencia regular.

En el tema anterior mencionamos que los electrones de valencia son los responsables de la reactividad de los átomos. Como también mencionamos, el número de electro-nes en un átomo neutro es igual al número de protones (o sea, es igual a su número atómico). Si el sodio (Na) tiene un número atómico de 11 quiere decir que tiene un total de 11 electrones, mientras que el potasio (K) tiene un total de 19 electrones. De todos esos electrones, ¿cuántos son los electrones externos? ¡Ahí está la clave! Los átomos de ambos elementos tienen tan sólo un electrón de valencia; es por eso que sus propiedades físicas y químicas son semejantes (nunca iguales).

En la tabla periódica todos los elementos de una columna tienen el mismo nú-mero de electrones de valencia, por ejemplo: el berilio (Be), el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el estroncio (Sr), el bario (Ba) y el radio (Ra) comparten esa caracte-rística en común.

Debido a que los elementos en las columnas de la tabla presentan propiedades físicas y químicas semejantes, a estos grupos de elementos se les conoce como familias periódicas o grupos periódicos.

Como toda familia, muchas de ellas (pero no todas) tienen sus nombres propios (como los Martínez o los López, pero un poco más “químicos”). A falta de nom-bre para todas y cada una de las familias es también una costumbre numerarlas.

Reflexiona

Reflexiona sobre la periodicidad y su relación con la tabla periódica.

MASA ATÓMICA

NÚMERO ATÓMICO


134

Originalmente la tabla periódica separaba los elementos en dos bloques: bloque A y bloque B, y las familias dentro de estos bloques se identificaban empleando núme-ros romanos. A todos los elementos del bloque A se les conoce aún como elementos representativos, mientras que a los del bloque B se les conoce como transicionales.

Hoy se acostumbra numerar las familias empleando simplemente números ará-bigos que van del 1 al 18. En la figura 38 te presentamos un fragmento de la tabla donde se muestran los nombres que reciben algunas de estas familias, así como los números (nuevos y viejos) que se asignan a cada una.

Reflexiona

La actividad científica: nuevos elementos químicos.

1. Imagina que eres un brillante investigador y construiste un acelerador de partículas (figura de la derecha) en el patio escolar (junto a la cancha de futbol), y en él pudiste preparar un nuevo elemento químico, al que por alguna extraña razón piensas llamarle “futbolonio” (Ft); los átomos de este elemento tienen 119 protones.

• ¿En qué lugar de la tabla lo colocarías?

• ¿A qué familia periódica pertenecería?

• Basándote en las propiedades químicas de los elementos de esa familia, ¿cuáles esperarías que fuesen sus propiedades químicas?

• ¿Sería un metal o un no metal?

Figura 38. Tabla periódica con los nombres por familia y su

numeración arábiga y romana.

En este gigantesco acelerador de partículas, que se encuentra en Europa, los científicos continúan investigando las partículas elementales y su relación con el origen del Universo.

Met

ales

alc

alin

os

Met

ales

alc

alin

otér

reos

Metales de transición

térr

eos

(o d

el b

oro)

carb

onoi

deos

(o d

el c

arbo

no)

nit

roge

noid

eos

(o d

el n

itró

geno

)

calc

ógen

os (o

del

oxí

geno

)

Hal

ógen

os

gas

es n

oble

s

Lantánidos

actínidos

grupos o familias de la tabla periódica


135

B2T2

Para los elementos representativos (bloque A) el nú-mero de electrones de valencia coincide con el número romano de la familia. Así, todos los elementos en la familia del carbono (familia IV A) tienen 4 electrones de valencia. Mientras que para los elementos transicio-nales (los del bloque B), el número total de electrones de valencia coincide con el número arábigo del grupo.

¿Cuántos electrones de valencia tienen los gases nobles? La respuesta es ocho (los electrones más ex-ternos son ocho) aunque ninguno de ellos participa en reacciones químicas; es por esto que en algunas tablas periódicas a esta familia se le asigna el número 0, aunque a veces aparece como VIII A.

Lo anterior nos hace darnos cuenta que aunque un átomo usa sus electrones de valencia para formar enlaces no siempre los usa todos, pues esto depende de lo que en química conocemos como valencia, que es el número de enlaces que un átomo forma en un determinado compuesto y que estudiaremos en el si-guiente bloque.

regularidades que se presentan en la tabla periódica

Metales y no metales

Si a los grupos verticales los conocemos como fami-lias, a los grupos horizontales (a los elementos en cada renglón) los conocemos como periodos; éstos se numeran del 1 al 7.

Claramente las propiedades tanto físicas como quí-micas de los elementos a lo largo de un periodo no son las mismas, pero su variación es continua. En las gráfi cas de las fi guras 39, 40 y 41 se presenta un ejem-plo de las tendencias que podemos observar tanto en una familia como en un periodo. En estas gráfi cas se presenta la energía con la que los átomos retienen el electrón más externo (energía de ionización).

Como puedes observar en la gráfi ca de la fi gura 39, los elementos de la familia de los gases nobles son los que retienen con mayor fuerza electrones, pues son a los que hay que aportar una mayor energía para “qui-tarles” un electrón; ¿observas el carácter periódico de esta propiedad?

En la gráfi ca de la fi gura 40 podemos observar que tanto para la familia 1 (los metales alcalinos) como para la familia 2 (los metales alcalino-térreos), al des-cender en la familia la fuerza con la que se retiene

Figura 41. La energía de ionización aumenta conforme avanzamos en un periodo.

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

energía (Kl /mol)

ne

F

on

c

BBe

Li

naMg

al

Si

P S

cl

ar

2o periodo

3er periodo

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

energía (Kl /mol)

Sr

Lina

K

Mg

rb

ca

Famlilia 2 (iia)

Famlilia 1 (ia)

2500

2000

1500

1000

500

0

energía (Kl /mol)

0 10 20 30 40 50 60

número atómico

XeKr

ar

ne

He

Figura 39. La energía máxima de ionización se presenta en los elementos de la familia de los gases nobles.

Figura 40. La energía de ionización tiende a descender conforme aumenta el número atómico de una familia.


136

el electrón más externo disminuye (hay que aplicar cada vez menos energía para “arrancar” ese electrón).

Finalmente en la gráfica de la figura 41 es posible observar que conforme avan-zamos en un periodo (tanto para el segundo como para el tercer periodos), la energía con la que se retiene el electrón más externo va aumentando.

Este cálculo que acabas de llevar a cabo es muy similar al que efectuó Mendeleiev cuando estimó muchas de las propiedades de los elementos que en ese momento eran desconocidos, pues al graficar las propiedades de los elementos que sí conocía en función de su masa atómica (hoy lo hacemos en función de su número atómico, como en la actividad anterior), pudo observar una clara tendencia y a pesar de que falte un dato, podemos usar esta tendencia para estimarlo.

El comportamiento que observaste en las figuras 39 a 41 es muy importante pues, como ya mencionamos, una de las propiedades químicas características de los metales es la facilidad con la que pierden sus electrones de valencia. Observa de nuevo y con cuidado dichas gráficas. Basándote en ellas menciona, ¿cuáles ele-mentos pierden con más facilidad sus electrones? ¿Qué pasa con esta tendencia a perder electrones a medida que avanzamos en un periodo? ¿Qué pasa entonces con el carácter metálico de los elementos al avanzar en un periodo?

De hecho, ya habíamos observado que los elementos no metálicos los encontrá-bamos en el lado derecho de la tabla periódica, ¿recuerdas la posición del azufre, del fósforo y del carbono? La figura 42 muestra la distribución de metales y no metales en la tabla periódica.

Reflexiona

Predice el radio del Niobio (Nb).

1. Un investigador (algo distraído) calculó el tamaño de algunos de los átomos del cuarto periodo cuando estos átomos se unen por medio de enlaces de tipo covalente (a este valor se le llama radio covalente). Sin embargo, por sus prisas (quería ir a ver un partido de futbol), no calculó el radio del elemento Niobio (Nb). ¿Podrías ayudarle a estimar cuál es el valor del radio covalente para este átomo? Apóyate en la siguiente gráfica para estimar este valor.

2. Explica qué razonamiento usaste para llegar a este valor.

3. En equipos de tres personas comparen y discutan sus respuestas.

180

170

160

150

140

130

120

radio covalente(picómetros = 10-9 m)

Zr nb Mo tc ru rh


137

B2T2

De los aproximadamente 110 elementos conocidos (91 de los cuales son naturales y el resto son sintetizados), tres cuartas partes de ellos son metales y una cuarta parte son no metales. En general, los metales poseen propiedades físicas muy homogéneas, pues todos ellos son sólidos a temperatura ambiente (exceptuando el mercurio (Hg), que es líquido), son dúctiles y maleables, así como buenos conductores de la electricidad y el calor.

Los no metales, en cambio, pueden encontrarse en forma de sóli-do, líquido o gas a temperatura ambiente. Cuando están en estado sólido aunque parecieran duros, son suaves y no muy resistentes (a excepción del diamante que es de las sustancias más duras que se conocen), son muy quebradizos, opacos y conducen pobremente el calor y la electricidad.

1

HHidrógeno

1.0 Número atómico

Nombre

Masa atómica

Símbolo azul–sólidoverde–líquidorojo–gasnegro–elemento preparado sintéticamente

1

HHidrógeno

1.0

1

PER

IOD

O

2

3

4

5

6

7

2

HeHelio4.3

3

LiLitio6.9

4

BeBerilio9.0

5

B

Boro10.8

6

CCarbono12.0

7

NNitrógeno

14.0

8

OOxígeno

16.0

9

FFlúor

19.0

10

NeNeón20.2

11

NaSodio22.9

12

MgMagnesio

24.3

13

AlAluminio

27.0

14

SiSilicio28.1

15

PFósforo31.0

16

SAzufre32.1

17

ClCloro35.5

18

ArArgón39.9

19

KPotasio39.1

20

CaCalcio40.1

21

ScEscandio

44.9

22

TiTitanio47.9

23

VVanadio50.9

24

CrCromo52.0

25

MnManganeso

55.0

26

FeHierro55.8

27

CoCobalto58.9

28

NiNíquel58.7

29

CuCobre63.5

30

ZnZinc

65.4

31

GaGalio69.7

32

GeGermanio

72.6

33

AsArsénico74.9

34

SeSelenio79.0

35

BrBromo79.9

36

KrCriptón83.8

37

RbRubidio85.5

38

SrEstroncio

87.6

39

YItrio

88.9

40

ZrCirconio91.2

41

NbNiobio92.9

42

MoMolibdeno

95.9

43

TcTecnecio

(98)

44

RuRutenio101.1

45

RhRodio

102.9

46

PdPaladio106.4

47

AgPlata

107.9

48

CdCadmio112.4

49

InIndio

114.8

50

SnEstaño118.7

51

SbAntimonio121.7

52

TeTelurio127.6

53

IYodo

126.9

54

XeXenón

131.3

55

CsCesio

132.9

56

BaBario

137.3

57

LaLantano138.9

72

HfHafnio

178.5

73

TaTantalio180.9

74

WTungsteno183.8

75

ReRenio

186.2

76

OsOsmio

190.2

77

IrIridio

192.2

78

PtPlatino195.1

79

AuOro

197.0

80

HgMercurio200.6

81

TlTalio

204.4

82

PbPlomo

207.2

658

CeCerio

140.1

59

PrPraseodimio

140.9

60

NdNeodimio144.2

61

PmPrometio (147)

62

SmSamario150.3

63

EuEuropio151.9

64

GdGadolinio157.2

65

TbTerbio

158.9

66

DyDisprosio162.5

67

HoHolmio164.9

68

ErErbio

167.2

69

TmTulio

168.9

70

YbIterbio

173.0

71

LuLutecio174.9

790

ThTorio

232.0

91

PaProtactinio

(231)

92

UUranio238.0

93

NpNeptunio(237)

94

PuPlutonio(244)

95

AmAmericio(243)

96

CmCurio

(247)

97

BkBerkelio(247)

98

CfCalifornio(251)

99

EsEinstenio(252)

100

FmFermio(257)

101

MdMendelevio

(258)

102

NoNobelio(259)

103

LrLaurencio(262)

83

BiBismuto209.0

84

PoPolonio(210)

85

AtAstato(210)

86

RnRadón(222)

87

FrFrancio(223)

88

RaRadio

(226)

89

AcActinio(227)

104

RfRutherfordio

(261)

105

DbDubnio(262)

106

SgSeaborgio

(263)

107

BhBohrio(264)

108

HsHassio(265)

109

MtMeitnerio(266)

110

DsDarmstadtio

(271)

111

RgRoentgenio

(272)

112

UubUnunbio(285)

113

UutUnuntrio(284)

115

UupUnunpentio

(288)

117

UusUnunseptio

(294)

114

UuqUnunquadio

(289)

116

UuhUnunhexio

(293)

118

UuoUnunoctio

(294)

2

II A

3

III B 4

IV B

5 V B

6

VI B 7

VII B 8 9

VIII B

10 11 I B

12

II B

13

III A 14

IV A

15

V A 16

VI A 17

VII A

18

VIII A

GRUPO1

I A MetaloidesNo metalesMetales

Metales

Lantánidos

Actínidos

Figura 42. En la frontera entre los elementos metálicos y los no metálicos hay un pequeño grupo de elementos que no tienen características marcadamente metálicas o no metálicas, por lo que a estos elementos se les conoce como metaloides o semimetales.

1. Te proponemos utilizar las hojas de trabajo “La lista de los elementos” en sep. Enseñanza de las ciencias a través de modelos matemáticos. Química. sep, México, 2000, pp. 57-63. Las puedes descargar del sitio www.efit-emat.dgme.sep.gob.mx/ecamm/ecammlibros.htm.

Utiliza las TIC

tabla periódica


138

características de: c, Li, F, Si, S, Fe, Hg

Al principio de este bloque mencionamos que los materiales y objetos en el universo conocido están formados por combinaciones de tan solo 92 elementos. ¿Inclusive en el Sol y en la Luna? Para responder esta y otras preguntas te proponemos la siguiente actividad.

Organízate en equipos para leer el texto y realizar una investigación para contestar las preguntas relacionadas con lo que aprendiste en Ciencias I y en Geografía de México y del mundo:

1. Es claro que el ser humano sólo ha podido llegar a la Luna, aunque ha enviado sondas espaciales a muchos lugares en nuestro Sistema Solar, pero:

• ¿Cómo hemos sabido de qué están hechos, por ejemplo, nuestro Sol, los planetas y las estrellas?

• ¿Cuáles son los elementos químicos más abundantes en la corteza terrestre?, ¿y en la atmósfera terrestre? y si consideramos a toda la Tierra en su conjunto, ¿cuáles son los elementos más abundantes? Elabora un cuadro.

• ¿Cuáles son los elementos más abundantes en los seres vivos?

• ¿En todos los planetas encontramos los mismos elementos?

• ¿La composición de los planetas que llamamos rocosos es la misma que la de los llamados gaseosos?

2. Con apoyo de su maestro, discutan en el grupo los resultados de su investigación y comparen sus cuadros.

Consulta

Relaciona la abundancia en la Tierra de algunos elementos químicos que conforman nuestro Universo.

A continuación mencionaremos algunas de las características más importantes de elementos de gran relevancia como el carbono (C), el litio (Li), el flúor (F), el silicio (Si), el azufre (S), el hierro (Fe) y el mercurio (Hg).

1. Para ampliar la información de los elementos que aquí mencionamos y para conocer más acerca de todos los elementos químicos de la tabla periódica: su historia, propiedades, usos, etc., te recomendamos la siguiente página electrónica (una de las mejores en el mundo, desafortunadamente sólo existe en inglés):

www.webelements.com/

2. Sin embargo, también existen otras páginas en español (aunque no tan completas como la anterior):

www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/

www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm

www.ciencianet.com/tabla.html

3. Elige tres elementos sobre los que quisieras saber más e investiga los siguientes puntos:

• ¿Cuándo se descubrió este elemento?

• ¿En dónde se encuentra?

• ¿Cuáles con los principales usos que tienen los compuestos de este elemento?

• Añade alguna información que hayas encontrado y que te resulte interesante sobre ese elemento.

Utiliza las TIC


139

B2T2

carbonoEl carbono es uno de los elementos más importantes en nuestro planeta, ya que la química de todos los seres vivos ha sido construida usando este elemento (fi gura 43 a y b). Aproximadamente 18% del total de nuestro peso es carbono y éste se encuentra distribuido en todo el cuerpo, pues forma parte esencial de cada una de nuestras células y moléculas tan importantes como el ácido desoxi-rribonucleico (adn); en fi n, que hasta cuando exhalas, lo que liberas al ambiente es carbono combinado con oxígeno en forma de dióxido de carbono (CO2).

El carbono es conocido y usado por el hombre desde hace miles de años, así que realmente nunca se descubrió, sino que el hombre antiguo lo conocía como el material que quedaba después de apagar el fuego. De hecho, existen pruebas de que en muchas pinturas rupestres de hace más de 15 000 años el carbón vegetal se utilizaba para marcar el contorno de las fi guras, además de usarse como pigmento de color negro cuando se mezclaba con grasa o sangre, a partir del colageno de pescado.

El carbono también es muy importante para el me-dio ambiente, ya que el dióxido de carbono (CO2) es esencial en el desarrollo de las plantas, aunque hoy en día el exceso de este gas (producido por la actividad industrial) pone en peligro nuestro planeta debido al efecto invernadero (que estudiaste en Ciencias I), el cual provoca que la temperatura de la Tierra se incre-mente peligrosamente.

El carbono es el sexto elemento de la tabla periódica y es muy estable; como ya hemos mencionado, además de encontrarse combinado con otros átomos también lo encontramos en la Naturaleza en tres diferentes formas alotrópi-cas: carbono amorfo (lo que conocemos como carbón), diamante y grafi to. Aunque parezca difícil de creer, un diamante, la punta de un lápiz y un trozo de carbón tienen la misma composición: el carbono. El diamante (fi gura 43c) es un material muy escaso pues sólo se puede producir a muy alta presión y temperatura en el interior de la Tie-rra; también pueden fabricarse diamantes artifi ciales, pero nunca se obtienen del tamaño y la pureza con que los produce la Naturaleza. Por su dureza, los diamantes artifi ciales se usan principalmente como material de corte en taladros y sierras.

El carbono es nuestra principal fuente de energía, ya sea como carbón, como hidrocarburos derivados del petróleo (fi gura 43d) o como gas natural. En México, 10% de la electricidad se obtiene a partir de la combustión de carbón en plantas termo-eléctricas. Los hidrocarburos también se emplean como materia prima en la obten-ción de plásticos.

Figura 43. La vida depende del carbono, pues es el único elemento capaz de producir la diversidad de moléculas necesarias para sustentar la vida (a) y (b) y la vida moderna como la conocemos hasta ahora, profundamente dependiente de los combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo (d) pues de ellos no sólo obtenemos energía sino también materias primas para la elaboración de muy diversos materiales, así como piedras preciosas (c).

a

d

b

c


140

Otro de los importantes usos del carbono es en la elaboración de acero y sus aleaciones; sin él, el acero sería muy frágil. Las pastillas de carbón se emplean para absorber las toxinas del sistema digestivo (por ejemplo en caso de envenenamien-to). El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua. El carbono amorfo (hollín) se usa en la fabricación de baterías y en la fabricación de fibras de carbono, lo que les permite mayor resistencia sin aumentar el peso del material (figura 44).

Litio

El litio es el tercer elemento de la tabla periódica y el primer metal que aparece en ella. Fue descubierto en Estocolmo, Suecia, en 1817 por un químico llamado J. A. R. Arfvedson. El nombre de este elemento proviene del griego lithos que significa piedra. Nunca se encuentra solo en la Naturaleza, es decir, siempre lo encontramos combinado con otros elementos. El litio metálico es ampliamente empleado en las modernas baterías (pilas) tipo “botón” (como las que usan muchas de las calculadoras y casi todos los relojes de pulsera).

Las sales de litio se usan en la manufactura de grasas, baterías y vidrios; por otro lado, desde el punto de vista médico, pese a que se desconoce su mecanismo de acción exacto a nivel de sistema ner-

vioso central, la terapia con carbonato de litio se ha convertido en el tratamiento estándar de los pacientes maniaco-depresivos.

Además, el cloruro de litio (LiCl) es uno de los materiales que más fácilmente absorbe agua (a este tipo de materiales se les conoce como higroscópicos) y, junto con el bromuro de litio (LiBr), se emplea en sistemas de aire acondicionado con la finalidad de absorber humedad del ambiente. El hidruro de litio (LiH) se emplea como combustible de cohetes, al igual que el perclorato de litio (LiClO4) que se emplea como fuente de oxígeno en combustibles de cohetes. El hidróxido de litio (LiOH) es una sustancia que se utiliza para purificar el aire en naves espaciales y sub-marinos, ya que absorbe eficientemente el CO2 que producimos al respirar (figura 45).

Figura 44. Por su resistencia y baja densidad, las fibras

de carbono han encontrado amplias aplicaciones tanto en

la industria automovilística (a) como en la fabricación de

artículos deportivos (b y c).

Figura 45. En donde quiera que el suministro de aire sea limitado y se tenga que recircular y reutilizar, es necesario el uso de hidróxido

de litio para remover el CO2 (ni bajo el mar ni en el espacio hay vegetación, que en la Tierra es la encargada de atrapar el CO2).

a b c


141

B2T2

FlúorEl fl úor es el noveno elemento de la tabla periódica y, aunque se conocía desde hace mucho tiempo, fue el científi co Henri Moissan quien en 1886 lo aisló e identifi có por primera vez. Las sales del fl úor, co-nocidas como fl uoruros, se han usado desde hace varios siglos para soldar metales y en el esmerila-do de vidrio. El fl úor es el primer elemento de la familia de los halógenos; a temperatura ambiente, este elemento es un gas amarillento y muy peligroso ya que es altamente reactivo (es decir, que puede combinarse con casi cualquier otro elemento sobre la Tierra); por ejemplo, al entrar en contacto con la viruta de acero, ésta puede “reventar” de inmediato en fl amas.

El fl uoruro se usa para formar un compuesto denominado hexafl uoruro de uranio (UF6), indispensable en el desarrollo de la energía nuclear (fi gura 46a). El hexafl uoruro de azu-fre (SF6) es un gas que funciona como un excelente aislante empleado en la fabricación de los transformadores de luz eléctrica.

Los compuestos fl uorados de carbono se usan como pro-pelentes, que son las sustancias que se introducen en muchos de los atomizadores para ayudar a que salga el contenido del envase por la válvula, y en la industria de la refrigeración (son los líquidos responsables de que funcione tu refrigerador). El fl úor se usa en la fabricación de tefl ón (conocido como ptfe, que signifi ca politetrafluoroetileno) (fi gura 46b), el cual tiene múltiples aplicaciones.

En algunas ocasiones se añaden fl uoruros en muy bajas concen-traciones al agua para ayudar a potabilizarla o bien a las pastas de dientes, pues los fl uoruros tienen dos funciones: por un lado ayudan a fortalecer el esmalte de los dientes, pero también actúan como agente antibacterial (fi gura 46c). Sin embargo, en altas con-centraciones el fl úor puede llegar a ser tóxico para los humanos. Es importante mencionar que México es uno de los principales produc-tores de fl uorita (CaF2) en el mundo.

SilicioEl silicio es el segundo elemento más abundante en la superfi cie terrestre (primero es el oxígeno); la arena de las playas y las piedras que nos rodean están hechas de dióxi-do de silicio, al igual que ciertas imitaciones de piedras preciosas y el cristal de roca.

El silicio siempre lo encontramos en la Naturaleza unido a otros elementos, gene-ralmente oxígeno. Las rocas formadas por silicio y oxígeno se denominan silicatos.

Aunque los humanos hemos usado al silicio durante miles de años, no fue sino hasta 1886 cuando el científi co J. J. Berzelius lo descubrió ofi cialmente; sin embargo, su aislamiento no se llevó a cabo sino hasta 30 años después en Estocolmo, Suecia.

Cuando se encuentra puro, el silicio es de color azul-grisáceo con cierto brillo metálico (¿recuerdas que el silicio es uno de esos elementos a los que llamamos metaloides?).

Figura 46. El flúor tiene muy diversas aplicaciones, desde la producción de combustibles nucleares (a), en la fabricación de utensilios domésticos con recubrimientos antiadherentes (b), así como en la prevención de caries dentales (c).

a

c

b


142

El silicio no conduce electricidad como los meta-les pero tampoco es un material aislante; a este tipo de materiales se les conoce como semiconductores y constituyen la base de la industria electrónica. Hoy en día la construcción de microcircuitos o “chips” requiere de la producción de grandes cantidades de silicio en altísima pureza (figura 47 a y b). (El silicio usado en la industria de la computación requiere de purezas superiores al 99.999%.)

Por sus propiedades eléctricas al silicio también se le utiliza en la fabricación de celdas solares, que son dis-positivos que permiten transformar de manera directa la energía que nos llega del Sol en energía eléctrica.

Hasta hace poco tiempo no se consideraba al silicio como esencial para los seres vivos: sin embargo, hoy sabemos que el cuerpo humano requiere silicio para funcionar adecuada-mente (aunque en dosis muy pequeñas). El silicio, junto con el calcio, es importante para el mantenimiento de los huesos y además podemos encontrarlo formando parte de ligamentos y tendones, en el tejido conectivo, en la aorta y en los vasos sanguíneos, el páncreas, la piel, las uñas, el cabello, etcétera.

Alimentos ricos en silicio son la avena, el mijo, la cebada, el arroz (todos ellos integrales), las papas, la alfalfa, la soya, vegetales verdes, etc. En promedio la alimentación aporta unos 30 mg al día de silicio. Los efectos de una carencia de silicio son: retraso del crecimiento, huesos frágiles, piel deshi-dratada y acné, por mencionar algunos.

azufreEl azufre es uno de los elementos que nunca podrás olvidar. Frecuentemente se encuentra en forma de cristales amarillen-tos y tiene un olor muy desagradable, como a huevo podrido. Una de las razones por las cuales el hombre ha usado este elemento desde hace miles de años, es porque lo puedes encontrar como una sustancia elemental en la Naturaleza (figura 48a); el azufre se encuentra en los suelos cercanos a los volcanes y las aguas termales. Cuando se le prende fuego, da

origen al denominado gas acre o irritante y al dióxido de azufre; éste último es famoso, ya que es el que se usa en la manufactura del ácido sulfúrico, una de las sustancias más importante de la industria química. El dióxido de azufre también se produce cuando se que-man el carbón o el aceite y contribuye a la formación de la denominada lluvia ácida.

El azufre es indispensable en el proceso conocido como “vulcanización” que, en efecto, se asocia a la producción de neumáticos (llantas); es mediante este proceso que el caucho (hule natural) incrementa su elasticidad y resistencia (figura 48b).

Figura 47. El silicio es un material indispensable en la fabricación de vidrio (a) y de semiconductores (b) en la pujante industria de electrónicos.

Figura 48. El azufre está entre los elementos que podemos encontrar en la Naturaleza sin combinarse con otros (a) y es ampliamente usado en el proceso de vulcanización del caucho (b).

a

a

b

b


143

B2T2

El azufre es un elemento esencial para la vida. Basta mencionar que unos com-puestos de hierro y azufre (las ferredoxinas) están presentes en la fotosíntesis, así como en convertir el nitrógeno atmosférico en compuestos nitrogenados que las plantas necesitan como alimento. El cuerpo humano contiene en promedio 140 g de azufre y requiere de la ingesta diaria de, al menos, 1 g por día.

HierroEl hierro ha sido un metal muy importante para el desarrollo de la humanidad. El ser humano ha trabajado el hierro desde hace miles de años y por su importancia, al periodo en el que el hombre prehistórico comenzó a utilizarlo se le conoce como Edad del Hierro.

Cuando este elemento se encuentra puro, es un metal grisáceo muy brillante que se oxida fácilmente, dando lugar a un compuesto café-rojizo llamado óxido de hie-rro (que es al que comúnmente se le llama “óxido”). Podría pensarse que el hierro es un gran enigma, ya que pese a que se oxida rápidamente, industrialmente es el más importante de todos los metales; la producción mundial de hierro excede 700 millones de toneladas por año. Cuando se adicionan pequeñas cantidades de carbo-no al hierro se forma el acero; asimismo, cuando se adicionan un poco de cromo y níquel al acero, se obtiene el acero inoxidable: esenciales en la industria metalúrgica.

Este metal ya era conocido en la época prehispánica; los pobladores mesoame-ricanos lo utilizaban para fabricar distintas herramientas y objetos ornamentales. Sin embargo el uso del hierro como material auxiliar en la construcción se im-plementó en México hasta la llegada de los españoles. Con la introducción del hierro, aplicado como material utilitario (fi gura 49), cambió el panorama general de la vida cultural de la Nueva España, porque los métodos de construcción se hicieron más efi caces, mediante el uso de instrumentos elaborados a partir de este metal, como picos, cucharas y palas, que facilitaron la construcción de las grandes edifi caciones, principalmente templos, reconocidos en la época virreinal por sus chapas, herrajes y aldabones.

Figura 49. Cuando el ser humano se dio cuenta de que el hierro podía facilitar las labores diarias comenzó a utilizarlo de manera inmediata para construir herramientas para el campo.


144

El hierro también es un elemento esencial para la vida; el cuerpo humano contiene en promedio cerca de 4 g de hierro; la mayoría de éste se encuentra formando parte de una molécula denominada hemoglobina, que es la encargada de transportar oxígeno desde nuestros pulmones hasta cada uno de nuestros órganos. Si nuestra ingesta diaria no contiene 10 mg de hierro, eventualmente desarro-llaremos una enfermedad denominada anemia. Alimentos como hígado y riñón de res, melaza, levadura de cerveza y cocoa poseen un alto contenido de hierro.

MercurioEl mercurio fue descubierto por civilizaciones muy antiguas; aunque se nombró por el planeta Mercurio, su nombre proviene del latín Hydrargyrium que quiere decir plata líquida; de ahí su símbolo quí-mico (Hg). El mercurio ha fascinado a la humanidad por milenios, ya que es un metal líquido (fi gura 50) muy denso que puede ser extraído fácilmente al calentar cinabrio, que es un mineral rojo (sulfuro de mercurio). El mercurio es muy peligroso en todas sus formas y su uso actual se ha confi nado a la industria; ésta usa el mercurio en la electrólisis del cloruro de sodio en la manufactura del cloro gaseoso y de hidróxido de sodio o lejía.

Algunos otros usos del mercurio son en el tratamiento de las semillas del maíz para hacerlas resistentes a plagas de hongos, en el alumbrado público, amalgamas dentales y aparatos eléctricos. También se emplea en la fabricación de termómetros y como polvo anti lombrices. El mercurio se encuentra ampliamente distribuido en la Naturaleza y puede llegar a contaminar fácilmente nuestros ali-mentos; se ha calculado que nuestra ingesta diaria (involuntaria) de mercurio es 0.01 mg llegando a ser un total de 0.3 g en toda la vida.

Figura 50. El mercurio es un metal fascinante, el único que es líquido a temperatura ambiente. En la época de la alquimia se le consideraba un ingrediente indispensable en el intento por fabricar la “piedra filosofal” o elíxir de la vida.

Contesta en tu cuaderno el siguiente cuestionario.

1. ¿En qué parte de la tabla periódica podemos localizar a los no metales?

2. Si un elemento presenta 5 electrones de valencia, ¿en qué familia de la tabla periódica lo colocarías? ¿Qué propiedades esperas que tenga? Fundamenta tu respuesta.

3. ¿Por qué los elementos en una misma familia química se parecen en la forma en que reaccionan?

4. ¿A quién se atribuye la construcción de la tabla periódica?

5. ¿Por qué se le llama tabla periódica? ¿Qué información puedes obtener de la posición de un elemento en la tabla periódica?

6. ¿A cuál familia química se conoce como “Los halógenos”? ¿Qué propiedades tienen estos elementos?

7. Describe las aplicaciones del flúor y del silicio en diferentes industrias.

8. ¿Cuál es la importancia del azufre y el carbono en los seres vivos?

9. ¿Piensas que ahora podrías seleccionar, usando la ta-bla periódica, un par de elementos cuyas propiedades químicas sean semejantes a pesar de no conocerlos?

10. ¿Podrías explicarle a un amigo o familiar (que no tenga tus conocimientos de química), la utilidad de la tabla periódica? Expón dos razones para hacerlo.

Evalúo mi avance


145

B2T2

el enlace químico

En el tema anterior en este mismo bloque comenzamos nuestro estudio del enlace químico; ahora profundizaremos un poco más su estudio.

Primero, la pregunta más importante: ¿qué es un enlace químico? o mejor dicho, ¿cómo saber que dos especies, sean átomos o iones, están enlazadas? La respuesta es sencilla: en química consideramos que dos especies están enlazadas cuando cues-ta mucha energía separarlas, o lo que es lo es lo mismo, la atracción entre ellas es muy fuerte, de modo que para separarlas se requiere de mucha energía.

En química podemos encontrar muchos casos en los que dos especies interac-cionan, pero la fuerza con la que lo hacen es pequeña, por lo que no cumplen con el criterio de estar fuertemente unidas y por tanto no las consideramos como enla-zadas. El ejemplo más sencillo y cotidiano es el que ocurre al hervir agua. El agua es un líquido porque las moléculas que lo forman están muy cerca una de otra; de hecho, existe una atracción mutua que las mantiene unidas pero no enlazadas, pues para separarlas se requiere de poca energía.

Cuando hervimos agua separamos una molécula de otra, pero nunca rompemos un enlace químico. La energía que se requiere para separar una molécula de agua de otra molécula de agua es veinte veces menor en comparación con la energía requerida para separar un átomo de hidrógeno enlazado a un átomo de oxígeno en el agua (fi gura 51).

2. ¿cómo se unen los átomos?

• diferenciarás las propiedades de las sustancias y las explicarás de acuerdo con los diferentes modelos de enlace (covalente, iónico y metálico).

• reconocerás que, a nivel atómico, las fuerzas eléctricas entre las cargas de signo opuesto

mantienen unidos a los átomos y a las moléculas.

• explicarás los enlaces químicos a partir del modelo de transferencia de electrones.

En e

ste

subt

ema:

Figura 51. La energía que necesitamos para evaporar agua (transformar (a) en (b)) es mucho menor que la que se requiere para romper el enlace H-OH (c).

a

Evaporación

c

b


146

Una vez que sabemos que las especies que vamos a estudiar están enlazadas (pues cumplen con este criterio energético), ¿cómo explicamos por qué se enlazan?

Como mencionamos en el tema anterior, en química contamos con tres modelos de enlace que nos permiten entender y explicar las propiedades de las sustancias: el iónico, el covalente y el metálico.

Modelos de enlace: metálico, covalente e iónico

¿Cómo saber qué tipo de enlace está presente en una sustancia? Un tipo de enlace que es fácilmente identifi cable es el metálico, pues las únicas

sustancias que lo presentan son las sustancias metálicas. ¿Recuerdas la actividad “Determina qué materiales conducen corriente eléctrica” del Tema 1 Subtema 4 de este bloque? ¿Te fue muy difícil reconocer las sustancias metálicas? Este tipo de enlace se presenta en los metales puros y en las aleaciones.

La conductividad eléctrica, el brillo y la maleabilidad son propiedades que se originan por la forma en que se enlazan los metales.

En el modelo de enlace metálico, como recordarás, los electrones de valencia están repartidos entre todos los áto-mos y se mueven libremente por todo el material (fi gura 52).

El “pegamento” que mantiene unidos a los átomos son justamente los electrones de valencia; entre más electrones de valencia aporten los átomos metálicos más fuertemente unidos estarán. De hecho, los metales transicionales (¿re-cuerdas cuáles son?) aportan muchos más electrones que los metales alcalinos (cuyos átomos poseen tan sólo un electrón de valencia); esto hace que los metales alcalinos sean sustancias mucho más maleables que los metales de transición (fi gura 53).

Figura 52. En la representación del enlace metálico los átomos metálicos (representados por iones positivos pues no se incluyen los electrones de valencia) están inmersos en un mar de electrones (que son los electrones de valencia de cada átomo que están compartidos con todos los átomos vecinos).

Figura 53. Tanto el sodio (a) como el potasio (b) son metales my suaves, tanto que pueden cortarse fácilmente con una espátula o con un cuchillo. En estas fotografías puedes apreciar que la superficie de estos metales está oxidada pues ambos reaccionan rápidamente con la humedad del aire (compáralas con las de la página 109). ¿Piensas que podrías cortar un clavo de hierro usando un cuchillo o una espátula?

a b


147

B2T2

Es importante observar que las sustancias metálicas no forman moléculas por-que el número de átomos que participan no es un número fi nito y defi nido (vuelve al modelo del enlace metálico que te presentamos en la fi gura 52).

Como recordarás, el enlace covalente se da entre dos átomos que comparten sus electrones. Esto sucede cuando los dos átomos involucrados son no metales. ¿Por qué principalmente los no metales? ¿Recuerdas las gráfi cas que estudiamos en el tema anterior?, ¿recuerdas que en estas gráfi cas se observaba que los elementos del lado derecho de la tabla (los no metales) retenían con mayor fuerza a sus electro-nes? Cuando hablamos por primera vez del enlace covalente en el tema anterior mencionamos que cuando dos átomos que retienen con fuerza a sus electrones interaccionan, prefi eren hacerlo compartiendo sus electrones.

¡Cuántas cosas se pueden explicar usando la tabla periódica! Como en muchos casos, las sustancias pueden tener más de dos tipos diferentes de

átomos y, por tanto, no necesariamente todos los enlaces en esa sustancia son cova-lentes. Hay muchas sustancias que presentan enlaces tanto iónicos como covalentes.

Las sustancias unidas exclusivamente por enlaces covalentes tienen estados de agregación muy diversos, pues podemos encontrar sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Las propiedades que nos permiten reconocer las sustancias que presen-tan sólo enlaces covalentes son:

a) Su estado gaseoso, aunque la excepción a esta regla son los gases nobles (el He y su familia) que, como ya mencionamos, son sustancias elementales que están constituidas por átomos individuales que no están enlazados con ningún otro átomo.

Salvo la excepción mencionada, todas las sustancias gaseosas son sustancias moleculares unidas por enlaces covalentes (fi gura 54).

Figura 54. Todas las sustancias siguientes son gases a tem-peratura ambiente. Todas son sustancias moleculares, pues cada una de ellas está formada por un número finito y definido de átomos.

N2

Nitrógeno atmosférico

C4H10

ButanoCH2

Metano

O2

Oxígeno atmosférico u oxígeno molecular

CO2

Dióxido de carbono

CO

Monóxido de carbono


148

b) Podemos decir lo mismo de la mayoría de las sustancias que son líquidas a temperatura ambiente: todas ellas son sustancias moleculares que presentan exclusi-vamente enlaces covalentes (figura 55). Existen muy pocas excepciones a esta regla, por ejemplo, el mercurio. Estas sustancias son líquidas pues las moléculas interac-cionan unas con otras y se mantienen cercanas. A este tipo de interacciones entre moléculas se les conoce genéricamente como interacciones intermoleculares. Quizá la más conocida (y ciertamente la más importante para la vida en la Tierra), es la interacción por puentes de hidrógeno, de la cual hablaremos un poco más adelante.

¿Y qué se puede decir de una sustancia sólida que claramente no es metálica? En ese caso existen varias posibilidades, pues las sustancias sólidas pueden ser:

• Sustancias moleculares con sólo enlaces covalentes cuyo punto de fusión es mayor a la temperatura ambiente. Estas sustancias son fácilmente reconocibles pues al calentarlas un poco se funden o en algunos casos

Figura 55. Todas estas sustancias líquidas son sustancias moleculares.

Agua

Acetona

Iso-octano (gasolina)

Ácido oléico (aceite de oliva)


149

B2T2

se evaporan (subliman): las grasas, la parafi na, el yodo (I2) (fi gura 56) y el azúcar (sacarosa) son ejemplos de este tipo de sustancias.

• Sustancias reticulares unidas exclusivamente por enlaces covalentes. ¿Qué es una sustancia reticular? De hecho ya hemos hablado de ellas, ¿recuerdas la estructura del diamante? ¿Recuerdas que consistía en una red infi nita de átomos de carbono y que no formaba moléculas? Pues a este tipo de sustancias las llamamos reticulares. Así como el diamante existen otras sustancias de este tipo, por ejemplo, el cuarzo (SiO2) (fi gura 57), el silicio elemental, el arsénico elemental y el boro elemental. Todas las sustancias metálicas (salvo el mercurio) son sólidos reticulares; sin embargo, como ya mencionamos, en general es sencillo distinguir las sustancias metálicas, ya que ¡su brillo las delata!

Las sustancias reticulares tienden a presentar puntos de fusión muy altos, por lo que podemos distinguirlas de los sólidos moleculares usando esta propiedad.

• Sustancias iónicas o compuestos iónicos que son aquellas en lasque al menos un enlace es iónico y pueden ser de dos clases: a) Aquellas que presentan únicamente enlaces iónicos, como el clo-

ruro de sodio o sal común; todos los óxidos metálicos, en general, los compuestos formados por un metal y un no metal como el cloruro de potasio (KCl) (fi gura 58a), cloruro de calcio (CaCl2) o el óxido de aluminio (Al2O3).

b) Aquellas que presentan tanto enlaces iónicos como covalen-tes, como el nitrato de sodio (NaNO3), el clorato de potasio (KClO3) o el sulfato de sodio (Na2SO4) (fi gura 58b), sólo por mencionar algunas.

Figura 58. Todas las sustancias llamadas iónicas forman sólidos reticulares (no forman moléculas); tanto aquellas unidas exclusivamente por enlaces iónicos (a) como aquellas que presentan enlaces iónicos y covalentes (b).

Figura 56. El yodo es un sólido molecular pues al calentarlo ligeramente pasa de sólido (a) a gas (b). En (c) puedes ver la estructura de Lewis.

Figura 57. El cuarzo es una sustancia reticular formada exclusivamente por enlaces covalentes (no forma moléculas).

NaClNa2SO4

a

a

b

b

c

Na

S

O

Cl–

K+


150

1. Reúnete en un equipo de tres integrantes. Necesitarán evaluar la conductividad de una serie de disoluciones, por lo que deberán construir un dispositivo como el que usaron en el Subtema 1.4 de este bloque. Consulten en ese subtema el material necesario.


• Dispositivo para medir conductividad (construido en la actividad Experimenta “Determina qué materiales conducen la corriente eléctrica” (Tema 1 subtema 4) de este bloque).

• 1 o 2 vasos de precipitados pequeños (50 mL) o un recipiente pequeño

• Una tabla periódica

• 200 mL de agua (de la mejor pureza posible)

• 1 g de cloruro de sodio (sal de cocina)

• 1 g de sacarosa (azúcar)

• 5 mL de acetona (quita esmalte de uñas)

• 5 mL de etanol (alcohol de caña)

• 1 g de dos de las siguientes sustancias: KCl (sal baja en sodio), NaNO3, NaHCO3 (bicarbonato de sodio que se consigue en las farmacias), Na2SO4, KH2PO4, NaBr, NaI, KI

• 1 g de alguna de las siguientes sustancias: Al2O3, Fe2O3, CaO (cal), CaF2, CuO, BaSO4, BaCO3

• 1 g de alguna de las siguientes sustancias: acetato de amonio (NH4C2H3O2), cloruro de amonio (NH4Cl), sulfato de amonio ((NH4)2SO4), bicarbonato de amonio (NH4(HCO3)).

3. Experimenten.

Primera parte:Deben observar y anotar la fórmula de cada una de las sustancias que evalúen.

a. Observen cada una de las sustancias. Basándose únicamente en su estado de agregación.

• ¿Qué pueden deducir acerca de cada una de las sustancias?

b. Clasifíquenlas de acuerdo con lo que puedan concluir de los enlaces presentes en esas sustancias.

• ¿Cuáles podrían ser iónicas?

• ¿Cuáles sólo están formadas de no metales? (Para contestar estas preguntas consideren que si la sustancia contiene elementos metálicos, pero no es un metal, es probable que sea iónica.)

Segunda parte:Para la siguiente parte de la actividad es muy importante que el material se encuentre bien limpio, por lo que les recomendamos enjuagarlo bien con agua destilada antes de usarlo.

Evalúen la conductividad de cada una de las sustancias por separado, ya sean sólidas o líquidas (incluyendo el agua); para ello:

a. Agreguen 20 mL de agua en un vaso de precipitados y agreguen 0.5 g de KCl (el ensayo no requiere que pesen cantidades exactas).

b. Agiten y observen. ¿Se disolvió completamente en el agua? Anoten sus resultados.

c. Si la sustancia se disolvió en agua, entonces evalúen si la disolución conduce corriente eléctrica.

Identifica propiedades de compuestos iónicos y covalentes.

Experimenta

En los compuestos iónicos, como lo mencionamos en el tema anterior, la atrac-ción electrostática entre el catión (carga positiva) y el anión (carga negativa) los mantiene fuertemente unidos. Los compuestos iónicos son, por tanto, un conjunto ordenado de iones cuyo acomodo es tal que se maximizan las atracciones (inte-racción anión-catión), minimizando las repulsiones que se dan en las interacciones entre iones con cargas similares; catión-catión o anión-anión. Es el acomodo de estos iones lo que le da a los compuestos iónicos su naturaleza reticular. Los com-puestos iónicos no forman moléculas, sino redes.

Es importante mencionar que los iones pueden ser monoatómicos como en el caso de Na+, K+, Ca2–, O2–, S2–, F–, o poliatómicos como en el caso de NH4

+, SO4

2–, NO3–, CO3

2–.Muchas sustancias iónicas son solubles en agua y sus puntos de fusión, en gene-

ral, son altos. Pero entonces, ¿cómo podemos distinguir las sustancias iónicas de las sustancias covalentes que son sólidas a temperatura ambiente?



151

B2T2

El agua como un compuesto ejemplarEl agua: ¡el agua es un líquido fantástico! ¿Has oído decir esta afi rmación? Si la has oído, fue probablemente a alguien que se perdió en el desierto y fi nalmente encontró agua para beber. Y sin embargo, ¡el agua es un líquido extraordinario y fantástico! (aun cuando no estemos perdidos en el desierto). Como el agua es el líquido más común en nuestro planeta planeta, como lo estudiaste en tus cursos de Geografía de México y del Mundo, estamos muy acostumbrados a él por lo que difícilmente nota-mos lo extraordinario de sus propiedades; es por eso que te invitamos a compararlas con algunos compuestos relacionados.

Según las tendencias periódicas, el agua (H2O) debería tener algunas caracte-rísticas semejantes al NH3, HF y SH2. Estos compuestos presentan las siguientes propiedades:

compuesto Punto de fusión Punto de ebullición

NH3 (amoniaco): –77 °C –33 °C

H2S (sulfuro de hidrógeno) –82 °C –60 °C

HF (fluoruro de hidrógeno) –82 °C 19 °C

H2O (agua) 0 °C 100 °C

Como puedes observar, de entre los com-puestos anteriores el agua es la única sustancia líquida a temperatura ambiente. ¿Por qué? La respuesta sencilla es que las moléculas de agua interaccionan fuerte-mente unas con otras sin llegar a formar propiamente un enlace; pero, ¿por qué? Bueno, una explicación un poco más ela-borada es que los átomos de hidrógeno unidos al oxígeno pueden fácilmente inte-raccionar con un oxígeno vecino a través de lo que se conoce como puente de hidró-geno (fi gura 59).

Figura 59. Las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno. a) Modelo de barras y esferas; b) estructura de Lewis.

Si la sustancia no se disuelve no tiene caso evaluar la conductividad. Es importante mencionar que un ensayo positivo de conductividad (cuando el foco se enciende) es una prueba de que en la disolución hay iones presentes, pues se requiere de su presen-cia para conducir corriente eléctrica en una disolu-ción, por lo que si no hay iones en la disolución no hay conducción de corriente eléctrica.

d. Repitan los pasos anteriores para cada una de las sustancias disponibles. Enjuaguen bien el vaso antes de volver a usarlo.

4. Analicen en equipo sus resultados. Primero contesten con falso o verdadero cada una de las siguientes pre-guntas pero, en cada caso, mencionen qué experimen-tos les permiten llegar a sustentar su respuesta:

• Todos los compuestos iónicos son solubles en agua.

• Todos los compuestos iónicos en estado sólido no conducen la electricidad.

• Todas las sustancias que se disuelven en agua son iónicas.

• Todas las sustancias iónicas deben contener metales.

• Si una sustancia es iónica y se disuelve en agua entonces conduce electricidad.

5. Comparen sus resultados y discutan con su grupo.

Al final, con la ayuda de su maestro, lleguen a conclusiones grupales sobre las propiedades que les permiten diferenciar un compuesto iónico de uno covalente.

a bPuente de hidrógeno


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Los puentes de hidrógeno son fuertes cuando el hidrógeno está entre dos no metales que atraen fuertemente a sus electrones, como el nitrógeno, el oxígeno y el flúor. ¡Ah!, ¡eso explica por qué el H2S no es un líquido! El puente de hidrógeno formado entre S y H-S no es tan fuerte y, por tanto, la interacción entre las mo-léculas de H2S no es tan fuerte. Pero, ¿por qué el amoniaco (NH3) y el HF no son líquidos si tienen puentes fuertes? De nuevo la explicación puede ser sencilla: la clave está en las estructuras de Lewis (figura 59).

Observa la figura 60. En ella puedes ver que cada una de las moléculas de amoniaco (NH3) puede usar cada uno de sus tres hidrógenos para formar puentes, pero sólo tiene un par electrónico para recibir un hidrógeno; del mismo modo, en cada molécula de HF el átomo de flúor tiene tres pares de electrones para recibir átomos de hidrógeno, pero sólo un hidrógeno para formar puentes. Sólo el H2O tiene un balance de dos lugares para recibir hidrógenos (dos pares de electrones en el oxígeno) y puede formar dos puentes con sus dos hidrógenos.

Este balance 2:2 en comparación con el 1:3 o 3:1 le permite al agua formar redes mucho más complejas y fuertes que las del amoniaco o del HF. Estas redes de puentes de hidrógeno son las que mantienen unidas (pero no enlazadas) las moléculas, unas con otras, estabilizando la fase líquida. Entre más fácilmente se rompan las interacciones entre las moléculas, más fácilmente esa sustancia se con-vierte en gas.

Para comprobarlo te proponemos realizar la siguiente actividad.

Construye modelos del puente de hidrógeno.

1. Reúnete en equipo y consigue el siguiente material:

• 45 bolitas de unicel de 2 cm de diámetro

• 1 caja con 100 clips

• Pinzas de corte (para cortar los clips)

2. Necesitarán construir “orejas” y “ganchos” con los clips. Corten cada clip por la mitad. Si van a construir “orejas” recorten el medio clip de modo que quede en forma de “U”; si van a construir ganchos, la forma del medio clip debe ser como una “J”.

Elabora modelos

Figura 60. El puente de hidrógeno se establece entre

los átomos de hidrógeno y los pares electrónicos libres de los

átomos de N, O y F.



153

B2T2

3. Construyan 15 “moléculas” de amoniaco, 15 “moléculas” de HF y 15 “moléculas” de agua de acuerdo con la siguiente imagen:

• Una vez que hayan construido todas sus moléculas, vean qué red de moléculas es la que puede quedar más entrecruzada.

• ¿Cuál de las redes es más fácil de “desarmar”?

• ¿En cuál de ellas consideras que las “moléculas” forman redes más complejas (esto significa que permite encontrar más formas de ensamblarla)?

• ¿Qué consecuencias crees que tenga esto en las sustancias que representan?

4. Concluyan.

• ¿Porqué el agua es líquida mientras que el HF y el NH3 son gases? Lleguen a una conclusión grupal apoyados por su maestro.

La fuerte interacción entre las moléculas de agua tiene repercusiones en otras propiedades únicas y muy importantes.

• Puede absorber una importante cantidad de calor e incrementar muy poco su temperatura; esto ayuda a que nuestro cuerpo regule fácilmente la temperatura, pues usamos el agua como regulador de calor. No sólo realiza esta función en todos los seres vivos que no viven dentro del agua, sino que efectúa la misma función con nuestro planeta: los océanos ayudan a regular la temperatura del planeta.

• El agua es uno de los pocos líquidos que al congelarse, el sólido formado es menos den-so que el líquido. Nadie se sorprende de que el hielo fl ote, ¡pero es sorprendente! Esto ha permitido la vida en los océanos y con ello en la Tierra. Si el hielo fuese más denso que el agua, los océanos estarían permanente-mente congelados y sólo la parte superior seria líquida (en verano).

• Adicionalmente, la fuerza de interacción entre las moléculas de la superfi cie del agua (propiedad conocida como tensión superfi cial) es mucho más fuerte que en otros líquidos. Lo que hace que en el agua se forme una película superfi cial resistente semejante a tener una “piel gruesa y resistente”, que es difícil de romper (fi gura 61).

Figura 61. Gracias a la tensión superficial del agua, el mosquito puede caminar en ella, pero más importante, esta propiedad es la que ayuda al agua a subir (con todos los nutrientes disueltos en ella), por los capilares de plantas y árboles y alimentar incluso a las hojas situadas en las copas de los árboles más altos.


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La interacción entre las moléculas de agua es fuerte, lo cual le da todas estas propiedades de las que hemos hablado, pero afortunadamente no es tan fuerte, ya que entonces el agua no se evaporaría con facilidad, lo cual provocaría que toda el agua quedara confinada en los océanos sin que pudiera evaporarse para formar nubes de lluvia y con esto distribuirse por toda la superficie terrestre.

Después de conocer todo esto, a poco no opinas que: ¡El agua es FANTÁSTICA!

1. Te proponemos ver el video “El agua”, vol. vi de la serie El mundo de la química, donde se menciona su importancia como disolvente universal.

2. Consulta el artículo “El agua como recurso” de Mariza Mazari Hiriart en Revista ¿Cómo ves? No. 54. unam, México, 2003.

3. Consulta el tomo Sistema Cutzamala. Agua para millones de mexicanos. Gerencia Regional de Aguas del Valle de México, Unidad de Comunicación Social, México, 2001.

Utiliza las TIC


1. ¿Cómo se forma un enlace iónico?

2. ¿Cómo se forma un enlace covalente?

3. ¿Cuál de estas propiedades te sirve para asegurar que un compuesto es iónico? Justifica tu respuesta:

• Que sea sólido.

• Que sea soluble en agua.

• Que conduzca electricidad en solución acuosa.

• Que conduzca electricidad en estado sólido.

4. ¿Qué tipo de enlace dirías que hay en un compuesto que es líquido a temperatura ambiente? ¿Podrías estar 100% seguro? Justifica tu respuesta.

5. ¿Las estructuras de Lewis representan todos los electrones de un átomo o una molécula? ¿A qué electrones representan?

6. ¿Cuál de las siguientes combinaciones favorece la formación de enlaces covalentes? Explica tu respuesta:

• Átomo metálico-átomo no metálico.

• Átomo metálico-átomo metálico.

• Átomo no metálico-átomo no metálico.

7. Considerando que una alberca contiene muchas sales disueltas (que se agregan como parte del proceso de limpieza), usa lo que has aprendido de las propiedades de los compuestos iónicos para explicar por qué es particularmente riesgoso nadar ya sea en el mar o en una alberca durante una tormenta eléctrica.

Evalúo mi avance


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B2T2

evaluemos lo aprendido

Realiza la siguiente evaluación de manera individual. Al finalizar, sigue las indicaciones de tu maestro para compartir con el grupo tus respuestas y comparar sus principales semejanzas y diferencias.

1. Explica por qué los gases nobles no reaccionan con otros átomos. Utiliza un modelo de Lewis en tu explicación. Compara este modelo con el de los iones F–, O2– .

2. Desde el punto de vista de la química, ¿cuál es la diferencia entre los electrones de valencia y los electrones internos?

3. En la siguiente tabla marca con un círculo los átomos que son isótopos del mismo elemento:

Átomo A B C D E F G

número de protones 16 17 14 18 13 15 17

número de neutrones 15 18 17 14 19 15 20

número de masa 31 35 31 32 32 30 37

4. ¿Qué es el número de masa? ¿Cómo se calcula esta cantidad?

5. ¿Qué es un isótopo?

6. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias de 12C y 13C? ¿Crees que tengan la misma reactividad química? Justifica tu respuesta.

7. Completa la siguiente tabla:

P Sr B Se rb ne

número atómico

número de protones en el núcleo

número de electrones de valencia

¿Metal o no metal?

8. ¿Cuál de los siguientes átomos dirías que perdería más fácilmente uno de sus electrones externos: Rb, Sr o Y? Justifica su respuesta.

9. ¿Cuál de los siguientes átomos dirías que es el que pierde más fácilmente alguno de sus electrones más externos: C, Si o Ge?

10. En las figuras 39, 40 y 41 analizaste unas gráficas en las que pudiste apreciar el comportamiento periódico de una propiedad de los elementos: la energía de ionización. Ahora construye algunas gráficas similares, para ello investiga y selecciona otra propiedad de los elementos, puede ser su densidad, su punto de fusión o alguna otra que te llame la atención. Elabora una gráfica para los primeros 20 elementos de la tabla. Observa tu gráfica y compárala con las elaboradas por otros compañeros para distintas propiedades. ¿Qué puedes concluir en relación con la periodicidad de las propiedades físicas y/o químicas? Explica.

11. Ahora que sabes que existen sustancias compuestas y sustancias elementales, haz una lista de las sustancias elementales que conoces y con las que hayas tenido contacto. ¿Estas sustancias tienen algo en común? Localízalas en la tabla periódica y encuentra similitudes entre ellas.

12. Después de leer el texto “De la bombilla a los LeDs” (p. 288), ¿piensas que el desarrollo del conocimiento científico nos servirá en el futuro para que las tecnologías que usamos actualmente sirvan para cuidar el ambiente? Explica con otros ejemplos.


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Proyecto de integración 1

Proyectos. ahora tú explora, experimenta y actúa P1P1P1

El C, H, O y N conforman cerca del 99% de los elementos en nuestro organismo (fi gura 1); estos son los constituyentes principales de las proteínas, carbohidra-tos y lípidos (que estudiaste en tu curso de Ciencias I); estos forman parte de las células, los tejidos y los órganos; sin embargo, en tu cuerpo existen otros ele-mentos conocidos como elementos traza. Estos se encuentran en el organismo en cantidades extremadamente pequeñas, pero no por eso son menos importantes; la fuente principal de estos elementos llamados micronutrientes son las frutas y verduras que forman parte de nues-tra dieta diaria (fi gura 2).

Seguramente has es-cuchado a tu mamá decir que para mantenernos sanos debemos proveer a nuestro organismo con los nutrientes necesarios que obtenemos de una dieta ba-lanceada; es decir, que debemos consumir los elementos necesa-rios para que nuestro organismo pueda llevar a cabo la síntesis de pro-teínas y se logre el buen funcionamiento celular y metabólico del organismo. Para obtener dichos nutrientes, debemos co-

¿cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento

de nuestro cuerpo?Ámbitos de la vida y del conocimiento científico

Figura 1. Dependiendo de la abundancia de los elementos en el cuerpo humano, se pueden clasificar en elementos principales o traza.

• identificarás la función de algunos elementos importantes en nuestro cuerpo.

• identificarás las propiedades del agua y explicarás sus características en relación con el modelo de enlace covalente.

• identificarás las repercusiones de la presencia o ausencia de elementos químicos en el cuerpo humano.En

est

e pr

oyec

to:

Figura 2. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, se requiere una ingesta diaria de 1 a 3 mg de cobre por día.

mer en cantidades adecuadas una amplia variedad de alimentos que incluyan a los llamados macronutrientes como los car-bohidratos, las proteínas y las grasas, y a los micronutrientes, que incluyen vita-minas y minerales (elementos del grupo

Oxígeno: 65%

Hidrógeno: 10%

Carbono: 18%

Otros: 7%


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157

B2P1

de los metales, que conocemos como elementos traza).

Los tres elementos traza más impor-tantes para nuestro organismo son el cobre (Cu), el zinc (Zn) y el hierro (Fe). Estos desempeñan diversas funciones en el cuerpo humano. Por ejemplo, apoyan la acción de un grupo de proteínas lla-madas enzimas; además actúan como agentes que auxilian a otras proteínas en el transporte de moléculas como el oxígeno y el dióxido de carbono en el

proceso de la respiración y en la obten-ción de energía del cuerpo, entre otros procesos metabólicos.

Como ya se mencionó, las concen-traciones requeridas de estos metales en el organismo son muy bajas; es decir, que si por alguna causa aumentan las concentraciones de cualquiera de estos metales en el cuerpo humano, no sólo puede observarse una interferencia con el metabolismo, sino que pueden llegar a desarrollarse enfermedades; incluso

1. Planeación

Elijan el tema. Para ello pueden conside-rar la sugerencia que les hemos hecho y continuar investigando sobre el tema cen-tral del proyecto que es ¿Cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? También pueden usar preguntas como:

• ¿Qué otros elementos traza debemos consumir?¿Qué dieta seguir para con-sumir las cantidades necesarias de los elementos traza?

• ¿Qué es una vitamina? ¿Cuáles son? ¿Qué cantidad de ellas se recomienda consumir diariamente? ¿Qué enfer-medades ocasionan la falta de vitami-nas en la dieta?

• ¿Por qué es importante el consumo de agua? ¿Cuál es la ingesta recomenda-

pueden llegar a presentarse casos de toxicidad. Asimismo y considerando que la fuente de dichos elementos traza es la dieta diaria, debes tomar en cuenta que si sufres la falta de alguno de estos elemen-tos, también se pueden originar diversas enfermedades.

Ahora sí, en este proyecto investiga-rás para resolver la pregunta: ¿cuál es el papel que desempeñan los elementos traza y su importancia en el cuerpo hu-mano?

Actividad previa

Forma equipos con tus compañeros e investiguen un elemento traza (por ejemplo, Cu, Zn o Fe). Asegúrense de que cada equipo realice la investigación de un elemento diferente, de tal manera que cuando expongan sus resultados cada equipo contribuya con información novedosa para sus compañeros. Los aspectos a investigar de cada elemento traza son:

• ¿Qué función tiene en el cuerpo humano el elemento traza que han elegido?

• ¿Qué enfermedades pueden presentarse en caso de un consumo en exceso o bien en caso de deficiencia del elemento en cuestión (figura 3)?

• ¿En qué alimentos pueden encontrar al elemento traza en estudio?

Recuerden que pueden buscar en libros, en Internet e incluso hacer entrevistas a sus maestros.

Una vez concluida la investigación, organicen la información de tal forma que puedan presentarla al resto de la clase, ya sea en forma de cartulinas (puedes apoyarte con el uso de recortes de revistas, dibujos, fotografías, etc.), o bien, por medio de una presentación en la computadora.

Después de la presentación pueden discutir sobre la importancia de ingerir otros nutrimentos como agua, fibra y vitaminas, qué función cumplen y por qué es importante incluirlos en nuestra dieta.

Figura 3. Una enfermedad provocada por una baja ingesta de hierro es la anemia, donde los glóbulos rojos presentan una menor cantidad de la proteína hemoglobina, lo cual provoca un aspecto pálido.

da diariamente? ¿Cuáles son los efec-tos en la salud si consumimos muy poca agua?

• También pueden hacer una investi-gación acerca de la importancia del agua en los seres vivos, que incluya la importancia de sus propiedades químicas y físicas en la disolución y transporte de nutrientes y desechos en el organismo y la importancia de mantener un adecuado balance de electrolitos en el cuerpo.

• Si no me gustan las espinacas, ¿qué alimentos debo consumir para no te-ner una dieta defi ciente en hierro?

• ¿Qué pasa si no consumimos elemen-tos traza o los consumimos en exceso?

De lo contrario, elijan el tema del pro-yecto a manera de pregunta con base en algún otro tema relacionado con lo que estudiaron en el bloque.

Con el tema elegido, planteen qué tipo de proyecto les gustaría hacer (cien-tífi co, tecnológico o ciudadano).

Elaboren una hipótesis. Dependiendo de la pregunta propuesta pueden plantear una hipótesis.

Propongan una metodología. Para ello deben decidir qué es lo que desean sa-ber con su proyecto y qué piensan hacer para obtener esta información.

Pueden buscar información en di-ferentes medios, quizá entrevistar a un médico o un nutriólogo.


158158


Organicen la información relevante para que puedan analizarla y preparar su presentación o elaborar una dieta.

2. Desarrollo

Elaboren un menú en el que incluyan alimentos que les permitan consumir el requerimiento diario recomendado para el elemento traza que investigaron. Apro-vechen los alimentos característicos de su región y formulen un menú que además sea balanceado y acorde con su edad, etapa de desarrollo y actividad física.

También pueden preparar una pre-sentación sobre la importancia de una alimentación balanceada, los nu-trientes que debemos consumir y las enfermedades que puede provocar una mala alimentación.

Pueden apoyarse en las hojas de tra-bajo del proyecto ecamm que incluyen actividades útiles para diseñar dietas equilibradas: “Dieta y actividad cor-poral” (i, ii y iii) y “Nutrición” (i, ii y iii). Lo puedes descargar del sitio www.efit-emat.dgme.sep.gob.mx/ecamm/eca-mmlibros.htm.

Formulen conclusiones. Con la informa-ción que hayan obtenido y con ayuda del siguiente cuadro, respondan su pregunta inicial. Además, contrasten su hipótesis con los resultados obtenidos.

Escriban un informe en el que desarro-llen el resultado de su investigación. Expliquen cuál fue la respuesta que encon-traron a su pregunta inicial; por ejemplo, digan cuánto de cada alimento deben incluir en su dieta y por qué.

No olviden incluir toda la bibliogra-fía que consultaron.

3. Difusión

Elijan el medio de difusión. Decidan de qué manera presentar sus resultados. Por ejemplo, pueden hacer una conferencia grupal (figura 4) en la que discutan la importancia de consumir ciertos alimen-tos y los problemas de salud que pueden generar la falta de consumo de los ele-mentos traza. También pueden recopilar los distintos menús que elaboraron entre

Contenido de cobre, zinc y hierro en diversos alimentos

alimento contenido de cu (mg/100 g)

contenido de Zn (mg/ 100 g)

contenido de Fe (mg/100 g)

Pollo 0.06 0.9

Hígado 4.51 6.8

Atún 0.04

Almejas 0.57 76.7

Papas 0.22

Hongos 0.24

Chícharos 0.14 0.8

Plátanos 0.10

Pasitas 0.36 1.3

Cacahuates (tostados) 0.67

Macadamia 1.77

Garbanzo (crudo) 0.85 1.3

Girasol semilla 1.75

Chocolate oscuro 0.80

Leche 0.9

Queso mozzarela 0.8

Frijoles 0.8 5.2

Espinaca 3.2

Jamón 0.8

Lentejas 6.6

todos y distribuirlo entre sus amigos y familiares. Si tienen acceso a compu-tadora e Internet, pueden distribuirlos mediante correo electrónico o crear un blog en el que los publiquen.

4. Evaluación

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo. Mencionen las dificultades a las que se enfrentaron y si las solucionaron o no; por ejemplo, si hubo información que les resultó difí-cil de obtener o comunicar. Elaboren un cuestionario o herramienta que les per-mita evaluar el nivel de logro alcanzado.

Evalúen el impacto de su medio de difu-sión. Si hicieron una conferencia pueden evaluar la participación del grupo.

Si distribuyeron los menús entre su co-munidad, pregunten cómo se sintieron al consumir esos alimentos y si consideran que tuvo efectos benéficos para su salud.

Figura 4. Para apoyar la conferencia grupal elaboren carteles en los que presenten su información.


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B2T1

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B2P2


¿cómo funcionan las drogas?Ámbitos de la vida y del conocimiento científico

• identificarás los componentes químicos de diferentes drogas, así como sus características.

• explicarás el funcionamiento de las drogas como aceleradores o retardadores de la transmisión nerviosa u hormonal, así como las alteraciones que causan en el funcionamiento del organismo.

• argumentarás sobre algunas alternativas para favorecer la cultura de la prevención de adicciones.

• Valorarás críticamente el uso de algunas drogas; por ejemplo, para la mitigación del dolor o la asepsia y lo contrastarás con sus usos adictivos.

• Valorarás las repercusiones de las adicciones en la salud, la familia, la sociedad y la economía.

En e

ste

proy

ecto

:

Actualmente las drogas están por todas partes y sabemos que su consumo ha aumentado de forma alarmante. Algunos jóvenes creen que las drogas les brindan entusiasmo y les permiten evadir sus problemas; sin embargo, la realidad es diferente y debes alejarte de ellas. Gracias a la investigación médica, se conocen muchas sustancias químicas (medicamen-tos), que ayudan a la gente. Estos pueden curar, retrasar o prevenir enfermedades, ayudándonos a llevar una vida más feliz y saludable. Pero también existen muchas drogas ilegales y nocivas (fi gura 1).

¿Qué son las drogas y cómo actúan? Las drogas son compuestos químicos que alteran la forma en que nuestro cuerpo trabaja. Cuando entran al organismo (a menudo por deglución o inyección), encuentran su camino al torrente san-guíneo y desde allí son transportadas a otras partes del cuerpo, como el cerebro, donde pueden intensifi car o entorpecer los sentidos, alterar el sentido de alerta y a veces disminuir el dolor físico. Los efectos de las drogas pueden variar según la clase de droga administrada, la canti-dad que se toma, con cuánta frecuencia se utiliza, con cuánta rapidez llega al cerebro y qué otras drogas, alimentos o sustancias se toman a la vez.

Figura 1. Las drogas incluyen sustancias muy diversas, pero no es correcto calificarlas de buenas o malas, como ya se ha señalado, pues son sólo productos del desarrollo de la ciencia y la tecnología que cubren necesidades humanas, sin embargo sabemos que sus efectos dañinos dependen del uso que hacemos de ellas.


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Muchas sustancias pueden ser noci-vas para tu cuerpo y tu cerebro. Beber alcohol, fumar tabaco, tomar drogas ile-gales e inhalar disolventes puede causar daños graves en tu organismo. Es decir, que aunque las drogas pueden ser social-mente aceptadas (tabaco y alcohol) o no (inhalación de solventes, consumo de mariguana, uso de estimulantes: éxtasis, cocaína, heroína, crack, morfina, lsd y esteroides anabólicos, así como el uso ilegal de medicamentos de prescripción médica como las anfetaminas, conoci-dos comúnmente como “chochos”), en todos los casos afectan la vida de las personas, de sus familias y por supuesto esto tiene una repercusión importante en la sociedad.

A continuación les presentamos infor-mación relacionada con dos importantes adicciones: el alcoholismo y el tabaquis-mo, para que puedan usarla como guía en la investigación que ustedes seleccionen, y les permita realizar una investigación semejante en relación con la droga que seleccionen, para que mencionen sus efectos en el cuerpo humano y elaboren una historieta que permita favorecer la cultura de prevención de las adicciones.

tabaquismoCuando tus padres eran jóvenes, la gente compraba cigarrillos y fumaba práctica-mente en cualquier lugar, ¡hasta en los hospitales! Había publicidad para fuma-dores por todas partes. Ahora no sucede así, somos más conscientes de lo malo que es fumar para nuestra salud. Casi todos saben que fumar provoca cáncer, enfisema y afecciones cardíacas; que pue-de acortar tu vida 10 años o más y que el hábito puede llegar a costarle al fumador miles de pesos al año. ¿Entonces por qué la gente continúa fumando? La respuesta es muy sencilla: es una adicción.

El humo del tabaco contiene muchas sustancias químicas dañinas para la sa-lud. Algunos ejemplos de estas sustancias son: la nicotina, el alquitrán y el mo-nóxido de carbono; la nicotina, además de ser adictiva, induce un estrechamien-to de los vasos sanguíneos que conduce a un aumento de la presión sanguínea y culmina en enfermedad cardiovascular; el alquitrán puede causar cáncer de pul-món y al irritar las vías respiratorias es el principal causante de la llamada “tos

de fumador”; el monóxido de carbono es un gas venenoso para nuestro cuerpo, éste reduce el suministro de oxígeno que se transporta en la sangre formando la carboxihemoglobina. Los fumadores son personas más propensas a sufrir enfermedades como la bronquitis (infla-mación de los bronquiolos) y el enfisema (reduce el área de intercambio gaseoso en los pulmones). En todos los casos se observa una disminución de la capaci-dad respiratoria de las personas.

alcoholismoAlgunos de los motivos por los que los adolescentes beben alcohol o prue-ban las drogas son la curiosidad, para sentirse bien, para reducir el estrés y re-lajarse; para no sentirse diferentes; para parecer mayores. Desde que son muy pequeños, los niños ven cómo muchos padres y otros adultos beben alcohol en reuniones sociales y creen que el alcohol es inofensivo. Sin embargo, el alcohol es un depresivo. Esto significa que hace más lento el funcionamiento del sistema nervioso central. El alcohol, en realidad, bloquea algunos de los mensajes que intentan llegar al cerebro y altera las percepciones, las emociones, los movi-mientos, la vista y el oído de una persona.

En cantidades muy pequeñas, el alco-hol pareciera ayudar a que una persona se sienta más relajada o menos ansiosa, pero una mayor cantidad de alcohol lleva a cambios más grandes en el cere-bro y puede producir una intoxicación. La gente que bebe cantidades excesivas de alcohol suele tambalearse, pierde la coordinación y tiene dificultad al hablar; estas personas se sienten confundidas y desorientadas. Dependiendo del indivi-duo, la intoxicación puede hacer que una persona se muestre simpática y conversa-dora o bien agresiva y enojada.

Aunque es ilegal beber alcohol an-tes de los 18 años, la mayoría de los adolescentes tienen acceso a bebidas alcohólicas, por lo que eres tú quien tiene que tomar la decisión de evitar convertirte en un adicto. Si se toman grandes cantidades de alcohol en un lap-so breve, puede haber envenenamiento por alcohol. El primer síntoma del enve-nenamiento por alcohol son los vómitos violentos, porque el cuerpo intenta des-hacerse del alcohol. Otras consecuencias son somnolencia excesiva, pérdida de la conciencia, dificultades para respirar, una peligrosa baja del azúcar en sangre, convulsiones e incluso la muerte.

Actividad previa

Elaboren una entrevista en la que pregunten a sus compañeros de escuela cosas relacionadas con el consumo de drogas. A continuación les proponemos algunas preguntas que pueden incluir en su entrevista.

• ¿Qué entiendes por droga?

• ¿De cuáles drogas has oído hablar? ¿Qué información tienes de ellas?

• ¿Consideras que el alcohol, el tabaco y el café son drogas? ¿Por qué?

• ¿Qué efectos crees que tiene el consumo de drogas en nuestro organismo?

• ¿Qué drogas crees que son más peligrosas para la salud? ¿Por qué?

• ¿Conoces a alguien que consuma alguna droga? ¿Cuál? ¿Qué consecuencias ha tenido?

• ¿Has consumido alcohol o tabaco? Si la respuesta es afirmativa, ¿cuáles fueron las razones por las que lo probaste?

• ¿Cuánto dinero se gasta un consumidor de alcohol o cigarros?


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1. Planeación Elijan el tema. Es posible que a partir de lo que leyeron en la introducción y de las respuestas obtenidas en la entrevista les hayan surgido más dudas sobre el consumo de drogas. Discutan qué les gustaría saber sobre este tema y plan-teen una pregunta para desarrollar su proyecto, como puede ser:

• ¿Qué efecto tiene el consumo de la droga de su elección en el organismo?

• ¿Por qué es dañino su consumo? ¿Tiene algún efecto positivo?

• ¿Cómo afecta a mi comunidad el con-sumo de drogas?

• ¿Qué es una adicción?

• ¿Qué es la farmacodependencia?

Elaboren una hipótesis. Dependiendo de la pregunta que hayan planteado pueden proponer una hipótesis; por ejemplo, pueden decir qué droga creen que cause mayores daños o decir que consideran que el consumo de tabaco causa o no cáncer.

Propongan una metodología. Planteen las actividades que seguirán para res-ponder la pregunta formulada. En la metodología deben incluir quién es el responsable de cada parte de la investi-gación y cómo analizarán la información recabada.

Como parte de la metodología, pueden llevar a cabo una investigación bibliográfi ca, consultar Internet, hacer una entrevista a médicos y platicar con consumidores de drogas; por ejemplo, podrían visitar un grupo de alcohóli-cos anónimos o contra las adicciones e investigar cuáles son las causas que les impiden dejar de consumir estas sustan-cias (fi gura 2).

2. DesarrolloEn este punto deberán poner en práctica lo planeado: ¿Cómo lo van a hacer? ¿De qué van a hacer uso? ¿Qué desean infor-mar, a quién y cómo? ¿Para qué?

Investigación. Es muy probable que para responder la pregunta que se plantearon inicialmente deban realizar una investi-gación. A continuación te presentamos algunos temas que te pueden servir como guía en esta investigación.

• Componentes químicos presentes en la droga o drogas de estudio.

• Efectos de la droga a corto y a largo plazo en nuestro cuerpo.

• Efectos de esta droga: positivos, ne-gativos o medicinales.

• Mecanismo de acción de la droga.

• ¿Genera adicción? ¿Por qué?

• ¿El uso de esta droga es legal?

Consulten las diversas fuentes de in-formación que tengan a su alcance, por ejemplo, la Biblioteca escolar, la de Aula, la municipal, revistas, Internet, periódicos, videos, etcétera.

Analicen la información recabada tanto en la investigación como en las en-trevistas para conocer los efectos que tiene el consumo de drogas tanto en la salud de quien la consume, como en la sociedad.

Algunas personas (frecuentemente consumidores) afi rman que el uso de drogas ilegales sólo les afecta a ellos. ¿Tú crees que el consumo de drogas afecta sólo a las personas que las usan o tiene efectos también en la sociedad en su conjunto? ¿Ha afectado a tu comuni-dad? ¿Cómo?

Formulen conclusiones. De acuerdo con su investigación y análisis de la in-formación contesten la pregunta que se plantearon al inicio.

3. DifusiónElijan el medio de difusión. Noso tros les proponemos que para este tema hagan una historieta que permita favorecer la cultura y prevención de las adiccio-nes y en la que darán a conocer lo que aprendieron al realizar este proyecto. Presenten sus historietas en la clase y compártanlas con los alumnos de su escuela, su familia y si es posible con la comunidad a la que pertenecen.

Organicen con sus compañeros la información y defi nan en forma clara: ¿Cuál es el mensaje que quieren trans-mitir? ¿Cuál es el mayor peligro al que se exponen las personas con el consu-mo de la droga que eligieron? ¿Cuál es la mejor forma de prevenir la adicción a la droga?, etc. Una vez determinada la pregunta específi ca que se planteará en la historieta, deberán pensar en los personajes de la misma y planear su elaboración con dibujos, recortes de revistas o periódicos, o bien mediante el uso de la computadora.

4. EvaluaciónEvalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo en las diferentes etapas del proyecto y no ol-viden evaluar el medio de información elegido. Identifi quen lo que aprendie-ron y cómo se relaciona con los temas del bloque, el logro alcanzado al dar a conocer su proyecto, cómo mejorarían las actividades desarrolladas durante el proyecto, desde la planeación hasta la elaboración de su producto de difusión (contenidos de la historieta, lenguaje, mensaje transmitido).

Figura 2. Los grupos de apoyo contra las adicciones pueden ser una opción para obtener información, pues también proporcionan folletos y carteles.

Benjamín Ruiz Loyola. ¿Cómo ves? Las drogas. unam-sep, México, 2003.



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Proyecto de integración2

BLOQUE 3

La transformación de los materiales: la reacción química

En el Bloque 1 aprendiste la famosa ley de Conservación de la materia, la cual

se puede enunciar de la siguiente manera:

“La materia no se crea ni se destruye sólo se transforma”.

Pero, ¿qué queremos decir con que la materia se transforma? En este bloque

estudiaremos transformaciones químicas de la materia que implican la forma-

ción de nuevas sustancias. Estas transformaciones son más comunes de lo que

te imaginas, ya que los cambios químicos ocurren en el aire, en la cocina, en

los vehículos, en laboratorios de investigación y ¡hasta dentro de los seres vi-

vos! De hecho, la respiración es una de las transformaciones químicas más

comunes, en la cual no sólo se transforman las sustancias involucradas, sino

que éstas liberan la energía que requieren los seres vivos.

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PROPÓSITOS

1. Identificar en su entorno algunas reacciones químicas sencillas, sus principales características y sus representaciones.

2. Explicar enunciados científicos, como el principio de conservación de la masa, a partir de los conocimientos adquiridos a lo largo del curso.

4.Reconocer que las moléculas presentan arreglos definidos que son los que determinan las propiedades de los materiales y que su transformación no se lleva a cabo en una molécula aislada, sino en una enorme cantidad de ellas que se contabilizan con el mol como unidad de medida.

3.Integrar habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de proyectos enfatizando la interpretación y aplicación del uso de escalas en forma adecuada a diferentes niveles (macroscópico y microscópico).

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B3


164164164

ProyectosAl terminar de estudiar este bloque podrás iniciar el desarrollo de los dos proyectos que te sugerimos a continuación, en ellos podrás seguir aplicando, con mayor auto-nomía y en equipo, lo que has aprendido en este bloque y en los anteriores.

Recuerda que esta introducción es útil para que, durante el bimestre, puedas decidir con tu equipo y tu maestro qué proyecto les interesa desarrollar, y para que preparen juntos el material y se organicen desde ahora.

P1 ¿Qué me conviene comer? Aporte energético de los compuestos químicos de los alimentos. Balance nutrimental ¿¡Otra vez la comida!? Bien dice el dicho: uno es lo que come. Usualmente comemos para satisfacer nuestros antojos sin reflexionar en que el objetivo primordial de comer es proporcionar al cuerpo los nutrimentos necesarios para su buen funcionamiento. En México, la obesidad y la mala nutrición son pro-blemas importantes de salud pública. Al parecer, cada vez comemos más, pero la calidad nutrimental de los alimentos que ingerimos no es la adecuada. Este proyecto te permitirá conocer mejor el balance de los macronutrientes que de-bemos ingerir, así como reflexionar sobre nuestros hábitos alimenticios.

P2 ¿cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos? Características de algunas biomoléculas

Aminoácidos, lípidos, proteínas. ¿Qué son? ¿Dónde se encuentran? ¿Por qué son importantes? ¿Qué son las biomoléculas? El desarrollo de este proyecto te permitirá contestar estas y otras preguntas, además de adentrarte en el estu-dio de los seres vivos (que ya habías hecho en Ciencias I), pero ahora desde el punto de vista de la Química. Conocerás estas importantes biomoléculas, así como la forma en la que interactúan entre ellas para generar estructuras cada vez más complejas que son comunes y esenciales para todos los seres vivos.

T1 teMa 1: La reacción química

T2 teMa 2: La medición de las reacciones químicas

P Proyecto 1: ¿Qué me conviene comer?

Proyecto 2: ¿cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos?

c o n t e n i d o d e L B L o Q U e


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La reacción química

La materia, como ya sabes, está constituida por elementos que se combi-nan para dar lugar a muy diversos compuestos (metálicos, iónicos o cova-lentes), pero la química no sólo estudia la composición de las sustancias; es decir, cómo y de qué están hechas, sino también estudia las transformacio-nes de la materia. Estas transformaciones pueden ser de gran utilidad, como la combustión de la gasolina que permite que los vehículos se muevan; pero también pueden ser transformaciones que deseamos evitar, como la des-composición de los alimentos o el incendio de un bosque. Sólo estudiando las transformaciones podemos entenderlas y modificarlas: una manera de apagar un incendio es con un extintor, pues el dióxido de carbono arrojado por éste desplaza al oxígeno que hace posible la combustión.

Para poder controlar los cambios químicos y producir los materiales que de-seamos es necesario entender cómo se transforma la materia y qué factores intervienen.

En este tema estudiaremos algunas de las transformaciones químicas más comunes. Para ayudarte a entenderlas, te enseñaremos a representarlas me-diante ecuaciones químicas y a emplear los modelos de enlace químico.

t e M a 1

T1

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• identificarás algunos cambios químicos que ocurren en tu entorno.

• identificarás reactivos y productos que participan en un cambio químico y diferenciarás sus propiedades.

En e

ste

subt

ema:

1. el cambio químico

experiencias alrededor de algunas reacciones químicas

Tanto en la Naturaleza como en nuestras casas, en los laboratorios químicos y en el interior de todos los seres vivos, la materia sufre transformaciones que dan

lugar a nuevas sustancias (fi gura 1); y tú, ¿qué cambios químicos conoces? En el Bloque 1 ya estudiaste algunas transfor-maciones químicas, como la reacción entre el ácido clorhídrico (HCl) y el bicarbonato de sodio (NaHCO3); pero seguramente conoces muchas más. Por ejemplo, sabes que al cocinar los alimentos éstos se trans-forman (por mucho que te gusten las hamburguesas o los tacos de carnitas, no los disfrutarías igual si la carne estuviese cruda). Esto se debe a que la cocción de los alimentos implica una serie de cambios químicos que hacen que se modifi quen algunas de sus propiedades, como su olor, sabor, color y textura.

Figura 1. La química estudia las transformaciones de la materia, en este caso dos sustancias incoloras y solubles en agua (nitrato de plomo y yoduro de potasio) reaccionan para formar una sustancia amarilla insoluble en agua (yoduro de plomo).

Observa cambios químicos al cocinar.

1. Te invitamos a que sigas esta receta para preparar unas ricas galletas con chispas de chocolate. Pon atención en los cambios que se llevan a cabo. La siguiente receta es tan solo una sugerencia, puedes emplear otra, la que creas más sabrosa, conveniente o adecuada.

Experimenta

• ¿Cuáles son las transformaciones químicas que ocurren en los ingre-dientes de una receta? ¿Tendrán re-lación con las diferencias entre unas galletas cocidas y su masa cruda? Continúa en la página siguiente.

Yoduro de potasio Nitrato de plomo Yoduro de plomo

+ =


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B3T1

2. Organícense en equipos con ayuda del maestro para conseguir un horno de cocina, y los ingredientes y utensilios siguientes.

• Si no lo pueden hacer en clase, puedes preparar estas galletas en casa ¡Ésta puede ser una de esas contadas ocasiones en que disfrutes hacer la tarea!

Ingredientes

3/4 de taza de azúcar Sacarosa

3/4 de taza de azúcar morena Sacarosa

1 taza de mantequilla Lípidos

1 huevoAlbúmina (proteínas de la clara), grasas y proteínas (yema)

2 1/4 de tazas de harina Gluten y almidón

1/2 cucharada de polvo para hornear

Bicarbonato de sodio (NaHCO3)

1/2 cucharada de sal Cloruro de sodio (NaCl)

2 tazas de chispas de chocolate

3. Experimenten. Lleven a cabo el procedimiento y analicen las explicaciones dadas en cada paso.

a. Precalienten el horno a 180 °C.

Los cambios químicos que se llevan a cabo al cocinar requieren energía y por eso es necesario calentar los alimentos.

b. Mezclen el azúcar, el azúcar morena, la mantequilla y el huevo, y responde:

En este momento, ¿qué está sucediendo? ¿hay cambios químicos?

Si no mezcláramos los ingredientes, ¿obtendríamos el mismo resultado?

Esta mezcla será de utilidad al cocer las galletas, pues las grasas y proteínas de la yema del huevo, junto con la albúmina de la clara, servirán para que al cocer la masa ésta se mantenga integrada.

c. Agreguen a la mezcla la harina, el polvo para hornear y la sal.

Una vez mezclado lo anterior, agrega las chispas de chocolate.

d. Hagan bolas con la masa y, después de engrasar la charola, colóquenlas en ella separadas 5 cm entre sí. Es importante que dejen esta distancia, pues al calentar la masa se forman burbujas de dióxido de carbono (CO2) que hacen que la masa se expanda.

e. Horneen las bolas de masa durante 10 minutos. ¿Qué creen que esté ocurriendo?

f. Saquen la charola del horno, déjenla enfriar port 20 minutos para poder retirar las galletas y ¡saboréenlas!


• ¿Qué cambios observaron en la masa después de haberla calentado?

• ¿Creen que además de los cambios que observaron haya otras propiedades que cambien? ¿Cuáles? ¿Cómo lo corroborarían?

• ¿Qué creen que hubiera pasado con las galletas si hubieran calentado por menos tiempo? ¿Y si las hubieran calentado por más tiempo?

Durante la actividad anterior pudieron observar que la masa cambió muchas de sus propiedades después de hornear las galletas, pues al hacer esto ocurren diversos cambios químicos, entre los que se encuentran los siguientes dos:

• La sacarosa (azúcar) se rompe en dos moléculas más pequeñas (glucosa y fructosa) que se recombinan formando una molécula de cadena muy larga que le da a las galletas su color café característico.

• Al calentar el bicarbonato de sodio (NaHCO3) (polvo para hornear), esta sustancia se “rompe” (es decir, se descompone) generando, entre otros compuestos, dióxido de carbono (CO2) gaseoso que forma burbujas en las galletas y hace que éstas se “esponjen”.

Además de las transformaciones que se llevan a cabo al cocinar, hay muchos otros cambios químicos que ocurren en nuestra vida diaria y que normalmente no apreciamos como:

• La combustión de la gasolina. La energía necesaria para mover los vehículos se genera cuando la gasolina reacciona con el oxígeno del aire, lo cual además de liberar energía produce agua y dióxido de carbono.


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• La oxidación de objetos de hierro. Todos sabemos que si se deja una bicicleta a la intemperie por mucho tiempo “se oxida” (figura 2). El hierro es un material que reacciona con el oxígeno atmosférico formando óxido de hierro, sustancia responsable de que muchos de los objetos hechos de hierro se vean rojizos. De hecho, la palabra que usamos comúnmente como “óxido” se refiere al compuesto óxido de hierro (Fe2O3).

• Al usar pilas y baterías. Estos dispositivos generan energía eléctrica (figura 3) gracias a un tipo de reacciones conocidas como reacciones de óxido-reducción que estudiaremos en el Bloque 4.

• La fotosíntesis y la respiración. La vida es posible gracias a una enorme cantidad de reacciones químicas que ocurren en los seres vivos; de entre ellas la respiración y la fotosíntesis son los ejemplos más conocidos y que ya tuviste la oportunidad de estudiar en Ciencias I. ¿Recuerdas los reactivos y productos de estas reacciones?

• Efervescencia. Uno de los componentes de las pastillas efervescentes es el bicarbonato de sodio que reacciona con otra de las sustancias en la pastilla (usualmente ácido cítrico) generando burbujas, debido a la producción de un gas (dióxido de carbono).

Figura 2. Los cambios químicos pueden ser lentos como ocurre en (a) la oxidación de algunos metales en los que la formación del óxido tarda meses, o rápidos como (b) la oxidación que ocurre al quemar una hoja de papel, que no tarda más que unos segundos.

Figura 3. Para que ocurran algunas reacciones químicas, como las que se llevan a cabo al cocinar un pastel, se requiere energía; pero hay otras que por el contrario, cuando ocurren liberan energía. De hecho, los vehículos (a), al igual que los dispositivos electrónicos portátiles (b), funcionan debido a reacciones químicas que generan (liberan) energía.

1. Una reacción química que es importante en la industria química en México es la que permite obtener tequila a partir del jugo del agave. Te invitamos a que en estas y otras páginas de Internet, así como en la Biblioteca escolar investigues sobre este proceso:

http://www.alambiques.com/tequila.htm

www.tequiladejalisco.com/proceso-de-elaboracion.html

www.articuloz.com/vino-articulos/la-fermentacion-del-vino-la-quimica-entre-dos-964223.html

www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_53.asp

2. Después de consultar éstas u otras páginas, contesta las siguientes preguntas y elabora un organizador gráfico en el que plasmes las principales ideas.

• ¿Qué es y de dónde proviene el tequila?

• ¿En qué consiste el proceso de elaboración del tequila?

• ¿Qué es la fermentación? ¿Cómo se lleva a cabo?

• Una vez que ocurre la fermentación, ¿qué método de separación se utiliza para finalmente obtener el tequila?

• ¿Qué otros productos se obtienen gracias a la fermentación?

Utiliza las TIC

a

a

b

b


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Con los ejemplos anteriores te puedes dar una idea de que las transformaciones químicas son muy variadas. A las trasformaciones de la ma-teria también las conocemos como reacciones químicas.

Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias (a las que llamamos reactivos) se transforman en otras a las que llamamos productos.

La diferencia entre un cambio químico (el que ocurre al llevarse a cabo un reacción) y uno físico es que en un cambio químico hay una ruptura y formación de enlaces que dan lugar a nuevas sustancias, mientras que en un cambio físico las sustancias involucradas son las mis-mas antes y después del cambio, ya que sólo se modifi ca alguna o algunas de sus propiedades físicas como su temperatura, su estado de agre-gación o su forma. Por ejemplo, al hervir agua sólo cambia el estado de agregación de esta sustancia, por lo que esta transformación pue-de clasifi carse como un cambio físico; mientras que hornear galletas corresponde a un cambio químico porque hay ruptura y formación de enlaces, lo que genera nuevas sustancias.

En Ciencias I ya estudiaste una reacción quí-mica indispensable para la vida: la respiración (fi gura 4). Ahora que has aprendido química, ¿podrías identifi car los reactivos y los productos de esta reacción?

Como recordarás, en la respiración la glucosa se transforma al reaccionar con el oxígeno, generando dióxido de carbono y agua. Los reactivos son las sustancias iniciales (glucosa y oxígeno) y los productos son las sustancias que se generan después de la reacción (dióxido de carbono y agua).

Las reacciones químicas se pueden representar de manera simbólica por medio de ecuaciones químicas, en las que se indica cuáles son los reactivos y qué produc-tos se generan.

Una forma de representar el proceso de respiración es con la siguiente ecuación:

Glucosa + Oxígeno Dióxido de carbono + Agua

Como puedes observar, los reactivos y los productos están separados por una fl echa. Los reactivos se encuentran del lado izquierdo separados por un “+” que indica “y”, y la fl echa signifi ca “reaccionan para generar”. Del lado derecho de la fl echa encontramos los productos que también se separan por un “+”, y que también se interpreta como “y”. Por lo que la ecuación anterior se leería:

“La glucosa y el oxígeno reaccionan para generar dióxido de carbono y agua.”

Aunque la ecuación anterior describe la transformación, no está escrita en la forma que empleamos comúnmente en química para representar las reacciones; más adelante retomaremos este tema.

Figura 4. La fotosíntesis es la reacción inversa a la respiración, es decir, los reactivos son dióxido de carbono y agua y los productos son oxígeno y carbohidratos; para que se lleve a cabo la fotosíntesis se requiere energía (suministrada por la energía solar), mientras que la respiración libera la energía contenida en los alimentos.

C6H12O6

Glucosa

Sales minerales

CO2 Dióxido

de carbono

CO2

Dióxido de carbono

O2

OxígenoO2

Oxígeno

H2 OAgua


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1. Observa con cuidado un cerillo y anota en tu cuaderno todas las propiedades que lo describen.

2. Enciende el cerillo y anota tus observaciones.

3. Compara las propiedades de lo que queda del cerillo con las que anotaste originalmente en tu cuaderno.

4. Consigue el siguiente material:

• Pastilla efervescente

• Vaso con agua

5. Lleva a cabo la siguiente experiencia:

• Coloca la pastilla efervescente en el vaso con agua y anota tus observaciones.

• Responde: ¿en las dos experiencias que observaste, y que ocurren de manera cotidiana, se llevaron a cabo reacciones químicas? Explica por qué.

•Describe las propiedades físicas de los reactivos y de los productos en cada caso. (Recuerda que

puede haber gases involucrados.)

6. Para que relaciones los resultados con su representación simbólica, haz lo siguiente después de leer la explicación: la combustión del cerillo involucra varias sustancias; en la cabeza del cerillo hay clorato de potasio, mientras que el palo del cerillo es de celulosa. Considerando

únicamente a la celulosa como reactivo, investiga la reacción que se lleva a cabo

y escribe la ecuación usando sólo los nombres (no las fórmulas) de las sustancias

y los signos.

Ya sabes qué reacción química se lleva a cabo en el agua con la pastilla efervescente; escribe la ecuación usando los nombres de cada sustancia.

7. Guiados por su maestro, compartan su investigación con el resto del grupo y lleguen a una conclusión.


El estudio de las trasformaciones químicas ha permitido que, con la ayuda de las nuevas tecnologías, sea posible obtener una gran variedad de materiales que usamos de manera cotidiana como plásticos, medicamentos, fertilizantes, entre otros (fi gura 5).

Por medio de reacciones químicas se pueden preparar (sintetizar) compuestos que también encontramos en la Naturaleza, como el ácido salicílico, descubierto originalmente en la corteza de los sauces. Hoy en día la industria farmacéutica produce grandes cantidades de esta sustancia porque, es la materia prima para la fabricación (o síntesis) del ácido acetilsalicílico (mejor conocido como aspirina). El

ácido salicílico, también se emplea en productos para el cuidado de la piel.

Por medio de reacciones químicas también po-demos obtener materiales que no encontramos en la Naturaleza, como el pet (siglas en inglés del tereftalato de polietileno), material del que está hecha la mayoría de las botellas de plástico.

Actualmente muchos químicos en el mundo trabajan en la búsqueda de nuevos materiales y para lograrlo preparan miles de nuevas sustancias al año, de las cuales sólo unas pocas tendrán una aplicación práctica, ya que no resulta fácil que todas las sustancias preparadas cumplan con las características deseadas. Esto no quiere decir que

Experimenta

Identifica los reactivos y los productos durante una reacción química.

Figura 5. Casi todas las cosas que usamos a diario están hechas de materiales sintetizados o modificados por el hombre, como el teflón que evita que los alimentos se peguen en la sartén; los celulares, que funcionan gracias a materiales conocidos como semiconductores y las botellas, que están hechas de un plástico conocido como PET.


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B3T1

Investiga acerca de algunos “nuevos materiales”.

1. Su maestro les asignará la investigación de uno de los siguientes materiales sintetizados por el ser humano para que conozcan su historia, propiedades y usos en la biblioteca o en Internet. Elaboren un informe de media a una cuartilla de extensión.

• Polietileno

• Teflón

• Fibra de carbono

• Ibuprofeno

• Etinilestradiol

• Nitroglicerina

• Aspartame

• Arseniuro de galio

• Diboruro de magnesio

2. Ya que investigaron acerca del material que les asignaron, hagan equipo con otras personas del grupo que hayan investigado sobre el mismo material y preparen una presentación (puede ser en papel o electrónica) para comunicar sus hallazgos al resto del grupo. Una vez que hayan presentado exposiciones sobre los diferentes materiales discutan sobre la repercusión que tienen estos materiales en nuestra vida diaria. ¿Satisfacen alguna necesidad? ¿Tienen algún impacto negativo?

Después de la exposición corrijan la presentación. Si la hicieron como archivo electrónico, envíenla por correo electrónico al resto de sus compañeros de grupo para que todos cuenten con la información presentada.

Investiga

la síntesis de sustancias que no llegan a tener aplicaciones comercia-les sea un trabajo en vano; al contrario, a través del estudio de estas sustancias, podemos aprender cuáles son las variables que nos per-miten obtener las propiedades que buscamos, e incluso modifi carlas con fi nes de ampliar el conocimiento que de ellas tenemos a pesar de que estas sustancias no tengan una aplicación inmediata.

1. Si quieres conocer más acerca de la reacción química, consulta algunas de las siguientes páginas:

http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Reacciones_quimicas.htm

enciclopedia.us.es/index.php/Reacción_química

Utiliza las TIC

1. Contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas.

• Explica con tus palabras qué es una reacción química.

• ¿Qué ocurre con los enlaces durante una reacción química?

2. Clasifica las siguientes transformaciones en cambios físicos o químicos marcando con una F o una Q respectivamente. Justifica tu respuesta con base en la pregunta: ¿se está formando una nueva sustancia?

• Oxidación de una manzana

• Calentar un vaso de leche

• Cocer un huevo

• Hacer una ensalada

• Derretir hielos

• Unir con pegamento dos hojas de papel

3. Identifica los reactivos y productos de la combustión de una hoja de papel y diferencia sus propiedades.

4. Identifica cinco reacciones químicas que la gente lleve a cabo en su vida cotidiana sin que normalmente reflexionen en ello.

Evalúo mi avance

Alfonso Romo de Vivar. Química, Universo, Tierra y vida. Fondo de Cultura Económica, Col. La ciencia para todos, México, 2006.

Rodrigo Chamizo Alberro y José Antonio Chamizo Guerrero. La casa química. SEP/ADN Editores, Col. Espejo de Urania, México, 2001.

Magdalena Rius de Riepen y Mauricio Castro-Acuña. La química hacia la conquista del Sol. Fondo de Cultura Económica, México, 2007.



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2. el lenguaje de la química

ecuación química. representación del principio de conservación de la masa

Hemos mencionado que en una reacción química la materia se transforma. Estas transformaciones a veces pueden parecer mágicas −algo así como convertir un pañuelo en un ramo de flores–; sin embargo, no todas las transformaciones de la materia son posibles. Por mucho que quisiéramos no podríamos convertir plomo en oro (como por muchos años lo intentaron los alquimistas) ya que las reacciones químicas obedecen ciertos principios que podemos explicar y predecir. Hoy sabe-mos que las transformaciones químicas dependen de la estructura y composición de las sustancias involucradas (figura 6).

Una de las reglas más importantes que siguen las reacciones químicas es la del principio de conservación de la masa que, como recordarás, establece que durante un cambio químico la masa total de reactivos y productos es la misma.

Este principio es importante en química porque permite establecer las proporciones en las que se relacionan reactivos y productos, de manera que se puede conocer la cantidad de reac-tivos necesaria para obtener cierta cantidad de productos.

• construirás modelos de compuestos con base en la representación de Lewis.

• Modelarás en forma tridimensional algunos compuestos para identificar los enlaces químicos y con ellos explicarás cómo se forman los nuevos en algunas reacciones sencillas.

• relacionarás el modelo tridimensional de compuestos con su fórmula química y su valencia.

• representarás el cambio químico mediante una ecuación e identificarás la información que contiene.

• Verificarás la correcta expresión de la ecuación química utilizando el principio de conservación de la masa y la valencia.

• Predecirás la formación de moléculas utilizando el modelo de valencia.

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Figura 6. Las reacciones químicas pueden parecer magia pero se explican conociendo cómo están constituidos los materiales. En estas fotos puedes ver la reacción de hierro a la flama (a) y la reacción entre algodón, glicerina y permanganato de potasio (b).

a b


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B3T1

1. Reúnanse en equipos y consigan el siguiente material:

• 2 vasos de precipitados de 100 mL (2 vasos pequeños)

• Agitador de vidrio

• Parrilla o mechero de bunsen

• Balanza de la mayor precisión posible

• Papel filtro

• Embudo

• Pipeta graduada de 10 mL(jeringa graduada)

• Matraz Erlenmeyer de 100 mL o vaso de precipitados de 100 mL (o un recipiente de aproximada-mente este volumen)

• 2 g de nitrato de calcio (Ca(NO3)2)

• 1.5 g de carbonato de sodio (Na2CO3)

• 60 mL de agua de la mayor pureza posible

2. Planteen su hipótesis con base en lo siguiente:

Si hacemos reaccionar 1.6 g de nitrato de calcio con 1.06 g de carbonato de sodio, lo cual podemos repre-sentar con la siguiente ecuación:

Ca(NO3)2(ac) + Na2CO3(ac) CaCO3(s) + NaNO3 (ac)

• ¿Se conserva la masa?

• ¿Cuántos gramos de producto vamos a obtener?

3. Experimenten:

a. Midan y registren la masa de uno de los vasos de precipitados. En ese vaso agreguen 1.6 g de nitrato de calcio y enseguida 20 mL de agua. Agiten hasta que todo el sólido se disuelva. Midan la masa del vaso con la disolución resultante y calculen cuál es la masa de la disolución.

b. Midan y registren la masa del otro vaso de precipitados y luego agreguen 1.06 g de carbonato de sodio (si la balanza de su laboratorio no tiene la precisión requerida, redondeen la cantidad a 1.1 g), seguidos de 20 mL de agua. Agiten hasta que todo el sólido se disuelva. Midan la masa del vaso con la disolución resultante y calculen cuál es la masa de la disolución.

c. Anoten las propiedades que observen de cada una de las disoluciones.

d. Con una pipeta agreguen la disolución de nitrato de calcio al vaso que contiene la disolución de carbonato de sodio. Describan lo que observan.

e. Midan la masa de la mezcla que contiene ambas disoluciones.

¿Se conserva la masa?

f. Midan la masa del papel filtro, dó-blenlo en forma de cono y colóquen-lo en el embudo.

g. Midan la masa del matraz Erlenme-yer. Introduzcan el embudo dentro del matraz. Agiten y filtren la mezcla que han obtenido, de manera que todo el sólido quede en el papel filtro y la solución en el matraz. La mejor manera de separar un sólido de un líquido es filtrándolo; para ello se puede usar un sistema como el que se ve en esta imagen.

h. Sequen el precipitado (carbonato de calcio) en el filtro ya sea calentándolo cuidadosamente en un horno o una parrilla o dejándolo secar por todo un día.

i. Pesen el papel filtro con el precipitado. Calculen la masa de este producto restando el peso inicial del papel filtro.


• Describan las propiedades de reactivos y productos.

• ¿Cuál es la masa del carbonato de calcio que se formó?

• Conociendo la masa del carbonato de calcio, ¿cuál esperan que sea la masa del nitrato de sodio que se formó en la disolución? ¿En qué se basaron para ha-cer esta predicción?

• ¿Cómo podrían conocer la masa de este producto?

• Si quisieran obtener el doble de carbonato de calcio del que obtuvieron en este experimento, ¿qué masa usarían de cada reactivo?

• Si su maestro lo considera conveniente, realicen el experimento para obtener el doble de producto.

• ¿Por qué no deben pesar el carbonato de calcio húmedo? ¿Por qué necesitan restar el peso del papel? ¿Estas situaciones podrían afectar sus mediciones?

5. Concluyan con base en los resultados y el análisis.

¿Están relacionadas la masa de reactivos y la masa de productos? ¿Para qué nos puede servir conocer esta relación?

Experimenta

Aplica el principio de conservación de la masa y representa tus observaciones usando el lenguaje químico.

Nitrato de calcio

+ +Carbonatode sodio

Nitratode sodio

Carbonato de calcio


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En el Bloque 2 aprendiste que la materia está constituida por átomos de distintos elementos que se combinan para dar lugar a diferentes sustancias; sabiendo esto, es más fácil entender por qué se cumple el principio de conservación de la masa: en una reacción química las sustancias se transforman en otras por medio de la ruptura y formación de enlaces que permiten que los átomos de los reactivos se “reacomoden” para generar productos, pero durante las reacciones químicas no se generan nuevos átomos ni se destruyen los ya existentes, por lo que el número de átomos antes y después de una reacción química es el mismo; por lo tanto, la masa en una transfor-mación química no varía.

Podemos representar este reacomodo de átomos en las reacciones químicas de manera simbólica por medio de ecuaciones químicas en las que se utilizan las fórmulas químicas de los reactivos y productos en lugar de los nombres; como mencionamos en el Bloque 1, esto permite una comunicación eficiente entre quí-micos de cualquier parte del mundo.

Por ejemplo, la ecuación química para la combustión del metano (gas natural) es la siguiente (figura 7):

Metano + Oxígeno Dióxido de carbono + Agua

Que también podemos escribir empleando fórmulas químicas como:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)

Fíjate en la ecuación; observa que además de tener las fórmulas químicas de las sustancias involucradas tiene unas letras entre paréntesis como subíndices que indican el estado de agregación de cada una de las sustancias. En el ejemplo ante-rior, todas las sustancias se encuentran en estado gaseoso y, por lo tanto, se coloca una letra “g”; si se encontraran en estado líquido les correspondería una “l” y en

estado sólido, una “s”. Además, como muchas de las reacciones se llevan a cabo en disoluciones acuosas, también se acostumbra poner las letras “ac” cuando un reactivo o producto se encuentra disuelto en agua.

¿Recuerdas lo que sucede al agregar una pasti-lla efervescente al agua? Es importante mencionar que en esa transformación ambos reactivos (el bicarbonato de sodio y el ácido cítrico) se en-cuentran en la pastilla, pero es sólo hasta que los disolvemos en agua que reaccionan. Por esto es importante incluir en las ecuaciones químicas la información que indique en qué estado de agre-gación se encuentran los reactivos o si éstos se encuentran en la disolución.

Figura 7. La reacción de combustión del metano desprende energía que en los hogares que usan gas natural se emplea para calentar agua y cocinar los alimentos.


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Si te fi jas en los modelos que realizaste en la actividad anterior, te puedes dar cuen-ta de que en cada molécula de metano hay 4 átomos de hidrógeno unidos al átomo de carbono. Por otra parte, en los productos ¡hay sólo dos átomos de hidrógeno! (los de la molécula del agua), esto no quiere decir que no se cumpla el principio de conservación de la masa; más bien nos indica que la ecuación está incompleta; así como está escrita sólo proporciona información cualitativa: el metano reacciona con oxígeno produciendo dióxido de carbono y agua.

Para representar de manera correcta el principio de conservación de la masa, y con ello poder obtener además información cuantitativa de la reacción, debe-mos tener el mismo número de átomos de cada elemento tanto en reactivos como en productos. Si en los reactivos hay cuatro átomos de hidrógeno, debe haber también cuatro átomos de hidrógeno en los productos; así que, como el hidróge-no sólo aparece en los productos combinado con el oxígeno, por cada molécula de metano que reaccione con oxígeno atmosférico (O2(g)) se deben formar dos moléculas de agua. Esta información la podemos introducir en la ecuación de la reacción química agregando coefi cientes antes de la fórmula que representa la sustancia. Añadiendo esta información en uno de los productos de la ecuación química anterior obtenemos:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

Si lo deseas, puedes agregar al modelo de la reacción de metano que hiciste anteriormente una molécula de agua; al contar los átomos de cada elemento, tanto en los reactivos como en los productos, notarás que aún no se cumple el principio de conservación de la masa: hay más átomos de oxígeno en los productos. Para ser congruentes con este principio, deben reaccionar dos moléculas de oxígeno por cada molécula de metano. ¿Puedes comprobarlo con los modelos que hiciste en la actividad anterior?

Representa una reacción química.

1. En equipos consigan el siguiente material para construir un modelo de la reacción de combustión del metano:

• 3 barras de plastilina de diferentes colores

• Palillos

2. Construyan modelos:

a. Para eso deben hacer bolitas de plastilina de distintos colores para representar a cada uno de los átomos, como se indica a continuación:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)

• 8 bolitas pequeñas que representen a los átomos de hidrógeno.

• 8 bolitas medianas que representen a los átomos de oxígeno.

• 2 bolitas medianas que representen a los átomos de carbono.

3. Apoyados en los dibujos de la página 174 en los que se representan las moléculas involucradas en la combustión de metano, construyan un modelo que represente dicho cambio químico.

4. Ahora pongan de un lado los productos y del otro los reactivos.

5. Observen los átomos que hay en reactivos y productos y contesten las siguientes preguntas:

• ¿Cuántos átomos de cada elemento hay en los reactivos?

• ¿Cuántos átomos de cada elemento hay en los productos?

• ¿Consideran que se cumple el principio de conservación de la masa? ¿Qué se necesita para que se cumpla?

Elabora


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La ecuación química correcta de la combustión de metano es:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

El procedimiento que acabamos de llevar a cabo se conoce como balanceo, que consiste en encontrar los coeficientes de cada una las fórmulas químicas tal que satisfagan el principio de conservación de la masa.

Una ecuación química cumple el principio de conservación de la masa si el número total de átomos de cada elemento es el mismo en los reactivos que en los productos.

Cuando una ecuación química está balanceada, además de la información cua-litativa también nos proporciona información cuantitativa; por ejemplo, en el caso anterior podemos decir que una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno produciendo una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua.

Representa el principio de conservación de la masa.

1. Encuentra la ecuación química balanceada que representa a cada transformación. Para ello puedes utilizar modelos como los que hiciste en la actividad “Representa una reacción química” (p. 175) o hacer dibujos en tu cuaderno:

a. Formación de pigmento amarillo (PbCrO4):

Pb(NO3)2(ac) + K2CrO4(ac) PbCrO4(s) + 2KNO3(ac)

b. Reacción en una batería de un automóvil:

PbO2(s) + Pb(s) + H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O(l)

c. Respiración celular:

C6H12O6(s) + 6O2(ac) 6CO2(g) + 6H2O(l)

2. Balancea las siguientes ecuaciones (puedes volver a usar plastilina para hacer tus modelos):

a. Reacción entre un ácido y un metal:

HCl(ac) + Zn(s) ZnCl2(ac) + H2(g)

b. Formación de amoniaco:

N2(g) + H2(g) NH3(g)

c. Polvo para hornear (bicarbonato de sodio) al calentarse.

NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)

3. Compara tus respuestas con las de otro compañero y luego comprueben en grupo, con el apoyo de su maestro, si llegaron a los mismos resultados. Toma notas en tu cuaderno.

Elabora


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B3T1

el enlace químico y la valencia

Si analizas con detenimiento la reacción de combus-tión del metano te pueden surgir varias preguntas como: ¿por qué reacciona el metano con el oxíge-no? ¿Por qué los compuestos que se forman son H2O y CO2? ¿Podrían formarse otros compuestos con hidrógeno y oxigeno? ¿Por qué no se forma, por ejemplo, HO2?

Estas preguntas se pueden responder gracias a los trabajos de varios químicos que durante el siglo xix estudiaron la proporción en que se com-binan los elementos.

Uno de estos químicos fue Stanislao Cannizzaro, cuyos trabajos permitieron determinar las masas relativas de los elementos y con ello la proporción en que sus átomos se combinan, lo que nos permite escribir las fórmulas químicas.

A partir del estudio de ciertos compuestos y sus fórmulas químicas, un químico inglés llamado Edward Frankland observó que cada elemento se combinaba con el mismo núme-ro de otros átomos de otro elemento. Si usamos al nitrógeno como ejemplo, éste al combinarse con hidrógeno o yodo lo hace en las mismas proporciones (NH3 o NI3). Observaciones como ésta lo llevaron a proponer que los elementos tienen un “poder de combinación” determinado; es decir, que cada elemento se combina sólo con un determinado número de átomos de otro elemento. La idea del “poder de combinación” evolucionó al concepto actual de valencia, que es el número de enlaces que pueden formar los átomos de un elemento (fi gura 8).

Por ejemplo, un átomo de hidrógeno sólo puede formar un enlace a la vez por lo que su valencia es 1, mientras que un átomo de oxígeno al enlazarse con otro forma dos enlaces; por ejemplo, en el agua (H2O) forma un enlace con cada átomo de hidrógeno por lo que su valencia es 2.

Los modelos y las moléculas

Cuando se propuso originalmente el concepto de valencia no se conocía la estructura del átomo, por lo que no podía explicarse por qué los elementos presentaban esas valencias y no otras.

Hoy usamos modelos que representan átomos y moléculas para explicar la valencia de los elementos químicos.

En el Bloque 2 estudiaste el modelo de Lewis, por lo que recordarás que se trata de una representación gráfi ca de los electrones de valencia en los átomos y las moléculas.

Por ejemplo, si queremos emplear las estructuras de Lewis para repre-sentar a las sustancias involucradas en la combustión del metano, podemos empezar por colocar alrededor del símbolo de cada elemento puntos o cruces que representan los electrones de la última capa o capa de valencia. Para saber cuántos electrones de valencia tiene cada elemento necesitas identifi car en qué familia de la tabla periódica se encuentra (fi gura 9).

Figura 8. El carbono puede formar muy diversos compuestos, pero siempre forma cuatro enlaces; es decir, su valencia es 4.

Figura 9. El hidrógeno, que se encuentra en el Grupo 1 de la tabla periódica, tiene un electrón en su capa más externa; el carbono, en la familia 14, tiene 4 electrones; y el oxígeno, en la familia 16, tiene 6 electrones.

Metano Tetracloruro de carbono

Dimetil éter


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Las estructuras de Lewis también se usan para representar moléculas con enlaces covalentes dobles y no sólo sencillos (figura 10), por eso es que también las podemos usar para representar las sustancias que participan en la combustión del metano.

Las estructuras de Lewis nos pueden ayudar a explicar por qué los ele-mentos tienen una valencia determinada. Por ejemplo, en la estructura del hidrógeno podemos observar que cada átomo sólo tiene un electrón en la última capa; esto explica por qué sólo puede formar un enlace (su valencia es 1), mientras que el carbono tiene cuatro electrones, por lo que puede formar 4 enlaces (su valencia es 4).

La valencia es una propiedad que está relacionada con los electrones de la última capa, pero no es lo mismo valencia que electrones de valencia.

Un átomo usa sus electrones de valencia para formar enlaces, pero no necesariamente los usa todos; por ejemplo, cuando vas a comprar algo a la tienda y tienes diez pesos, ¿necesariamente los gastas todos? ¿Podrías gastar menos de diez pesos? ¿Podrías gastar más de diez pesos?

Como ya se mencionó, el oxígeno tiene seis electrones en su última capa; sin embargo, al combinarse con hidrógeno forma únicamente dos enlaces.

Al formar estos enlaces el oxígeno se rodea de un total de ocho electro-nes en la capa de valencia: 6 electrones propios + 2 electrones que comparte con el hidrógeno = 8 electrones.

Hoy conocemos que la mayoría de los elementos tienden a alcanzar 8 electrones en la capa de valencia, por lo que el número total de enlaces que un átomo forma está relacionado con lo que se conoce como la regla del octeto, que estudiaremos un poco más adelante.

Puesto que la valencia del oxígeno es 2 (forma únicamente 2 enlaces) y la valen-cia del hidrógeno es 1, al combinarse estos elementos para formar agua, lo hacen en proporción 2:1 (H2O).

Como sabes, los elementos de una misma familia periódica tienen el mismo número de electrones de valencia que están relacionados con la valencia de los átomos, es por esto que los elementos en una familia periódica tienen comporta-mientos químicos semejantes (presentan valencias similares).

Por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno forman la molécula de agua, cuya fórmu-la es H2O; como el azufre se encuentra en la misma familia del oxígeno, también tiene valencia 2 y al combinarse con el hidrógeno forma un compuesto de fórmula H2S llamado ácido sulfhídrico (figura 11).

Figura 10. (a) En los enlaces covalentes sencillos cada átomo aporta un electrón para formar el par electrónico enlazante (metano y agua). (b) También existen moléculas con enlaces dobles (oxígeno y dióxido de carbono), en las que cada átomo aporta dos electrones, para formar dos pares electrónicos enlazantes.

Figura 11. (a) El carbono y el hidrógeno pueden formar cadenas de moléculas que dan lugar a una gran variedad de compuestos, en los que el carbono siempre forma 4 enlaces. (b) Observa el caso del silicio, que es de la misma familia. Las cadenas que forma el carbono son la base sobre la cual se construyen todas las biomoléculas (moléculas que constituyen a los sistemas vivos), mientras que las cadenas que forma el silicio con el oxígeno son la base sobre la cual se construyen muchos de los minerales.

a b

a

b


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En la actividad anterior te pudiste dar cuenta de que a pesar de que los elementos de la misma familia suelen tener la misma valencia, a partir del tercer periodo de la tabla periódica hay elementos que pueden presentar más de una valencia, como el caso del azufre (S) que pertenece a la familia VI A o 16; o sea que tiene 6 electrones de valencia, lo cual signifi ca que puede usar hasta 6 electrones para interactuar con otros elementos.

Este elemento puede formar los siguien-tes compuestos con los halógenos: SCl2, SF4 y SF6. En cada uno de ellos el azufre forma un número distinto de enlaces; ¿puedes decir qué valencia tiene el azufre en cada compuesto?

De igual manera, los elementos del blo-que B pueden tener más de una valencia; en general, la valencia máxima coincide con el número romano del grupo. Así, por ejemplo, el manganeso (grupo 7 o VII B) tiene 7 electrones de valencia (aunque no necesariamente siempre los usa todos). En el grupo VIII B (grupos 8, 9 y 10), a pesar de que los átomos de estos elemen-tos poseen un gran número de electrones externos, raramente comparten más de tres electrones cuando se combinan con átomos de otros elementos.

1. Predice el compuesto que forman los siguientes elementos con base en su valencia y dibuja en tu cuaderno la estructura de Lewis de los elementos y de los compuestos que forman.

a. N + H

b. I + Al c. Pb + O d. C + Cl

2. Comparte tus resultados con un compañero y preséntenlos ante el grupo. Luego, expliquen cómo fue que llegaron a su respuesta. ¿Todos usaron el mismo método? ¿Cómo les ayudan las estructuras de Lewis para conocer el producto formado?

Elabora

b

1. Dibuja estructuras de Lewis de los siguientes elementos y con base en ellas di cuántos electrones de valencia tiene cada elemento: P, Cl, H, S, O y Al.

2. Dibuja las estructuras de Lewis de los compuestos siguientes: H2S, AlCl3, SO2, PH3 y PCl5.

3. Con base en tus modelos anteriores contesta, ¿cuántos enlaces forma cada elemento? ¿Cuál es la valencia de cada elemento?

4. ¿Coinciden siempre el número de electrones de valencia de un elemento con su valencia al formar un compuesto? En grupo discutan cuál es la diferencia entre electrones de valencia y valencia.

Elabora

Usa los modelos para calcular los electrones de valencia y la valencia.

Predice la formación de moléculas utilizando el modelo de valencia.


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Modelo tridimensional de las moléculasComo puedes ver, las estructuras de Lewis son modelos en dos dimensiones que nos pueden ayudar a entender cómo están constituidas las sustancias; pero como recordarás, también podemos usar modelos en tres dimensiones, como el que construyeron en el Bloque 2, para estudiar los puentes de hidrógeno o el que usaste para estudiar la combustión del metano. Estos modelos tridimensionales son útiles si queremos conocer el arreglo de los átomos en el espacio, lo cual nos puede ayu-dar a entender las propiedades de las sustancias, ya que las propiedades químicas y físicas no dependen sólo de la composición de las sustancias, sino también de su estructura tridimensional, por lo que es importante conocerlas.

En moléculas diatómicas (las que están formadas únicamente por dos átomos) nada más existe una forma de acomodar los átomos: uno junto al otro, pero en moléculas que contienen más de dos átomos, podríamos pensar en distintas formas de acomodarlos. En general los átomos se acomodan para estar lo más distanciados posible, tanto de otros átomos como de los pares de electrones libres de otros átomos, así que la

geometría de las moléculas de tres o más átomos de-pende del número de átomos y pares de electrones alrededor del átomo central (figura 12).

La estructura tridimensional de una molécula de-termina muchas de las propiedades físicas y químicas de las sustancias; por ejemplo, si el agua fuera una molécula lineal en lugar de angular, sus propiedades serían muy distintas. Si fuese lineal no disolvería fá-cilmente los compuestos iónicos (como el cloruro de sodio) ni muchos de los nutrientes que requiere nues-tro organismo, por lo que los seres vivos, de existir, serían muy distintos a los que hoy conocemos, inclu-yendo el ser humano (¡y todo esto pasaría sólo si la molécula de agua fuese lineal!).

Realiza en tu cuaderno las siguientes actividades.

1. Escribe con tus propias palabras la importancia de la ley de Conservación de la materia en el estudio de las reacciones químicas.

2. Considera la siguiente reacción química:

Tricloruro de aluminio (AlCl3) reacciona con agua (H2O)

generando ácido clorhídrico (HxClx) e hidróxido de aluminio (Al(OH)x)

• Asigna la valencia a cada uno de los elementos involucrados en la reacción.

• Usando el concepto de valencia, predice la formula de cada uno de los productos.

• Escribe la ecuación química balanceada.

• Dibuja las estructuras de Lewis de reactivos y productos.

3. Escribe con tus palabras qué es la valencia y explica la diferencia entre valencia y electrones de valencia.

4. ¿Cómo explicas las diferencias entre las diferentes formas alotrópicas de carbono?

5. Usa el principio de la conservación de la materia y reflexiona acerca de la costumbre de quemar la basura y los desperdicios a fin de deshacerse de ellos. ¿Consideras que los materiales contaminantes “desaparecen” quemándolos? Argumenta tu respuesta.

6. Durante la temporada invernal desafortunadamente algunas personas mueren debido a que, con el fin de calentarse, encienden estufas dentro de su casa. Al quemar el combustible en un lugar cerrado se lleva a cabo lo que se conoce como combustión incompleta en la que se forman cantidades importantes de monóxido de carbono (CO) que es sumamente tóxico, en lugar de dióxido de carbono (CO2) que no lo es tanto. ¿A qué crees que se deba esto? ¿Cómo se podría evitar que se forme CO? Para contestar estas preguntas te puedes apoyar en la ecuación química balanceada para ambas reacciones.

Evalúo mi avance

Figura 12. El agua (a) y el dióxido de carbono (b) son moléculas formadas por tres átomos, pero su geometría es distinta ya que los pares de electrones libres en el átomo central (los que no participan en la formación de enlaces) también influyen en la geometría de las moléculas.

Molécula de agua Dióxido de carbono

a b


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3. tras la pista de la estructura de los materiales

• identificarás las diferencias entre el modelo de enlace químico por transferencia de electrones del modelo del par electrónico y del octeto.

• inferirás la estructura de diferentes compuestos, aplicando el modelo del octeto y del par electrónico.

• explicarás los enlaces sencillos, dobles y triples que se encuentran en algunos compuestos aplicando el modelo del octeto y del par electrónico.

• apreciarás que el conocimiento científico es inacabado y está determinado por la sociedad en la cual se desarrolla.En

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a:

La tercera revolución de la química: aportaciones del trabajo de Lewis y Pauling

Entender cómo y por qué se combinan los elementos para dar lugar a los diferentes compuestos es de primordial importancia para el desarrollo de la química, ya que permite entender y predecir cómo reaccionan las sustancias y con ello poder diseñar métodos para obtener nuevos compuestos.

Hasta fi nales del siglo xix los químicos habían adquirido una enorme experien-cia en la preparación de sustancias; sin embargo, los principios que explicaban por qué las sustancias reaccionaban de esa manera eran aún desconocidos (es como saber preparar un perfecto pastel sin saber qué función tiene cada uno de los ingredientes).

Este conocimiento se logró gracias a los modelos atómicos y moleculares propuestos a principios del siglo xx y que fueron exitosamente empleados para explicar las propiedades de los materiales.

Como se mencionó en el Bloque 2, a fi nales del siglo xix y principios del xx se realizaron importantes investigacio-nes que permitieron conocer la estructura del átomo. Esto permitió que otros químicos, basados en este conocimien-to, pudieran desarrollar modelos que permitieran explicar cómo se unen los átomos. Uno de estos químicos fue Gil-bert N. Lewis (fi gura 13) quien en 1916 propuso su modelo de enlace covalente que plantea que los átomos se enlazan cuando comparten sus electrones de valencia.

El compartir electrones tiene implicaciones importantes al calcular el número de electrones que rodean un átomo.

Por ejemplo, un átomo de hidrógeno posee sólo un electrón, el cual se mueve alrededor del núcleo del átomo. Cuando dos átomos de hidrógeno (llamaremos a uno Ha y al otro Hb) se unen (compartiendo electrones), forman un enlace covalente Ha–Hb. Entonces, el electrón, que antes era sólo de Ha, también se mueve alrededor de Hb. Lo mismo sucede con el electrón que antes sólo se movía alrededor de Hb: ahora también lo hace alrededor de Ha. Cuando nos preguntamos: ¿con cuántos electrones interacciona cada uno de los átomos de hidrógeno? la respuesta es: con dos.

Figura 13. Gilbert N. Lewis (1875-1946) fue un fisicoquímico estadounidense que hizo grandes aportaciones a la química, entre las que se encuentran el modelo de enlace covalente y la regla del octeto (que veremos más adelante).


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Esto sucede cada vez que se forma un enlace covalente: cada par de electrones que se comparte incrementa un electrón a la cuenta total de electrones alrededor de un átomo. Al escribir H—H los dos electrones representados en el enlace (—) contribuyen a la cuenta electrónica de los átomos que participan en ese enlace (fi gura 14).

Figura 14. En la cuenta de los electrones que le corresponden a cada átomo de hidrógeno consideramos el par del enlace que está formando, por lo que decimos que cada átomo de hidrógeno tiene 2 electrones. Mientras que para el nitrógeno contamos los electrones de los 3 enlaces que forma y los 2 electrones que tiene libres, lo cual da un total de 8.

Calcula el número de electrones en algunas moléculas.

1. Observa las figuras y calcula la cantidad de electrones alrededor de cada uno de los átomos de las moléculas. Anota el número junto al elemento en la siguiente tabla (observa el ejemplo resuelto).

H2O CH3OH HCl SCl2 CH3CO2H PCl3

O= 8 C= Cl= S= C= P=H= 2 H= H= Cl= H= Cl=H= 2 H= Cl= H= Cl=

H= H=O= C=H= O=

O=H=

2. Compara tus resultados con los de un compañero y discútanlos.

3. Respondan las siguientes preguntas con ayuda de su maestro:

• ¿Hay algún dato que les llame la atención? ¿Cuál y por qué?

Calcula

Como pudiste observar en la actividad anterior, al combinarse, la mayoría de los átomos tiende a tener ocho electrones en la capa de valencia, al igual que la mayoría de los gases nobles. Incluso el hidrógeno adquiere los mismos electrones que un gas noble, sólo que el gas noble con el que debemos compararlo es el helio, que sólo tiene dos electrones.

A lo anterior también se le conoce como regla del octeto, que resulta de gran uti-lidad para predecir en qué proporciones se combinan los átomos de los diferentes


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elementos, ya que la gran mayoría sigue esta regla. Sin embargo, a partir del tercer periodo hay algunos elementos, como el fósforo (P), que no siempre la cumplen y pueden “expandir su octeto”, es decir, tener más de ocho electrones en la última capa.

El modelo atómico de Bohr explica la expansión del octeto fácilmente, pues predice que sólo los átomos más pesados (a partir del tercer periodo) pueden tener más de ocho electrones de valencia, por lo que ésta expansión, aunque poco frecuente, está contemplada por dicho modelo.

La regla del octeto también es congruente con el hecho de que los gases nobles rara vez se combinan con otros átomos, ya que para hacerlo deben ganar o perder electrones, con lo que dejarían de tener ocho electrones en la capa de valencia y eso los haría menos estables.

En la actividad anterior te pudiste dar cuenta de que hay moléculas en las que los átomos involucrados en el enlace deben compartir más de un par de electrones para completar su octeto; tal es el caso de la molécula de oxígeno.

Como recordarás, el átomo de oxígeno tiene 6 electrones en su última capa y su valencia es 2, es decir, forma 2 enlaces, con lo que obtiene ocho electrones en la capa de valencia cumpliendo la regla del octeto.

En una molécula de O2, la única manera de conseguir que ambos átomos de oxí-geno estén rodeados de ocho electrones es cuando cada uno aporta dos electrones al enlace, formando lo que se conoce como doble enlace, en el que participa un total de cuatro electrones (fi gura 15).

Así como la molécula de O2, existen otras moléculas como la de nitrógeno (N2) en la que los átomos involucrados completan su octeto aportando cada uno tres electrones al enlace, con lo que comparten un total de seis electrones y dan lugar a enlaces triples formados por un total de tres pares de electrones (fi gura 16).

1. Predice las estructuras de los siguientes compuestos y dibuja sus estructuras de Lewis considerando la regla del octeto. Si lo consideras necesario puedes apoyarte en modelos tridimensionales en los que representes a los átomos con bolitas de plastilina y palillos para los enlaces.

• Amoniaco (NH3)

• Tetracloruro de carbono (CCl4)

• Oxígeno (O2)

• Dióxido de carbono (CO2)

• Nitrógeno (N2)

2. Compara tus respuestas con las de un compañero y contesten:

• ¿Tuvieron dificultad para proponer la estructura de algunos de los compuestos? ¿Cuáles? ¿Por qué?

Elabora

Predice la estructura de algunas moléculas.

Figura 15. El oxígeno molecular está formado por dos átomos de oxígeno que comparten cuatro electrones para que cada uno tenga ocho electrones en la capa de valencia.

Etanol Dióxido de carbono Monóxido de carbono

Figura 16. En la Naturaleza existen (a) enlaces sencillos (formados por un par electrónico), (b) dobles (formados por dos pares electrónicos) y (c) triples (formados por tres pares electrónicos).

a cb


184

Figura 17. En la Naturaleza existen grasas saturadas, usualmente de origen animal como la manteca que se usa para freír (a), e insaturadas, más comunes en las grasas de origen vegetal como el aceite de oliva (b). El ácido mirístico (c) está presente en la manteca, mientras que el ácido oléico (d) lo encontramos en el aceite de oliva.

Ácido mirístico

Ácido oléico

La formación de enlaces dobles y triples tiene más implicaciones de las que te imaginas. Seguramente has oído hablar de las grasas saturadas e insaturadas; ambas grasas son muy semejantes pues presentan en su estructura largas cadenas de átomos de carbono, la longitud de estas cadenas es muy variable pues puede ir desde 6 o 7 hasta más de 20 átomos de carbono. La diferencia entre las grasas saturadas e insaturadas radica en el tipo de enlaces carbono-carbono presentes en sus moléculas: En las grasas saturadas todos los enlaces C-C son enlaces sencillos, mientras que en las grasas insaturadas algunos de los átomos de carbono están unidos a través de enlaces dobles. El nombre de insaturadas se debe a que tienen menos átomos de hidrógeno de los que podrían tener, pues por cada enlace doble podría haber dos átomos más de hidrógeno. Esto puede observarse fácilmente si comparamos la cantidad de hidrógeno presente en el etano CH3—CH3 que contie-ne 6 átomos de hidrógeno en una molécula, con la que hay en el etileno CH2=CH2 que contiene sólo 4.

Los dobles enlaces en las grasas insaturadas hacen que las moléculas sean más rígidas y es más difícil que se acomoden para formar un sólido, por lo que nor-malmente son líquidas (aceites), mientras que las cadenas de las grasas saturadas al ser menos rígidas se acomodan más fácilmente para formar un sólido (grasas) (fi gura 17). Por ello, las grasas saturadas se acumulan fácil y peligrosamente en nuestras venas y arterias, dando origen a problemas de salud conocidos como enfermedades cardiovasculares (¿has oído hablar del infarto? ¿Sabes cuál es una de sus principales causas?).

c

d

a b

NOTA: a diferencia de los modelos de Lewis, en los modelos de barras y esferas no se representan los enlaces múltiples. En estos modelos, para los casos de enlaces dobles y triples, hemos acortado la barra y aparece también un poco más obscura.


185

B3T1

electronegatividad

Hasta ahora hemos visto que las aportaciones de Lewis ayudan a entender el enlace covalente pero, como recordarás, los elementos también pueden for-mar enlaces metálicos y enlaces iónicos.

En el modelo de enlace iónico se considera que los electrones no se comparten, sino que son cedidos de un átomo a otro. En este caso, los elementos involu-crados también tienden a tener ocho electrones en la capa de valencia como los gases nobles. Por ejemplo, en el cloruro de sodio (NaCl), el sodio (Na) pierde su único electrón de la capa de valencia, adquiriendo el mismo número de electrones que el neón (Ne); mientras que el cloro (Cl), que tiene 7 electrones en su capa de valencia, gana un electrón y con ello obtiene ocho electrones en su capa de valencia, como el argón (fi gura 18).

Como estudiamos en el bloque anterior, existen modelos para explicar los tres tipos de enlace, pero ¿cómo podemos saber qué tipo de enlace se forma? Para contes-tar esta pregunta recurrimos a uno de los trabajos del químico estadounidense Linus Pauling (fi gura 19) quien, en la década de 1930, propuso que no todos los elementos atraen a los electrones con la misma fuerza pues, como recordarás, algunos elementos pierden electrones con mayor facilidad que otros.

También mencionamos en el bloque anterior que la fuerza con la que un áto-mo atrae a los electrones determina el tipo de enlace que se forma; por ejem-plo, en el cloruro de sodio se forma un enlace iónico en el que el cloro gana un electrón del sodio (figura 18), mientras que en la molécula de cloro (Cl2) los dos átomos que forman el enlace atraen a los electrones con la misma fuerza, de manera que los electrones se comparten equitativa-mente entre ambos núcleos.

A la tendencia que tienen los átomos para atraer hacia sí los electrones del enlace se le conoce como electronegatividad. Ésta es una propiedad periódica, y en general su valor aumenta de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha en la tabla periódica (fi gura 20). De manera que el elemento más electronegativo, es decir, el que atrae con mayor fuerza a los electrones en el enlace es el fl úor, y el elemento menos electronegativo es el francio. Pauling no sólo defi nió el concepto de electro-negatividad, sino que también ideó una escala para cuantifi car esta propiedad, en la que el valor máximo es 4.

• La diferencia de electronegatividad entre dos átomos nos dice mucho acerca del tipo de enlace que se forma entre ellos; en general se puede decir que: Si la diferencia de electronegatividad entre dos átomos es mayor que 2, se forma un enlace iónico.

Figura 18. En el modelo de enlace iónico consideramos que se forman iones negativos cuando un átomo gana electrones, y iones positivos cuando los pierde, que permanecen unidos por la fuerza electrostática que hay entre ellos.

Figura 19. Linus Pauling (1901-1994), quien en 1954 recibió el premio Nobel de Química por sus trabajos que ayudaron a entender el enlace químico, también recibió el premio Nobel de la Paz en 1962. Aquí sostiene uno de sus modelos moleculares de esferas.


186

• Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos es menor que 2, hay dos opciones: si los átomos son poco electronegativos se forma un enlace metálico, mientras que si los dos átomos son electronegativos se forma un enlace covalente.

• Si los átomos que forman el enlace covalente tienen diferente electronegatividad, se forma lo que se conoce como un enlace covalente polar, en el que ambos núcleos comparten los electrones, pero estos se encuentran más cerca del átomo más electronegativo.

Cuando se forma un enlace covalente polar, los electrones (y con ello la car-ga negativa) no están distribuidos de manera uniforme en toda la molécula: los átomos más electronegativos tienen más cerca a los electrones y por lo tanto son ligeramente negativos, mientras que los átomos menos electronegativos al estar más lejos de los electrones son ligeramente positivos.

Un ejemplo de una molécula con enlaces polares es el agua (¡Otra vez el agua! ¿Te das cuenta de lo extraordinaria que es?). En la molécula de H2O los electrones están más cerca del oxígeno, que es el átomo más electronegativo. Muchas de las propiedades del agua se deben a que ésta es una molécula polar (en la que parte de la molécula presenta una carga ligeramente positiva y otra parte de esta tiene una carga ligeramente negativa), de hecho, los puentes de hidrógeno que estudiaste en el bloque anterior se forman gracias a que los átomos de oxígeno tienen una carga lige-ramente negativa, mientras que los átomos de hidrógeno son ligeramente positivos.

Los trabajos de Lewis y Pauling han sido de suma importancia para entender y predecir cómo se enlazan los elementos pero, como todo avance científico, éste no hubiera sido posible sin el conocimiento previo.

1

HHidrógeno

2.20

1

PER

IOD

O

2

3

4

5

6

7

2

HeHelio

3

LiLitio

0.98

4

BeBerilio1.57

5

B

Boro2.04

6

CCarbono2.55

7

NNitrógeno

3.04

8

OOxígeno

3.44

9

FFlúor

3.98

10

NeNeón

11

NaSodio0.93

12

MgMagnesio

1.31

13

AlAluminio

1.61

14

SiSilicio1.90

15

PFósforo2.19

16

SAzufre2.58

17

ClCloro3.16

18

ArArgón

19

KPotasio0.82

20

CaCalcio1.00

21

ScEscandio

1.36

22

TiTitanio1.54

23

VVanadio1.63

24

CrCromo1.66

25

MnManganeso

1.55

26

FeHierro1.83

27

CoCobalto1.88

28

NiNíquel1.91

29

CuCobre1.90

30

ZnZinc

1.65

31

GaGalio1.81

32

GeGermanio

2.01

33

AsArsénico2.18

34

SeSelenio2.55

35

BrBromo2.96

36

KrCriptón

37

RbRubidio0.82

38

SrEstroncio

0.95

39

YItrio

1.22

40

ZrCirconio1.33

41

NbNiobio1.60

42

MoMolibdeno

2.16

43

TcTecnecio1.90

44

RuRutenio2.20

45

RhRodio2.28

46

PdPaladio2.20

47

AgPlata1.93

48

CdCadmio1.69

49

InIndio1.78

50

SnEstaño1.96

51

SbAntimonio

2.05

52

TeTelurio2.10

53

IYodo

2.66

54

XeXenón

55

CsCesio0.79

56

BaBario0.89

57

LaLantano1.10

72

HfHafnio1.30

73

TaTantalio1.50

74

WTungsteno

2.36

75

ReRenio1.90

76

OsOsmio2.20

77

IrIridio2.20

78

PtPlatino2.28

79

AuOro

2.54

80

HgMercurio

2.00

81

TlTalio

2.04

82

PbPlomo2.33

658

CeCerio1.12

59

PrPraseodimio

1.13

60

NdNeodimio

1.14

61

PmPrometio

1.13

62

SmSamario1.17

63

EuEuropio1.20

64

GdGadolinio

1.20

65

TbTerbio1.20

66

DyDisprosio

1.22

67

HoHolmio1.23

68

ErErbio1.24

69

TmTulio

1.25

70

YbIterbio1.11

71

LuLutecio1.27

790

ThTorio

1.30

91

PaProtactinio

1.50

92

UUranio1.38

93

NpNeptunio

1.36

94

PuPlutonio1.28

95

AmAmericio1.30

96

CmCurio1.30

97

BkBerkelio1.30

98

CfCalifornio

1.30

99

EsEinstenio

1.30

100

FmFermio1.30

101

MdMendelevio

1.30

102

NoNobelio1.30

103

LrLaurencio

83

BiBismuto2.02

84

PoPolonio2.00

85

AtAstato2.20

86

RnRadón

87

FrFrancio0.70

88

RaRadio0.90

89

AcActinio1.10

104

RfRutherfordio

105

DbDubnio

106

SgSeaborgio

107

BhBohrio

108

HsHassio

109

MtMeitnerio

110

DsDarmstadtio

111

RgRoentgenio

112

UubUnunbio

113

UutUnuntrio

115

UupUnunpentio

117

UusUnunseptio

114

UuqUnunquadio

116

UuhUnunhexio

118

UuoUnunoctio

2

II A

3

III B 4

IV B

5 V B

6

VI B 7

VII B 8 9

VIII B

10 11 I B

12

II B

13

III A 14

IV A

15

V A 16

VI A 17

VII A

18

VIII A

GRUPO1


Metales

Lantánidos

Actínidos

Número atómico

Nombre

Electronegatividad


1

HHidrógeno

2.20

Figura 20. En esta tabla se muestran los valores de electronegatividad de Pauling. La electronegatividad es otra propiedad periódica; es decir, que varía de forma gradual al movernos en la tabla periódica. ¿Recuerdas alguna otra propiedad periódica?

electronegatividad

elec

tron

egat

ivid

ad


187

B3T1

1. En equipos organizados por su maestro investiguen sobre estos y otros trabajos que hicieron posible las aportaciones de Lewis y Pauling:

• Postulados de Dalton

• Poder combinante de Frankland

• Estructura atómica de Kekulé

• Estudio de los rayos catódicos de J. J. Thomson

• Estudio de las partículas alfa de Rutherford

2. Con estos datos construyan en grupo una línea del tiempo de los trabajos relacionados con la estructura de los átomos y el modo en que se combinan.

3. Expliquen cómo creen que estos descubrimientos y modelos ayudaron a Lewis a construir su modelo.

• Para esta actividad pueden consultar las siguientes páginas:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/

http://plinios.tripod.com/los101.htm

www.librosmaravillosos.com/brevehistoriaquimica/capitulo07.html

Si lo consideran necesario, pueden buscar información en otras páginas electrónicas y en otras fuentes bibliográficas o hemerográficas y compartir sus hallazgos.

Utiliza las TIC

Lewis y Pauling pudieron explicar el enlace químico gracias a las investigacio-nes sobre la estructura atómica que se hicieron en años anteriores; para poder explicar cómo se enlazan unos átomos con otros era necesario que supieran cómo están constituidos los átomos.

1. Corrobora que en las siguientes estructuras se cumple la regla del octeto: H2S, SiCl4, CaI2, CH3OH, Na2CO3.

2. Representa con un modelo tridimensional al agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y etanol (CH3CH2OH).

3. Explica qué son los enlaces dobles y triples. ¿Por qué se forman?

4. Predice la estructura del formaldehído (CH2O) considerando que se debe cumplir la regla del octeto. ¿Qué tipo de enlace se forma? ¿Cuántos electrones aporta cada átomo al enlace?

5. ¿Qué tipo de enlace esperas que se forme entre el oxígeno y el azufre? Argumenta tu respuesta.

6. ¿Qué tipo de enlace esperas que se forme entre el flúor y el calcio? Argumenta tu respuesta.

7. ¿Qué diferencias existen entre el tipo de enlace que forman el oxígeno y el azufre y el que forman el flúor y el calcio? ¿A qué se deben estas diferencias?

8. ¿Cuál crees que sea la importancia de los trabajos de Lewis y Pauling en la química? ¿Crees que estas aportaciones hubieran sido posibles 50 años antes? Justifica tus respuestas.

9. ¿De qué manera influyeron las aportaciones de Lewis y Pauling a la química? ¿Cómo crees que sería actualmente la química sin sus aportaciones?

Evalúo mi avance



188

• identificarás algunos factores que propician la descomposición de los alimentos.

• recocerás que los catalizadores son sustancias químicas que aceleran la reacción sin participar en ella.

• Valorarás la importancia de los catalizadores en la industria alimenticia.

En e

ste

subt

ema:

4. tú decides: ¿cómo evitar que los alimentos se descompongan rápidamente?

Así como probablemente no te comerías cualquier pedazo de carne cruda, tampoco te comerías un pedazo de carne o una fruta que estuviera echada a perder ¿o sí? Cuando los alimentos se descomponen también se lleva a cabo una serie de transformaciones que cambian sus propiedades, por lo que comer-los no sólo puede resultar desagradable, sino también peligroso (figura 21).

Con el paso del tiempo algunas sustancias de los alimentos sufren transformaciones químicas, ya sea por la presencia de micro-organismos, como hongos o bacterias, o por la acción de otras sustancias como el oxígeno del aire.

Para lograr que los alimentos duren más tiempo frescos existen muchos métodos que hacen que el proceso de descomposición sea más lento, ya sea evitando que en ellos crezcan microorganismos o inhibiendo las reacciones químicas que causan su descom-posición.

Todos hemos observado que al dejar un pedazo de fruta a la intemperie ésta cambia su color y decimos que se oxida (figura 22). A fin de evitar que esto ocurra es útil conocer qué factores intervienen en este proceso; para ello, realiza la siguiente actividad.

Figura 21. Muchos alimentos cambian con el paso del tiempo pues se transforman algunas de las sustancias que los conforman.

Figura 22. Muchas de las sustancias contenidas en los alimentos se transforman fácilmente, ya sea por la acción de microorganismos o por el oxígeno atmosférico.


189

B3T1

Velocidad de reacción

Como pudiste corroborar en la actividad anterior, disminuir la tem-peratura hace que la oxidación de una fruta sea más lenta. Es por esto que un método muy utilizado para conservar los alimentos es la refrigeración (fi gura 23), que consiste en almacenar los alimentos a temperaturas cercanas a 0 ºC, ya que las bajas temperaturas hacen que disminuya la velocidad de las reacciones químicas responsa-bles de que los alimentos se echen a perder y también disminuye la velocidad de crecimiento de los microorganismos que ayudan a la descomposición.

Realiza la siguiente actividad de manera individual en tu casa, anota tus observaciones y contesta las preguntas.

1. Consigue el siguiente material:

• 1 manzana (se puede sustituir por un plátano). Utiliza la menor cantidad de alimentos y no los desperdicies.

• 1 cuchillo

• Película plástica para alimentos o bolsas de plástico transparente

• Un refrigerador o cubeta plástica con tapa y hielos.

• Un pedazo de cartoncillo

2. Experimenta.

Lávate bien las manos antes de manipular el alimento.

a. Parte la manzana (plátano) en cuatro pedazos del mismo tamaño y numéralos. Usa un cartoncillo.

b. Deja el pedazo 1 a la intemperie.

c. Coloca el pedazo 2 en el refrigerador.

d. Envuelve el pedazo 3 con

la película plástica y déjalo a la intemperie. También puedes ponerlo en una bolsa de plástico y cerrarla bien asegurándote que tenga la menor cantidad de aire.

e. Corta el pedazo 4 en partes más pequeñas y déjalas a la intemperie.

f. Deja pasar una noche.

g. Observa las características de los cuatro pedazos de fruta y llena un cuadro en tu cuaderno en el que registres tus resultados.

3. Con base en tus observaciones, responde:

• ¿Cuál o cuáles de los cuatro pedazos te comerías? ¿Cuáles no? ¿Por qué?

• ¿Cuál es el pedazo de fruta más oxidado? Cómo lo reconoces? ¿A qué se debe?

• ¿Cuál es el pedazo menos oxidado? ¿Cómo lo reconoces? ¿A qué se debe?

• Compara el pedazo 1 con el pedazo 2. ¿Cómo crees que

influya la temperatura en la descomposición de los alimentos?

• Compara el pedazo 1 con el pedazo 3. ¿Cómo afecta al alimento el contacto con el aire? ¿Por qué?

• Compara el pedazo 1 con el pedazo 4. ¿Cómo explicas las diferencias? ¿En qué caso es mayor la superficie de la fruta que interactúa con el oxígeno del aire?

• ¿Qué harías para que la oxidación de esta fruta sea más lenta? Justifica tu respuesta.

• ¿Observaste algún otro cambio además del cambio de color? ¿Cómo lo evitarías?

4. Concluye. En el salón de clase formen equipos de tres y concluyan qué pueden hacer para evitar que una fruta se oxide y analicen la importancia de comprar únicamente los alimentos que se pueden consumir.

Experimenta

Identifica algunos de los factores que propician la descomposición de los alimentos.

Figura 23. Normalmente guardamos la comida que se puede echar a perder en un refrigerador, de preferencia lavada y seca, pues a bajas

temperaturas los procesos que causan la descomposición son más lentos.


190

La velocidad de una reacción química es una medida de la cantidad de reactivos que se consumen (o productos que se generan) por unidad de tiempo. En la activi-dad anterior pudiste darte cuenta de que la velocidad de una reacción depende de la temperatura y de otros factores como la superfi cie de contacto entre los reacti-vos. Cuando partiste un pedazo de fruta en pedazos más pequeños la superfi cie de esta fruta que reaccionó con el oxígeno del aire fue mayor, por lo que se apreció más superfi cie oxidada que en el cuarto de manzana.

Otro factor que afecta la velocidad de reacción es la concentración de los reac-tivos. El experimento siguiente te permitirá conocer cómo cambia la velocidad de acuerdo con este factor.

1. Trabajen en equipos de tres personas para responder lo siguiente:

• ¿Cómo afecta la concentración de los reactivos a la velocidad de reacción?

2. Planteen una hipótesis. Anótenla en las siguientes líneas y discutan cómo creen que afecte este factor a la velocidad de reacción.


• Matraz Erlenmeyer de 250 mL o una botella de la misma capacidad

• Tapón

• Tubo de vidrio delgado

• Manguera

• Probeta de 500 mL

• Recipiente en el que quepa la probeta horizontalmente

• 300 mL de vinagre blanco

• 2 pastillas efervescentes

4. Experimenten:

a. Coloquen en el matraz 100 mL de vinagre.

b. Monten el sistema de acuerdo con la figura, aseguren que no haya fugas por las que pueda escapar el gas que se generará en la reacción.

c. Levanten el tapón, agreguen la pastilla efervescente y vuelvan a tapar el matraz.

d. Registren el volumen de gas generado, registren el tiempo transcurrido hasta que el volumen de gas en la probeta deje de producirse; es decir, hasta que termine la reacción.

e. Laven el material.

f. Repitan el experimento colocando media pastilla en lugar de una.

g. Al terminar el experimento laven el material.

h. Repitan el experimento colocando en el matraz un cuarto de pastilla.

i. Registren sus resultados en una tabla como la que se muestra a continuación:

Experimenta

Identifica uno de los factores que propician la descomposición de los alimentos.


No es de extrañar que los avances científicos y tecnológicos tengan importantes aplicaciones en la producción y conservación de alimentos, pues éstos satisfacen una necesidad primaria del ser humano. Te invitamos a reflexionar sobre esto al leer un texto que te permitirá conocer más acerca de los métodos que se emplean hoy en día para conservar los alimentos. Busca en:

www.alimentaciony nutricion.org/es/ Ahí selecciona Alimentos.Actualidad y elige 2. Conservación.


191

B3T1

catalizadores

La velocidad de reacción también se ve afectada por la presencia de otras sustan-cias que conocemos como catalizadores. Estas sustancias modifi can la velocidad de la reacción, pero no se transforman durante el proceso. Además se requiere muy poca de esta sustancia para alterar la velocidad de la reacción.

Los catalizadores más comunes se conocen como catalizadores positivos y se utilizan en la industria química porque al favorecer que las reacciones químicas ocurran en menor tiempo (aumentan la velocidad) y a menor temperatura, ayudan a disminuir el costo de los procesos (fi gura 24).

También existen catalizadores conocidos como catalizadores negativos o inhi-bidores que difi cultan que se lleve a cabo la reacción química; es decir, disminuyen su velocidad.

Un cuarto de pastilla efervescente

Media pastilla efervescente

Una pastilla efervescente

tiempo (s)

Volumen generado

(mL)

tiempo(s)

Volumen generado

(mL)

tiempo(s)

Volumen generado

(mL)10

20

30

45

60

90

120


• Investiguen la reacción que llevaron a cabo.

• ¿En qué caso es mayor la concentración de reactivos?

• Grafiquen sus resultados. Consideren que el volumen generado es proporcional a la cantidad de CO2

producido en la reacción.

• Calculen la velocidad durante los primeros 30 segundos de reacción ( V = (V2 – V1)/(T2 – T1))

• Analicen las diferencias entre cada uno de los experimentos. ¿En qué condiciones es más rápida la reacción?

• ¿La velocidad es constante durante toda la reacción? ¿Lo pueden explicar?

• ¿Qué pasaría con la velocidad de reacción si el vinagre estuviera frío? ¿Por qué?

6. Concluyan. Confronten la hipótesis que plantearon:

• ¿Cómo afecta la concentración de los reactivos a la velocidad de reacción?

7. Comuniquen:

• Presenten un informe con su hipótesis, sus resultados, el análisis y las conclusiones.

• Después discutan con ayuda del maestro los resultados obtenidos por todo el grupo.

Figura 24. En el cuerpo humano también hay catalizadores naturales, conocidos como enzimas, que facilitan las reacciones químicas, como pueden ser la ruptura de las moléculas que forman los alimentos para poder digerirlos o la oxidación de la glucosa para generar energía.

Sustrato Productos de

la reacción

Enzima


192

conservadores de alimentos

Hemos visto que una manera de retrasar la descomposición de los alimentos es ba-jar la temperatura. Es por esto que muchos alimentos se refrigeran con la finalidad de disminuir la velocidad de las reacciones químicas que causan su descomposi-ción, pero también se pueden agregar sustancias conocidas como conservadores de alimentos, que evitan el crecimiento de microorganismos o que se lleven a cabo reacciones químicas no deseadas.

Agregar conservadores es una de las prácticas más antiguas para conservar los alimentos, ya sea porque se requiere almacenarlos o transportarlos. Por ejemplo, desde hace cientos de años se agregaba cloruro de sodio (NaCl) a carnes y pesca-dos. La sal sirve como conservador, pues las altas concentraciones salinas son muy desfavorables para la proliferación de microorganismos (figura 25). Aunque la sal inhibe la descomposición de los alimentos no la consideramos un catalizador, pues es necesario agregar grandes cantidades para modificar la velocidad de la reacción.

Además del NaCl existen muchas otras sustancias que se usan como conser-vadores de alimentos; tal es el caso del ácido ascórbico, también conocido como vitamina C, que reacciona rápidamente con el oxígeno evitando la oxidación. También hay muchos otros conservadores que inhiben el crecimiento de hongos y bacterias, como el benzoato de sodio y el sorbato de potasio.

¿Qué opinas de los pro duc tos que dicen: “¡No contiene con-servadores!”?, pero que también dicen: “Adicionado con vita-mina C”; ¿dicen la verdad?, ¿realmente informan?; ¿qué beneficio obtiene la industria química con su uso? (figura 26).

Figura 25. Al igual que con la sal, agregar mucha azúcar a los alimentos evita el crecimiento de microorganismos, lo que ocurre en conservas como las mermeladas.

Figura 26. Además de conservadores, a los alimentos se les agregan otras sustancias conocidas como aditivos que pueden servir para mejorar su color y sabor.

1. Si deseas aprender más sobre los métodos de conservación de los alimentos, puedes investigar en la página de Internet que te sugerimos aquí o bien en la biblioteca de tu escuela. Una vez que investigues, explica en qué consiste cada uno y por qué evitan la descomposición.• Empacado al vacío• Refrigeración• Congelación • Deshidratación• Pasteurizaciónwww.alimentacion-sana.com.ar/Informaciones/novedades/conservacion%203.htm

Utiliza las TIC


1. ¿Qué quiere decir que un alimento se descomponga?

2. ¿Qué es la velocidad de una reacción química? ¿De qué factores depende?

3. Considerando la reacción entre el bicarbonato de sodio de pastillas efervescentes y agua, menciona tres modificaciones que harías para aumentar la velocidad de reacción.

4. ¿Qué es un catalizador?

5. ¿Cuál es la función del ácido ascórbico como conservador de alimentos? ¿Funciona como catalizador? Justifica tu respuesta con argumentos.

6. ¿Qué opinas con relación a la presencia de conservadores en los alimentos? ¿Preferirías consumir siempre alimentos sin conservadores o dependería de las circunstancias?, ¿cuáles serían esas circunstancias?

7. Si alguien menciona que la presencia de conservadores en los alimentos no es buena, ¿tendrías argumentos para contradecirlo? ¿Cuáles?

Evalúo mi avance


193

B3T2

La medición de las reacciones químicas

Si alguien te preguntara cuánto cabello tienes, probablemente contesta-rías que mucho o poco, pero ¿sabrías el número exacto de cabellos que tie-nes en la cabeza? O ¿cuántos granos de arena hay en la playa? La verdad es que no, de hecho, poder cuantificar algo de lo que hay mucho resulta difícil, en especial si se trata de algo tan extraordinariamente pequeño como los átomos y las moléculas.

En química, el estudio y la preparación de nuevas sustancias requieren no sólo de conocer cómo interactúan los átomos entre sí, sino también es ne-cesario poder cuantificar de alguna forma a los átomos y moléculas con que trabajamos.

Por ejemplo, si quisieras preparar cloruro de sodio (NaCl) a partir de sodio metálico y cloro gaseoso (Cl2) lo ideal sería hacer reaccionar el mismo nú-mero de átomos de sodio que de cloro, o sea que necesitarías el doble de partículas de Na que de Cl2(g) (hay dos átomos de cloro en cada molécula de cloro); ¿deberías de contar las partículas una por una? ¿Cómo saber que estarías empleando la proporción correcta de partículas?

Para poder responder este tipo de preguntas los químicos recurren al mol, que es la medida de la cantidad de una sustancia y que estudiarás en este tema.

t e M a 2

T2

193


194

1. ¿cómo contar lo muy pequeño?

La dimensión del mundo químico

Cuando el oxígeno del aire reacciona con un pedazo de carbón, no podemos ver las moléculas de oxígeno interactuando con los átomos del carbón, ya que son muchí-simo más pequeñas de lo que podemos ver a simple vista. Sin embargo, sí podemos ver que al ocurrir esta reacción se desprende una flama ocasionada por la combus-tión y que después de ésta el pedazo de carbón queda reducido a cenizas.

A pesar de que no podemos observar las interacciones entre átomos y moléculas, pues estas ocurren a una escala extraordinariamente pequeña, sí podemos observar a simple vista el resultado de las interacciones entre los átomos; es decir, lo que sucede a escala atómica tiene consecuencias en la escala macroscópica (figura 27).

Frecuentemente usamos el término microscópico para referirnos a todo aquello que no podemos ver a simple vista, pero aun dentro de este universo existen obje-tos de muy diversos tamaños; de hecho, los átomos y las moléculas son cientos de miles de veces más pequeños que las células y bacterias y no podemos verlos ni con el más potente microscopio. Por esto muchas veces se usa el término submicroscó-pico para hablar de todo aquello que es más pequeño de lo que se puede ver con un microscopio óptico, como los átomos y las moléculas.

• compararás la escala humana con la astronómica y la microscópica.

• representarás números muy grandes o muy pequeños en

términos de potencias de 10 y reconocerás que es más sencillo comparar e imaginar dichas cantidades de esta manera.

• explicarás y valorarás la importancia del concepto de mol como patrón de medida para determinar la cantidad de sustancia.

En e

ste

subt

ema:

Figura 27. ¿Podrías imaginarte lo que pasa a nivel atómico mientras se quema la leña? ¿Qué tanto crees que debas

ampliar la imagen para ver las interacciones entre los átomos?


195

B3T2

Cuando estudiamos objetos que pertenecen a estos universos de lo extraordi-nariamente grande o pequeño es más fácil hacerlo si empleamos elementos de ese mismo universo, ¿qué queremos decir con esto? Cuando comparamos el tamaño de un planeta no lo comparamos con manzanas, ¿o sí? ¿Cuántas manzanas caben en Júpiter?

Una comparación más razonable es comparar los planetas con otro elemento de la misma escala (en la escala de los astros o astronómica). Podríamos, por ejemplo, comparar el tamaño de Júpiter con el tamaño de la Tierra: la Tierra cabe 1300 veces en Júpiter. Cuando hablamos de objetos de nuestra experiencia cotidiana podemos usar magnitudes que nos son familiares como el kilogramo (si pensamos en la masa de los objetos), el volumen de un litro (si queremos comparar cantidad de líquidos), etcétera.

Sin embargo, cuando hablamos de átomos y moléculas nos enfrentamos a un universo cuya escala resulta inimaginablemente pequeña.

En la actividad anterior te pudiste percatar de que en general nos resulta más fácil medir y estudiar objetos que son cercanos a nuestro tamaño, ya que la percepción del universo que nos rodea está limitada y determinada por nuestros sentidos. Si alguien te pide que pienses en una pelota o una manzana o incluso en un avión, generas una imagen mental muy clara del objeto en cuestión (forma, color y di-mensiones), pero si se te pide que pienses en el planeta Júpiter, en la Vía Láctea o en un átomo, muy probablemente las imágenes que genere tu imaginación estén relacionadas con lo que hayas visto en libros, en televisión o en Internet.

Reflexiona

1. Ordena los siguientes objetos de mayor a menor tamaño asignándoles un número:

• Planeta Marte

• Grano de arena

• Átomo de oxígeno

• Sol

• Edificio

• Molécula de agua

• Manzana

• Mitocondria

• Átomo de hidrógeno

• Bicicleta

• Hormiga

• Molécula de hidrógeno

• Célula

• La Vía Láctea

2. Compara tu respuesta con las de un compañero y en parejas contesten lo siguiente:

• ¿Qué objetos de la lista anterior consideran que son microscópicos?

• ¿Cuáles son de escala submicroscópica?

• ¿Cuáles pertenecen a una escala astronómica?

• ¿Qué objetos pueden observar y analizar fácilmente? ¿Cuáles no? ¿Por qué?

• ¿Qué objetos consideran que son difíciles de medir? ¿Por qué?

3. Con ayuda de su maestro comparen sus respuestas con las del grupo y discutan si es fácil o difícil medir objetos mucho más pequeños que nosotros y objetos mucho más grandes que nosotros.


196

Un aspecto muy importante de lo anterior es que para estos últimos objetos (los planetas, las galaxias, el átomo), a pesar de que cada quien tiene una imagen de ellos, cuando pensamos en ellos nunca lo hacemos en sus dimensiones (es decir, en su tamaño), pues en nuestra vida cotidiana no podemos percibir objetos tan extraordinariamente grandes o pequeños.

Sin embargo, existen ciencias como la astronomía que estudian cuerpos muy gran-des, como estrellas y planetas, y ciencias como la biología celular y la química en las que es muy importante saber qué pasa a nivel microscópico o submicroscópico.

el vínculo entre los sentidos y el microcosmos

En tu curso de Ciencias I estudiaste las células, que al igual que los átomos y las moléculas, son tan pequeñas que no podemos verlas a simple vista. Es por esto que para el estudio de las células fue necesario el desarrollo del microscopio óptico que permite distinguir objetos de unos cuantos micrómetros (1μm = 0.000 001 m). Sin embargo, por útiles que sean los microscopios ópticos para el estudio de microor-ganismos como células y bacterias (figura 28), resultan insuficientes para estudiar átomos y moléculas que son millones de veces más pequeños.

El tamaño promedio de una bacteria es de aproximadamente 2 μm (micrómetros o micras = 0.000 001 m o la millonésima parte de un metro), mientras que el tama-ño de un átomo (por ejemplo de carbono) es del orden de 150 pm (picómetros (pm) 1 pm = 0.000 000 000 001 m o la millonésima parte de una micra).

¿Y por qué no simplemente construir un microscopio más potente que nos per-mita ver los átomos?

El problema es que nuestros detectores (los ojos) sólo sirven para percibir un intervalo muy pequeño de longitudes de onda, que llamamos “luz visi-ble” y cuya longitud de onda se encuentra entre 390 y 750 nm (donde 1 nm = 1 nanómetro = 0.000 000 001 m): temas que estudiaste en Ciencias II. Cuando vemos un objeto lo que percibimos es la luz que refleja. El problema radica en que los átomos son tan pequeños que la luz visible no rebota en ellos y por tanto nunca los podremos ver.

Debido a que los químicos no pueden usar microscopios ópticos para estudiar los materiales a nivel atómico, recurren a métodos indirectos, que si bien no permiten ver directamente los átomos, sí permiten ob-servar los resultados de su interacción con diversas ondas de radiación electromagnética, como la radiación infrarroja o los rayos X.

Como ya estudiaste en bloques anteriores, nuestros sentidos son muy limitados, por lo que si solamente nos conformáramos con estudiar la materia usando sólo lo que nuestros sentidos perciben, tendríamos información muy limitada de ella. Es por esto que en química recurri-mos a muchos métodos indirectos que nos brindan la información que nuestros sentidos no pueden percibir.

Un ejemplo de método indirecto (aunque no sirva para estudiar átomos y moléculas) son las sombras, que son el resultado de la inter- acción de un haz de luz con un objeto que no permite que pase toda la radiación. Cuando ves una sombra, ésta te proporciona una buena idea del objeto que la genera sin necesidad de voltear a verlo.

También usamos métodos indirectos que nos permiten “ver” cosas que no podríamos hacer de otra forma, como el caso de los rayos X.

Figura 28. El microscopio óptico es un instrumento hecho a base de lentes que permite observar la imagen aumentada del objeto que nos interesa estudiar.


197

B3T2

((ENTRA FOTO 35: UNA PLACA DE RA-YOS X.

Cuando observamos una radiografía no vemos directamente los huesos, sino la huella que dejan los rayos X en una placa al atravesar el cuerpo humano (fi gura 29).

También usando rayos X podemos conocer la posición de los átomos que forman una red como la del cloruro de sodio o el grafi to, ya que los rayos X “chocan” con los átomos creando lo que se conoce como un patrón de difracción. A partir de este patrón podemos conocer cómo están acomodados los átomos en el espacio (fi gura 30a).

número y tamaño de partículas. Potencias de 10

Los métodos indirectos, además de ayudarnos a conocer el arreglo de los átomos y moléculas en los materiales, también nos permiten conocer su tamaño. Gracias a estos métodos se estima que el tamaño de un átomo es menor que 1 nm. Para expresar cantidades tan pequeñas podemos recurrir a la notación científi ca o a las potencias de 10 que has estudiado en Matemáticas II.

Por ejemplo, el diámetro de 1 átomo de carbono mide 0.000000000 15 m, lo cual podemos expresar más fácilmente como 1.5 × 10–10 m.

Figura 29. Los estudios de rayos X son un método indirecto para visualizar los huesos de una persona, que interaccionan de manera distinta que el resto de nuestro cuerpo con la radiación electromagnética.

Figura 30. La primera imagen (a) es lo que se conoce como patrón de difracción del ADN, que probablemente no te diga mucho de su estructura, pero la difracción de los rayos X que obtuvo Rosalind Franklin ayudó a los científicos James Watson y Francis Crick a determinar la estructura del ADN (b).

Reflexiona

Reflexiona acerca de las ventajas de usar las potencias de 10 con números muy grandes y números muy pequeños.

1. Expresa el tamaño de los objetos en potencias de 10.

a) Un átomo de hidrógeno tiene un diámetro de 0.000 000 000 15 m;

b) Una célula con un diámetro de 0.000 001 m;

c) Una persona de 1.60 m de estatura;

d) El Sol, con 1 400 000 000 m de diámetro.

a b dc

a b


198

En la actividad anterior te pudiste percatar de la utilidad de describir a los números usando potencias de 10, pues facilitan la representación de números muy pequeños o muy grandes.

También te pudiste dar cuenta de que la cantidad de moléculas que hay en una gota de agua es enorme; de hecho, siempre que observamos un cambio químico está involucrado un número gigantesco de moléculas. Por esto en química utilizamos una unidad conocida como mol que agrupa una enorme cantidad de partículas.

Como podrás imaginarte, en química el uso de potencias de 10 resulta de gran utilidad, pues como 1 gramo de cualquier sustancia contiene muchísimas par-tículas muy pequeñas, los números que resultan al contar átomos o moléculas individuales ¡son gigantescos! (fi gura 31).

el mol como unidad de medida

Imagínate que vas a preparar un sabrosísimo arroz a la mexicana para la comida y te encuentras con la siguiente receta que lees detenidamente:

¡Un momento!, ¿cómo que 15 378 gra-nos de arroz y 258 chicharos? Para cuando termines de contar los granos de arroz y los chícharos ya sería hora de la cena.

Sin embargo, todo sería más fácil si la receta en lugar de contar los granos de arroz individualmente utilizara una me-dida que te permita usar las cantidades correctas midiendo muchos granos de arroz o chícharos al mismo tiempo: en lu-gar de 15 378 arroces sería mejor 2 tazas, y en lugar de 258 chícharos, 1 taza.

No necesitamos saber cuántos granos de arroz o cuántos chícharos contiene una taza mientras esta medida proporcione las cantidades adecuadas para preparar nues-tro arroz (fi gura 32).

2. Contesta las siguientes preguntas y escribe las operaciones necesarias en tu cuaderno:

• ¿Cuántas veces es más grande una célula que un átomo?

• ¿Cuántas células equivalen a la estatura promedio de un ser humano joven?

3. Si una molécula de agua tiene un diámetro de 3 × 10–10 m, calcula el número de moléculas en una gota

de agua (considera que el volumen de una gota de agua es igual a 0.05 cm3).

Para responder esta pregunta primero debes calcular el volumen de una molécula de agua (recuerda que V = 4/3πr3).

4. ¿Cómo realizaste las operaciones necesarias para responder las preguntas 2 y 3? ¿Qué tipo de notación utilizaste?

5. ¿Qué notación te parece más adecuada para representar el número de moléculas de agua en una gota? Justifica tu respuesta.

6. Discutan en grupo las ventajas de usar las potencias de 10 con números muy grandes y números muy pequeños.

Figura 31. ¡Un clavo de hierro de 6 cm de largo y 3.5 mm de diámetro está hecho por más de 50 000 000 000 000 000 000 000 átomos de ese elemento! Ingredientes:

Cuatro tazas de agua

Consomé de pollo: dos cubitos

Dos cucharadas de sal

15 378 granos de arroz

258 chícharos

…


199

B3T2

Ahora imagina que tienes la receta para preparar un platillo de arroz que te dijeron que era simplemente ¡extraordinario!, sólo que tiene un pequeño inconveniente: requiere que por cada grano de arroz debe haber una semilla de frijol; ¿cómo prepararlo?

Quizá para resolver este problema pudiésemos pensar en que la pro-porción correcta sería emplear por cada taza de arroz una taza de frijoles; pero eso es incorrecto, pues las semillas de frijol son más voluminosas que los granos de arroz, por lo que éste método no garantiza que la cantidad de semillas de arroz (es decir, su número) contenida en una taza sea la mis-ma que el número de semillas de frijol contenidos en el mismo recipiente.

¿Y qué tal si usamos una balanza? ¿Si pesamos lo mismo de arroz que de frijoles tendremos la misma cantidad de semillas de arroz que de frijoles? Seguramente no, pues la masa de una semilla de arroz es diferente a la masa de una semilla de frijol.

Quizá pienses ¡este es un problema que no puede resolverse!, ¡me quedo con las ganas de preparar el platillo ese, que de cualquier forma suena horroroso!

Antes de darte por vencido podemos usar el siguiente método.Imagina que sabes que cada semilla de frijol tiene una masa tres veces mayor

que la de una semilla de arroz. Si mides la masa de muchísimas semillas de arroz de modo que la masa total del

arroz sea de 100 g, ¿cuántos arroces hay en 100 g? No lo sabemos; podríamos esti-marlo pero no es necesario, pues sólo necesitamos lograr que el número de arroces sea el mismo que el de frijoles (sin importar cuántos sean). Para igualar ese número de granos de arroz ahora con granos de frijol, sólo necesitamos pesar 300 g de frijoles.

Sin importar cuántas semillas contengan, tendremos el mismo número de se-millas de frijol en 300 g que semillas de arroz en 100 g. Ahora sí, ¡ya podemos preparar el platillo!

Figura 32. En la vida cotidiana usamos unidades que nos permiten medir un gran número de objetos (sin importarnos cuántos sean), pero que proporcionan las cantidades adecuadas para llevar a cabo una preparación (en este caso arroz a la mexicana).

Calcula

Calcula masas relativas para comprender el concepto de mol.

1. ¿Cuántas semillas de arroz hay en un kilo? ¿Cuántas semillas de frijoles hay en 3 kg?

Para corroborar el método anterior te invitamos a llenar el siguiente cuadro: observa el ejemplo que puede ayudarte a realizar la actividad:

Tabla 1 (ejemplo):

1 La masa de una semilla de frijol es tres veces mayor que la de una semilla de arroz.

2 Masa de una semilla de arroz = 0.2 g.

3 Por tanto, la masa de una semilla de frijol es 3 × 0.2 g = 0.6 g.

4 Número de semillas de arroz en 1 kg 1 kg × ×1000 g

1 kg

1 semilla

0.2 g = 5000 semillas

5 Número de semillas de frijol en 3 kg 1000 g

× 1 semilla

1 kg 0.6 g3 kg × = 5000 semillas


200

En las siguientes dos tablas, en el renglón número 2, asigna la masa de una semilla de arroz (da un valor distinto al que se usó en la Tabla 1), el que tú quieras, pero que sea menor a 1 g. No uses el mismo valor en la Tabla 2 y en la Tabla 3. Con esa masa realiza los cálculos correspondientes.

Tabla 2

1 La masa de una semilla de frijol es tres veces mayor que la masa de una semilla de arroz.

2 Masa de una semilla de arroz = g

3 Por tanto, la masa de una semilla de frijol es 3 × g = g.


1 kg

1 semilla

g

= semillas

5 Número de semillas de frijol en 3 kg 3 kg × ×1000 g

1 kg

1 semilla

g

= semillas

Tabla 3

1 La masa de una semilla de frijol es tres veces mayor que la masa de una semilla de arroz.

2 Masa de una semilla de arroz = g

3 Por tanto, la masa de una semilla de frijol es 3 × _______ g = ______ g.


1 kg

1 semilla

g

= semillas

5 Número de semillas de frijol en 3 kg 3 kg × ×1000 g

1 kg

1 semilla

g

= semillas

Como pudiste calcular, para cada tabla el número de semillas en el renglón 4 es el mismo que en el renglón 5 (el número que se obtiene en la Tabla 1 es diferente al que se obtiene en la Tabla 2, que a su vez difiere del que obtiene en la Tabla 3.

• ¿Por qué se obtienen valores distintos en cada tabla?

• ¿Influye el valor que le dimos a la semilla de arroz en el hecho de que el valor de las semillas en el renglón 4 sea igual al del renglón 5?

2. Reflexiona en grupo con la ayuda de tu maestro.

En el método anterior lo único importante para poder medir el mismo número de semillas de arroz que de frijoles fue conocer la masa relativa de la semilla de frijol en relación con la de la semilla de arroz (la masa relativa de la semilla de frijol es de 3, debido a que tiene tres veces más masa que la semilla de arroz).


201

B3T2

Este método que parece ocioso es muy importante en química, porque en la síntesis química se requiere de proporciones precisas; por ejemplo:

1) 2CH4 + Cl2 2CH3Cl + H2

2) CH4 + Cl2 CH2Cl2 + H2

3) 2CH4 + 3Cl2 2CHCl3 + 3H2

4) CH4 + 2Cl2 CCl4 + 2H2

Como puedes observar en las reacciones anteriores, dependiendo de la propor-ción de metano (CH4) y de cloro gas (Cl2), pueden obtenerse varios productos: clorometano (CH3Cl), diclorometano (CH2Cl)2, cloroformo (CHCl3) y tetraclo-ruro de carbono (CCl4).

Usando las conclusiones de la actividad anterior, podemos estar seguros de que para medir cantidades equivalentes de una sustancia sólo necesitamos conocer las masas relativas de éstas.

Como la masa de un átomo de carbono es 12 veces mayor que la de un átomo de hidrógeno, entonces podemos estar seguros de que 12 g de carbono contienen el mismo número de átomos que 1 g de hidrógeno. A la cantidad de átomos que contienen 12 g de carbono le llamamos un mol (fi gura 33).

¿Necesitamos saber cuántos átomos contiene un mol?Sucede lo mismo que para la preparación de arroz, donde medimos el arroz por

tazas sin saber cuántas semillas de arroz contenía una taza: en las preparaciones químicas no necesitamos saber cuántos átomos contiene un mol:

Para obtener un mol de metano:

C + 4H CH4

Sólo necesitamos 1 mol de átomos de carbono y cuatro moles de átomos de hidrógeno, es decir, necesitamos 12 gramos de carbono y 4 gramos de hidrógeno, y como el hidrógeno forma moléculas diatómicas, podemos reescribir la ecuación anterior como sigue:

C + 2H2(g) CH4(g)

En química casi nunca contamos los átomos de manera indivi-dual, pues son demasiados. Para contar átomos, moléculas, iones, etcétera, casi siempre usamos el mol como unidad de medida.

¿Sabemos cuántos átomos contiene un mol de átomos? Hoy en día sí lo sabemos; es una enorme cantidad de ellos, ya que un mol equivale a:

602 300 000 000 000 000 000 000

O sea que en:1 g de hidrógeno hay esa cantidad de átomos de hidrógeno12 g de carbono hay esa cantidad de átomos de carbonoEn 18 g de agua hay esa cantidad de moléculas de agua En 16 g de metano hay esa cantidad de moléculas de metano

• ¿Puedes expresar este número como potencias de 10?• ¿Qué crees que sea más fácil: contar a los átomos

individualmente o contarlos en moles de átomos?

Figura 33. Un mol de carbono tiene doce veces más masa que uno de hidrógeno, pero ambos contienen el mismo número de átomos.

molHidrógeno

molCarbono


202

También en nuestra vida cotidiana usamos algunas unidades de conteo que no consideran a los objetos individuales, sino colectivamente, como el par, la docena, la centena y el millar, aunque estas unidades siguen siendo demasiado pequeñas si queremos usarlas para contar al número de átomos y moléculas que se usan comúnmente al llevar a cabo reacciones químicas. En química preferimos usar el mol como una unidad que agrupa un gran número de partículas (ya sean átomos, moléculas, iones, etcétera). Así como una docena equivale a 12 cosas y un siglo a 100 años, un mol equivale a 6.023 × 1023 objetos. Usualmente estos objetos son átomos, moléculas, iones, etc.; es decir, cualquier partícula que pertenezca al universo de lo infi nitamente pequeño.

De la misma forma en que 0.5 (media) docena de tortillas contiene 6 tortillas (las tortillas podemos contarlas usando una unidad colectiva, la docena, o contar-las una por una), la unidad de referencia en el caso de los átomos y moléculas es el mol.

Por ejemplo, 16 g de azufre contienen:

a) 0.5 moles de átomos de azufre, que es lo mismo que:b) 330 100 000 000 000 000 000 000 átomos de azufre oc) 3.301 × 1023 átomos de azufre.

Las tres formas de expresar el contenido de átomos de azufre son equivalentes; es decir, todas expresan al fi nal la misma cantidad de átomos, de la misma forma que 6 es lo mismo que media docena.

Ahora que sabes esto, refl exiona: ¿cuál te parece la forma más fácil de represen-tar este número de átomos de azufre: a), b) o c)?

El mol es una unidad de medida conveniente para cuantifi car la cantidad de átomos y moléculas que manejamos a diario en los laboratorios, pero como representa un número extraordinariamente grande, aunque fuera posible contar átomo por áto-mo, tardaríamos millones de millones de años en contar los átomos contenidos en un mol.

Calcula

Descubre qué tanto es un mol.

Utiliza los resultados del inciso 3 de la actividad “Reflexiona acerca de las ventajas de usar las potencias de 10 con números muy grandes y números muy pequeños” de la página 197 y contesta las siguientes preguntas:

• ¿ Cuántos moles de moléculas de agua hay en una gota?

• ¿Cuántos moles de moléculas de agua hay en un vaso de 250 mL (1 mL = 1 cm3)?

• Considerando que una persona posee 150 000 cabellos, calcula: ¿cuántos moles de cabellos tiene?

• En tu opinión, ¿el mol es útil para representar o contar la cantidad de átomos y moléculas? Justifica tu respuesta.

• En tu opinión, ¿el mol es una unidad útil para contar alguna otra cosa (como los cabellos de una persona, las personas que hay en el mundo o los tacos que comes)? Justifica tu respuesta.


203

B3T2

Como esto es imposible, en química recurrimos a la relación que hay entre un mol de partículas y su masa; es decir, en lugar de contar las partículas que necesi-tamos, se mide la masa equivalente al número de partículas deseadas (como en el ejemplo del arroz y los frijoles).

Pero como recordarás, los átomos de cada elemento tienen diferentes masas, por lo que así como una docena de manzanas no tiene la misma masa que una docena de sandías (fi gura 34), un mol de átomos de cobre no tiene la misma masa que un mol de átomos de plomo; como aprendiste en el bloque anterior, la masa de cada átomo depende del número de protones y neutrones que lo constituyen.

Determinar la masa de átomos y moléculas no es tan sencillo como determinar la masa de un grano de arroz o de una semilla de frijol. Un primer paso para conocer la masa de los átomos lo dio Amadeo Avogadro, quien basado en sus experimentos propuso que:

la relación entre el volumen de un gas y el número de partículas es igual para todos los gases si estos se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura.

Basándose en esta propuesta, que se conoce como la hipótesis de Avogadro, Stanislao Cannizaro, al medir la masa de volúmenes equivalentes de gases, pudo determinar las masas relativas de los elementos (fi gura 35). ¿Te acuerdas de cómo lo hizo?

Figura 34. ¿Qué tiene más masa, una docena de ladrillos o una docena de canicas?

Figura 35. La hipótesis de Avogadro asegura que en los tres recipientes hay el mismo número de partículas (moléculas) no de átomos.


204

Como sabes, la masa relativa por sí sola no nos permite relacionar la masa de una sustancia con el número de partículas; lo único que podemos garantizar es que el nú-mero de átomos que hay en 1 g de hidrógeno es el mismo que hay en 12 g de carbono.

Entonces, ¿cómo sabemos que un mol contiene 6.023 × 1023 entidades? Saberlo no fue nada fácil; de hecho, el número de partículas en un mol puede cambiar de-pendiendo del método y la precisión de los instrumentos de medición empleados. Hoy en día el valor aceptado es 6.023 × 1023 unidades en un mol; este número tan grande también se conoce como “el número de Avogadro” como una forma de re-conocer la importante contribución a la química de este notable científico italiano.

Lo importante en este caso es que independientemente de su valor exacto, po-demos usar el mol como unidad de medida sin la necesidad de saber exactamente cuántos átomos contiene un mol.

Lo único que necesitamos saber son las masas relativas de los elementos, pues con ello se puede saber cuál es la masa de un mol de cada elemento; así, la masa de un mol de átomos de hidrógeno es 1 g y la de un mol de átomos de oxígeno, 16 g.

A la masa de un mol de sustancia se le conoce como masa molar que resulta de gran utilidad para los químicos, ya que conociendo este valor se pueden conocer la masa necesaria de cada sustancia en una reacción química y la cantidad de producto que se generará.

La masa molar de un elemento determinado se conoce a partir de las masas relativas (a lo que llamamos masas atómicas) que se encuentran en la tabla periódica (figura 36). Para conocer la masa molar de una sustancia compuesta es necesario considerar la masa molar de cada elemento que la forman.

ONúmeroatómico

Oxígeno15.99

Símbolo

Masa atómica

8

Figura 36. En la tabla periódica encontramos muchos datos

sobre los elementos; entre otros, su masa relativa (masa atómica).

1. Amadeo Avogadro y Stanislao Cannizzaro hicieron grandes aportaciones a la química. Te invitamos a que visites las siguientes páginas de Internet y luego contestes las preguntas.

http://encina.pntic.mec.es/~jsaf0002/p41.htm

www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/216717

http://cea.quimicae.unam.mx/~Estru/tabla/02_Elementos.htm

• ¿Qué aportaciones podrías destacar de Amadeo Avogadro?

• ¿Qué aportaciones podrías destacar de Stanislao Cannizzaro?

• ¿Crees que Cannizzaro hubiera podido determinar las masas relativas si no hubiera sabido de los trabajos de Avogadro?

• ¿Crees que los trabajos de Avogadro serían tan conocidos de no ser por Cannizzaro?

• ¿Cuál crees que sea el papel de la comunicación en el avance de la ciencia?

Utiliza las TIC


205

B3T2

1. Considera la siguiente reacción:

CoCl2(ac) + Na2CO3 (ac) CoCO3(s) + 2NaCl(ac)

a. Comprueba que la reacción esté balanceada.

b. Calcula las masas molares de reactivos y productos.

c. Calcula a cuántos moles de carbonato de cobalto (CoCO3) equivalen 0.5 g de carbonato de cobalto.

d. ¿Cuántos moles requieres de cada uno de los reactivos para obtener esa cantidad de carbonato de cobalto?

e. Ahora calcula: ¿cuántos gramos requieres de cada uno de los reactivos?

2. Formen equipos y comparen sus respuestas.


• Dos vasos de precipitados de 100 mL (o vasos pequeños)

• 1 g de CoCl2 anhidro (si es hidratado debes considerar que su fórmula química es CoCl2 6H2O y pesa más que el cloruro de cobalto anhidro)

• 1 g de Na2CO3

• 50 mL de agua lo más pura posible

• Un agitador (o varilla de vidrio)

• Un embudo

• Papel filtro

• Un matraz Erlenmeyer de 250 mL (o un vaso de 250 mL)

4. Experimenten:

a. Midan la masa necesaria de CoCl2 y disuélvanla en 10 mL de agua.

b. Midan la masa necesaria de Na2CO3 y disuélvanla en 10 mL de agua.

c. Agreguen la disolución con CoCl2 al vaso que contiene Na2CO3.

d. Anoten sus observaciones.

e. Pesen el papel filtro.

f. Filtren el sólido obtenido. Para ello deben colocar el papel filtro en el embudo que debe estar arriba del matraz Erlenmeyer. Viertan la solución en el embudo de manera que el sólido quede en el papel filtro y la solución en el vaso o matraz.

g. Dejen secar el papel filtro con el sólido.

h. Midan la masa del papel filtro con el sólido y calculen la masa del producto obtenido.

5. Analicen:

• ¿Coincide la masa obtenida con la masa esperada? En caso negativo, ¿cómo pueden explicar la diferencia?

• ¿Cómo se relaciona el principio de conservación de la masa con este experimento?

• ¿Cuál creen que sea la utilidad de la masa molar en este experimento? ¿Podrían calcular la masa necesaria de reactivos sin este valor? Justifiquen su respuesta.

6. Concluyan. Con ayuda de su maestro, concluyan en grupo con base en la siguiente pregunta:

• ¿Cuál es la utilidad de la masa molar en las reacciones químicas?

Experimenta

Calcula experimentalmente la masa necesaria de cada uno de los reactivos para obtener 0.5 g de carbonato de cobalto (CoCO3).

Por ejemplo, la masa molar del hidrógeno es 1 g y la del oxígeno 16 g, pero para conocer la masa molar del agua hay que considerar que cada molécula de agua está hecha de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, por lo que en un mol de moléculas de agua hay dos moles de átomos de hidrógeno y dos moles de átomos de oxígeno:

(2 × masa molar de H) + masa molar de O = Masa molar del agua

(2 × 1 g) + 16 g = 18g

Al principio de este tema planteamos la cuestión: si queremos preparar NaCl a partir de sodio metálico (Na(s)) y cloro gaseoso (Cl2(g)), ¿cómo saber que estamos empleando la proporción correcta de átomos?

Ahora sabes que simplemente necesitas medir 23 g de sodio y 35.5 g de Cl2(g) para poder llevar a cabo la reacción en las proporciones correctas (en 23 g de sodio hay un mol de estos átomos, mientras que en 35.5 g de Cl2(g) hay medio mol de estas moléculas, pero un total de un mol de átomos de cloro).

NOTA: el cloruro de cobalto puede ser sustituido por cloruro de calcio.


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1. Responde las siguientes preguntas, anotando todos los cálculos que necesites llevar a cabo. Para ello, considera los siguientes datos de diámetros para:

• una molécula de CO2: 0.000 000 003 m

• una célula: 0.000 004 m

• una naranja: 0.01 m

• la Tierra: 12 800 000 m

a. Escribe el tamaño de los objetos anteriores en potencias de 10.

b. Haz los cálculos necesarios para responder lo siguiente:

• ¿Qué tanto es más grande una célula que una molécula?

• ¿Cuántas células caben en una naranja?

• ¿Qué tanto es más pequeña una naranja que la Tierra?

• ¿Qué tanto es más grande una naranja que una molécula de CO2?

• ¿Podemos ver los átomos con algún instrumento? ¿Qué utilizamos para poder estudiar átomos y moléculas?

• ¿En dónde hay más átomos, en 10 g de aluminio o en 10 g de cloro? Justifica tu respuesta.

• ¿Qué es un mol? ¿Para qué nos sirve?

• ¿Qué es la masa molar? ¿Para qué nos sirve?

• ¿Qué es más grande, la masa de un mol de dióxido de carbono (CO2) o la masa de un mol de metanol (CH3OH)? Justifica tu respuesta.

• ¿Cuál es la masa de un mol de átomos de oro?

c. Calcula los gramos de oxígeno que reaccionan al quemar un mol de etano (C2H6). Para ello primero recuerda cuáles son los productos de una combustión. Luego balancea la reacción y determina los moles de oxígeno que reaccionan con un mol de etano. Calcula la masa de los moles de oxígeno que reaccionan.

2. La galaxia más cercana a nuestra Vía Láctea es Andrómeda, la cual está a unos 2.4 x1022 metros de distancia, sin embargo, los astrónomos prefieren expresar esta distancia empleando una unidad de medida diferente: los años luz ¿Por qué consideras que prefieran usar esa unidad? ¿Cuántos metros recorre la luz en un año?

3. En el caso de la química en lugar de medir a las sustancias en átomos o moléculas preferimos usar moles de átomos o moles de moléculas ¿Cuál es la similitud entre la unidad que usan los astrónomos para medir las distancias y la unidad que usan los químicos para medir las sustancias?, ¿piensas que sea útil el mol como unidad de medida?, ¿por qué?

Evalúo mi avance

El estudio del mundo de lo infinitamente pequeño (los átomos y moléculas) podría pensarse que no tiene repercusión en nuestra vida diaria, sin embargo hoy en día está en marcha una revolución tecnológica, derivada de su investigación, que seguramente influirá de forma muy importante en nuestra vida diaria, ¿has oído hablar de la nanotecnología? Te invitamos a conocer más de este tema y a reflexionar sobre la importancia del conocimiento científico de frontera, te sorprenderás con lo que encontrarás en este texto:

www.portalciencia.net/nanotecno/


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B3T2

evaluemos lo aprendido1. Menciona tres cambios químicos y tres

cambios físicos que ocurran en tu entorno y explica por qué los consideras así.

2. Identifica los reactivos y productos de los cambios químicos que mencionaste en la pregunta anterior y describe sus propiedades físicas.

3. Existen tres hidrocarburos formados por dos carbonos, cada uno con distinta proporción de hidrógeno: etano (C2H6), eteno (C2H4) y etino (C2H2).

• Dibuja las estructuras de Lewis de estos tres compuestos asegurándote que se cumpla la regla del octeto.

• Identifica el tipo de enlace que hay en cada compuesto.

4. Explica con tus palabras los siguientes conceptos y proporciona un ejemplo para cada caso:

• Electronegatividad

• Valencia

5. ¿Qué unidad usamos en química para cuantificar el número de partículas? ¿Cómo se relaciona con la masa?

6. ¿Qué es la velocidad de reacción? ¿Cómo se puede modificar?

7. Considera la oxidación del hierro en presencia del oxígeno:

• ¿Es una reacción química? Explica.

• Considera la valencia de cada uno de los elementos involucrados y predice qué producto se forma. (El hierro puede tener más de una valencia; considera la más baja.)

• Escribe la ecuación química balanceada y luego describe con tus propias palabras la información que contiene.

• Calcula los gramos de oxígeno que reaccionan con 5 gramos de hierro.

• ¿Cómo podrías hacer el proceso de oxidación más lento?

8. Considera los siguientes compuestos: AgCl2,

SO2, CCl4, LiBr y HCN.

a. Predice de qué tipo de compuesto se trata en cada caso: iónico o covalente. Justifica tu respuesta.

b. Dibuja las estructuras de Lewis.

c. Comprueba si se cumple o no la regla del octeto.

d. Escribe la valencia de cada uno de los átomos involucrados en el enlace.

9. Como aprendiste en este bloque, algunos alimentos (sobre todo las frutas) en presencia de altas concentraciones de azúcar pueden conservarse por largos perIodos. Sin embargo, con frecuencia la cantidad de azúcar que usan los fabricantes es mucha mayor de la necesaria. También sabes que el consumo frecuente e inmoderado de carbohidratos produce obesidad. Aplica ahora tus conocimientos y habilidades para elaborar una mermelada casera y encuentra el balance correcto de azúcar que te permita conservar las frutas por un período razonable y que a la vez sean sabrosas y saludables. Como guía, puedes encontrar algunos de los procedimientos para preparar este tipo de productos en la página de la Revista del consumidor: revistadelconsumidor.gob.mx/?p=3623

10. Propón un método que te permita estimar cuántos granos de arroz están contenidos en un kilogramo de estas semillas sin necesidad de contarlas.

11. Lee el texto “Biopesticidas contra ‘superbichos’” (p. 289), investiga en la Biblioteca Escolar por qué es ahora tan importante tener éxito en el control de las plagas en la agricultura y escribe un breve texto en el que expongas estas razones. No olvides relacionarlo con lo que aprendiste en tus cursos de Geografía y Ciencias I Biología, luego, compártelo con el grupo.


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Proyectos. ahora tú explora, experimenta y actúa P1P1

¿Qué me conviene comer?aporte energético de los compuestos químicos

de los alimentos. Balance nutrimentalÁmbitos de la vida y del cambio y las interacciones

• compararás alimentos por su aporte calórico y los relacionarás con las actividades realizadas en la vida diaria.

• reconocerás que la cantidad de energía que una persona requiere se mide en calorías y que depende de sus características personales (sexo, edad y eficiencia de su organismo, entre otras) y las ambientales.

• compararás las dietas de distintas culturas en función de sus aportes nutrimentales.En e

ste

proy

ecto

:

Figura 1. A todos nos gusta comer pero, ¿sabes cómo debe ser tu dieta para estar sano?

¡Comer es delicioso! Dependiendo de nuestra cultura puede ser que prefi ramos ciertos alimentos a otros; por ejemplo, a muchos comer chapulines les puede resul-tar extraño, pero es muy apreciado hacerlo en ciertas regiones del país. Lo cierto es que todos tenemos una comida favorita; quizá tacos de barbacoa, pizza, pastel de chocolate o mole (fi gura 1); pero comer no sólo se trata de darnos un gusto; es la manera en que adquirimos los nutrientes necesarios para tener un cuerpo sano. Como aprendiste en tu curso de Ciencias I, los nutrientes son aquellos componentes de los alimentos que tienen una función energética, estructural o reguladora.

La energía que requiere nuestro or-ganismo proviene principalmente de los carbohidratos y los lípidos; estos reac-cionan en nuestro cuerpo con el oxígeno que respiramos, liberando energía en diferentes formas.

Además de ingerir carbohidratos y lípidos es indispensable comer proteí-nas, cuya principal función es construir células y tejidos, por lo que se dice que tienen una función estructural.

Cabe mencionar que en situaciones de ayuno extremo nuestro cuerpo es capaz de usar las proteínas como fuente


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energética. Por eso la gente que se priva de alimento por periodos prolongados disminuye incluso su masa muscular. Finalmente existen nutrientes como las vitaminas que tienen una función regu-ladora, es decir, permiten que nuestro metabolismo funcione de manera ade-cuada.

Para adquirir todos los nutrientes necesarios no basta con comer nuestra comida favorita, pues desgraciadamente no existe ningún alimento que cuente

Actividad previa

1. Para iniciar este proyecto les proponemos que recuperen lo que aprendieron en su curso de Ciencias I relacionado con las fuentes de nutrimentos y su aporte energético (figura 2).

Figura 2. Busquen información en la bilbioteca y en su libro de Ciencias I y coméntenla.

2. Recuerda qué es “El plato del bien comer”, para qué sirve e investiga qué nutrientes se encuentran en cada uno de los diferentes grupos de alimentos.

3. Compara tu dieta diaria con lo recomendado en “El plato del bien comer”. ¿Incluyes todos los grupos de alimentos? ¿Consumes en exceso alguno de los grupos de alimentos?

4. Investiga cómo medimos la cantidad de energía de los alimentos y menciona cuánta energía aportan los siguientes alimentos (fíjate muy bien en qué unidades se reportan).

• Una barra de chocolate con leche

• Un kilo de tortillas

• Una concha (pan dulce)

5. Investiguen cuáles son los problemas relacionados con la alimentación más frecuentes en su comunidad.

con todos los nutrientes que requeri-mos, así que debemos incluir en nuestra dieta una gran variedad de alimentos.

Al elegir los alimentos que debemos consumir es importante considerar que no todos requerimos de los mismos nutrientes; por ejemplo, un niño (que está en crecimiento) requiere más pro-teínas que una persona adulta, porque su cuerpo está construyendo nuevos tejidos, mientras que una persona que hace mucho deporte debe consumir

bastantes carbohidratos para tener la energía necesaria.

En este proyecto investigarán qué nutrientes se encuentran en diferentes alimentos, lo cual les servirá para com-prender por qué es importante tener una alimentación balanceada y responder una pregunta relacionada con nuestra alimentación diaria.

1. Planeación

Integren su equipo. Elijan a los que serán sus compañeros para elaborar el proyecto. Apóyense en su maestro para que los ayude a organizarse.

Elijan el tema. Para ello pueden considerar la sugerencia que les hemos hecho y continuar investigando sobre el tema de este proyecto. Algunas pregun-tas relacionadas con el tema podrían ser:

• Si me comí una hamburguesa con queso y papas fritas, ¿cuánto ejercicio debo hacer para utilizar las calorías que acabo de ingerir?

• ¿Qué alimentos debo consumir de acuerdo con mi actividad diaria?

• ¿Cómo puedo evitar la obesidad y el sobrepeso?

• ¿Cómo puedo seguir una dieta vege-tariana saludable?

• ¿Cómo varían los aportes nutriciona-les de acuerdo con las diferentes cul-turas de mi país?

• ¿A qué se debe que Estados Unidos de América y México encabecen la lista de obesidad en el mundo?

También pueden defi nir el tema del proyecto con otra pregunta (recuerden que debe relacionarse con alguno de los temas estudiados en el bloque).

Anoten la pregunta de su proyecto sobre las líneas:

Esbocen qué tipo de proyecto les gustaría hacer (científi co, tecnológico o ciudadano) y defi nan las actividades que deberán llevar a cabo.

Elaboren una hipótesis. Dependiendo de la pregunta que hayan planteado, pueden establecer una hipótesis; por ejemplo, pueden nombrar algunos alimentos que


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crean que deban incluir en su dieta o que puedan enriquecer una dieta típica de una región del país.

Anoten su hipótesis sobre las líneas.

Propongan la metodología. Planteen las actividades que seguirán para po-der responder la pregunta formulada de acuerdo con el tipo de proyecto que desean hacer.

La metodología deberá incluir dón-de, cómo y qué tipo de información recabarán para la investigación; cómo analizarán los datos, qué actividades harán, cómo comunicarán los resul-tados del proyecto, quiénes serán los responsables de cada parte, qué tiem-po le dedicarán, etc. Recuerden cómo llevaron a cabo los proyectos en otros cursos de Ciencias y comiencen su pla-neación.

2. Desarrollo

Investigación previa. De acuerdo con la pregunta que hayan planteado, deben realizar una investigación para recabar la información necesaria que la resuel-va. A continuación les proponemos algunos temas que pueden serles de utilidad.

Recuerden que son sólo sugerencias y que también pueden proponer otras.

• Nutrientes contenidos en cada uno de los alimentos que consumimos de manera cotidiana.

• Nutrientes aportados por los alimen-tos de mi región.

• Formas para aprovechar los alimen-tos de mi región para tener una ali-mentación balanceada.

• Cantidad de energía que una persona requiere según sus características per-sonales (actividad física, edad, sexo, eficiencia de su organismo).

• Obesidad e influencia de esta enfer-medad en la calidad de vida de quien la padece.

• Consecuencias físicas de la obesidad.

• Desnutrición y formas de evitarla.

• Aminoácidos: definición, importan-cia y función en el organismo.

• Aminoácidos esenciales (los que se de-ben obtener por la alimentación) y no esenciales (los que sintetiza el cuerpo).

• Alimentos que contienen aminoáci-dos esenciales.

• Interpretación y aprovechamiento de la información nutrimental contenida en los alimentos empacados que sole-mos consumir.

Consulten las diversas fuentes de in-formación que tengan a su alcance, por ejemplo, la Biblioteca escolar, la de Aula, la municipal, revistas, Internet (figura 3), periódicos, videos, etc. También pueden visitar un supermercado y analizar la in-formación que contienen las etiquetas de distintos productos.

Figura 3. Si pueden, utilicen Internet como fuente de consulta, pero no se limiten sólo a este recurso.

actividad calorías por hora

Ver televisión (sentado) 70

Estudiar o escribir (sentado) 80

Caminar 150

Correr 530

Subir escaleras 300

Jugar basquetbol 460

Jugar futbol 520

Nadar 350

Barrer 175

Hacer la cama 200

Bañarse 250

Dormir 50

Reúnan y analicen sus datos. Recuer-den que para analizar sus datos es más sencillo si los acomodan en gráficas o tablas. Por ello puede ser conveniente que organicen la información que inves-tigaron en una tabla en la que puedan ver fácilmente los aportes nutricionales de cada alimento. Decidan entre todos qué información debe contener la tabla y elabórenla.

Si quieren conocer la cantidad de energía que necesitan diariamente pueden utilizar la siguiente tabla, en la que se indica un aproximado de las calorías que gasta una persona de 55 kg al realizar dife-rentes actividades durante una hora.


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Con los datos encontrados, también les recomendamos analizar sus hábitos alimenticios y los de algunos miembros de su comunidad; pueden evaluar por grupos de edad o bien por regiones, de acuerdo con hábitos culturales. Las si-guientes preguntas pueden ayudarles a guiar su análisis:

• ¿Los adolescentes de la comunidad siguen una dieta balanceada? ¿Por qué?

• ¿Los alimentos típicos de mi región (o la que eligieron) que se consumen en el almuerzo están balanceados?

• ¿La información que incluye este pro-yecto lograría que los miembros de una familia modifi quen sus hábitos alimentarios? ¿Por qué?

Además, es importante que recapaciten sobre la relación que existe entre nutri-ción, salud y belleza física.

Con todo lo que aprendieron ahora están en posibilidades de lograr una mejor calidad de vida. Identifi quen claramente lo que pueden hacer para mejorar sus hábitos alimenticios o los de su comunidad y planteen cómo ponerlo en práctica. Escriban sus ideas y con-fróntelas con las de los demás miembros del equipo para elegir la más funcional.

Lo que hagan y lo que logren es la parte más importante del proyecto.

Formulen conclusiones. De acuerdo con la investigación y el análisis de la información, ¿se cumplió su hipótesis?; ¿pudieron responder las preguntas que surgieron en el proceso?

Para terminar pueden proponer una dieta semanal adecuada con sus reque-rimientos alimentarios. Apóyense en las actividades que realizaron para el Pro-yecto 1 del Bloque 2: “¿Cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento del cuerpo?”.

Escriban un informe. Incluyan un re-sumen de todas las actividades que llevaron a cabo y de la información que recabaron para elaborar el trabajo que su maestro les solicite y entréguenselo.

Si calcularon la cantidad de calorías que requieren y las que consumen, de-ben incluir las operaciones necesarias.

Expliquen la conclusión a la que llegaron y cuál es la respuesta de su pre-gunta inicial.

No olviden incluir toda la bibliogra-fía que consultaron.

3. Difusión

Elijan el medio de difusión. Lo que han aprendido en este proyecto puede ser de gran utilidad para mejorar su calidad de vida y la de su comunidad, así que es importante que en equipos decidan qué información es importante comunicar y de qué manera presentar sus resultados para darlos a conocer de acuerdo con su público. Busquen la manera de que los demás se enteren de los benefi cios de su investigación. Por ejemplo, pueden presentar un tríptico en el que expliquen la importancia de llevar una dieta sana e incluir una dieta semanal balanceada (fi gura 4).

4. Evaluación

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo. Pueden ha-cerlo como lo han hecho en los bloques anteriores. Si lo consideran necesario, propongan mejoras a las formas de eva-luación que han llevado a cabo.

Evalúen el impacto de su medio de di-fusión. Pueden preguntar a la gente que recibió el tríptico si cambiaron sus hábi-tos alimentarios y por qué. Dependiendo de la respuesta, indiquen si consideran que este proyecto tendrá repercusiones en la salud del grupo con el que trabaja-ron. Expliquen las razones.

Figura 4. Pueden usar el rotafolio o cartulinas para presentar sus propuestas al grupo.


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En los Bloques 2 y 3 hemos mencionado que la materia está hecha de átomos y moléculas y que nuestro cuerpo no es la excepción, sólo que las moléculas que lo constituyen tienen una composición y estructura específi ca que permiten que nuestro cuerpo funcione de manera adecuada. A las moléculas que forman a los seres vivos se les conoce como biomoléculas y suelen formar largas cadenas hechas de carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque con frecuencia tienen también elementos como nitrógeno, azufre y fósforo.

De acuerdo con su estructura y función dentro de los seres vivos, las biomoléculas se clasifi can en cuatro grandes grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas (fi gura 1) y ácidos nucleicos. Además de las biomoléculas debemos ingerir otras sustancias como sales y agua, porque son indispensables para el buen funcionamiento de los seres vivos, pero estructuralmente son muy distintas a las biomoléculas.

Los lípidos y carbohidratos son moléculas que aportan la energía que requerimos y están hechas de carbono, hidrógeno y oxígeno. A pesar de estar hechas de los mismos tres elementos, estos dos tipos de biomoléculas tienen

estructuras distintas, por lo que sus propiedades y funciones son distintas dentro de nuestro cuerpo.

Los carbohidratos son una fuente primaria de energía, mientras que los lípidos tienen la función de ser una reserva de energía (a diferencia de los carbohidratos, normalmente se almace-nan, ¡por eso las gorditas de chicharrón y los alimentos fritos nos hacen engor-dar tan fácilmente!).

Los lípidos también tienen una importante función estructural, pues forman parte de la membrana de las células.

Las proteínas son sustancias que ade-más de estar constituidas por hidrógeno, carbono y oxígeno contienen nitrógeno y muchas de ellas, azufre. Las proteínas

tienen la principal función de construir órganos y tejidos y por tanto se dice que tienen una función estructural. Sin embargo, dependiendo de cómo estén enlazadas, las proteínas tienen muy di-versas propiedades y funciones, como ocurre con las enzimas que son catali-zadores importantes en nuestro cuerpo, o bien con los anticuerpos que son los encargados de defender el organismo de infecciones.

El último grupo de biomoléculas son los ácidos nucleicos que son los encargados de conservar y reproducir la información genética de los seres vivos.

Para explicar el funcionamiento de estos diversos tipos de moléculas en nuestro organismo es necesario conocer su estructura.


¿cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos?

características de algunas biomoléculas formadas por cHonÁmbito de la vida

• asociarás las propiedades de diversas moléculas orgánicas con su estructura, particularmente con las interacciones intra e intermoleculares.

• reconocerás la disposición tridimensional de dichas moléculas.

• Harás modelos de la relación existente entre los aminoácidos en las proteínas.

En e

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proy

ecto

:

Figura 1. Los alimentos que observas en esta imagen contienen biomoléculas como carbohidratos (a), lípidos o grasas (b) y proteínas (c). Debemos consumir todos estos alimentos, pero en ciertas porciones y con base en “El plato del bien comer”.

a b c


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son fundamentales en su estructura y función, posiblemente ahora cobre sen-tido lo estudiado hasta el momento y aprecien su importancia. Organicen los datos que hayan investigado en una ta-bla. También pueden construir modelos tridimensionales que les ayuden a expli-car las propiedades y funciones de las biomoléculas.

Formulen conclusiones. De acuerdo con su investigación y el análisis de la información contesten la pregunta que se plantearon al inicio.

Escriban un informe. Incluyan un resu-men de todas las actividades que lle-varon a cabo y de la información que recabaron. Expliquen la conclusión a la que llegaron y cuál es la respuesta a su pregunta inicial. No olviden incluir toda la bibliografía que consultaron.

3. Difusión

Elijan el medio de difusión. Decidan de qué manera presentar sus resultados. Por ejemplo, pueden preparar una pre-sentación y exponerle al grupo lo que han estudiado. Para apoyarse, presenten también los modelos que hayan cons-truido.

4. Evaluación

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo. Como han venido haciendo en los bloques anterio-res, deberán tomar en cuenta las partes que integraron en el desarrollo de su proyecto.

Evalúen el impacto de su medio de difu-sión. Si eligieron hacer una presentación frente al grupo pueden llevar a cabo una discusión sobre el tema que expusieron, y saber si la presentación del modelo de la biomolécula que estudiaron les sirvió para comprender mejor el efecto que tie-nen los enlaces en su estructura; también pueden incluir la importancia de otro tipo de moléculas, como la del agua.

Actividad previa

Para estudiar un poco más a fondo el tema que te proponemos en este proyecto, te recomendamos que in-vestigues y respondas las siguientes preguntas:

• ¿Cómo están constituidos los car-bohidratos y cuál es su función?

• ¿Qué son los monosacáridos, disacáridos y polisacáridos?

• ¿Qué estructura tienen los lípi-dos? ¿Qué propiedades tienen?

• ¿Cuál es la diferencia entre las grasas saturadas y las insaturadas?

• ¿Qué estructura tienen las pro-teínas? ¿Qué son las estructuras primaria, secundaria y terciara de las proteínas?

• ¿Cuál es la función de las siguien-tes proteínas en el cuerpo: insuli-na, hemoglobina y colágeno?

• ¿Cómo están constituidas? ¿Qué tipos de enlace hay entre sus átomos? ¿Cómo podríamos representarlos?

1. Planeación

Integren su equipo. Elijan a sus com-pañeros para elaborar el proyecto. Apóyense en su maestro para que los ayude a organizarse.

Elijan el tema. Para ello pueden considerar esta propuesta y continuar investigando sobre el tema.

Recuerden que pueden plantear diversas preguntas relacionadas con el tema como:

• ¿Por qué los carbohidratos son una fuente primaria de energía y los lípi-dos sirven como reserva energética?

• ¿Por qué los carbohidratos son solu-bles en agua y los lípidos no lo son?

• ¿Pueden las proteínas aportarnos ener-gía? ¿Por qué?

• ¿Cómo funciona la hemoglobina?

¿Cómo se relaciona su función con su estructura?

• ¿Cómo afecta la estructura de las proteínas a sus propiedades?

También pueden elegir otro tema del bloque y defi nir el tema del proyecto a manera de pregunta.

Propongan la metodología. Planteen las actividades que seguirán para responder la pregunta formulada.

2. Desarrollo

Investigación previa De acuerdo con la pregunta que hayan planteado al inicio, realicen una in-vestigación que les permita resolver la situación planteada.

Los siguientes puntos son una suge-rencia de temas que pueden investigar, pero recuerden que de acuerdo con su pregunta inicial ustedes deben decidir qué es importante investigar.

• Elementos que constituyen la(s) bio-molécula(s) que van a estudiar.

• Tipos de enlace entre los elementos en las biomoléculas en estudio.

• Interacciones intramoleculares: qué son y qué tipo de interacciones intra-moleculares hay en las biomoléculas en estudio.

• Interacciones intermoleculares: qué son y cómo interaccionan las biomo-léculas de estudio con otras molécu-las como el agua, el oxígeno u otra molécula de interés.

• Relación entre la estructura de las biomoléculas con sus interacciones inter e intramoleculares.

• Aminoácidos que forman las proteí-nas, su relación con los aminoácidos que forman una proteína y con su es-tructura.

• Consulten las diversas fuentes de in-formación que tengan a su alcance.

Reúnan y analicen sus datos. Con su investigación ya se dieron cuenta de la estructura que tienen las biomolécu-las y que los diferentes tipos de enlace


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ProyECto dE INtEgrACIóN2

BLOQUE 4


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En el bloque anterior abordamos el tema de las reacciones químicas y en él aprendiste que, en general, en una reacción química las sustancias que par-ticipan en ella modifican su composición porque sus átomos se reacomodan.

Pero aún quedan preguntas: ¿todas las reacciones químicas son iguales? ¿Cómo las podemos clasificar? Las respuestas dependen de lo que nos inte-rese conocer de las reacciones químicas: la energía que interviene en la reac-ción, el cambio en su composición (si se producen o descomponen sustan-cias a partir de otras) o lo que sucede con los electrones de valencia de las sustancias que participan en la reacción. Con este criterio de clasificación, podemos distinguir dos clases de reacciones:

• Aquellas en las que algunos electrones son transferidos de un reacti-vo a otro, a las que se conoce como de reducción-oxidación o redox.

• Aquellas en las que no hay pérdida o ganancia de electrones. A este tipo de reacciones pertenecen las conocidas como ácido-base.

En este bloque estudiaremos ejemplos de ambas clases de reacciones que se relacionan con nuestra vida cotidiana, como en el funcionamiento de las pilas y las que permiten limpiar metales con jugo de limón.

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PROPÓSITOS

1. Identificar las principales características del cambio químico, específicamente en las reacciones de ácido-base y de óxido-reducción, así como algunos ejemplos del entorno del alumno.

2. Registrar e interpretar la información adquirida de diferentes fuentes y aplicarla en algunos tipos de reacciones que ocurren en el entorno.

3.Aplicar e integrar habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de proyectos, enfatizando la contribución del conocimiento químico para la satisfacción de necesidades en el marco del desarrollo sustentable.

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¿Cómo evitar la corrosión?

Nuestra atmósfera es rica en oxígeno (20% del aire que respiramos lo contiene), y sa-bemos que este elemento es esencial para todos los organismos superiores (plantas y animales); sin embargo, su presencia es responsable de la corrosión. Miles de millones de dólares se gastan en el mundo tratando de evitarla, así como de reparar los daños que ocasiona. ¿Qué materiales son más susceptibles a la corrosión? ¿Qué condiciones la favorecen? ¿Es posible evitarla? El desarrollo de este proyecto te permitirá conocer más respecto a este importante tema y quizá encuentres la forma de dejar tu bicicleta a la intemperie sin temor a que se deteriore.

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¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos?

¿Qué haríamos (o qué vamos a hacer) sin petróleo? Cuántas veces no hemos oído que el petróleo se está acabando. ¡Qué bueno!, podrías pensar, ¡así habrá menos contami-nación! ¿Conoces todos los productos que dependen del petróleo para su manufactura? ¿Qué vamos a hacer cuando éste se acabe? El desarrollo del presente proyecto te permi-tirá asomarte al futuro que nos espera en un mundo sin petróleo. ¿Cómo nos transporta-remos? ¿Podemos sustituir los plásticos? ¿Cómo generaremos electricidad? Te invitamos a desarrollar el presente proyecto para encontrar respuesta a estas y otras interrogantes.

Proyectos Al terminar de estudiar este bloque podrás iniciar el desarrollo de los dos pro-yectos que te sugerimos a continuación, en ellos podrás seguir aplicando, con mayor autonomía y en equipo, lo que has aprendido en este bloque y en los anteriores.

Recuerda que esta introducción es útil para que, durante el bimestre, puedas decidir con tu equipo y tu maestro qué proyecto les interesa desarrollar y para que preparen juntos el material y se organicen desde ahora.

T1 tEMA 1: Ácidos y bases

T2 tEMA 2: oxidación y reducción

P ProyECto 1: ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos?

ProyECto 2: ¿Cómo evitar la corrosión?

C o N t E N I d o d E L B L o Q U E


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Ácidos y bases

Los ácidos y las bases (o álcalis) son dos clases de sustancias antagónicas (o contrarias) muy importantes tanto en la industria química como en nues-tra vida diaria.

Muchas de las principales reacciones químicas que ocurren en los seres vi-vos son asistidas (catalizadas) por ácidos: el metabolismo (de azúcares y grasas) y la respiración son sólo dos ejemplos de procesos que implican la transferencia de iones H+, conocidos como protones, que son los iones que caracterizan el comportamiento de las sustancias a las que llamamos ácidas.

En la industria, esta clase de sustancias se emplea en muchos procesos quí-micos. Basta mencionar que las dos sustancias químicas que más se pro-ducen en el mundo son, en primer lugar, el ácido sulfúrico que, como su nombre lo indica, es una sustancia ácida; y en segundo lugar, el amoniaco (una base).

En este tema reconoceremos las características químicas de las sustancias a las que llamamos ácidos y bases, conoceremos en qué tipo de reacciones intervienen y sabremos qué ocurre cuando reaccionan entre sí.

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1. Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana

Experiencias alrededor de los ácidos y las bases

Probablemente la palabra “agrio” te suene familiar (nada que ver con química, ¿o sí?). Cuando pensamos en algo asociado con “agrio”, quizá el limón, el chamoy o el tamarindo vengan a nuestra mente. Con sólo imaginarlos nuestras glándulas salivales comienzan a trabajar (figura 1).

Esto se debe a que agrio es uno de los cuatro sabores que reconocemos con facilidad: dulce, salado, amargo y agrio o ácido. Ácido es un sinónimo del sabor agrio, pero también es un término que usamos en química para definir cierto tipo de sustancias.

De hecho, el uso de la palabra ácido proviene justamente del sabor agrio aso-ciado a algunas sustancias químicas. El término ácido viene del latín acidus, que significa agrio.

Como recordarás del Tema 2 del Bloque 1, la primera información de nuestro entorno la obtenemos a través de nuestros sentidos, por lo que no es sorpren-dente que una práctica común entre los antiguos químicos fuera probar las sustancias que preparaban (¡más de uno debió ser envenenado por esta no muy saludable costumbre!).

Por fortuna, ese método desapareció hace mucho tiempo, pues hoy reconoce-mos lo peligroso que resulta probar sustancias cuya toxicidad desconocemos.

¿Qué relación tiene lo agrio con lo ácido? ¿Has tenido la mala suerte de probar leche “agria” o en mal estado?

El sabor agrio (ácido) en la leche descompuesta o en productos lácteos como el yogurt, así como en el tamarindo, el limón y el vinagre proviene de una clase de sustancias a las que los químicos llamamos ácidos.

En el vinagre el sabor ácido se debe al ácido acético, cuyo nombre es un poco redundante, porque al traducirlo del latín resulta que ácido acético significa “ácido ácido”.

En el limón la acidez se debe a la presencia de ácido cítrico (además del limón, ¿qué otras frutas “cítricas” conoces?), mientras que en el ta-marindo se debe al ácido tartárico.

En los productos lácteos el sabor ácido se debe a la presencia de ácido láctico, el cual se genera por la fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche), ocasionada por bacterias. Cuando dejamos la leche fuera del refrigerador por mucho tiempo, las bacterias encuentran las condiciones ideales para crecer y reproducirse. ¿Recuerdas qué es la fermentación? ¿Qué condiciones la favorecen? ¿Podemos sacar provecho de ella?

• Caracterizarás algunas de las propiedades macroscópicas de los ácidos y las bases.

• Valorarás la importancia de los ácidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria química.

• Identificarás la posibilidad de sintetizar nuevas sustancias (formación de sales) a partir de reacciones ácido-base.

• Valorarás la contribución de la química en la construcción de un mundo diseñado.

• Manifestarás una actitud crítica al distinguir las implicaciones éticas del uso del conocimiento químico.

En e

ste

subt

ema:

Figura 1. Los sabores ácidos se perciben en las zonas laterales de la lengua; según el nivel de acidez, nos provoca muecas.


219

B4T1

Si en lugar de desechar la leche agria la dejamos fermentando aún más, es muy probable que cambie de apariencia ya que “se corta” (fi gura 2). La presencia de grandes cantidades de ácido láctico en la leche precipita (separa) las proteínas quecontiene (caseína principalmente). Esto se observa con facilidad, pues la leche que antes se veía como un material homogéneo, ahora es claramente heterogénea.

¿Todas las sustancias ácidas provocan que la leche se “corte” igual? Investígalo a continuación.

Reconoce una sustancia ácida.

1. Contesta la siguiente pregunta: ¿cómo puedo saber qué sustancias son ácidas sin tener que probarlas? Anota tu respuesta sobre las líneas.

2. Consigan en equipo el siguiente material:

• 500 mL de leche entera


• 2 limones

• Pasta de tamarindo (aproximadamente 1 cucharada)

• Chamoy en polvo o líquido (aproximadamente 1 cucharada)

• 10 mL de HCl al 1%

• 100 mL de agua

• 5 recipientes pequeños numerados del 1 al 5 (pueden ser vasos de precipitados de 100 mL o bien frascos de vidrio o vasos de plástico transparente)

3. Realicen el siguiente procedimiento.

a. En el recipiente número 1 coloquen una cucharada de pasta de tamarindo y agreguen de 30 a 40 mL de agua con el fin de disolver la mayor cantidad posible del tamarindo. No afecta si el tamarindo no se disuelve por completo, pero sí es importante agitar bien, para que la mayor cantidad posible de las sustancias contenidas en éste se disuelvan.

b. Repitan el mismo procedimiento con el chamoy en el recipiente número 2.

c. En el recipiente número 3 coloquen el jugo de 2 limones.

d. En el recipiente número 4 coloquen 20 mL de vinagre blanco.

Experimenta


Figura 2. Las bacterias que fermentan la leche para producir yogurt provocan que la acidez aumente y que las proteínas de la leche precipiten, formando un gel.


220

Como pudiste observar, la actividad recién desarrollada te permite identifi car si una sustancia desconocida tiene propiedades ácidas. Esto se conoce como sistema indicador, el cual nos permite reconocer fácilmente cuando una sustancia presenta ciertas propiedades específi cas (en este caso, la acidez sufi ciente como para poder precipitar la caseína de la leche). Más adelante en este tema, prepararemos otro sistema indicador un poco más versátil y colorido.

El efecto que tienen las sustancias ácidas en la precipitación de las proteínas de la leche es muy usado tanto en la industria como en nuestras casas; más de un delicioso postre se prepara usando los ácidos contenidos en los alimentos para “cortar” la leche y con ello preparar quesos y otros derivados lácteos. ¿Has proba-do los chongos zamoranos? ¿Sabes cómo se preparan?

Además, los ácidos tienen un papel muy importante en la preparación de ali-mentos a nivel industrial (fi gura 3). ¿Sabes de dónde viene la grenetina o gelatina? Muchas personas la preparan en sus casas hirviendo huesos de pollo o de otros animales por largos periodos. A nivel industrial la gelatina se prepara usando un proceso semejante, pero agregando ácidos minerales para hacer que la obtención de esta sustancia sea más rápida y efi ciente.

En la industria de los alimentos el uso de sustancias ácidas es común; ya había-mos hablado en el bloque anterior del uso de algunos ácidos como conservadores de alimentos (¿recuerdas que muchos productos dicen “adicionado con vitamina C”?), aunque éstos se añaden en pequeñas cantidades. También es posible preservar alimentos agregando una gran cantidad de ácido. ¿Conoces algunos alimentos que se conserven por mucho tiempo sumergidos en vinagre? ¿Cuáles son?

Además de la precipitación de la caseína, existen muchas otras reacciones químicas comunes a las sustancias ácidas. Mencionamos aquí algunas de las más conocidas:

• Reaccionan fácilmente con los carbonatos para generar dióxido de carbono (CO2).

• Reaccionan fácilmente con los metales más activos (familias 1 y 2), produciendo hidrógeno gaseoso (H2(g)).

• Disuelven con facilidad muchos óxidos metálicos.

e. En el recipiente número 5 coloquen 10 mL de HCl al 1%.

f. Ahora agreguen a cada uno de estos recipientes 20 mL de leche; agiten y observen.


• ¿Qué observaron?

• ¿Todos estos materiales y sustancias producen el mismo efecto en la leche?

• ¿Consideran que este método les permitiría reconocer si estos materiales contienen sustancias ácidas sin tener que probarlos?

• ¿Cuál de los materiales que emplearon permite separar más fácilmente la caseína de la leche?

5. Concluyan. Con ayuda del maestro, lleguen a conclusiones sobre la similitud del comportamiento de las sustancias que emplearon y la posibilidad de establecer generalizaciones en relación con el comportamiento de las sustancias ácidas.

Figura 3. El vinagre funciona como conservador de alimentos y en la industria se agrega a la mayonesa, mostaza y cátsup para disminuir las cantidades de otros conservadores.


221

B4T1

Además de las propiedades químicas antes menciona-das, ¿qué tienen en común todas estas sustancias a las que llamamos ácidos? En general, podemos hablar de dos tipos de ácidos: los derivados de compuestos de carbono (llamados ácidos carboxílicos) y los que se obtienen de otros no metales (también llamados ácidos minerales).

Los ácidos carboxílicos son los que encontramos co-múnmente en frutas, verduras y otros alimentos: el ácido cítrico, el ácido ascórbico (también conocido como vi-tamina C), el ácido tartárico, el ácido láctico y el ácido acético son ejemplos de este tipo de ácidos. Otro ejemplo de ácidos carboxílicos muy importantes lo constituyen los ácidos grasos que encontramos en los aceites vegetales que consumimos.

Por otra parte los llamados ácidos minerales, como el nítrico, el sulfúrico y el fosfórico, se obtienen a partir de sustancias llamadas inorgánicas: dióxido de nitrógeno, trióxido de azufre y roca fosfórica, respectivamente.

Es probable que conozcas uno de esos ácidos mine-rales, pues se vende en muchas tlapalerías como “ácido muriático”, el cual se usa a menudo como agente limpia-dor. Recibe este nombre porque originalmente se obtenía a partir de la salmuera (agua con altas concentraciones de cloruro de sodio); el nombre químico de este ácido es ácido clorhídrico.

En la fi gura 4 te presentamos las estructuras de Lewis de algunos de los ácidos mencionados antes. Como puedes notar, muchas de las sustancias que reconoce-mos como ácidas tienen en su estructura un átomo de hidrógeno unido a un átomo de oxígeno (grupos –OH). Sin embargo, es importante mencionar que no todas las sustancias que tienen grupos –OH son ácidas, como el alcohol (etanol), el agua y el azúcar (sacarosa).

Figura 4. ¿Puedes reconocer qué tienen en común todas estas sustancias? Analiza las estructuras de Lewis y los modelos de barras y esferas.

Ácido láctico

Ácido fosfórico

Ácido acético

Ácido tartáricoÁcido sulfúrico


222

La presencia de oxígeno en muchas de las sustancias con propiedades ácidas fue reconocida originalmente por Lavoisier, quien nombró a este elemento químico “oxígeno”, que significa “generador de ácidos”.

Más adelante estudiaremos por qué en algunos casos la presencia de enlaces –O–H da origen a sustancias ácidas y en muchos otros casos no.

¿Y qué es una “base”? Las sustancias que hoy conocemos como bases se co-nocían antes como álcalis; tal vez la palabra “alcalino” te sea familiar: ¿has oído hablar de las pilas o baterías alcalinas? La palabra álcali proviene del árabe Al-Qaly, que significa ceniza.

Cuando se quema un pedazo de madera, ¿has observado qué es lo que queda al término de la combustión? La composición de las cenizas varía dependiendo de la temperatura alcanzada durante la combustión y del tipo de madera empleada, pero por lo general las cenizas contienen óxidos o carbonatos de iones metálicos, principalmente carbonato de calcio y óxido de calcio, así como óxidos o hidróxi-dos de sodio y potasio.

Una de las primeras aplicaciones de los llamados álcalis (cenizas) fue en la producción de jabón: cuando la grasa animal se hierve por largos periodos con cenizas, se obtiene jabón. Este método lo conocían los antiguos pobladores del medio oriente (los babilonios). El primer registro de la fabricación de este material data de alrededor del año 2000 a.n.e.

En el México prehispánico y en Mesoamérica las cenizas se utilizaban en el proceso de nixtamalización del maíz, mediante el cual los álcalis ayudan a remover

el hollejo o cascarilla del grano para la elaboración de tortillas. De hecho, nixtamal proviene de la voz náhuatl nextli, que significa ceniza. Hoy en día la nixtamalización del maíz se hace a gran escala em-pleando cal apagada (hidróxido de calcio) en lugar de cenizas.

Uno de los usos cotidianos de las sustancias alcali-nas se da en la limpieza; esto se debe a que muchos de los jabones y detergentes requieren condiciones básicas para funcionar de manera adecuada. Es por esto que muchos de los limpiadores comerciales contienen este tipo de sustancias.

Pese a su utilidad (que nadie niega), el impacto de estos productos en el medio ambiente ha sido muy alto debido al consumo indiscriminado que se ha hecho de ellos, sobre todo de los productos elaborados a base de fosfatos. Sin embargo hoy en día, gracias a nuestra creciente conciencia ecológica, se fabrican detergentes cuyo contenido de fosfatos es menor, tratando de mini-mizar así los daños que tales productos provocan en el medio ambiente.

Una característica común a muchas sustancias alcalinas es que al tocarlas producen una sensación “resbalosa” en las manos, como el jabón, la cual desaparece si se mezcla con ácidos. Es importante mencionar que, así como resulta peligroso identificar las sustancias por su sabor, también tocarlas conlleva riesgos. Hay muchas sustancias que se absorben con

1. Si estás interesado en conocer las respuestas a preguntas como: ¿qué es un jabón? ¿Cómo se produce? ¿Por qué limpian los jabones y detergentes?, te invitamos a visitar las siguientes páginas electrónicas:

http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/RC-46/Rc-46.htm

www.ciencianet.com/detergente.html

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/51/htm/sec_10.html

2. Si quieres conocer más sobre los problemas ambientales asociados a los detergentes con fosfatos, te invitamos a visitar las siguientes páginas:

www.terra.org/articulos/art00308.html

http://al-gutlal.spaces.live.com/blog/cns!E01B9DB354819642!1687.entry

3. Consulta a tu maestro si tuviste alguna duda. Luego comparte con tu grupo lo que más te haya interesado de tu investigación y lo que piensas hacer de ahora en adelante con el consumo de detergente.

Utiliza las TIC


223

B4T1

facilidad por la piel y pueden resultar tóxicas. Los ácidos y las bases, dependiendo de su concentración, pueden llegar a causar lesiones en la piel, por lo que debes ser cuidadoso al manejarlas. Muchos de los productos de limpieza contienen sustancias alcalinas, que cuando se encuentran muy concentradas, los envases que los con-tienen muestran el símbolo de advertencia que aparece en la fi gura 5.

Como mencionamos con anterioridad, las sustancias alcalinas o básicas tienen la propiedad de ser antagóni-cas de los ácidos, pero como la química es una ciencia experimental, te sugerimos observar y comprobar este antagonismo ácido-base realizando la siguiente actividad.

1. Consigan el siguiente material.

• Agua 20 mL

• 1.5 g de hidróxido de sodio (NaOH)

• 3 recipientes transparentes (pueden ser frascos de comida para bebé)

• 1 limón


• 5 mL de ácido clorhídrico (HCl) al 1%

• 150 mL de leche entera


a. Coloquen 0.5 g de hidróxido de sodio en cada uno de los recipientes. (Recuerden que deben tener cuidado y evitar tocarlo.)

b. Agreguen 20 mL de agua a cada uno de los recipientes y agiten con cuidado hasta que todo el hidróxido de sodio se haya disuelto.

c. Agreguen a cada uno de los recipientes un ácido diferente: jugo de 1 limón, 5 mL de vinagre o 5 mL de ácido clorhídrico y agiten con cuidado.

d. Ahora, agreguen a cada vaso 50 mL de leche entera. Observen con cuidado.

e. Comparen sus resultados con los obtenidos en la actividad anterior.

• ¿Qué diferencias observaron en la precipitación de la caseína?

• ¿La presencia de hidróxido de sodio modifica las propiedades ácidas de las sustancias empleadas?

• Si la presencia de sustancias ácidas precipita la caseína, ¿qué pueden decir de la acidez de las mezclas empleadas en la presente actividad?

3. Concluyan: ¿qué efecto tiene sobre la acidez de una sustancia el agregar una base? Compartan sus conclusiones con el resto del grupo y su maestro.

Experimenta

Comprueba las características de los ácidos y las bases

Figura 5. ¿Has observado este símbolo en alguno de los productos que se guardan en tu casa? Indica que la sustancia contenida en este producto es corrosiva, pues puede lesionar tu piel o dañar los materiales con los que entra en contacto.


224

Neutralización

Como pudiste observar en la actividad anterior, la presencia de sustancias alcalinas evita que los ácidos actúen sobre la caseína de la leche, y por lo tanto ésta no se “corta”.

Esta propiedad antagónica de los álcalis sobre los ácidos se conoce en química como neutralización.

De la misma forma que los álcalis neutralizan las propiedades de los ácidos, los ácidos neutralizan las bases o álcalis.

Parte 1


• 2 tazas de col morada finamente picada

• ¼ de litro de agua hirviendo

• Papel filtro (para café) o tela de algodón

2. Realicen el siguiente procedimiento para preparar el indicador.

a. Coloquen en un recipiente la col morada finamente picada y agreguen agua hirviendo (sólo lo suficiente para cubrirla). Permitan que repose por al menos diez minutos para que el colorante contenido en la col pueda extraerse.

b. Usando el papel filtro o una tela de maya fina filtren el jugo de col, el cual usarán como indicador en varios experimentos. (También pueden hacer tiras de papel filtro, mojarlas con el jugo de col y dejarlas secar. Éstas les servirán como papel indicador en ensayos posteriores.)

Parte 2

1. Para probar su indicador, consigan 5 o 6 de los siguientes materiales, además de HCl e hidróxido de sodio):

• HCl al 1%

• Hidróxido de sodio al 1%

• Vinagre

• Jugo de 2 limones

• Carbonato de sodio

• Limpiador para hornos en pasta

• Limpiador a base de amoniaco

• Cal en agua

2. Realicen el siguiente procedimiento para probar el indicador.

a. En caso de que las sustancias a evaluar sean sólidas, agreguen un poco de agua con el fin de disolverlas o al menos lograr una suspensión.

b. Coloquen un poco de las sustancias a evaluar en los recipientes.

c. Agreguen con un gotero un poco de jugo de col en cada uno de ellos.

d. En un vaso que contenga sólo jugo de col, agreguen un poco de ácido clorhídrico (0.5 mL aproximadamente). Observen el color que toma el indicador. Ahora agreguen a este vaso, gota a gota y agitando cada vez, un poco de hidróxido de sodio a fin de que puedan observar los cambios de color

del indicador, desde medios muy ácidos hasta medios muy básicos.

e. Con ayuda de estos cambios de color, ordenen los materiales evaluados del más ácido al más básico; consideren que la disolución más ácida que usaron fue la de ácido clorhídrico, mientras que la más básica fue la de hidróxido de sodio.

f. También pueden efectuar este procedimiento comenzando con una disolución de hidróxido de sodio (a la cual se le han agregado unas gotas de indicador): a esta disolución se le agrega gota a gota el ácido clorhídrico, observando el color que toma el indicador después de cada adición.

3. Analicen lo observado.

• ¿Qué pasa con el color de las soluciones al agregar el indicador?

• ¿Dirían que la solución de col morada sirve como indicador? Justifiquen su respuesta.

4. Discutan en grupo las ventajas y desventajas del uso de indicadores coloridos en lugar de la precipitación de la caseína para identificar una sustancia ácida.

Experimenta

Prepara un indicador colorido y pruébalo con distintas sustancias.


225

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Nuestro indicador basado en jugo de col (fi gura 6) nos ayuda a determinar si una sustancia disuelta en agua tiene propiedades ácidas o básicas, y no sólo eso: también puede ayudarnos a esti-mar qué tan ácida es. ¿Cómo se puede cuantifi car la acidez o alcalinidad?

Antes de poder dar respuesta a esta pregunta todavía hay algunas cosas que se nos han quedado en el camino sin responder, como ¿qué determina que una sustancia sea ácida o básica?

Una explicación de la naturaleza de las sustancias ácidas o básicas que data del siglo xvii −la cual “explicaba” además el antagonismo ácido-base− se hizo en términos de las propiedades organolépticas de estas sustancias (las que percibimos con nuestros sentidos): debido a la sensación “resbalosa” que provocan muchas sustancias alcalinas, se propuso que éstas estaban formadas por diminutas esferas. Por su parte, los ácidos debían de estar formados de sus-tancias “puntiagudas” debido a la sensación de picazón e irritación que causaban en la piel; así, al reaccionar los ácidos con las bases, la disolución resultante no era resbalosa ni irritante, según se ilustra en la fi gura 7.

Figura 7. La reacción entre los ácidos y las bases “aniquila” o neutraliza las propiedades de ambos; la disolución resultante no pica ni se siente “resbalosa”.

Como pudiste observar en la actividad anterior, cuando un ácido reacciona con una base (si las proporciones son las correctas), al fi nal la mezcla resultante no posee propiedades ácidas ni básicas; de hecho, empleando la neutralización podemos preparar una enorme cantidad de nuevas sustancias cuyas propiedades son distintas a los ácidos y las bases que les dieron origen.

Cabe mencionar que una parte importante de la producción mundial de ácido sulfúrico y ácido fosfórico se destina a la fabricación de fertilizantes. Estos produc-tos se obtienen a partir de la neutralización de estos ácidos.

Para entender por qué los ácidos y las bases se neutralizan y cuando lo hacen qué sustancias generan, es necesario explicar cuál es su naturaleza química, lo que haremos en el siguiente tema.

Figura 6. Las col morada contiene pigmentos naturales (llamados flavinas) que cambian de color dependiendo de la acidez o basicidad del medio en el que se encuentran, lo que permite usarla como un indicador ácido-base.


226

Los llamados ácidos minerales y los álcalis son sustancias que en alta concentración pueden resultar muy peligrosas, por lo que no las encontramos en productos comerciales (salvo algunas excepciones). Los productos de limpieza son los que con más frecuencia contienen altas concentraciones de este tipo de sustancias, así que en la investigación que te proponemos deberás ir a un supermercado o tienda de abarrotes a investigar lo siguiente:

1. Ve al departamento de productos de limpieza, busca los productos de este tipo y lee las etiquetas (o puedes pedir al encargado de la tienda que te muestre los productos de limpieza que él venda, pero primero hazle saber la intención de tu petición para que no se vaya a molestar si no compras nada). Luego, anota en tu cuaderno las respuestas a las siguientes preguntas:

• ¿Qué productos contienen ácidos?

• ¿Qué ácido contienen?

• ¿Qué tipo de materiales limpian?

• ¿Qué productos contienen bases (hidróxido de sodio o hidróxido de potasio)?

• ¿Las etiquetas de estos productos advierten sobre sus peligros y describen cómo manejar los productos?

2. Elabora un reporte en el que menciones cuántos de los productos contienen ácidos y cuántos bases, qué tienen en común los productos que contienen ácidos (por ejemplo, para qué se usan) y qué tienen en común los productos que emplean bases.

3. Discutan en el grupo el resultado de su investigación y lleguen a una conclusión en relación con la importancia de los ácidos y las bases en nuestra vida cotidiana.

Ácidos y bases en la industria.

1. Al principio del bloque mencionamos que las dos sustancias que más se producen en la industria química son un ácido (el ácido sulfúrico) y una base (el amoniaco). Si se produce una gran cantidad de estas sustancias, la razón obvia es porque su demanda es alta. Busca en libros o Internet la información oportuna que te permita contestar las siguientes preguntas:

• ¿Cómo se producen estas sustancias?

• ¿Cuánto de estas sustancias se produce anualmente?

• ¿Para qué se usan?

• ¿En qué productos que usas en forma cotidiana intervinieron estas sustancias para su manufactura?

• ¿Qué efectos tienen en el medio ambiente?

2. Discute con el grupo los resultados de tu investigación y lleguen a una conclusión en relación con la importancia de estas dos sustancias en la industria química.

Investiga

1. Contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas.

• Menciona una aplicación de los ácidos y una de las bases en nuestra vida cotidiana.

• Explica por qué los ácidos y las bases se consideran sustancias antagónicas (contrarias).

• ¿De dónde vienen las palabras “ácido” y “alcalino”?

• En la Antigüedad, ¿cómo se obtenían las sustancias alcalinas? ¿Qué uso se les daba?

• ¿Qué sustancias ácidas están en los alimentos?

• ¿Qué propiedades tienen en común las sustancias ácidas?

• ¿Qué propiedades tienen en común las sustancias básicas?

• ¿Consideras que los medicamentos que ayudan a aliviar la acidez estomacal tienen propiedades ácidas o básicas? ¿Por qué?

2. Con frecuencia la publicidad de ciertos productos cosméticos (sobre todo de jabones) se anuncia con un pH balanceado, ¿qué significa este dato?, ¿es correcta esta afirmación?

3. Normalmente los “destapa-caños” contienen sustancias básicas. Si al usar uno de estos productos la tubería se destapa, ¿qué tipo de material piensas que estuvo obstruyendo la tubería? Si por el contrario la tubería sigue atascada, ¿qué sustancia utilizarías para tratar de destaparla?

Evalúo mi avance

Importancia de los ácidos y las bases en nuestra vida cotidiana.


227

B4T1

2. Modelo de ácidos y bases

Modelo de Arrhenius

A fi nes del siglo xix Svante Arrhenius, un químico sueco, propuso una explicación a las propiedades químicas de los ácidos y las bases.

El joven Arrhenius estaba estudiando las propiedades eléctricas de las sustan-cias cuando éstas se disuelven en agua, y observó que muchas de ellas al disolverse conducen electricidad; estas sustancias se conocen como electrolitos. Hoy en día seguimos usando este nombre para defi nir las sales disueltas en agua, como aque-llas presentes en los sueros orales que se utilizan en caso de deshidratación.

Al disolver cloruro de sodio en agua podemos escribir el proceso de disolución como:

NaCl(s)+ H2O(en exceso) Na+(ac) + Cl–(ac)

Donde los iones que se generan en disolución son los responsables de conducir la corriente eléctrica. ¿Recuerdas las propiedades de los compuestos iónicos que estudiamos en el Bloque 2? Entre más concentrados estén los iones en la disolu-ción, mejor será la conducción de la corriente eléctrica (fi gura 8).

• Identificarás algunas de las características, alcances y limitaciones del modelo de Arrhenius.

• Explicarás el comportamiento de los ácidos y las bases apoyándote en el modelo propuesto por Arrhenius.

En e

ste

subt

ema:

Figura 8. La presencia de iones en una disolución permite el paso de corriente eléctrica a través de ésta (a). Al disolver cloruro de sodio (NaCl) los iones Na+ son atraídos hacia el polo negativo (ánodo) y los iones Cl– hacia el polo positivo (cátodo). El movimiento de los iones permite el paso de la corriente eléctrica como se muestra en el esquema (b).

a b

e–

e–

e–

e–

e–

e–


228

Si disolvemos 0.5 g de cloruro de sodio (NaCl) y agregamos 0.5 g de bromuro de potasio (KBr), la disolución resultante conduce la corriente eléctrica mucho mejor que si sólo hubiésemos disuelto 0.5 g de alguna de las dos sales.

La disolución de ambas sales se puede expresar como:

NaCl(s) + KBr(s)+ H2O(en exceso) Na+(ac) + Cl–(ac) + K+

(ac) + Br–(ac)

¿Y esto qué tiene que ver con los ácidos y las bases? Mucho, pues tanto los áci-dos como las bases son electrolitos, por lo que al disolverlos en agua se disocian, esto es, generan iones en disolución. Por ejemplo, para el ácido clorhídrico:

HCl + H2O(en exceso) H+(ac) + Cl–(ac)

En el caso del ácido nítrico:

HNO3 + H2O(en exceso) H+(ac) + NO3

–(ac)

En ambos casos, al disolver estas sustancias en agua se generan iones; y no sólo eso: ambos ácidos producen un ión similar: el ión H+.

Arrhenius encontró que esto es común en todas las sustancias que conocemos como ácidas: al disolverlas en agua producen iones H+ como producto de su diso-ciación iónica.

De hecho, el poder ácido de una sustancia está directamente relacionado con la cantidad de iones H+ que produce al disolverse. Los ácidos más fuertes (los ácidos minerales) producen una gran cantidad de iones H+, mientras que los ácidos car-boxílicos producen menos iones H+ (se disocian en menor proporción).

Recuerda que entre más iones haya en la disolución, mejor conducen la co-rriente eléctrica; así que es fácil saber cuándo un ácido es fuerte o cuándo no lo es tanto; basta con medir la conducción de la corriente eléctrica de una disolución que contenga únicamente esta sustancia.

¿Y las bases? Las bases también son electrolitos que al disolverse conducen corriente eléctrica, por lo que necesariamente producen iones en disolución. En el caso del hidróxido de sodio, la disolución puede representarse como:

NaOH(s) + H2O(en exceso) Na+(ac) + OH–

(ac)

Para el hidróxido de potasio:

KOH(s) + H2O(en exceso) K+(ac) + OH–

(ac)

Arrhenius encontró que muchas de las sustancias que se conocían como alcali-nas, al disolverlas producían iones OH–.

Una forma de cuantificar qué tan ácida o básica es una disolución es a través de un parámetro que conocemos como pH (figura 9).

07

14pH

Figura 9. El valor del pH de una disolución acuosa nos indica

qué tan ácida o básica es ésta: cuanto menor sea el valor

del pH, más ácida es; por el contrario, cuanto mayor sea el

valor del pH, más básica es.


229

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Cuanto mayor sea la concentra-ción de iones H+, menor es el valor del pH y más ácida será la disolu-ción. En el caso de las sustancias alcalinas, cuanto mayor sea la con-centración de iones OH– que éstas producen, mayor es el valor del pH y más básica o alcalina será la diso-lución.

Al disolver ácidos en agua el valor del pH de la disolución resul-tante será menor que 7, mientras que las bases producen disolucio-nes con un pH mayor que 7. Una disolución con pH =7 se considera neutra (fi gura 10).

¿Por qué unas sustancias son más ácidas que otras?

En párrafos anteriores mencio-namos que los ácidos carboxílicos (aquellos que contienen al grupo –COOH) son menos ácidos que los ácidos minerales (como el H2SO4 y el HCl); también mencionamos que no todas las sustancias que presentan gru-pos –OH son ácidas. Por fortuna, todo puede entenderse usando el modelo de Arrhenius: para que una sustancia sea ácida debe liberar iones H+ al estar disuelta en agua, por lo que sólo aquellas sustancias cuyos enlaces con el hidrógeno se rompan serán ácidas. En muchas sustancias, como el etanol (CH3–CH2–O–H), el enlace –O–H es tan robusto que en agua simplemente no se rompe, por lo que tales sustancias no se comportan como ácidos.

¿Y la neutralización? En párrafos anteriores mencionamos que cuando dos sustancias se disuelven en cierto volumen de agua y ambas son electrolitos, la conductividad de la disolución resultante debe ser mayor en comparación con la que tendrían si únicamente se disolviese uno de los electrolitos.

Si disolvemos juntos un ácido y una base, deberíamos observar una gran canti-dad de iones en disolución:

NaOH + HCl Na+(ac) + OH–

(ac) + H+(ac) + Cl–(ac)

Sin embargo, Arrhenius observó que la conductividad de la disolución resultan-te era mucho menor que la esperada, lo cual sólo puede explicarse si hay menos iones de los esperados.

Cuando mezclamos HCl(ac) y NaOH(ac) en las proporciones adecuadas, al eva-porar con cuidado esta disolución lo único que podremos observar en el recipiente es cloruro de sodio (NaCl). ¿Sólo sal? ¿A dónde se fueron los iones H+ y OH–?

La respuesta a esa pregunta es la razón por la cual los ácidos neutralizan las bases y viceversa: los iones H+ reaccionan rápidamente con los iones OH–, produ-ciendo agua:

H+(ac) + OH–

(ac) H2O

Figura 10. De la misma forma que nuestro extracto de col morada, muchos laboratorios químicos cuentan con papel indicador, el cual cambia de color dependiendo del pH de la disolución en la que se introduzca, lo que nos permite saber con facilidad el pH de la disolución.


230

Es por esto que la conductividad que Arrhenuis observó cuando los ácidos y las bases se mezclan es menor que la esperada, porque los iones H+ y OH– reaccionan generando una molécula de agua, que es una especie neutra (no iónica), por lo que no conduce la electricidad.

En el proceso de neutralización son muy importantes las proporciones de ácido y base que se emplean; si hay un ligero exceso de ácido la disolución resultante no será neutra, sino ligeramente ácida. Algo similar ocurriría si se agrega un poco más de base: en este caso la disolución sería ligeramente básica. Una disolución se ha neutralizado correctamente cuando el valor del pH de ésta es igual a 7. En este punto la disolución no tiene propiedades ácidas ni básicas.

Según la definición de Arrhenius, un ácido es una sustancia que al disolverse produce iones H+ y una base es una sustancia que al disolverse genera iones OH–, entonces la reacción entre un ácido y una base siempre produce una sal y agua:

KOH + HNO3 K+(ac) + NO3

–(ac) + H2O

Si evaporamos la disolución anterior sólo quedaría en el recipiente una sal, en este caso nitrato de potasio KNO3(s).

Es importante mencionar que el término “sal” en química incluye muchas sus-tancias, no sólo el cloruro de sodio o sal común (NaCl); en general llamamos “sales” a muchas otras sustancias iónicas solubles en agua.

Es posible utilizar el proceso de neutralización para preparar una gran variedad de sales cuyos usos son muy diversos. Una de las más importantes aplicaciones de las sales está relacionada con la agricultura.

Desde tus primeros años de estudio aprendiste que las plantas requieren luz, agua y sales minerales para crecer, las cuales toman del suelo. Cuando en el ciclo natural de las plantas no interviene el ser humano, al morir y descomponerse, regresan al suelo los nutrientes que de él tomaron. Sin embargo, la actividad humana modifica este ciclo natural: al cosechar las plantas evita que los nutrientes regresen al suelo, lo que después de varios ciclos de cosecha provoca su empobrecimiento.

Una forma de ayudar a evitar el empobrecimiento de los suelos es mediante el uso de fertilizantes “inorgánicos”, los cuales son sales que contienen principal-mente nitratos (sales que contienen iones NO3

–) y fosfatos (sales que contienen iones PO4

3–) de amonio y potasio (figura 11).

Figura 11. Para obtener buenas cosechas es necesario reponer

las sales minerales que las plantas toman del suelo (a);

esto puede lograrse mediante el uso de fertilizantes (b).

a b


231

B4T1

Anteriormente mencionamos que Arrhenius encon-tró que muchas de las sustancias alcalinas contenían iones OH–, pero no todas ellas; de hecho, existe una amplia gama de sustancias con propiedades ácidas o básicas que no contienen H+ ni OH– y que, sin embargo, al disolverlas en agua podemos medir pH tanto ácidos como básicos dependiendo de la sustancia de que se trate. Entre esas sustancias podemos mencionar el amo-niaco (NH3), el óxido de sodio (Na2O) y los fosfatos de sodio y potasio (Na3PO4 y K3PO4), entre muchas otras sustancias que son alcalinas pero no contienen iones OH– y, no obstante, cuando se disuelven en agua tienen un comportamiento básico (pH mayor que 7).

El cloruro de aluminio (AlCl3), el cloruro férrico (FeCl3) y algunos óxidos como el anhídrido crómico (CrO3) o el anhídrido sulfúrico o trióxido de azufre (SO3), son sustancias que no contienen iones H+ aunque cuando se disuelven en agua, tienen un comportamiento ácido (pH menor que 7).

Resulta evidente que la defi nición de Arrhenius es limitada y no contempla muchas otras situaciones que producen cambios en el pH del agua; no obstante, es muy útil para comprender la naturaleza ácida o básica de las sustancias.

Además de Arrhenius, otros químicos encontraron formas distintas de defi nir un ácido y una base.

Ya mencionamos que cuando el SO3 se disuelve en agua, se obtiene un pH ácido; esto es un hecho que nos afecta mucho, pues el trióxido de azufre es una sustancia que contamina nuestra atmósfera.

Los combustibles fósiles contienen con frecuencia im-purezas que incluyen azufre (S). Durante el proceso de combustión el azufre se transforma en dióxido de azufre (SO2), el cual se emite a la atmósfera. Como producto de la actividad industrial global, anualmente miles de toneladas de este gas entran en la atmósfera del plane-ta, donde reaccionan con otros gases presentes en ella, generando trióxido de azufre (SO3), el cual en presencia de agua produce ácido sulfúrico, que es una de las sus-tancias responsables de la lluvia ácida:

SO3 + H2O H2SO4

¿Has oído hablar de la lluvia ácida (fi gura 12)? Te invitamos a conocer y a refl exionar más acerca de este im-portante problema ambiental.

Gracias a nuestra creciente cultura química, en la actualidad existe la preocupación por producir combus-tibles cuya concentración de azufre sea menor, con lo que disminuya la emisión de óxidos de azufre a la atmósfera.

Si te interesa conocer más sobre este tema y sobre otras formas de definir los ácidos y las bases, te invitamos a visitar la siguiente página electrónica:

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/acidos-y-bases-2

www.hiru.com/quimica/reacciones-acido-base-concepto-y-teorias

o realizar una búsqueda acerca del tema en cualquier buscador.

1. Con la información contenida en esa página o en las que encuentres, contesta las siguientes preguntas:

• Según el modelo de Brönsted-Lowry, ¿qué es un ácido? ¿Qué es una base?

• ¿Se parecen los ácidos según los definen Arrhenius y Brönsted?

• ¿Qué clasificación crees que sea más completa? Justifica tu respuesta.

Utiliza las TIC

Figura 12. La corrosión causada por la lluvia ácida puede observarse fácilmente en el deterioro de las estatuas de mármol, pues los ácidos disuelven con lentitud este mineral, formado principalmente por carbonato de calcio (CaCO3).


232

1. En las siguientes páginas electrónicas encontrarás información relacionada con la lluvia ácida. Consúltalas y contesta las preguntas que se listan a continuación:

www.sagan-gea.org/hojared/Hoja13.htm

www.sma.df.gob.mx/simat/pnlluvia.htm

• ¿Cuáles son los contaminantes más importantes que contribuyen a la lluvia ácida?

• ¿Puedo diferenciar la lluvia ácida de la lluvia normal?

• ¿Cuál es el pH de la lluvia normal y cuál es el de la lluvia ácida?

• ¿Cómo afecta la lluvia ácida a las plantas y animales?

• ¿Cómo afecta a la salud?

• ¿Cómo afecta a los materiales empleados en la construcción?

• ¿Qué podemos hacer para disminuir la producción de lluvia ácida y los efectos que tiene sobre el ambiente?

Utiliza las TIC

1. Explica qué es un ácido y qué es una base según la definición de Arrhenius.

2. De acuerdo con el modelo de Arrhenius, explica por qué los ácidos y las bases son sustancias “antagónicas”.

3. ¿Por qué algunas sustancias que contienen grupos –OH no son ácidas?

4. Selecciona las estructuras de Lewis que representen ácidos carboxílicos.

5. Menciona qué parámetro se usa para medir la acidez o alcalinidad de una disolución. ¿Qué valores de este parámetro esperamos observar si la disolución es ácida o básica?

6. ¿Qué es la neutralización? ¿Qué productos se obtienen de ella?

7. ¿Qué es un electrolito? ¿Por qué es útil saber qué sustancias en agua son electrolitos?

Evalúo mi avance

Etanol Ácido acético Ácido fórmico

Glucosa Etano Ácido cítrico


233

B4T1

3. tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”?

Como ya hemos mencionado, nuestra dieta diaria por lo general incluye la ingesta de una o varias sustancias ácidas; por ejemplo, ácido ascórbico o vitamina C, ácido cítrico (presente de manera natural en frutas y con frecuencia añadido a golosinas), o vinagre como aderezo en ensaladas o como condimento (fi gura 13). (¡Esto sin mencionar la enorme cantidad de papitas, chicharrones y frituras con chile que a menudo consumes!) Los ácidos también están presentes en productos sin aparente sabor ácido, como el café (que contiene ácido tánico) y los refrescos, que contienen ácido carbónico, ácido cítrico y algunos de ellos (los de cola) ácido fosfórico.

El consumo moderado de estas sustancias no constituye un riesgo para nues-tra salud; sin embargo, ¿alguna vez te ha caído limón o vinagre en una herida? ¿Al exprimir un limón te ha caído una gotita de jugo en un ojo? Estos ejemplos nos ilustran que tales sustancias pueden ser muy irritantes en algunos tejidos. No obstante, nuestro tracto digestivo tolera muy bien la presencia de ácidos en los alimentos siempre y cuando su concentración sea baja.

Las sustancias básicas con las que comúnmente tenemos contacto son las que usamos en agentes limpiadores, porque reaccionan fácilmente con los aceites y las grasas y nos ayudan a disolverlas en agua (con lo cual las removemos de las superfi cies a las que se encuentran adheridas). Algunos ejemplos de bases son los limpiadores para hornos, que son muy poderosos, ya que contienen hidróxido de sodio en alta concentración. El amoniaco también suele usarse como limpiador, y su presencia se reconoce con facilidad por su olor penetrante. Además, algunas bases muy débiles pueden encontrarse en las pastas de dientes, en los polvos para hornear o bien en los medicamentos llamados antiácidos (fi gura 14a).

• Identificarás la acidez de algunos alimentos de consumo humano.

• Valorarás la importancia de una dieta correcta y reconocerás los riesgos del consumo frecuente de alimentos ácidos.

• Identificarás sustancias para neutralizar la acidez estomacal considerando sus propiedades.

En e

ste

subt

ema:

Figura 13. Como parte de nuestra alimentación, con frecuencia ingerimos sustancias con propiedades ácidas.


234

Esófago

Duodeno

Estómago

Diafragma

Píloro

En tu estómago, (fi gura 14b) unas células llamadas parietales secretan ácido clorhídrico, un ácido muy fuerte que ayuda al proceso de la digestión. Por supues-to, el estómago está protegido por células epiteliales que secretan una sustancia rica en bicarbonato, que neutraliza el ácido y forma una capa protectora en el estómago, evitando así que el ácido clorhídrico queme nuestros tejidos. Este ácido es tan poderoso que elimina muchas de las bacterias que entran a nuestro organis-mo por vía digestiva. Además, previene que las bacterias presentes en el intestino grueso pasen al intestino delgado, lugar donde los nutrientes se absorben hacia la sangre. El ácido clorhídrico permite transformar las proteínas, los carbohidratos y las grasas en sustancias más pequeñas que pueden absorberse fácilmente en el intestino delgado y ser aprovechadas por nuestro organismo. Por supuesto, este

ácido debe neutralizarse una vez que ha cumplido su función, por lo que el páncreas secreta una sustancia llamada bilis, la cual contiene enzimas digestivas que permiten neutralizar el HCl una vez concluida la di-gestión.

Sin embargo, un exceso en la cantidad de HCl en el estómago puede provocar la sensación de indiges-tión. Si los alimentos que consumimos no se pueden degradar en forma adecuada, nuestro estado de nutri-ción puede ser defi ciente. Además algunos alimentos,

como los que contienen una alta proporción de grasas, pueden resultar muy difíciles de digerir, por ejemplo, la comida “chatarra” o las típicas “fritangas” (antojitos fritos) que tanto nos gus-tan en México (fi gura 15).

Debido a su difícil digestión, estos alimentos permanecen más tiempo en el tracto digestivo (intestinos), por lo que producen la sensación de indigestión y además favorecen el crecimien-to de bacterias que pueden llegar a ser nocivas para la salud.

Además, debido a la difícil digestión de ciertos alimentos se secreta una gran cantidad de ácido, la cual puede provocar una sensación de quema-

Figura 14. Los antiácidos (a) neutralizan el exceso de ácido

clorhídrico que se genera en el estómago (b) después de

consumir comidas muy grasosas. El píloro regula el paso de los

alimentos al duodeno.

Figura 15. Los alimentos con alto contenido de grasa

inducen la producción de mayor cantidad de ácido clorhídrico en

el estómago y provocan acidez estomacal.

ANTIÁCIDO

a b


235

B4T1

zón en el tubo digestivo. En condiciones normales no debería generarse mucho ácido en el estómago; sin embargo, hay comidas que por su alto contenido en grasas lo favorecen y entonces las personas recurren a los antiácidos. Éstos contie-nen sustancias ligeramente básicas como el hidróxido de magnesio y el carbonato de magnesio, que eliminan los síntomas del malestar estomacal provocados por el exceso de ácido, ya que neutralizan dicho exceso.

1. Formen equipos y planteen una hipótesis a partir de la siguiente pregunta: ¿qué tan ácidos son los alimentos que consumen?

• Cada equipo recibirá varias muestras de diversos alimentos y bebidas y probará la acidez de cada uno, usando el indicador de pH elaborado antes (jugo de col o tiras de papel filtro). Si en su escuela cuentan con indicadores de pH, también pueden usarlos. Como referencia de acidez (control positivo), utilicen un poco de jugo de limón (que tiene un pH de 2 aproximadamente).


• Indicador de col morada (fresco, pues de lo contrario podría no funcionar en forma adecuada)

• Vasitos de plástico transparente (desechables o de comida para bebé)

• Refrescos de cola y de algún otro sabor

• Salsa cátsup (diluida en agua)

• Salsa verde o roja

• Pueden incluir algunos de los alimentos chatarra que sospechen, por su sabor, que son ácidos.

3. Realicen el siguiente procedimiento:

a. Etiqueten cada uno de los vasitos con el nombre del alimento o bebida cuyo pH van a determinar. Si son sólidos, disuélvanlos con agua o formen una suspensión.

b. Agreguen un poco de indicador y mézclenlo con el alimento a probar. Recuerden que con el indicador de col morada que están usando se verá rojo si el pH del alimento es ácido; la coloración cambiará a

morado a medida que se acerque a la neutralidad; y comenzará a adquirir un color verde cuando el pH sea alcalino.

c. Registren el contenido de grasa indicado en las bebidas o alimentos envasados que van a analizar.

d. Hagan un cuadro que les permita analizar la información obtenida y elaboren una escala de acidez con los alimentos que prueben, del más ácido al más básico.

4. Concluyan.

• Quizá algunos de los alimentos que analizaron no mostraron una acidez importante; sin embargo, con base en tu experiencia quizá ya los reconozcas como alimentos que producen acidez estomacal. ¿Puedes relacionar esto con el contenido de grasas indicado en los empaques de cada uno de los alimentos?

• Al analizar tus observaciones ten en cuenta que no sólo es importante la acidez de un alimento, sino la cantidad que sueles consumir, lo cual es particularmente notable tratándose de papas y chicharrones empacados.

• Puedes elaborar tablas o clasificaciones de los alimentos que ensayaste, especificando cuáles son ácidos y cuáles provocan acidez estomacal.

5. Preparen una presentación para sus compañeros. Podrían sugerir a su maestro que seleccione la mejor presentación para exponerla a toda la escuela para que su comunidad escolar haga conciencia de lo dañino que puede resultar el consumo de alimentos ácidos y, por supuesto, saber cuáles son a fin de regular su consumo.

Experimenta

Identifica alimentos ácidos y determina su acidez.

Como mencionamos antes, la dieta de los mexicanos incluye alimentos que indu-cen la formación de demasiado ácido en el estómago, así que muchos de nosotros debemos someternos a alguna clase de tratamiento para aliviar los síntomas de la acidez estomacal.


236

Si bien los antiácidos pueden ayudarnos a sentirnos mejor cuando tenemos al-gunos problemas digestivos, ¿tú qué crees que sea más conveniente: recurrir con frecuencia a los antiácidos o moderar nuestro consumo de grasas e irritantes?

1. Formen equipos y planteen una hipótesis con base en la siguiente pregunta: ¿cuál es el mejor antiácido?

• En esta actividad, cada equipo recibirá cinco antiácidos diferentes para tratar de responder la pregunta inicial.


• Distintos tipos de antiácidos (presentaciones sólidas o líquidas), de preferencia incoloros; puede incluirse bicarbonato de sodio.

• Balanza

• 700 mL de agua

• 6 recipientes transparentes (se sugiere el uso de matraces Erlenmeyer de 250 mL, pues son más convenientes para agitar manualmente las mezclas de reacción)

• Indicador de jugo de col fresco (también puede usarse indicador universal)

• 100 mL de ácido clorhídrico al 1% (también puede usarse vinagre blanco)


a. Anoten el nombre del principio activo (la sustancia que neutraliza los ácidos) de cada uno de los antiácidos que emplearán. Si los antiácidos por estudiar son pastillas, será necesario molerlas previamente en un mortero o pulverizarlas usando algún instrumento, por ejemplo, una cuchara.

b. Coloquen una masa conocida e igual de cada uno de los antiácidos en un recipiente etiquetado previamente con el nombre del antiácido que contendrá (la masa de antiácido les permitirá comparar el poder antiácido). El vaso que no contiene antiácido etiquétenlo como “control”.

c. Agreguen 100 mL de agua a cada uno de los recipientes y agiten con cuidado, tratando de disolver la mayor cantidad posible del antiácido (no todos se disuelven completamente, pero eso no interferirá con el experimento).

d. Agreguen un poco del indicador de jugo de col a cada uno de los seis vasos.

e. Agreguen al recipiente “control” 3 o 4 gotas del ácido que usarán en el experimento (HCl o vinagre). Observen con cuidado el color de la disolución en este vaso: les servirá como referencia para los antiácidos.

f. Agreguen poco a poco ácido clorhídrico (o vinagre) a cada uno de los recipientes con los antiácidos hasta que el color en cada uno de los vasos sea igual al del recipiente control (hay que observar con cuidado, pues si el antiácido contiene colorantes puede interferir en el color de la disolución). Anoten la cantidad de ácido agregado a cada recipiente, pues ese dato será importante para comparar el poder antiácido de cada uno de ellos.

g. Comparen el volumen de ácido utilizado de cada uno de los antiácidos para lograr que el color del indicador fuese igual al del recipiente control.

h. Para saber cuál es el mejor antiácido, calculen la cantidad de ácido que usaron por cada gramo de antiácido (dividan el volumen de ácido empleado entre la masa del antiácido contenido en cada recipiente).

• Pueden elaborar un cuadro que les permita registrar sus observaciones.

4. Analicen sus resultados y concluyan: ¿cuál es el mejor antiácido? ¿Por qué?

5. Discutan y comparen sus resultados con el grupo.

Experimenta

Identifica cuál es el mejor antiácido.

1. ¿Por qué la comida grasosa puede causar acidez?

2. ¿Qué es un antiácido?

3. ¿Cómo funcionan los antiácidos?

4. ¿Crees que es conveniente consumir antiácidos con regularidad? ¿Qué puede hacerse para no necesitarlos con frecuencia?

5. ¿Es conveniente consumir con frecuencia comida chatarra? Justifica tu respuesta.

Evalúo mi avance


237

B4T2

oxidación y reducción

Las reacciones llamadas de óxido-reducción o redox son muy importantes en nuestra vida cotidiana; ocurren todo el tiempo y suelen pasar inadverti-das: en la respiración, en las pilas de tu reloj o de cualquier dispositivo elec-trónico portátil, en la combustión de la gasolina de los autobuses y automó-viles que nos transportan de un lugar a otro, en la fotosíntesis que permite a las plantas sintetizar azúcares usando como materia prima el dióxido de carbono y el agua.

En este tema conoceremos qué tienen en común todas estas reacciones quí-micas y cuáles son sus principales características.

t E M A 2

T2

237


238

1. La oxidación: un tipo de cambio químico

Experiencias alrededor la oxidación

• Identificarás la oxidación como un tipo de cambio químico; identificarás también sus principales características.

• Identificarás algunos ejemplos de oxidación que se llevan a cabo en tu entorno.

En e

ste

subt

ema:

1. Reúnete con un compañero y consigan el siguiente material:

• Un limón

• Un palito de madera o un pincel

• 2 hojas de papel blanco

• Una vela

• Un vaso o recipiente para el jugo de limón


a. Expriman el limón y colecten el jugo en un recipiente.

b. Mojen el palito o el pincel con el jugo de limón y escriban un mensaje en el papel.

c. Dejen secar el papel. ¿Pueden ver lo que escribieron?

d. Con cuidado, acerquen el papel en posición horizontal a la parte superior de la vela encendida y esperen que se revele el mensaje. No acerquen demasiado el papel porque se puede quemar.

e. Anoten sus observaciones.


• ¿Qué creen que ocurrió al calentar el papel?

• ¿Qué tipo de cambio observaron: físico o químico? ¿Por qué?

• Si consideran que es un cambio químico, ¿pueden identificar los reactivos?

4. Con ayuda de su maestro, discutan en el grupo sobre lo que pasa con el ácido ascórbico al calentarlo. Concluyan sobre el tipo de cambio que se lleva a cabo y las sustancias que intervienen.

Experimenta

Experimenta con las reacciones de oxidación.


239

B4T2

En la actividad anterior se utilizó jugo de limón como tinta invisible que se revela con el calor de la fl ama. En el proceso de revelado de esta tinta se lleva a cabo una reacción química entre el ácido ascórbico (vitamina C que se encuentra en el jugo de limón), que es incoloro, y el oxígeno del aire, generando un compuesto colorido que nos permite leer el mensaje escrito en el papel.

Durante este curso ya hemos mencionado otras reacciones en las que interviene el oxígeno como uno de los reactivos; tal es el caso de la oxidación de la manzana (fi gura 16), la respiración, la combustión y la corrosión u oxidación de los metales.

Todas estas transformaciones parecen no tener nada en común, porque mientras la combustión de una hoja de papel es muy rápida, la corrosión de un clavo de hierro puede tomar meses; sin embargo, en ambas reacciones la molécula de oxígeno se rompe y sus átomos se combinan con los materiales con los que reacciona. Al hacerlo con el clavo, por ejemplo, se genera óxido férrico (Fe2O3), mientras que con el papel se producen dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Como mencionamos en los Bloques 1 y 2, el primero en identifi car el oxígeno atmosférico como una sustancia necesaria para que pueda llevarse a cabo la com-bustión fue Lavoisier. A partir de este hallazgo, el proceso en el que una sustancia ganaba oxígeno recibió el nombre de oxidación, mientras que aquel en el que se observaba una disminución (o reducción) en la cantidad de oxígeno que contenía una sustancia se denominó reducción.

Hoy en día, cuando nos referimos a reacciones de oxidación y de reducción, éstas no se limitan a transformaciones en las que interviene el oxígeno. Como estudiaremos más adelante, en la actualidad los términos de oxidación y reducción son mucho más amplios, pues los identifi camos como cambios relacionados con el número de electrones alrededor de un átomo y no necesariamente con la ganancia o pérdida de átomos de oxígeno. Recuerda que al aparecer nuevos descubrimien-tos, las teorías se han modifi cado o cambiado.

Figura 16. Muchas de las transformaciones que observamos en nuestra vida diaria incluyen el oxígeno atmosférico, por lo que pueden evitarse o reducirse si se impide el contacto de este gas con las sustancias o materiales con los que reacciona.

Observa las oxidaciones en nuestro entorno.

1. A partir de este momento, y hasta que el maestro te indique que debes entregar la tarea, presta especial atención a las transformaciones que ocurren en tu entorno.

• Enlista todas las transformaciones que observes que incluyen oxígeno.

• Describe las propiedades de reactivos y productos.

• ¿La transformación es rápida o lenta?

2. Compara tu lista de reacciones con las de un compañero. ¿Qué reacciones observaron en común? ¿Qué reacciones son distintas?

3. Hagan una conclusión sobre el papel que desempeña el oxígeno en la vida cotidiana.

• ¿Creen que sea importante? ¿Qué transformaciones importantes no ocurrirían si no hubiera oxígeno? ¿Qué transformaciones no deseadas se evitarían?

Investiga

Anota en tu cuaderno la siguiente instrucción.

1. Menciona tres transformaciones que incluyan oxígeno atmosférico y que ocurran en tu entorno; justifica tu respuesta.

2. ¿Cómo convencerías a un amigo para guardar lo que sobró de una torta en un recipiente cerrado, en lugar de dejarla sobre la mesa? ¿Lo qué ya sabes de química te puede ayudar? ¿Cómo?

Evalúo mi avance


240

Experiencias alrededor las reacciones de óxido-reducción

Al observar las reacciones que ocurren a tu alrededor puedes pensar que las oxi-daciones son más comunes que las reducciones, pero en realidad siempre que se lleva a cabo una oxidación debe también llevarse a cabo una reducción, pues son procesos simultáneos. Es por esto que cuando nos referimos a ellas hablamos de reacciones de óxido-reducción o reacciones redox en las que una sustancia se reduce y otra se oxida.

Considerando la primera definición de las reacciones de oxidación y reduc-ción (en la cual se definen estos procesos en función de la ganancia o pérdida de átomos de oxígeno) y su relación con el principio de conservación de la masa, podemos entender por qué estos procesos ocurren de manera simultánea: para que un compuesto o elemento gane uno o varios átomos de oxígeno debe haber otro que los pierda.

La siguiente reacción, conocida como reacción de termita (proviene del inglés thermite), ilustra este principio (figura 17):

Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3

En esta reacción el aluminio gana oxígeno (se oxida), mientras que el hierro lo pierde (se reduce).

Esta espectacular reacción es muy parecida al método que desde hace mucho tiempo (desde la Edad del Hierro) se usa para obtener este metal:

2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2

Es interesante reconocer que esta reacción, utilizada por el hombre antiguo en la producción de hierro, es en esencia la misma que se emplea hoy en día en las siderúrgicas para obtener acero.

Cuando consideramos las reacciones de combustión, por ejemplo, la com-bustión de hidrógeno −que es la que usa el transbordador espacial durante el despegue− parece que algo no cuadra:

2H2 + O2 2H2O

Es claro que el hidrógeno se oxida, ya que gana oxígeno, pero ¿qué sustancia se reduce? Podríamos pensar que ninguna, o al menos no se aprecia fácilmente.

• Analizarás algunas de las reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria.

• Identificarás las características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis.

• Establecerás una primera relación entre el número de oxidación de algunos elementos y su posición en la tabla periódica.

En e

ste

subt

ema:

2. Las reacciones redox

Figura 17. La reacción de termita o aluminotermia produce hierro fundido debido a que la temperatura de la reacción se eleva por encima de los 2000 °C, por lo que suele utilizarse para unir las vías de los trenes que viajan a alta velocidad.


241

B4T2

Sin embargo, en ésta como en todas las reacciones en que interviene el oxígeno atmosférico, es esta sustancia (el O2(g)) la que se reduce, pues cada átomo de oxí-geno “pierde” el otro átomo de oxígeno con el que estaba enlazado.

Seguramente tu mamá te ha dicho: “¡Guarda la bicicleta porque se va a oxidar!”, pero nunca te ha dicho: “¡Guarda esa bicicleta que vas a reducir el oxígeno!”, aunque ambas reacciones sean simultáneas.

Vivimos en una atmósfera rica en oxígeno molecular (O2) que interacciona fá-cilmente con muchos de los materiales que nos rodean (fi gura 18); por eso decimos que nuestra atmósfera es oxidante (este adjetivo: oxidante, lo estudiaremos un poco más adelante), aunque no siempre fue así. Hace 1200 millones de años la atmósfera terrestre no contenía oxígeno molecular (O2).

Figura 18. Con frecuencia la transformación de los materiales por la acción del oxígeno atmosférico resulta evidente.

Es importante mencionar que aunque las reacciones redox en las que una sustancia se oxida por la acción del oxígeno atmosférico son muy comunes, por fortuna en la naturaleza también se lleva a cabo la transformación opuesta, es decir, una reacción en la que una sustancia se reduce y libera oxígeno molecular; ¿se te ocurre alguna?

En tu curso de Ciencias I aprendiste que la fotosíntesis permite obtener oxígeno molecular a partir de CO2 por medio de la siguiente reacción química:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Si observas con cuidado la ecuación química anterior, podrás darte cuenta de que en los reactivos el carbono en el CO2 está unido a dos átomos de oxígeno, mientras que en los productos cada átomo de carbono está unido sólo a un átomo de oxígeno (observa la fórmula C6H12O6), por lo que todos los átomos de carbo-no disminuyeron su contenido de oxígeno. Podemos concluir entonces que en la fotosíntesis el carbono se reduce (pierde oxígeno).


242

Ahora observa que en los reactivos algunos átomos de oxígeno están unidos a un átomo de carbono, mientras que en los productos algunos átomos de oxígeno siguen unidos a los átomos de carbono (no cambian), pero otros ahora están uni-dos a otro átomo de oxígeno, por lo que sólo una parte de los átomos de oxígeno se oxida (figura 19).

Es interesante saber que todo el oxígeno molecular (O2) que hoy contiene la atmósfera terrestre proviene de la fotosíntesis. Los primeros organismos capaces de realizarla −las cianobacterias, también conocidas como algas verde-azules− aparecieron en la Tierra hace más de 2000 millones de años.

Existen muchas reacciones redox que no incluyen oxígeno; algunas de ellas son fáciles de identificar, pues es posible apreciar cambios de color en las sustancias. Descúbrelas en la siguiente actividad.

1. Reúnete en equipos de tres personas y consigan el siguiente material:

• Virutas de zinc

• 150 mL de tintura de yodo para desinfectar heridas

• 2 limones

• 50 mL de solución de hipoclorito de sodio al 4-6% (blanqueador comercial, conocido comúnmente como “cloro”)

• 300 mL de agua

• 200 mL de jugo de uva procesado

• 4 vasos transparentes de 250 mL

• 10 mL de vinagre

2. Lleven a cabo el procedimiento de cada uno de los siguientes experimentos.

Experimento 1

a. Coloquen las virutas de zinc en uno de los vasos.

b. Posteriormente cúbranlas con el yodo apenas por encima de éstas; si ponen demasiado no podrán observar el cambio.

c. Anoten sus observaciones.

Experimenta

Realiza algunas reacciones redox con sustancias caseras.

Dióxido de carbono Agua

Glucosa

Oxígeno molecular

+ +

Figura 19. Al ver las estructuras de las moléculas puedes observar cómo se reacomodan los átomos. ¿Qué diferencias observas?



243

B4T2

d. Dejen pasar media hora (mientras tanto pueden hacer el segundo experimento).

e. Pasado el tiempo, anoten los cambios que observen en la mezcla.

f. Viertan con cuidado el líquido en otro vaso, asegurándose de que todos los sólidos queden en el primer vaso.

g. A continuación, agreguen unas gotas de blanqueador al vaso que contiene el líquido. (Si se forman grumos, agreguen un poco de vinagre. Los grumos se deben a una reacción en la que se forma óxido de zinc, que no nos interesa.)

h. Anoten sus observaciones.

Experimento 2

a. Agrega aproximadamente 200 mL de agua a uno de los vasos que aún no hayas utilizado.

b. Agrega unas gotas de yodo al vaso con 200 mL de agua y anota tus observaciones.

c. Agrega al vaso con yodo y agua el jugo de un limón y anota tus observaciones. (Si no observas cambio alguno, agrega más jugo de limón.)

Experimento 3

a. Coloca 200 mL de jugo de uva en un vaso.

b. Agrega una cucharada de hipoclorito y anota tus observaciones.


Para que puedan analizar lo que acaban de observar, es importante que recuerden algo de lo que han aprendido sobre reacciones redox:

a. Siempre que una sustancia se reduce, hay otra que se oxida.

b. Un compuesto que se oxida con facilidad es el ácido ascórbico o vitamina C; ¿recuerdan la actividad de la tinta invisible?

Con base en esta información y sus observaciones, contesten las siguientes preguntas:

• En el experimento 2 hicieron reaccionar ácido ascórbico con yodo; si el ácido ascórbico se oxida, ¿qué sustancia se reduce? ¿Cómo pueden explicar el cambio de color?

• En el experimento 1, ¿qué cambio de color ocurre cuando el yodo reacciona con el zinc? ¿Es similar a lo que ocurre cuando reaccionan yodo y ácido acético? ¿Cómo pueden explicar esto? ¿Qué cambio químico está ocurriendo?

• En la reacción entre el zinc y el yodo, ¿qué sustancia se oxida y qué sustancia se reduce?

• Así como el ácido ascórbico se oxida, el hipoclorito de sodio (que es la sustancia activa en el blanqueador) también se reduce. Si en el experimento 2 el hipoclorito de sodio se reduce al reaccionar con el yodo, ¿qué le pasa al yodo? ¿Cómo puedes explicar el cambio de color?

• Si en el experimento 3 el hipoclorito de sodio se reduce, ¿qué material contiene la sustancia que se oxida y cuál se reduce? ¿A qué creen que se deba el cambio de color?

• ¿Por qué crees que el blanqueador sirve para quitar manchas? ¿Servirá para cualquier tipo de manchas?


244

Con frecuencia, tanto en la vida diaria como en la química usamos verbos que describen la actividad realizada por las personas o las cosas, pero esta acción se efectúa sobre terceros, por ejemplo la palabra “secar”. Cuando la usamos en la oración “esa toalla seca muy bien”, ¿a quién seca la toalla?, ¿a sí misma? Por supuesto que no, la usamos para secar alguna otra cosa. Podemos pensar en la toalla como un agente “secante”. Al secar una superficie con la toalla, ¿qué le pasa a la toalla? ¡Se moja!

Lo mismo sucede con los adjetivos oxidante y reductor. Ambos describen la acción que una sustancia ejerce sobre otra.

En la actividad anterior, la vitamina C reaccionó con el yodo. ¿Qué le sucedió al yodo? El yodo se redujo. ¿Quién lo redujo? El ácido ascórbico (la vitamina C). Por esa razón decimos que el ácido ascórbico actúa como agente reductor (figura 20).

Figura 20. En presencia de un agente reductor como el ácido ascórbico, el yodo sufre una transformación química que podemos apreciar por el cambio de color.

El agente reductor es una sustancia que al reaccionar con otra, la reduce. Como resultado de provocar una reducción en otra sustancia, el agente reductor se oxida (de la misma forma que una toalla se moja al secar algo).

Lo anterior puede parecer un trabalenguas, por lo que es importante que re-flexionen sobre ello. Para eso deben llevar a cabo la siguiente actividad.

Reflexiona

1. Definan en parejas qué es un agente oxidante, considerando que es lo opuesto a un agente reductor; para ello, completen las siguientes oraciones.

El hipoclorito de sodio es un agente oxidante, es decir, un compuesto que reacciona

con otros provocando que se .

Como la oxidación no puede ocurrir sin una reducción, los agentes oxidantes se

durante la reacción química.

2. Discutan sus respuestas con ayuda del maestro.

Ácido

ascórbico


245

B4T2

Las reacciones redox y los electrones

Es posible que te preguntes cómo podemos saber que la vitamina C se oxida al interactuar con el yodo si no hay oxígeno en el proceso. En realidad, las reacciones redox que implican ganancia o pérdida de oxígeno son un caso particular de este tipo de reacciones. Hoy en día el conocimiento de la estructura del átomo nos ha permitido identifi car que las reacciones de óxido-reducción ocurren cuando algunos de los electrones de una sustancia (el reductor) se transfi eren a otra (el oxidante).

Por ejemplo, en la primera reacción de la actividad “Realiza algunas reacciones redox con sustancias caseras” el zinc reacciona con el yodo, generando un com-puesto iónico llamado yoduro de zinc (ZnI2). ¿Cómo podemos saber que es una sustancia iónica? ¿Podrías hacer alguna prueba o ensayo a la disolución resultante que te indique la presencia de iones?

Esta reacción se puede representar con la siguiente ecuación:

Zn(s) + I2(ac) Zn2+(ac)

+ 2I–(ac)

Si observas con cuidado la ecuación química, los productos están escritos como iones, donde el zinc es un catión y el yodo un anión (al que llamamos yoduro). En la ecuación anterior no escribimos el producto (yoduro de zinc) como ZnI2, porque al estar en disolución acuosa los iones yoduro (I–) y Zn2+ están separados, por lo que al escribirlos como iones separados esta ecuación representa mejor la realidad.

Además, tal representación nos permite notar algo muy importante: ¿observas los cambios en el zinc? ¿Qué fue lo que le pasó a esta sustancia? Si recuerdas el experi-mento, la reacción se inició con una sustancia metálica (el zinc) y una disolución de yodo, y durante la reacción ambas sustancias se trasformaron en iones. En el caso del zinc, el ión formado es Zn2+ (un catión), mientras que el yodo genera el anión I–. ¿Recuerdas cuál es la característica de un ión? En un ión el número total de elec-trones (cargas negativas) es distinto del número total de protones (cargas positivas).

La carga positiva en el zinc nos indica que éste necesariamente perdió electrones (pues al principio de la reacción era neutro). ¿Cuántos electrones perdió cada uno de los átomos de zinc en este proceso? Observa la carga del ión formado, la cual te indicará cuántos electrones le faltan.

¿Qué podemos decir en relación con el yodo? ¡Exacto! Éste ganó electrones. Como el principio de la conservación de la masa se cumple sin importar qué tan grandes o pequeñas sean las partículas que intervienen en una reacción química, entonces se cumple también para los electrones.

Los electrones que gana el yodo deben proceder de alguna parte, por supuesto; en este caso provienen del zinc.

Es importante notar que como cada átomo de yodo gana tan sólo un electrón, pero cada átomo de zinc pierde dos electrones, es necesario que por cada átomo de zinc haya dos átomos de yodo.

Como mencionamos antes, la clasifi cación moderna de las reacciones de óxido-reducción se basa en el intercambio de electrones.

Cuando en una reacción una especie química (puede ser un átomo, una molécula o un ión) pierde uno o varios de sus elec-trones, se dice que sufre una oxidación; mientras que cuando un átomo, molécula o ión gana electrones se dice que sufre una reducción (fi gura 21).

Figura 21. La pérdida o ganancia de electrones nos indica si una sustancia se reduce o se oxida.

e–

e–Reacción de

oxidación

e–

e– Reacción de

reducción


246

Las reacciones redox pueden describirse simplemente como aquellas donde hay transferencia de electrones del reductor hacia el oxidante. Es claro que la oxidación y la reducción son procesos que deben ocurrir al mismo tiempo (son simultáneos).

Para entender mejor las reacciones redox, éstas suelen representarse como dos semirreacciones:

Semirreacción de oxidación: Zn(s) Zn2+(ac)

+ 2e–

Semirreacción de reducción: I2(ac) + 2e– 2I–(ac)

En estas ecuaciones, los procesos de reducción y oxida-ción se expresan por separado; vemos que en la oxidación se liberan electrones, mientras que en la reducción la espe-cie involucrada gana electrones.

Si ahora utilizamos el modelo de Lewis para representar la reacción, podemos ilustrar que los electrones pasan de un átomo a otro (figura 22).

Reflexiona

Reflexiona sobre el proceso redox en algunas reacciones.

1. A continuación presentamos algunas reacciones redox. En parejas, identifiquen el elemento que se está oxidando y el que se está reduciendo.

2Na(s) + F2(g) 2Na+(ac) + 2F–

(ac)

Cu2+(ac)

+ SO42–

(ac) + Fe(s) Cu(s) + SO4

2–(ac) + Fe2+

(ac)

Mg(s) + 2H+(ac) + 2Cl–

(ac) H2(g) + Mg2+(ac) + 2Cl–

(ac)

Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2

2. Expliquen qué criterio utilizaron.

3. Discutan en grupo sobre la facilidad o dificultad que tuvieron para identificar las sustancias que se reducen y las que se oxidan.

Figura 22. Si cuentas los electrones alrededor de cada átomo, verás que ha habido una transferencia de electrones.

Número de oxidación y tabla periódica

En las reacciones anteriores ejemplificamos los procesos redox empleando sustan-cias que pueden ser adecuadamente representadas como iones (Zn2+, Cu2+, F–, etc.). Representarlas de esta forma facilita en gran medida el cálculo de los electrones que se transfieren durante una reacción redox; sin embargo, en muchas ocasiones no es tan fácil calcular cuántos electrones intervienen.

Para enfrentarse a reacciones en las cuales no es fácil identificar qué especie gana o pierde electrones, los químicos idearon un “truco” muy útil; consiste en representar las sustancias que se encuentran unidas por enlaces covalentes como si estuviesen formadas sólo por enlaces iónicos (es evidente que esto no representa correctamente a la sustancia, ¡pero ayuda!).

Como recordarás, en un enlace iónico hay iones negativos (los átomos más electronegativos) y positivos (los menos electronegativos). Usando el agua (H2O) como ejemplo, la representación correcta de esta molécula es: H–O–H. Como recordarás, las “rayas” entre los símbolos de los átomos representan dos electro-nes compartidos entre ambos átomos, donde cada átomo aporta un electrón a la formación del enlace.


247

B4T2

Si ahora consideramos todos los enlaces como iónicos, ¿cómo la representa-ríamos? Sencillo: H+O2–H+. Como puedes suponer, ésta no es una representación correcta para el agua; sin embargo, ilustra cómo se redistribuirían los electrones del enlace. Pues bien, estas cargas hipotéticas son los números de oxidación (o estados de oxidación) de estos elementos en esa molécula y nos serán de utilidad para ver cómo se redistribuyen los electrones en una reacción química. En este caso los números de oxidación son: +1 para ambos hidrógenos y –2 para el oxígeno. Estos estados de oxidación corresponden al número de electrones que ganaría (si es negativo) o perdería (si es positivo) un átomo si todos los enlaces a su alrededor fuesen iónicos (una mera suposición). Así, a cada átomo de hidrógeno le hace falta un electrón (su estado de oxidación es +1), mientras que al átomo de oxígeno le so-bran dos electrones (de ahí su carga de –2). Tú sabes que los átomos de hidrógeno y oxígeno en el agua no son precisamente iones; sin embargo, sí forman un enlace polar en el que los electrones están más cerca del oxígeno, por lo que decimos que, con respecto a su estado elemental, el oxígeno tiene más electrones (se redujo) y el hidrógeno tiene menos (se oxidó) (fi gura 23).

Es importante mencionar que al imaginar todos los enlaces como iónicos lo único que estamos haciendo es “redistribuir” los electrones de los enlaces, por lo que si algunos átomos terminan con electrones de “más”, forzosamente otros tendrán electrones de “menos”.

Una consecuencia de esta redistribución de electrones es que la suma de los estados de oxidación de todos los átomos en una molécula debe ser cero. En el caso de la molécula de agua es claro que 2(+1) + (–2) = 0.

En un ión poliatómico, como el OH–, la suma de los estados de oxidación de todos los átomos presentes en él debe ser igual a la carga del ión, en este caso OH–: (H+)(O2–) : (+1) +(–2) = –1, que es la carga del ión hidróxido.

Ahora observa nuestro “truco” aplicado a las siguientes sustancias:

H2S: 2(H+)(S2–) SO2: (S4+)2(O2–) SO3: (S6+)3(O2–)

H2SO4: 2(H+)(S6+)4(O2–) ClO4–: (Cl+7)4(O2–)

En este momento usamos tales representaciones simplemente para hacer énfasis en que al asignar estados de oxidación consideramos que todos los enlaces son iónicos, por lo que el SO3 estaría formado por un ión S6+ y tres iones O2–; debido a ello, por lo pronto los escribimos como (S6+)3(O2–).

¿Notas algo interesante en las representaciones anteriores? ¿Observaste los es-tados de oxidación asignados al azufre en las distintas sustancias? ¿Por qué varía? Por otro lado, ¿por qué el estado de oxidación del oxígeno no lo hace? Ambas pre-guntas tienen la misma explicación: esto se debe a que, como ya mencionamos, los estados de oxidación dependen de los enlaces formados; si el azufre está enlazado a un elemento menos electronegativo que él (como en el caso del H2S: H–S–H), los electrones del enlace se los asignamos al azufre (de ahí su carga de –2), mientras que si está enlazado a un átomo más electronegativo que él (por ejemplo en el SO2: O=S=O) los electrones de cada enlace se los asignamos al oxígeno (de ahí la carga en el azufre de +4).

En los ejemplos anteriores, ¿el oxígeno se encuentra combinado con algún ele-mento más electronegativo que él? No, y por esto los electrones del enlace siempre los asignamos al oxígeno, debido a lo cual este elemento, al ser casi el más elec-tronegativo de todos (sólo superado por el fl úor), siempre presenta este estado de oxidación (–2).

Figura 23. Considerar al agua como un compuesto iónico nos permite asignar números de oxidación, ya que de esta manera vemos que el oxígeno gana 2 electrones (estado de oxidación –2) y cada hidrógeno pierde 1 (estado de oxidación +1).


248

Sólo nos resta una observación más: ¿qué sucede cuando un elemento está unido a otro exactamente con la misma electronegatividad? Éste es el caso de todas las sustancias elementales como O2(g), N2(g), Na(s), Fe(s), etc. Como todos los átomos involucrados tienen la misma electronegatividad, los electrones de los enlaces se reparten en forma equitativa, por lo que a los átomos se les asigna un estado de oxidación cero (0).

Una vez asignados los estados de oxidación de todos los elementos que parti-cipan en una reacción química, no sólo es mucho más fácil identificar qué especie gana electrones (se reduce) y cuál los pierde (se oxida), sino que también se facilita calcular cuántos electrones se transfieren durante la reacción. Si usamos como ejemplo la combustión de hidrógeno:

Estados de oxidación (0) (0) (+1)(–2)

2H2(g) + O2(g) 2H2O

Es claro que en esta transformación el oxígeno se reduce (gana electrones), mientras que el hidrógeno se oxida (pierde electrones); además, debido a que cada átomo de hidrógeno pierde un electrón, podemos saber que se transfieren cuatro electrones totales, o dos por cada molécula de agua formada.

Es importante mencionar que además del azufre, otros elementos pueden pre-sentar números de oxidación variable, pues el número de oxidación depende tanto de la cantidad de enlaces que un átomo forma como de la electronegatividad de los átomos con los que se combina.

En la figura 24 te presentamos una tabla periódica que contiene los principales estados de oxidación de los elementos químicos.

Al observar los números de oxidación de los elementos de la tabla periódica te puedes dar cuenta de que los metales tienen números de oxidación positivos, lo que nos indica que es común que los encontramos en un estado oxidado. Como estudiaste en el Bloque 2, los metales son elementos que atraen con poca fuerza a los electrones y los pierden fácilmente al formar un enlace, por lo que, como su nú-mero de oxidación indica, se oxidan con facilidad. Por el contrario, puedes darte cuenta de que los números de oxidación negativos sólo se presentan en elementos no metálicos (como el flúor y el oxígeno), los cuales tienden a ganar electrones.

Como mencionamos con anterioridad, también verás que en la tabla periódica hay elementos que pueden tener más de un número de oxidación, como el nitró-geno y el carbono, pues dependiendo del elemento con el que se enlacen, ganan o pierden electrones.

Al asignar los números de oxidación de las sustancias que intervienen en una reacción redox, podemos identificar con facilidad la sustancia que se oxida y la que se reduce.

Los átomos que se oxidan son aquellos que aumentan su número de oxidación, por ejemplo:

Cl– Cl2 (el número de oxidación del cloro aumenta de –1 a 0)

Fe(s) Fe+2 (el número de oxidación del hierro aumenta de 0 a +2)

SO32– SO4

2– (el número de oxidación del azufre aumenta de +4 a +6)


249

B4T2

Los átomos que se reducen son aquellos que disminuyen su número de oxi-dación, por ejemplo:

O2(g) H2O (el número de oxidación del oxígeno disminuye de 0 a –2)

Fe+3 Fe+2 (el número de oxidación del hierro disminuye de +3 a +2)

ClO4– ClO– (el número de oxidación del cloro disminuye de +7 a +1)

Sabiendo esto, ahora podemos analizar de nuevo la reacción entre el hipoclorito de sodio (NaClO) y los iones yoduro (I–) de la actividad “Realiza algunas reaccio-nes redox con sustancias caseras”:

OCl–(ac) + 2I–(ac) + 2H+(ac) I2(ac) + Cl–(ac) + H2O(l)

El yoduro y el protón (hidrógeno con carga positiva) son iones monoatómicos, así que su número de oxidación es igual a su carga. En el hipoclorito de sodio los

1

HHidrógeno

1.0

1

PER

IOD

O

2

3

4

5

6

7

2

HeHelio4.3

3

LiLitio6.9

4

BeBerilio9.0

5

B

Boro10.8

6

CCarbono12.0

7

NNitrógeno

14.0

8

OOxígeno

16.0

9

FFlúor

19.0

10

NeNeón20.2

11

NaSodio22.9

12

MgMagnesio

24.3

13

AlAluminio

27.0

14

SiSilicio28.1

15

PFósforo31.0

16

SAzufre32.1

17

ClCloro35.5

18

ArArgón39.9

19

KPotasio39.1

20

CaCalcio40.1

21

ScEscandio

44.9

22

TiTitanio47.9

23

VVanadio50.9

24

CrCromo52.0

25

MnManganeso

55.0

26

FeHierro55.8

27

CoCobalto58.9

28

NiNíquel58.7

29

CuCobre63.5

30

ZnZinc

65.4

31

GaGalio69.7

32

GeGermanio

72.6

33

AsArsénico74.9

34

SeSelenio79.0

35

BrBromo79.9

36

KrCriptón83.8

37

RbRubidio85.5

38

SrEstroncio

87.6

39

YItrio

88.9

40

ZrCirconio91.2

41

NbNiobio92.9

42

MoMolibdeno

95.9

43

TcTecnecio

(98)

44

RuRutenio101.1

45

RhRodio

102.9

46

PdPaladio106.4

47

AgPlata

107.9

48

CdCadmio112.4

49

InIndio

114.8

50

SnEstaño118.7

51

SbAntimonio121.7

52

TeTelurio127.6

53

IYodo

126.9

54

XeXenón

131.3

55

CsCesio

132.9

56

BaBario

137.3

57

LaLantano138.9

72

HfHafnio

178.5

73

TaTantalio180.9

74

WTungsteno183.8

75

ReRenio

186.2

76

OsOsmio

190.2

77

IrIridio

192.2

78

PtPlatino195.1

79

AuOro

197.0

80

HgMercurio200.6

81

TlTalio

204.4

82

PbPlomo

207.2

658

CeCerio

140.1

59

PrPraseodimio

140.9

60

NdNeodimio144.2

61

PmPrometio (147)

62

SmSamario150.3

63

EuEuropio151.9

64

GdGadolinio157.2

65

TbTerbio

158.9

66

DyDisprosio162.5

67

HoHolmio164.9

68

ErErbio

167.2

69

TmTulio

168.9

70

YbIterbio

173.0

71

LuLutecio174.9

790

ThTorio

232.0

91

PaProtactinio

(231)

92

UUranio238.0

93

NpNeptunio(237)

94

PuPlutonio(244)

95

AmAmericio(243)

96

CmCurio

(247)

97

BkBerkelio(247)

98

CfCalifornio(251)

99

EsEinstenio(252)

100

FmFermio(257)

101

MdMendelevio

(258)

102

NoNobelio(259)

103

LrLaurencio(262)

83

BiBismuto209.0

84

PoPolonio(210)

85

AtAstato(210)

86

RnRadón(222)

87

FrFrancio(223)

88

RaRadio

(226)

89

AcActinio(227)

104

RfRutherfordio

(261)

105

DbDubnio(262)

106

SgSeaborgio

(263)

107

BhBohrio(264)

108

HsHassio(265)

109

MtMeitnerio(266)

110

DsDarmstadtio

(271)

111

RgRoentgenio

(272)

112

UubUnunbio(285)

113

UutUnuntrio(284)

115

UupUnunpentio

(288)

117

UusUnunseptio

(294)

114

UuqUnunquadio

(289)

116

UuhUnunhexio

(293)

118

UuoUnunoctio

(294)

2

II A

3

III B 4

IV B

5 V B

6

VI B 7

VII B 8 9

VIII B

10 11 I B

12

II B

13

III A 14

IV A

15

V A 16

VI A 17

VII A

18

VIII A

GRUPO1


Metales

Lantánidos

Actínidos ±1 0

1 2 3 ±4 ±3 –2 –1 0 2 5 4 2

1 2 3 4 ±3 ±2 ±1 0 5 6 3 4 5 7

1 2 3 4 5 3 4.3 3 2 2 2 2 3 4 ±3 4 ±1 0 3 4 6 2 2 3 3 1 5 –2 5 3 2 7 6 2 6

1 2 3 4 5 6.2 7 4.8 3 2 1 2 3 4 ±3 4 ±1 0 3 5 2 2 4 2 5 –2 5 4 3 4 6 7 3 5

1 2 3 4 5 6.2 7.3 4.8 4 4 3 2 1 2 3 2 ±1 0 5 4 2 2 2 1 1 3 4 5 4 3 4 6 3 3 5 3 5 6 6 7

1 2 3

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 2 2 4 2 2

4 5 6 5 4 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 5 6 6 2 3 2 4 4 5 4 3 3 3

Número atómico

Nombre

Masa atómica


Número de oxidación1

HHidrógeno

1.0

±1

Figura 24. En esta tabla periódica se indican los números de oxidación que suele tener un elemento al combinarse con otros. ¿Observas alguna tendencia?

Electronegatividadtabla periódica


250

números de oxidación del cloro y del oxígeno deben sumar el valor de su carga total (–1); el oxígeno casi siempre es –2, así que el cloro es +1:

Números de oxidación en los reactivos

Nox I = –1

Nox H = +1

Nox Cl = +2

Nox O = +2

En los productos el yodo se encuentra en estado elemental, por lo que su número de oxidación es 0; el cloro forma el ión cloruro, así que su número de oxidación es –1; y en el agua el oxígeno tiene un número de oxidación de –2 y cada hidrógeno presenta un número de oxidación de +1:

Números de oxidación en los productos

Nox I = 0

Nox H = +1

Nox Cl = –1

Nox O = –2

El número de oxidación del cloro disminuyó en 2 unidades durante la reacción (cambia de +1 a –1), lo que nos indica que ganó dos electrones y, por lo tanto, se redujo; mientras que cada átomo de yodo aumentó su número de oxidación en 1 (pasando de –1 a 0), por lo que necesariamente cada átomo de yodo perdió un electrón y, en consecuencia, se oxidó.

Es importante hacer notar que para reducir al cloro del hipoclorito se necesitan dos átomos de yodo, debido a que cada átomo de cloro gana dos electrones, mien-tras que cada átomo de yodo sólo pierde un electrón.

Las reacciones de óxido-reducción tienen numerosas aplicaciones en la indus-tria, como la manufactura de papel y el tratamiento de aguas residuales (figura 25).

Figura 25. En las plantas de tratamiento de agua se llevan a cabo reacciones de óxido-reducción. Algunas sustancias que se utilizan para tratar el agua son el cloro y el permanganato de potasio.


251

B4T2

reacciones redox y energía

Hemos mencionado que las reacciones redox se lle-van a cabo cuando una especie (el reductor) transfi e-re parte de sus electrones a otra (el oxidante).

De manera experimental, ¿cómo podemos saber que, en efecto, los electrones se transfi eren de una especie a otra?

Por fortuna este tipo de reacciones puede llevarse a cabo no sólo mezclando el oxidante y el reductor en un mismo recipiente (como lo hicimos en el caso de la reacción de zinc y yodo), ¡sino que podemos hacer que reaccionen a distancia! en lo que se cono-ce como celdas electroquímicas (fi gura 26).

En este dispositivo podemos medir el fl ujo de electrones que atraviesa el circuito exterior usan-do un aparato sencillo conocido como multímetro (como los que usan las personas que reparan te-levisiones y radios), o si nuestro dispositivo es sufi cientemente grande podríamos encender un foco con él, pues este fl ujo de electrones no es otra cosa que corriente eléctrica. ¡Usando una reacción química podemos generar corriente eléctrica!

La obtención de corriente eléctrica a través de reacciones químicas fue descubierta por Alessandro Volta y dio origen (en 1800) a lo que hoy conoce-mos como pilas o baterías.

1. El descubrimiento de Volta tuvo un impacto profundo en la química; gracias a la producción de corriente eléctrica usando su método químico, fue posible aislar por primera vez varios elementos químicos.

Te sugerimos visitar las siguientes páginas electrónicas para que conozcas más sobre el descubrimiento de la corriente eléctrica y su relación con las reacciones químicas. Después podrás contestar las preguntas:

http://www.nichese.com/personajes3.html

http://aula2.elmundo.es/aula/laminas/lamina1139998441.pdf

www.astrocosmo.cl/biografi/b-a_volta.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Humphry_Davy

• ¿Quién fue Luigi Galvani y cómo influyó en el trabajo de Volta?

• ¿Qué le demostró con sus experimentos Volta a Galvani?

• ¿Cuáles fueron los metales que Volta usó para construir su pila?

• En una pila, ¿cuál es la relación entre las reacciones redox y la electricidad?

Utiliza las TIC

Figura 26. En una celda electroquímica se lleva a cabo una reacción redox, donde los reactivos no se mezclan y el intercambio de electrones ocurre a través de un circuito externo (un alambre conductor).

A

Flujo de electrones

Puente salino

CuSO4

(ac)

Cu Zn

ZnSO4

(ac)

+ –


252

Utilizando reacciones de óxido-reducción podemos generar co-rriente eléctrica; éste es el prin-cipio mediante el cual funcionan todas las pilas o baterías: las de una linterna, la de un automóvil y las de los relojes, los celulares, las computadoras portátiles, et-cétera (figura 27).

Además de las baterías, existe una estrecha relación entre las reacciones de óxido-reducción y nuestras fuentes de energía, que por lo general pasa inadvertida;

por ejemplo, en la fotosíntesis se usa la energía solar para re-ducir el CO2 y generar glucosa, la cual, como aprendiste en tu curso de Ciencias I, sirve de almacenamiento químico de ener-gía para los seres vivos, ya que cuando la glucosa reacciona con el oxígeno se libera esta energía almacenada (figura 28).

Al igual que la glucosa, los hidrocarburos reaccionan con el oxígeno liberando grandes cantidades de energía, como en el caso de la combustión del gas natural o metano, cuya ecuación química se muestra a continuación:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Reflexiona

Asigna números de oxidación.

1. Analiza la reacción de combustión del metano y asigna los números de oxidación a las sustancias involucradas en ella. Corrobora que los electrones perdidos por el carbono sean los mismos que ganó el oxígeno.

2. Compara tu respuesta con la de un compañero y revisen sus respuestas con el resto del grupo y con el maestro.

Figura 28. La energía almacenada en los hidrocarburos y en la glucosa son liberadas por medio de reacciones redox, la cual se convierte en la energía mecánica que nos permite movernos.

Figura 27. Las reacciones redox hacen posible el

funcionamiento de muchos de los artículos que

usamos todos los días.

Los combustibles fósiles (el carbón y los hidrocarburos), se están agotando; además, su combustión genera CO2, uno de los principales gases responsables del efecto invernadero, causante del cambio climático.

Por esto los químicos están estudiando otras alternativas para producir ener-gía sin dañar el medio ambiente, una de las cuales es el uso del hidrógeno como combustible, el cual, como puedes ver en la siguiente ecuación, no genera CO2 al reaccionar con oxígeno.

2H2 + O2 2H2O

Sin embargo, en nuestro planeta no hay hidrógeno molecular, así que es ne-cesario generarlo por medio de reacciones químicas en las que hay que aportar grandes cantidades de energía; esto puede hacerse con reacciones electroquímicas en las que una transformación química viene acompañada de un flujo de corriente eléctrica como la electrólisis que realizaste en el Bloque 2.


253

B4T2

Para que se puedan llevar a cabo las reacciones electroquímicas es necesario que las sustancias involucradas formen parte de un circuito eléctrico. Esto se logra poniéndolas en contacto con materiales conductores, por lo general metales que están conectados al resto del circuito y a los que llamamos electrodos.

En la electrólisis de agua, los electrodos permiten suministrar la energía nece-saria para que ocurra la reacción química en que se disocia el agua, dando como productos hidrógeno y oxígeno por medio de la siguiente reacción:

2H2O 2H2 + O2

Así como la electrólisis del agua requiere energía, la reacción opuesta, en la que se oxida hidrógeno para generar agua, la libera. Esta energía se puede aprovechar quemando el hidrógeno o generando corriente eléctrica en dispositivos conocidos como pilas de combustible. Estos dispositivos tienen dos compartimentos: uno lla-mado ánodo, donde se oxida el combustible, que no necesariamente es hidrógeno (también puede ser otro combustible, como metanol (CH3OH)); y otro en el que se reduce el oxígeno y que se conoce como cátodo. Esta reacción electroquímica genera un fl ujo de electrones que puede convertirse efi cientemente en energía eléc-trica (fi gura 29).

Figura 29. Las pilas de combustible convierten de manera directa energía química en energía eléctrica, lo que produce un flujo de electrones del ánodo al cátodo.

El uso de reacciones electroquímicas para producir hidrógeno permite almacenar ener-gía eléctrica generada a partir de fuentes renovables. Por ejemplo, durante el día las celdas solares generan electricidad, que debe utilizarse en el momento de producirse, la ne-cesitemos o no. Para evitar desperdiciar esta energía se puede usar la electricidad sobrante para generar hidrógeno, que al introducirse en una pila de combustible nos dará energía eléc-trica en el momento en que la requiramos; así, nuestros conocimientos de química pueden contribuir a evitar el calentamiento global. ¿Ves cómo la química tiene su parte positiva?

Investiga reacciones redox en nuestro entorno.

1. En equipos de tres personas, investiguen sobre otras reacciones redox que afectan nuestra vida cotidiana; elijan una y hagan lo siguiente.

a. Escriban la reacción química que se lleva a cabo.

b. Identifiquen la sustancia que se reduce y la que se oxida.

c. Discutan el impacto que esta reacción tiene en la sociedad.

d. Preparen en cartulinas o en una presentación electrónica la reacción que hayan investigado.

Investiga

Ánodo Cátodo

O2 (g)

H2O (g)

–

e–

e–

e–

+

H2 (g)

oxidación 2H2(g) + 4OH–

(ac) = 4H2O(l) + 4e–reducción

O2(g) + 2H2O(l) + 4e– = 4OH–(ac)Disolución de KOH

caliente

La demanda social de energía en el mundo es enorme. Un país para crecer y desarrollarse requiere de grandes cantidades de energía, lo que conlleva un impacto importante sobre el ambiente. Es por ésta, entre otras razones, que hoy en día se habla de desarrollo sustentable. ¿Sabes qué se entiende por “sustentabilidad”? Te invitamos a leer los siguientes documentos para que te informes de este importante tema y reflexiones sobre las acciones que podemos llevar a cabo para cuidar el medio ambiente.

sepiensa.org.mx/contenidos/2007/l_susten/susten1.html

sepiensa.org.mx/contenidos/2007/l_calentamiento/calenta1.html


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A continuación les sugerimos algunas reacciones redox que pueden interesarles y algunas páginas donde pueden encontrar información sobre éstas. Investiguen y discutan los puntos que se indican para la reacción que hayan decidido estudiar.

El alcoholímetro: identificación de alcohol en el aliento.

1. Investiguen la reacción con dicromato de potasio (K2Cr2O7) que permite identificar la presencia de alcohol.

• ¿Cómo se podría detectar alcohol al soplar? ¿Qué cambio observarían? ¿A qué se debe?

• ¿Qué otras técnicas existen para detectar el consumo de alcohol?

• ¿Cuál es la importancia de estos sistemas en la actualidad?

www.ua.es/dpto/dqino/docencia/lab_virtual/alcoholimetro/index.html

Batería de automóvil.

1. Investiga la reacción que se lleva a cabo en las baterías de plomo ácido; ¿cuál ocurre en el ánodo y cuál en el cátodo?

• ¿Para qué sirven las baterías en un auto? ¿Qué ventajas tiene usar la batería de plomo en los automóviles?

• ¿Cómo está constituida una batería de plomo?

• ¿Cómo se recargan las baterías de plomo?

• ¿Qué precauciones deben tenerse al desechar una batería de plomo? ¿Por qué?

http://ayudaelectronica.com/baterias-de-plomo-acido/

www.slideshare.net/JanoLSK/baterias

Obtención de aluminio.

1. Para obtener aluminio, primero se obtiene alúmina (Al2O3) del mineral bauxita por medio del método Bayer. Investiguen la

reacción del método Hall-Heroult que permite obtener aluminio a partir de alúmina (Al2O3).

• ¿Qué usos tiene actualmente este metal?

• ¿Por qué en un principio se le consideraba un metal valioso?

• ¿Qué papel desempeña la electroquímica en la obtención de este metal?

www.sabelotodo.org/elementosquimicos/aluminio.html

www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_IVAlu.html

2. Recuerden que pueden usar otras páginas y fuentes de información, como libros y revistas. Si les interesa alguna otra reacción redox, también pueden investigarla.

Utiliza las TIC

1. Completa la siguiente tabla:

Una sustancia o elemento se oxida cuando: Una sustancia o elemento se reduce cuando:

átomos de oxígeno átomos de oxígeno

electrones electrones

su número de oxidación su número de oxidación

Evalúo mi avance

2. Explica por qué se dice que la atmósfera de la Tierra es oxidante. ¿Qué sustancia se reduce cuando otra se oxida al estar expuesta al aire?

• Identifica el agente oxidante y el agente reductor de las siguientes reacciones y explica el criterio que utilizaste.

Cu2S(s) + O2(g) 2Cu(s) + SO2(g)

Al(s) + HCl(ac) AlCl3(ac) + H2(g)

• ¿Qué es el número de oxidación? ¿Para qué sirve?

• ¿En qué parte de la tabla periódica se encuentran los

elementos que suelen tener números de oxidación negativos? ¿Cómo puedes explicarlo?

• ¿Qué es una reacción electroquímica? ¿Es una reacción redox? Justifica tu respuesta.

• ¿Qué es una pila de combustible? ¿Para qué sirve? ¿Qué ventajas y desventajas encuentras con respecto a otro tipo de pilas?

• El carbono presenta diferente número de oxidación en el metano (CH4) y en el cloroformo (CCl4). ¿En cuál de los dos compuestos esperarías que el carbono tenga un número de oxidación positivo? ¿Por qué?


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B4T2

Evaluemos lo aprendido1. ¿Qué característica química comparten todas las

sustancias llamadas ácidas?

2. El metano (CH4), el etanol (C2H6O) y el agua (H2O), a pesar de contener átomos de hidrógeno en su estructura, no se comportan como ácidos. ¿Por qué?

3. ¿En qué consiste la neutralización? ¿Qué tipo de sustancias se obtiene con ella?

4. ¿Qué parámetro se usa para medir la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa?

5. ¿Cuánto vale este parámetro en una disolución neutra? ¿Qué intervalo de valores adquiere este parámetro en una disolución ácida? ¿Y en una básica?

6. ¿Por qué se considera que los ácidos y las bases son sustancias antagónicas?

7. ¿Qué harías para evitar que una prenda se deteriore si le ha caído ácido clorhídrico?

8. ¿Qué entiendes por reacción de óxido-reducción? Explica por qué se habla de dos reacciones conjuntas.

9. Escribe una reacción redox que ocurra en tu entorno y completa el texto:

• En esta reacción la sustancia que se oxida es

ya que durante este

proceso electrones y su

número de oxidación .

10. ¿Qué relación existe entre el número de oxidación de un elemento y su posición en la tabla periódica?

11. ¿Cómo puedes explicar que en el hipoclorito de sodio (NaClO) el número de oxidación del cloro sea 1+ y en el cloruro de sodio (NaCl) sea 1–?

12. Explica dos aplicaciones de las reacciones redox que sean útiles para la sociedad actual.

13. Ya sabes cómo funcionan las pilas y seguramente estás enterado de los daños que causan al ambiente cuando se desechan. Propón tres acciones para tratar de contrarrestar las consecuencias de su uso.

14. Muchas personas están convencidas de que la adición de conservadores en los alimentos es dañina. ¿Qué opinas al respecto? ¿Qué ocurriría si no se agregaran ninguna clase de conservadores (antioxidantes) a los

alimentos industrializados? ¿Qué condiciones debe tener un alimento que no contiene conservadores para que podamos consumirlo con confianza?

15. Además de la combustión de la gasolina, ¿de qué otra manera se puede generar la energía que usa un coche? ¿Hay similitudes entre la alternativa que propones y la combustión de la gasolina?, ¿cuáles? ¿Qué ventajas y desventajas tiene esta opción sobre el uso de la gasolina?

16. El tema de los energéticos es de suma importancia, en general a los energéticos también se les llama combustibles pues en la mayoría de los casos la energía que obtenemos de estas sustancias es a partir de una reacción de combustión. Busca información relacionada con cuánta energía puede obtenerse, por gramo, de la combustión de cada una de las siguientes sustancias: hidrógeno (H2), metano o gas natural (CH4) propano (gas LP, C3H8), gasolina (C8H18) y carbón. Calcula cuánta energía se obtiene por mol de cada una de estas sustancias. Con esta información elabora un cuadro comparativo en el que se muestre cuál sustancia es mejor combustible y los productos de su combustión. Al comparar estas sustancias considera también su estado de agregación (sólido líquido o gaseoso) y piensa en cuál de ellas es más fácil de transportar y más segura al distribuirse.

• ¿Qué sustancia tiene menor impacto sobre el medio ambiente?, ¿por qué?

17. Los productos que usualmente empleamos para la limpieza contienen sustancias básicas (desengrasantes), tensoactivos (jabones), así como sustancias antisépticas (que eliminan bacterias), además de colorantes y perfumes para que se vean atractivas y huelan bien. Identifica estas sustancias en los productos de limpieza que sueles utilizar (en las etiquetas de estos productos está la información de las sustancias que contienen). Puedes, adicionalmente, fabricar un producto de limpieza usando estos ingredientes. Usa como guía la información que encontrarás en la página de la revista del consumidor: revistadelconsumidor.gob.mx/?p=3668

18. ¿Cómo le explicarías a un amigo que no sepa química el funcionamiento de la pila de un reloj o de un celular? ¿Qué pasa cuando se carga y descarga la pila? ¿Te parece útil saber esto?


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ProyECto dE INtEgrACIóN 1

Proyectos. Ahora tú explora, experimenta y actúa P1P1

¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por

otros compuestos? Ámbitos del conocimiento científico, de la vida y de la tecnología

• Identificarás las características físicas de algunas sustancias derivadas del petróleo y de algunas de las reacciones involucradas en su preparación.

• Identificarás la importancia estratégica de la petroquímica en la elaboración de sustancias indispensables para la industria y la vida diaria.

• Identificarás la importancia de buscar recursos alternativos para la satisfacción de necesidades en el marco del desarrollo sustentable.

• Valorarás las implicaciones ambientales del uso de los derivados del petróleo.

En e

ste

proy

ecto

:

Figura 1. El petróleo, también llamado “oro negro”, es un recurso natural no renovable, todavía esencial en el desarrollo económico de la mayoría de los países.

En esta sección hablaremos del petróleo y sus derivados para que tú decidas la importancia que tie-nen en el desarrollo económico del mundo actual y en tu vida dia-ria. Mediante el desarrollo de este proyecto podrás evaluar tu capa-cidad para vivir sin algunos de los derivados del petróleo y pensarás en la forma de sustituirlos por otros compuestos que provengan de recursos renovables. Segura-mente has leído o escuchado en los medios de comunicación que el petróleo es un recurso no re-novable (fi gura 1) que a mediano plazo se acabará, por lo que sería conveniente ir pensando en cómo reemplazarlo.

La industria petrolera incluye cada uno de los procesos relacionados con el petróleo: la búsqueda de nuevos yacimientos, su explotación y su refi -namiento, así como su transporte y la venta de sus derivados.

La extracción del petróleo del sub-suelo es sólo el principio del proceso; en realidad, el grueso de la producción se lleva a cabo en la refi nería (fi gura 2), ya

que el petróleo crudo es una mezcla de muchas sustancias que es necesario sepa-rar para poder utilizarlo.

Seguramente sabes que el principal uso que se da al petróleo es en la pro-ducción de combustibles (sustancias

que al quemarse producen una gran cantidad de energía). En la actualidad el petróleo, junto con el carbón y el gas natural, son nuestras principales fuentes de energía. La proporción de energía que se obtiene a partir del prime-ro es diferente en cada país, pero en general se observa que en paí-ses europeos aproximadamente el 32% de la energía consumida proviene del petróleo, mientras que en Latinoamérica esta depen-dencia puede ser hasta del 44%. Como sabes, México es un impor-tante productor de petróleo, pero también dependemos de él para la producción de una gran cantidad de energía.

Los principales combustibles que ob-tenemos de la industria del petróleo son: gas natural (metano que se distribuye para su consumo por medio de una red de tuberías subterráneas), gas propano y butano (que mezclados son los principa-les ingredientes del “gas” doméstico que por lo general se distribuye en cilindros), la gasolina que utilizan principalmen-te los automóviles, el diesel que es el


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Figura 2. En las refinerías de petróleo podemos observar unas torres muy altas (a). El petróleo crudo se separa por destilación en los hidrocarburos que lo constituyen (b) (se llaman así porque son sustancias que están compuestas sólo de carbono e hidrógeno).

combustible empleado sobre todo por camiones, trenes y maquinaria pesada, y el keroseno que se emplea como combus-tible de aviones. La combustión de todos estos hidrocarburos genera de manera inevitable dióxido de carbono y agua.

Es por esto que el incremento registra-do en la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre en las últimas décadas se puede atribuir directamente a la combustión de combustibles fósiles (carbón e hidrocarburos). El dióxido de carbono es el principal causante de lo que se conoce como efecto invernadero, el cual consiste en que, debido al aumento de CO2 en la atmósfera, ésta absorbe cada vez más radiación solar causando un aumento en la temperatura de la Tierra.

El calentamiento global ha tenido un impacto importante en nuestro planeta; sabemos que el proceso de deshielo en el Ártico y la Antártida se ha acelerado, y que los océanos se están calentando y sus niveles van en aumento, lo que ha resultado en cambios importantes en el clima del planeta (fi gura 3). Esto, aunado

Figura 3. El aumento en la temperatura del planeta está reduciendo el hielo polar (a) y provocando fenómenos climáticos violentos, como lluvias torrenciales e inundaciones (b).

a los terribles desastres provocados por la industria petrolera, como el accidente del Exxon Valdez (un buque petrolero que se accidentó en las costas de Alaska) y el gran derramamiento de petróleo en el Golfo de México ocurrido en abril de 2010, han producido daños de incalcula-ble valor al medio ambiente.

Además de combustibles, la industria petrolera produce una serie de sustan-cias (los petroquímicos) que son la base de una industria (llamada petroquími-ca) que usa estas materias primas para transformarlas en sustancias cada vez más complejas. Entre los principales petroquímicos podemos mencionar las siguientes sustancias: etileno, propi-leno, benceno, tolueno y xileno, que constituyen la base para (después de modifi carlos químicamente) obtener di-versas sustancias.

Los jabones, cosméticos, pinturas, plásticos, medicamentos, telas, ferti-lizantes y un sinfín de otros productos contienen alguna sustancia que tuvo su origen en el petróleo.

Actividad previa

• Investiga de manera individual 10 productos que sean derivados del petróleo.

• Haz una lista de todos los objetos y materiales que usaste el día de ayer, fabricados a partir del petróleo.

• Compara tus respuestas con tu equipo y comenten lo siguiente: ¿es posible sustituir los derivados del petróleo? ¿Cómo? Anoten sus conclusiones.

a

a

b

Horno

Buque tanque

Terminal

Bomba impulsora

Zona de estanque crudo

Zona de almacenaje

Oleoducto

Torre de fraccionamiento o destilación

Gas

Gasolinas

Keroseno

Petróleo diesel

Petróleo combustible

Asfalto

b


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1. Planeación

Ya con el equipo formado, elijan un tema para desarrollar. Basándose en lo discutido durante la actividad previa, hagan una propuesta concreta de la po-sibilidad de sustituir algún derivado del petróleo que usemos de manera cotidia-na por algún otro que cumpla la misma función, pero que no se derive de aquél. Recuerden que plantear una pregunta puede ayudarles a elegir y dirigir el pro-yecto; por ejemplo, pueden preguntarse:

• ¿Cómo puedo hacer un balón o pelo-ta de cualquier otro material que no sea derivado del petróleo, pero que tenga características similares?

• ¿Cuáles de los materiales que utilizo en mi vida diaria se obtienen del pe-tróleo, los cuales podría sustituir por otros que se obtengan de una fuente distinta?

• ¿Cuáles son los beneficios de dismi-nuir el uso de productos derivados del petróleo en el ambiente?

• ¿Cómo puedo fabricar pinturas u otros productos sin utilizar derivados del petróleo?

Elaboren una hipótesis. Organizados en equipos, traten de contestar la pregunta: ¿Qué debemos hacer para evitar el uso del petróleo?

Propongan una metodología. Decidan qué actividades van a desarrollar para contestar la pregunta y quién estará encargado de cada etapa del proyecto. Recuerden que todos deben participar en el desarrollo del trabajo y que pueden apoyar su investigación con la elaboración de gráficas (como las que has aprendido en tus clases de matemáticas) que muestren los porcen-tajes de producción, consumo e impacto en el medio ambiente. Pueden buscar información acerca de productos farma-céuticos, disolventes, plásticos, etcétera.

Además de hacer una investigación, pueden diseñar un producto que no con-tenga derivados del petróleo y decidir si es posible o no utilizarlo.

2. Desarrollo

Investigación. Con base en la pregunta planteada, elijan un producto utilizado en la industria petroquímica o un com-bustible y realicen una investigación y un análisis del impacto que éste tiene en el medio ambiente y la importancia de su uso en nuestro país; además, elaboren una propuesta para sustituir su uso con algún otro producto más amigable para el medio ambiente y que provenga de una fuente renovable.

A continuación les proponemos algu-nos temas que les pueden servir de guía en su investigación.

• Plásticos: qué son y cómo se obtienen

• Beneficios y desventajas de los plásti-cos (propiedades, usos, relación con el medio ambiente)

• Alternativas al uso de los combusti-bles fósiles y su obtención

• Métodos actuales de obtención de algunos productos como pinturas, ja-bones o cremas (o algún otro material de su interés)

• Métodos utilizados en la época pre-hispánica para la obtención de pro-ductos como pinturas, jabones o cremas (o algún otro material de su interés)

• Relación costo-beneficio del derivado del petróleo elegido y de la alterna-tiva

Diseñen un producto. Ahora que ya investigaron las ventajas y desventajas de los plásticos y de otros materiales alternativos, así como su relación costo-beneficio, pueden proponer una manera de obtener un producto que no proceda de materiales derivados del petróleo y compararlos.

Consigan el material necesario, ano-ten el procedimiento y lleven a cabo la metodología.

Analicen. Una vez realizada la actividad, analicen las ventajas y desventajas de fabricar un producto sin derivados del petróleo. ¿Ambos productos cumplen con las mismas funciones? ¿Qué impli-caciones ambientales y económicas tiene la produccieon y uso de cada uno?

Discutan sobre la importancia de sustituir los derivados de petróleo: ¿qué tan factible es? ¿Qué beneficios tendría para su comunidad, el país o el medio ambiente?

Concluyan. Confronten sus resultados con su hipótesis de trabajo y analicen si la metodología empleada fue satisfacto-ria o qué variables podrían modificarse a fin de obtener mejores resultados.

Escriban un informe. Redacten con-juntamente un informe de su proyec-to en el cual, además de presentar la información recopilada, discutan sus expectativas iniciales y confronten éstas con los resultados obtenidos.

3. Difusión

Pueden difundir los resultados, tanto de su investigación como de su proyecto, mediante carteles o realizando una mesa redonda donde el grupo discuta la im-portancia del petróleo y la posibilidad de encontrar sustitutos para los productos que de él obtenemos. Pueden presentar los productos que hayan elaborado y mostrar las ventajas y desventajas con respecto al producto derivado del petróleo.

4. Evaluación

Pueden llevar a cabo una encuesta en-tre sus compañeros para confirmar si la información que deseaban difundir tuvo en efecto la atención y difusión que uste-des esperaban.

No olviden evaluar su desempeño individual y de equipo, así como el cumplimiento de los objetivos que se propusieron al desarrollar el proyecto.

Te sugerimos el siguiente libro:

Susana Chow Pangtay. Petroquímica y sociedad. Fondo de Cultura Económica (Col. La ciencia para todos), México, 1998.



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B4P2

Proyectos. Ahora tú explora, experimenta y actúa P2

¿Cómo evitar la corrosión?Ámbitos del ambiente y la salud y de la tecnología

• Identificarás algunos problemas derivados de la corrosión en distintos contextos y su relación con el entorno natural.

• Identificarás la importancia de la electricidad en algunos procesos químicos como la electrólisis y la galvanoplastia.

• Identificarás las moléculas participantes en los procesos químicos señalados y cómo pueden “diseñarse”.

• Apreciarás las contribuciones de la química al bienestar social, así como algunos de sus riesgos y limitaciones.En

est

e pr

oyec

to:

Si miras a tu alrededor te darás cuenta de que hay muchos objetos que están hechos de algún metal, como los marcos de las ventanas, alguna de las partes de la silla en la que estás sentado, las bicicletas (fi gura 1) y los cables de luz.

Los metales resultan de gran utilidad en nuestra vida co-tidiana; sin embargo, muchos de ellos se corroen (oxidan) al estar en contacto con el oxígeno del aire, alterando sus pro-piedades y provocando así que el objeto pierda su utilidad. ¿Qué crees que pase si la silla en que estás sentado estuviera oxidada? ¿Crees que los cables de corriente conducen igual la electricidad al estar oxidados? ¿Sería seguro atravesar un puente cuya estructura estuviera muy dañada por el óxido?

Es por esto que existen diversos métodos para evitar que los objetos metálicos se corroan. Los conocimientos de las reacciones químicas y, en particular, de las reacciones redox pueden resultar de gran utilidad para evitar la corrosión. Recuerda que en la actividad “Identifi ca uno de los factores que propician la descomposición de los alimentos” del Blo-que 3 estudiaste distintos factores que afectan la velocidad de una reacción (como la temperatura). También aprendiste que evitando el contacto entre los reactivos podemos impedir que ocurra una reacción entre ellos, por lo que recubrir los metales es una manera de protegerlos, pues de esta manera se evita el contacto del oxígeno con el metal.

Cuando estudiemos la corrosión de los metales, será im-portante considerar que no todos los metales se oxidan con la misma facilidad; por un lado están los metales alcalinos (de las familias 1 y 2) que reaccionan rápidamente con el oxígeno del aire, por lo que no los encontramos en su estado elemental en la naturaleza, mientras que existen otros metales como el oro y el platino que a temperatura ambiente simplemente no reac-cionan con el oxígeno atmosférico, por lo que no se corroen. De acuerdo con esto, podríamos simplemente usar metales que no reaccionen con el oxígeno; sin embargo, éstos suelen ser más escasos y caros, por lo que resulta preferible usar otros metales, como el hierro, y protegerlos de la corrosión.

Figura 1. De las dos bicis que se muestran, ¿cuál prefieres? ¿Crees que con el tiempo la bici nueva se parezca a la vieja? ¿Qué harías para evitarlo?


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El conocimiento de ciertas reacciones electroquímicas puede ayudarnos a lograr este objetivo, ya que por medio de un proceso electroquímico conocido como galvanizado la su-perficie de un metal puede recubrirse con otro metal. Esto se

logra aplicando una corriente eléctrica para reducir un catión metálico que se deposita en la superficie de otro metal. ¿Cómo crees que puede ayudar esto a evitar la corrosión? ¿Qué otros usos puede tener el recubrir un metal con otro?

Observa en qué condiciones se oxidan más rápido los metales.

Esta actividad les puede ayudar en el desarrollo del proyecto.

1. Consigan en equipos el siguiente material:

• 4 clavos de hierro (es mejor si los lijan previamente)

• Tres vasos de 250 mL de vidrio transparentes

• 500 mL de agua

• 100 g de sal

• 200 mL de vinagre


• Agreguen aproximadamente 200 mL de agua a dos de los vasos.

• En uno de ellos disuelvan 5 cucharadas de sal.

• Agreguen vinagre al tercer vaso.

• Observen cada uno de los clavos y anoten sus propiedades.

• Dejen un clavo a la intemperie y coloquen el segundo en el vaso con agua, el tercero en el vaso con sal y el cuarto en el vaso con vinagre. Déjenlos una tarde.

• Saca los clavos de las soluciones y compara su apariencia.

• Si no observas diferencias entre los clavos, déjalos en los vasos con los líquidos los días necesarios hasta que los cambios sean evidentes.

• Anota las diferencias entre los clavos en cada una de las condiciones: a la intemperie, en el vaso con agua, en el vaso con agua y sal y en el vaso con vinagre.

3. Analicen lo que observaron.

• ¿En qué condiciones se oxidan con mayor rapidez los objetos?

• Si quisieran comparar la resistencia de los diferentes metales a la oxidación, ¿en qué condiciones lo harían?

1. Planeación

Elijan el tema. Pueden considerar la sugerencia que les hemos hecho y continuar investigando el proyecto. Definan el tema del proyecto planteándolo como pregunta. Recuerden que pueden elaborar diversas preguntas relacionadas con el tema, como:

• ¿Con qué materiales puedo recubrir un metal para evitar su corrosión? ¿Cuál es más eficiente?

• ¿En qué condiciones ambientales es menor la corrosión de los metales?

• ¿Qué metal es más resistente a la corrosión?

Elaboren una hipótesis. Según la pregunta que hayan propuesto, pueden plantear una hipótesis; por ejemplo, decir en qué con-diciones o tratamiento esperan que la corrosión sea más lenta.

Propongan una metodología. Planteen las actividades que rea-lizarán para responder la pregunta formulada.

Para ello es necesario que determinen muy bien el factor para evitar la corrosión que van a estudiar (recuerden que sólo se debe estudiar un efecto a la vez para llegar a conclusiones adecuadas) y la manera como determinarán qué tan fácil se corroe un metal.

La metodología deberá incluir dónde, cómo y qué tipo de in-formación recabarán para la investigación; cómo van a probar su hipótesis y cómo analizarán los datos; cómo comunicarán los resultados del proyecto; quiénes serán los responsables de cada parte; qué tiempo le dedicarán, etcétera.

¡Cuidado! Si deciden estudiar distintos metales tengan en cuenta que los metales alcalinos se oxidan con gran facilidad y es peligroso trabajar con ellos, en particular ponerlos en con-tacto con agua. Si su escuela cuenta con estos materiales, el profesor deberá manipularlos.

Actividad previa


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2. Desarrollo

Investigación. Recuerden que la investigación les puede ser de gran ayuda a la hora de realizar su proyecto. A continuación les proponemos algunos temas que, dependiendo de la pregun-ta que se hayan planteado, les pueden servir para responderla.

• Propiedades de los óxidos de distintos metales, como el óxido de plata, el óxido de zinc, el óxido de aluminio y el óxido de hierro. Refl exionen sobre la importancia de evi-tar la formación de óxidos.

• Métodos actuales para evitar la corrosión y en qué consisten.

• Serie electroquímica: qué es y qué información nos propor-ciona.

• Metales que deben protegerse de la acción del oxígeno.

• El proceso de galvanizado y su importancia en la electricidad.

• ¿Por qué suele depositarse zinc en hierro si el zinc se oxida más fácilmente?

Experimenten. Estudien el efecto elegido y prueben qué tan fácil se corroe el metal, para lo cual pueden introducir los ob-jetos que desean estudiar en agua con sal y comparar qué tanto se corroen con el paso del tiempo.

Reúnan y analicen sus datos. Una vez hecho el experimento, recuerden que resulta más práctico analizar los resultados si los acomodan en una tabla.

Por ejemplo, si decidieron estudiar qué metales se oxidan más fácilmente podrían hacer una tabla como la siguiente. (Si estudiaron otros factores, en la columna “Metal” pueden po-ner los distintos tratamientos o temperaturas.)

MetalApariencia

3 horas en agua con sal

12 horas en agua con sal

3 horas en vinagre

12 horas en vinagre

Hierro

Cobre

Plata

Al momento de analizar los resultados es importante recapaci-tar sobre las sustancias que intervienen en la reacción química bajo estudio, de manera que puedan analizar por qué funciona o no determinado método para evitar la corrosión.

Formulen conclusiones. De acuerdo con su investigación y análisis de la información, contesten la pregunta que se plantearon al inicio. ¿Encontraron una manera de evitar la corrosión? ¿Qué ventajas trae el conocimiento de la química, especialmente en cuanto a evitar la corrosión, para nuestro bienestar como comunidad o entorno inmediato? ¿Para qué les sirvió conocer y trabajar con este tema? ¿Qué pueden hacer de ahora en adelante?

3. Difusión

Elijan el medio de difusión. Decidan de qué manera presenta-rán sus resultados. Cada equipo puede preparar un cartel en el que se presente de manera resumida el desarrollo del proyecto, sus resultados y el análisis realizado.

Posteriormente, apoyados por su maestro, pueden llevar a cabo una discusión grupal sobre los diferentes métodos para proteger los metales de la corrosión. También pueden hacer trípticos dirigidos a la comunidad en los que expliquen por qué se oxidan los metales, cómo evitar la oxidación y qué benefi -cios tendrían si se hace esto.

4. Evaluación

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo. Apliquen las estrategias de evaluación que deseen, como lo han venido haciendo en los bloques anteriores. Recuerden que deberán incluir las partes que integraron el de-sarrollo de su proyecto, por ejemplo: metodología de trabajo, objetivos del proyecto, producto de difusión, difusión y actitud individual y de los integrantes del equipo. Mencionen las difi -cultades a las que se enfrentaron y si las solucionaron o no; por ejemplo, si hubo información que haya sido difícil de obtener.

Evalúen el impacto de su medio de difusión. Durante la dis-cusión grupal pueden analizar qué tanto comprendieron los proyectos de los otros equipos con ayuda de su cartel. Evalúen su desempeño individual y de equipo, así como la forma en que reaccionaron frente a las difi cultades y cómo se han modifi ca-do sus actitudes.

Para obtener información de este tema puedes consultar los siguientes libros:

Javier Ávila y Joan Genescá. Más allá de la herrumbre I. Fondo de Cultura Económica (Col. La ciencia para todos), México, 1995.

Javier Ávila y Joan Genescá. Más allá de la herrumbre II. La lucha contra la corrosión, Fondo de Cultura Económica (Col. La ciencia para todos), México, 1995.



BLOQUE 5

Química y tecnología

262

Finalmente llegamos al último bloque de este curso de Ciencias III. Al finalizar cada uno de los bloques anteriores encontraste un par de proyectos que permi-tían poner en práctica tus conocimientos y habilidades. En este bloque somete-mos a tu consideración un conjunto de proyectos (ocho en total), de los cuales deberás realizar dos: el primero y alguno de los siete restantes; revísalos con cui-dado a fin de que puedas decidir cuál de estos últimos es el que te interesa más.

El desarrollo de estos proyectos te brinda de nuevo la oportunidad de integrar los conocimientos y habilidades que has adquirido durante todos tus cursos de Ciencias. Ésta es una oportunidad perfecta para dejar salir al científico que llevas dentro.

Como habrás podido comprobar a lo largo del curso, los conocimientos que la química ha generado han sido de gran utilidad e importancia para el desarrollo de muy diversas áreas. Los proyectos mencionados reflejan este hecho, pues en ellos encontrarás que tus conocimientos de química pueden tener aplicaciones en las artes, la salud, las ciencias sociales, la agricultura, etcétera.


PROPÓSITOS

1. Plantear preguntas, interpretar la información recopilada, identificar situaciones problemáticas, buscar alternativas de solución, seleccionar la mejor alternativa (según el contexto y las condiciones locales), argumentar y comunicar los resultados de los proyectos, y evaluarlos.

2. Planificar el trabajo, diseñar estrategias para sistematizar la información, así como usar y construir modelos, buscar evidencia en la vida cotidiana y la posibilidad de hacer predicciones.

3.Aplicar diferentes metodologías de investigación, proponer hipótesis, diseñar experimentos, identificar variables, interpretar resultados, elaborar generalizaciones y modelos, expresar las propias ideas y establecer juicios fundamentados.

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No olvides que para desarrollar en forma adecuada tus proyectos requieres de una estrecha colaboración con los integrantes de tu equipo; además, es muy im-portante la recopilación de información, porque les permitirá plantear correcta-mente no sólo el objetivo de su proyecto, sino también el método que seguirán para alcanzarlo. En algunos proyectos encontrarás una serie de preguntas previas cuya intención es que al resolverlas profundicen un poco más en el tema antes de decidir cuál es el problema concreto que les interesa solucionar o investigar.

La química es una ciencia experimental, y los conocimientos que ha generado se han obtenido a través del trabajo en el laboratorio. Ahora es tu turno. ¡Manos a la obra!


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b

P1 ¿cómo se sintetiza un material elástico? Ámbitos del cambio y las interacciones y de la tecnología

• relacionarás las propiedades macroscópicas de un material o sustancia con su estructura microscópica.

• relacionarás las condiciones de la reacción química

(temperatura, catalizador) con las propiedades macroscópicas del producto.

• analizarás qué materiales son mejores que otros para ciertas tareas y procesos.

• explicarás cómo diferentes procesos de transformación originan diferentes materiales.

En e

ste

proy

ecto

:

Figura 1. Los materiales plásticos tienen propiedades

muy diversas (a) por lo que les hemos encontrado

innumerables aplicaciones, desde las domésticas hasta las

aeroespaciales (b).

Los materiales plásticos están por todos lados (fi gura 1); claramente nuestra so-ciedad se ha acostumbrado al uso (y con frecuencia abuso) de estos materiales.

Como recordarás, en el Bloque 1 hicimos algunas refl exiones en torno al impacto ambiental que han generado los polímeros sintéticos (plásticos); sin embargo, ahora que has incrementa-do tus conocimientos de química es el momento de retomar estas refl exiones y plantear acciones concretas que coadyu-ven a reducir el impacto ambiental de estos materiales en tu comunidad.

A continuación, como primera par-te del proyecto deberás realizar una investigación que te permitirá llegar a propuestas de acciones personales ycolectivas que ayuden a combatir el problema de los desechos plásticos en tu comunidad.

P R I M E R A P A R TE

¿Podemos modificar nuestra actitud hacia los desechos plásticos?Recaben en equipo la información nece-saria que les permita dar respuesta a las siguientes preguntas:

• ¿Qué características han hecho que los materiales plásticos hayan reem-plazado el uso de otros materiales?

• ¿Podrías encontrar la razón “quími-ca” de por qué los polímeros sintéti-cos han generado un problema am-biental? ¿Qué podemos hacer para remediarlo?

• ¿Sabes si se fabrican plásticos biode-gradables?

• Si los plásticos son muy duraderos, ¿por qué los desechamos con tanta facilidad y los consideramos desecha-bles? ¿Qué signifi ca desechable? ¿Es lo mismo barato que desechable? ¿Es posible reutilizar los objetos de plástico? ¿Qué acciones crees que po-drías llevar a cabo en forma personal y colectiva para contribuir a generar menos desechos plásticos?

• ¿Crees que nuestra actitud hacia los plásticos confunde lo barato con lo desechable?

Expliquen sus respuestas. Elaboren una tabla que contenga infor-mación sobre la clasifi cación, reciclaje y reúso de los plásticos que más emplea-mos. Incluye información sobre: ¿qué signifi can los números que con frecuen-cia se observan en los envases y objetos de plástico? ¿Cuánto tiempo tardan en degradarse? ¿Existen formas de reciclar-los? ¿Existen en tu comunidad plantas de acopio o reciclaje de plásticos?

Discutan en grupo los resultados de su investigación y de sus refl exiones. Elaboren entre todos un periódico mu-ral que permita compartir sus resultados con los miembros de su comunidad

a


265

B5P1

Figura 2. Los materiales elásticos tienen propiedades poco comunes. ¿Por qué? El desarrollo de este proyecto te permitirá conocer un poco más sobre estos sorprendentes materiales.

escolar. No olviden incluir sus propues-tas para optimizar el uso y disminuir el consumo, así como sus sugerencias para promover actitudes que apoyen la dismi-nución del impacto ambiental de estos materiales.

Pueden considerar la participación de las personas que se encargan de la limpieza y recolección de basura, tanto en su escuela como en su comunidad, a fi n de que ellos también conozcan el problema y participen en sus propuestas y soluciones.

Pueden también organizar una cam-paña de “Una semana sin desechos plásticos” que permita a los miembros de su comunidad tomar conciencia de la posibilidad de reutilizar muchos de los productos y envases que comúnmente desechamos sin refl exionar en el daño ambiental que esta actitud genera.

Por medio de encuestas realizadas entre los miembros de su comunidad, pueden evaluar el impacto de su pe-riódico mural o de las campañas que organicen.

S E G U N D A P A R TE

Los plásticos: su estructura y propiedadesAntes de comenzar, sería conveniente precisar que en realidad la palabra “plástico” debería usarse exclusivamen-te para referirse a aquel material que se deforma por la acción de una fuerza, pero que cuando ésta deja de ejercerse, el material no regresa a su forma ori-ginal. Es decir, un material plástico es aquel que podemos moldear, por ejem-plo la plastilina, que es plástica (de ahí su nombre). Muchos de los materiales a los que llamamos “plásticos”, no lo son. Por otro lado están los materiales elásti-cos, los cuales, al igual que los plásticos, se deforman por efecto de una fuerza, aunque estos materiales sí recuperan su forma original cuando la fuerza ya no actúa sobre ellos; por ejemplo, una liga no es plástica sino elástica. Muchos materiales elásticos lo son hasta cierto punto, pues si la fuerza que los deforma sobrepasa ciertos límites, el material se deforma de manera permanente. De la misma manera, muchos materiales plás-ticos son también elásticos si la fuerza aplicada para deformarlos es muy débil. De hecho, ésta es la razón por la que

Actividad previa

1. Forma equipo con tus compañeros, y con la información que recopilaron en la primera parte de este proyecto seleccionen tres de los polímeros que más utilicen.

2. Investiguen las características de estos polímeros: su estructura y sus métodos de síntesis.

3. Dibujen en su cuaderno la estructura de Lewis de estas sustancias. Identifiquen en ellas las unidades que se repiten en el espacio.

4. Elaboren un modelo tridimensional de un polímero en el que se muestren los cambios que éste sufre ante la compresión o la elongación.

5. Comparen sus modelos y estructuras con los de sus compañeros de grupo.

• ¿Cuál de los modelos que elaboraron representa mejor las propiedades elásticas de los polímeros?

los vasos de plástico rígido al caerse rebotan, pues también son ligeramente elásticos.

Los químicos han aprendido a pre-parar una amplia gama de polímeros (a los que se llama comúnmente plásticos) cuyas propiedades son muy diversas. No sólo la elasticidad o plasticidad puede modifi carse a voluntad, sino que tam-bién es posible modifi car muchas otras propiedades; por ejemplo, es posible preparar polímeros aislantes o conduc-tores de la electricidad, o resistentes a las altas temperaturas, o bien polímeros que mantienen su elasticidad incluso a muy bajas temperaturas.

Parecería que los materiales con pro-piedades plásticas y elásticas (fi gura 2) son un invento de los químicos, pero

no es así. En la Naturaleza encontra-mos múltiples ejemplos de materiales poliméricos con ambas propiedades. El caucho (también conocido como hule natural), la celulosa (que permite a un árbol doblarse sin romperse), el colá-geno de nuestros tendones y cartílagos o incluso la masa de pan o las galletas antes de meterlos al horno son ejemplos de materiales elásticos.

Sin embargo, ¿por qué estos mate-riales tienen propiedades tan singulares? ¿Qué hace que un material sea plástico o elástico? ¿Hay alguna semejanza en su estructura? ¿Cómo pueden modifi carse las propiedades elásticas de un material?

Todas estas preguntas y muchas otras puedes resolverlas al abordar esta parte del proyecto.


266

Proyecto de integración 1Proyecto de integración 1

1. Planeación

Elijan un tema. El tema de los plásticos es muy vasto, por lo que seguramente les sobrarán opciones para desarrollar este proyecto. Algunos temas que les sugerimos son:

• ¿Cómo se puede preparar un políme-ro elástico utilizando materias primas de origen natural (como gelatina, al-midón o caseína)?

• ¿Cómo se puede preparar un políme-ro sintético (por ejemplo, a partir de bórax y pegamento blanco)?

• ¿La variación del proceso de prepara-ción de un polímero puede alterar sus propiedades? ¿Cómo afectan las di-ferentes variables de la síntesis (tem-peratura, concentración de reactivos, catalizadores) las propiedades de un polímero elástico?

Elaboren la hipótesis o determinen el objetivo de su proyecto.Dependiendo del tema elegido, planteen una hipótesis que, como ya saben, es una suposición que pueden escribir como respuesta a su pregunta. Ésta puede estar relacionada, por ejemplo, con el mejor método que usarán para preparar un po-límero elástico o con la variación de las propiedades elásticas de los polímeros en función de las variables que intervienen en su preparación, como la cantidad de reactivos, la temperatura, etcétera.

Propongan una metodología. Recuerden que es muy importante plani-ficar la actividad tomando en cuenta el método que van a seguir para responder su pregunta o hipótesis; por ejemplo, cómo obtendrán su polímero, qué espe-ran lograr, cómo lo harán, etc., a fin de que cuenten con todo el material y las sustancias necesarias para llevar a cabo su proyecto, y dispongan del tiempo sufi-ciente para realizar todas las actividades.

2. Desarrollo

Investigación previa.Como en todos los proyectos, es impor-tante realizar primero una investigación

en distintas fuentes (bibliográficas, heme-rográficas, de Internet) que les permita conocer y entender aspectos relacionados con los plásticos, aunque ustedes decidi-rán, con base en su pregunta inicial y en el título y objetivo del proyecto, con qué profundidad deberán investigar.

Algunos temas por investigar pueden ser:

• Tipos de materiales elásticos y plás-ticos.

• Propiedades de los materiales elásticos y plásticos, y sus usos.

• Clasificación, reciclaje y reúso de los plásticos.

• Uno o más métodos de obtención de un polímero elástico.

• Representación de los polímeros con modelos.

• Relación de la estructura de un polí-mero con sus propiedades.

• Ventajas y desventajas del uso de los plásticos comparados con otros ma-teriales.

• En qué casos los polímeros han sus-tituido el uso del vidrio, el cuero, la cerámica y otros materiales.

Con base en la información recabada en su investigación, pueden diseñar algunos experimentos para identificar y cuanti-ficar las propiedades de los distintos polímeros. (Pueden por ejemplo probar y cuantificar su elasticidad midiendo su resistencia a los golpes o evaluando los cambios que sufren ante la compresión o la elongación.) En este proyecto no sólo puedes preparar polímeros, sino tam-bién analizar sus propiedades y con ello explicar por qué han sustituido a otros materiales.

Reúnan y analicen la información.Una buena forma de hacer esto es me-diante tablas o gráficas que les permitan observar fácilmente las relaciones causa-efecto, es decir, las relaciones entre lo que hicieron y la modificación del com-portamiento observado, y si los modelos construidos les ayudaron a entender mejor la relación entre la estructura y las propiedades observadas.

Utiliza las TIC

Te recomendamos el siguiente video, que tu maestro puede conseguir en bibliotecas públicas o bien en algún Centro de Maestros: La era de los polímeros, volumen 11, Col. El mundo de la química.


Carlos E. Rangel Nafaile. Los plásticos: materiales del siglo xx, sep/unam (Col. Ciencia: Imágenes de la Naturaleza), México, 1986.

3. Conclusión, evaluación y difusión

Formulen conclusiones.Recuerden que la conclusión siempre tie-ne que estar relacionada con la hipótesis o el objetivo planteado al inicio de su proyecto (si alcanzaron o no su objetivo o si confirmaron o rechazaron su hipó-tesis) y con las razones que sustentan sus conclusiones.

Escriban su informe. Elaboren un informe de su proyecto para entregarlo al maestro; no olviden incluir el método elegido para medir la elasticidad y otras propiedades de su polímero o polímeros, así como las gráficas o tablas de sus observaciones experimentales.

Difusión. Para dar a conocer sus resultados pueden preparar una presentación con carteles o en computadora, o pueden elaborar un tríptico que contenga los resultados más relevantes de su proyecto.

Evaluación. Evalúen los resultados de su proyecto y de la difusión del mismo.


267

B5P2

P2 ¿Qué ha aportado México a la química?Principales contribuciones de los investigadores químicos al desarrollo del conocimiento químicoÁmbitos del ambiente y la salud y del conocimiento científico

• reconocerás la importancia de los trabajos de Manuel del río para el descubrimiento del eritronio.

• investigarás con ayuda de las tecnologías de la información sobre el trabajo por el cual se le otorgó a Mario Molina el premio nobel de Química en 1995, así como su aportación al estudio del cambio climático y el deterioro de la capa estratosférica de ozono.

• apreciarás las principales contribuciones de la historia de la química en México.En e

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proy

ecto

:

A lo largo de este curso hemos hablado de lo importante que es la química en nuestra vida cotidiana; por ejemplo, en el Bloque 1 realizaste una actividad en la que refl exionaste acerca del impacto de la química en nuestra sociedad, mien-tras que en el Bloque 3 examinamos la importancia del desarrollo de nuevos materiales.

La química se ha desarrollado gra cias al trabajo de investigadores, científi cos y técnicos de todas partes del mundo, in-

Actividad previa

1. Discutan en equipos qué tanto saben de las investigaciones en el área química que se han desarrollado y se desarrollan en nuestro país.

2. Hagan una encuesta a las personas de su comunidad sobre este tema, en la que les pregunten aspectos como:

• ¿Conoces algún mexicano que haga investigación en química? Si es así, ¿qué investigación realiza o está realizando?

• ¿Sabes quién es Mario Molina y por qué le dieron el premio Nobel de Química?

• ¿Sabes quién fue Manuel del Río?

3. Reflexionen sobre los conocimientos que tiene su comunidad sobre la investigación en química en México. ¿Creen que sea suficiente? ¿Creen que debe haber más difusión sobre este tema?

Figura1. El doctor Mario Molina.

1. Planeación

Elijan un tema. Pueden usar el resultado de la encuesta que realizaron en la actividad previa para plantear una pregunta que les in-terese responder, o algunas otras que pueden ser:

• ¿Qué tanto se conoce la contribución de México a la investigación científi -ca y tecnológica en química?

• ¿Por qué obtuvieron el premio Nobel Mario Molina y su equipo?

cluido México; dos casos muy notables son los de los mexicanos Andrés Manuel del Río, quien descubrió un elemento químico, y Mario Molina (fi gura 1), quien en 1995 fue galardonado con el premio Nobel de Química por su tra-bajo en química atmosférica. Si decides realizar este proyecto, podrás conocer más sobre ellos y otros químicos mexi-canos que han contribuido al desarrollo de la química y cuáles han sido las apor-taciones de cada uno.


268


• ¿Qué elemento químico descubrió Andrés Manuel del Río? ¿Por qué se sabe tan poco de él?

• ¿Qué se obtuvo de la planta endémica mexicana “barbasco” y para qué se utilizó?

• ¿Qué investigaciones en el área de química se llevan a cabo en mi enti-dad y país?

Propongan una metodología. Para este proyecto, además de llevar a cabo una investigación bibliográfica −para la cual pueden utilizar el acervo de la biblioteca escolar, Internet o el contenido de revistas− pueden visitar una universidad o centro de investiga-ción cercano a su comunidad y realizar entrevistas sobre el tema que elijan a los investigadores que allí laboran. Pos-teriormente, pueden corroborar en la bibliografía los datos que recabaron sobre las aportaciones que México ha hecho o está haciendo a la química y profundizar en la contribución que más les haya interesado.

2. Desarrollo

Investigación previa.Si decidieron investigar sobre una apor-tación específica de la química, pueden empezar por escribir una biografía sobre un químico en particular. Como apren-dieron en su curso de Español, decidan cuál es la información relevante: en qué lugar y año nació el personaje, dónde estudió, qué trabajos realizó y en dón- de los llevó a cabo, entre otros datos.

Indiquen aspectos concretos de su aporte a la química y sobre la importan-cia que esa aportación tiene para el país y el mundo. Por ejemplo, si decidieron estudiar los trabajos de Mario Molina pueden buscar información relacionada con los siguientes puntos:

• La capa de ozono, función e impor-tancia (figura 2).

• ¿Qué son los clorofluorocarbonos (CFC) y para qué se usan?

• El efecto invernadero y su relación con el cambio climático.

• Consecuencias del cambio climático para México y el mundo.

• El trabajo de Mario Molina y su im-pacto en nuestra vida y en el mundo.

Entrevista. Algunas personas que se dedican a la di-vulgación de la ciencia, así como muchos investigadores del área, pueden aportar-les información sobre el proyecto que están investigando. Si lo que quieren es conocer directamente el trabajo de algún investigador de una universidad cerca-na, contáctenlo y acuerden una cita. Es importante que preparen la entrevista por adelantado, aunque puede ocurrir que en función de las respuestas que les proporcione el entrevistado se les ocu-rran algunas preguntas adicionales en ese momento. Algunas de las preguntas con las que pueden iniciar esta entrevista son:

• ¿En qué área hizo sus estudios univer-sitarios? ¿Por qué la eligió?

• ¿Cuál es el tema en el que se centra su investigación?

• ¿Por qué le interesa este tema?

• ¿Qué consecuencias puede tener su investigación para la ciencia quími-ca?, ¿se puede usar en aplicaciones tecnológicas?

• ¿Existe algún otro tema que le gusta-ría investigar?


Andoni Garritz Ruiz y José Antonio Chamizo. Del tequesquite al adn. Algunas facetas de la química en México. Fondo de Cultura Económica (Col. La ciencia para todos), México, 1997.


Conclusión. Con la información recabada, pueden responder la pregunta inicial y discutir sobre el impacto que ha tenido el traba-jo del científico elegido. ¿Creen que es importante que los mexicanos conozcan estas aportaciones?

Elijan el producto de difusión. Pueden elegir diversas opciones para difundir el resultado de su investigación. Busquen motivar a su público a tomar conciencia e interesarse por conocer las aportaciones que se han hecho a la quí-mica en México. Si reúnen el trabajo de cada equipo, pueden construir una línea del tiempo para apreciar las contribucio-nes de estos trabajos a la química. No olviden incluir las aportaciones de Ma-rio Molina y de Andrés Manuel del Río.

Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo. Detecten y evalúen si su visión de la química en México cambió y si adquirieron habi-lidades y conocimientos que les serán útiles más adelante.

Figura 2. Modelo del globo terráqueo en el que

se muestra en color azul intenso el agujero en la

capa de ozono.


269

B5P3

P3 ¿Por qué usamos fertilizantes y plaguicidas? Ámbitos de la vida, del conocimiento científico y del ambiente y la salud

• investigarás distintos modos de producción de alimentos en diversas culturas y los relacionarás con las demandas de distintos grupos sociales.

• investigarás diferentes técnicas de agricultura y el uso de fertilizantes por culturas que favorecen el desarrollo sustentable.

• inferirás las consecuencias en el ambiente de la agricultura intensiva.

• identificarás los problemas asociados al uso indiscriminado de fertilizantes y plaguicidas.

En e

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proy

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:

El ser humano aprendió a cultivar la tierra desde hace más de 10 000 años (fi gura 1). Es interesante refl exionar que hoy en día la forma en que se cultiva la tierra es muy diversa, pues hay comu-nidades en nuestro país que lo hacen de la misma forma que lo han hecho durante siglos, mientras que otras cuen-tan con los recursos fi nancieros que les permiten emplear tecnologías más avan-

zadas. Cualquiera que sea el método empleado, es evidente que se requiere un profundo conocimiento de la tierra para sacar provecho de ella. El conocimiento acumulado que se ha transmitido de generación en generación ha permitido y sustentado el desarrollo de nuestra sociedad.

La agricultura es una actividad de gran relevancia. No hay nada más im-

portante que producir alimentos; sin comida no hay educación, ciencia, arte o cultura que valga. Sin embargo, la producción agrícola es muy vulnerable tanto al clima como a las plagas. ¿Qué aportaciones ha hecho la química a la producción de alimentos?

El desarrollo de este proyecto te permitirá apreciar la contribución de la química a tan importante actividad.

Figura 1. La agricultura es una actividad productiva que modificó definitivamente la forma de vida del hombre prehistórico. Cuando el ser humano se volvió sedentario, se inició una importante transformación de los grupos sociales. ¿Cómo ha apoyado la química a esta importante actividad?


270


1. Planeación

Elijan un tema.Pueden usar lo discutido en la actividad previa para plantear una pregunta que les interese responder, o pueden plantear otras. A continuación se dan algunas sugerencias:

• ¿Qué nutrientes necesita esta planta para crecer? ¿Qué pasa si no adquiere estos nutrientes?

• ¿Las plantas pueden acabarse los nu-trientes que se encuentran en el suelo? ¿Cómo puede evitarse esto?

• ¿Cómo se puede incrementar la pro-ductividad de un cultivo?

• ¿Los fertilizantes y plaguicidas tie-nen más ventajas que desventajas en la productividad de un cultivo? ¿Por qué?

• ¿Existen alternativas al uso de los fer-tilizantes y plaguicidas “químicos”, que se puedan fabricar y sean amiga-bles con el ambiente?

• ¿Puedo hacer un huerto casero y cul-tivar productos “orgánicos”?

Propongan una metodología. Planeen las actividades que desarro-llarán para alcanzar el objetivo de su proyecto.


Análisis de la información y conclusión.Con los resultados obtenidos, concluyan si pudieron comprobar su hipótesis o responder la pregunta planteada. Agre-guen a su conclusión si consideran que lo que aprendieron en este proyecto puede utilizarse en su comunidad para mejorar la calidad de vida, y si pueden disminuir el impacto ambiental a través de cultivos que favorezcan el desarrollo sustentable.

Difusión. Pueden comunicar los resultados y con-clusiones de su proyecto por medio de trípticos o carteles o bien empleando algún otro medio que ustedes consideren más eficaz.

Evaluación. Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo como lo han hecho antes. ¿Qué enseñanzas les dejó este proyecto? ¿Cómo aplicarán lo que aprendieron de ahora en adelante? ¿Qué habilidades desarrollaron con este pro-yecto? ¿Qué actitudes hacia el ambiente y su cuidado rectificaron? ¿Cómo se be-neficia su comunidad, el país o el mundo con todo lo que aprendieron?

Utiliza las TIC

Entren al sitio http://comunaltillo.blogspot.com/ y conozcan cómo una pequeña comunidad urbana ha puesto en práctica el cultivo ecológico y algunas ideas para hacerlo por ustedes mismos.

Actividad previa

1. Seguramente recuerdas de tu curso de Ciencias I algunas necesidades de las plantas. Discutan en equipo cuáles consideran que son los nutrientes indispensables para el crecimiento de las plantas.

2. Si vives en una comunidad donde se desarrollen actividades agrícolas o haya invernaderos, puedes hacer entrevistas entre los productores para recabar información acerca de las formas de cultivar un

producto específico, si se usan fertilizantes o pesticidas y cuáles son las alternativas para no usarlos (si las hay). Si no existen estas actividades en tu comunidad, puedes hacer una investigación.

3. Organicen una mesa redonda para compartir los resultados de sus entrevistas o de su investigación.Puedes aprovechar las lecturas de la página 289 para completar la información.

2. Desarrollo

Investigación previa.Consulten en diversas fuentes, como libros, revistas o Internet, los siguientes puntos:

• Fertilizantes y plaguicidas empleados comúnmente, los que se usan en su comunidad o para el cultivo en gene-ral (fórmula química, toxicidad).

• Fertilizantes y plaguicidas de origen natural e industriales.

• Nutrientes esenciales en las plantas.

• Modos de producción agrícola como rotación o quemado de cultivos, hi-droponia, invernaderos, cultivos or-gánicos.

• Modos de cultivo que favorecen el desarrollo sustentable.

• Impacto en el medio ambiente de los modos de producción agrícola.

Con base en su investigación, pueden hacer un pequeño huerto en el que uti-licen fertilizantes químicos y orgánicos y comparar su productividad, pero con-trolando el resto de las factores que intervienen en el cultivo (luz, humedad, tipo de tierra, etcétera).


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B5P4

Actividad previa

• De manera individual, busca los ingredientes de diferentes productos cosméticos y de aseo personal que tengas en tu casa. Regístralos en una tabla en la que indiques el producto (jabón, champú, crema, etc.), la marca y, si lo sabes, el precio.

• En equipos de cuatro personas hagan una lista de los productos

cosméticos y de aseo personal que tienen en su casa. Discutan sobre la utilidad e importancia de cada uno de ellos. ¿Cuáles consideran necesarios? ¿Cuáles no? ¿Por qué?

• En equipos, integren la información en una sola tabla para comparar los ingredientes comunes de los productos que encontraron en su

casa. ¿Qué ingredientes se repiten? Márquenlos en la tabla.

• ¿Cuánto gasta una familia en productos cosméticos para el aseo y cuánto en los que “mejoran la apariencia”? Hagan un cálculo con los datos que obtuvieron.

P4 ¿de qué están hechos los cosméticos y algunos productos de aseo personal como los jabones?Ámbitos de la vida y del conocimiento científico

• relacionarás el costo de un producto con su valoración social e impacto ambiental.

• Planificarás un método seguro y de bajo costo en la fabricación de cosméticos.

• analizarás los conceptos de belleza asociados exclusivamente a la apariencia física.

• Manifestarás actitud crítica al discutir acerca de las necesidades que llevan a los seres humanos al consumo de estos productos.En

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to:

A lo largo de este curso te has dado cuenta de que a pesar de la mala opinión que muchas personas tienen de los químicos, sus aportaciones desempeñan un papel muy importante en nuestra vida. De hecho, una de las industrias químicas que más ganan-cias generan es la de la producción de cosméticos, incluidos los artículos de aseo personal, que en menor o mayor medida todos usamos a diario: jabones, champús, pasta de dientes, cremas, desodorantes, gel para pelo y maquillaje (fi gura 1).

Muchos de estos productos son necesarios para nuestra higiene personal; sin embargo, hay otros que pueden resultar innecesarios e incluso considerarse “frívolos” pues son pro-ductos utilizados únicamente para mejorar la apariencia física con el fi n de alcanzar un ideal de belleza impuesto, en gran medida, por los medios de comunicación.

Ese afán por “verse bien” ha propiciado que millones de consumidores gasten grandes cantidades de dinero en este tipo de productos.

Si en su equipo deciden realizar este proyecto, les sugerimos refl exionar sobre cuáles de dichos productos son necesarios para nuestra vida y cuáles no, para que después puedan cono-cer la química que hay detrás de ellos.

Figura 1. En la actualidad utilizamos muchos productos cosméticos, algunos para asearnos y otros para “mejorar” nuestra apariencia; sin embargo, ¿qué es más importante?


272


1. Planeación

Elijan un tema.Decidan si les interesa seguir con este proyecto o elegir otro, y plantéenlo en forma de pregunta; por ejemplo:

• ¿Cómo se fabrican jabones de manera casera?

• ¿Por qué la gente prefiere usar un producto cosmético sobre otro? ¿Tiene esto que ver con la eficiencia del producto o con algún otro factor?

• ¿Cómo podemos fabricar un producto cosmético y comer-cializarlo?

Al margen de la situación que planteen en su nuevo proyecto, recuerden reflexionar acerca de lo siguiente:

• ¿Utilizar un producto cosmético para mejorar la apariencia es más importante que el aseo personal?

• ¿La gente consume productos cosméticos de una manera consciente o se deja influir por la publicidad?

Intenten responder la pregunta y redáctenla como hipótesis.

Propongan una metodología. Planteen las actividades que desarrollarán para responder la pregunta que formularon y para comprobar su hipótesis.

Recuerden que es importante llevar a cabo una investiga-ción sobre el tema, para lo cual pueden recabar información en la biblioteca, en Internet y en revistas.

También sería interesante visitar una fábrica en la que ha-gan este tipo de productos e investigar cómo se elaboran y con qué componentes, o pueden realizar encuestas en su comuni-dad sobre el papel que tienen los productos de higiene y los cosméticos en la sociedad actual.

Si les interesa preparar algún producto cosmético, deben investigar a partir de qué materiales pueden hacerlo y qué me-todología deben seguir.

2. Desarrollo

Investigación previa.Algunos puntos que pueden investigar para desarrollar su pro-yecto son:

• ¿Por qué las sustancias que forman los jabones funcionan para lavar? ¿Cómo se relaciona su estructura química con sus propiedades? (figura 2).

• ¿Cómo se obtienen las sustancias que forman los jabones?

• ¿Para qué se utilizan los humectantes? ¿Qué sustancias con-tienen?

• Investiguen los usos y propiedades de distintas sustancias empleadas en la fabricación de jabones y cosméticos, como:

– Glicerina

– Propilenglicol

– Sorbitol

– Manteca de cacao

– Óxido de zinc

• Colorantes: ¿qué sustancias se han usado y se usan para la fabricación de cosméticos? ¿De dónde provienen?

• Métodos caseros de preparación de algún producto de higie-ne personal de su interés (también pueden considerar algún producto cosmético).

• Costos de producción casera del producto elegido, según el método e ingredientes que se utilizarán.

• Impacto ambiental del producto elegido.

• Toxicidad de los componentes del producto.

Realicen encuestas. Si deciden hacer una encuesta, traten de conseguir el mayor número de encuestados posibles; elíjanlos en función de las res-puestas que requieren y posteriormente ordenen las respuestas.

Experimenten. Dependiendo de la pregunta que hayan planteado, pueden definir diferentes metodologías experimentales para preparar algún producto cosmético que tenga las propiedades buscadas por los consumidores o cambiar algún componente y obser-var el efecto que dicho cambio provoca en las propiedades del producto.

Figura 2. ¿La eficiencia de un jabón depende de la cantidad de espuma?


273

B5P4

Consulta la página de la Revista del Consumidor. En ella puedes hacer una búsqueda de recetas para elaborar algunos productos cosméticos y de higiene de bajo costo:

http://revistadelconsumidor.gob.mx/

Utiliza las TIC

3. Reúnan y analicen sus datos.

Una vez hechas las encuestas o el experimento, organicen sus resultados en tablas o gráfi cas. Por ejemplo, si hicieron una encuesta pueden hacer gráfi cas de tipo “pastel” (circulares) en las que indiquen las respuestas más comunes. Con base en ellas, pueden refl exionar sobre la importancia que tienen estos productos en la actualidad. ¿Creen que el costo del producto se relaciona con su utilidad o con un valor social asociado únicamente a la apariencia física? ¿Por qué se utilizan estos productos?

Si por el contrario prepararon un jabón u otro producto cosmético, estudien sus propiedades. Analicen si podrían co-mercializarlo y cómo lo harían.

• ¿Qué apariencia tiene? ¿Cumple con la función para la que fue preparado?

• ¿Qué relación tiene la estructura química de los componen-tes con su función en el producto?

• ¿Cómo se compara dicho producto con los que se distribu-yen de manera comercial? ¿Cómo lo mejorarían?

• ¿Cómo defi nirían el costo del producto? ¿Cómo lo anun-ciarían?

• ¿Representa un benefi cio económico fabricar este producto de manera casera?


Análisis de la información y conclusión.Con sus datos experimentales y de encuestas, respondan la pregunta que formularon al inicio y confi rmen si su hipótesis fue correcta. Compartan con el grupo su experiencia: si obtu-vieron el producto deseado, cómo mejorarían la producción y qué importancia tienen los productos de higiene y los cosméti-cos en la sociedad actual.

Difusión. Si decidieron fabricar un producto cosmético pueden diseñar la publicidad con la que lo promoverían, como un comercial en video o un anuncio para una revista. La intención de la pu-blicidad debe ir enfocada a los benefi cios para la economía del hogar y para el ambiente. Eviten convencer con elementos que se centren en la moda. Por el contrario, si decidieron realizar una encuesta pueden hacer un cartel o una presentación con herramientas electrónicas en la cual expongan sus resultados y lo que consideren más relevante de su análisis.

Evaluación. Evalúen su desempeño individual y el de los integrantes del equipo como lo han hecho en proyectos anteriores, sin olvidar el aspecto actitudinal (fi gura 3).

Mencionen las difi cultades enfrentadas tanto en la bús-queda de información como en la parte experimental, y si las solucionaron o no; por ejemplo, si hubo información que les resultó difícil de obtener o si no pudieron conseguir materiales que les eran necesarios, las razones de ello y cómo los sustitu-yeron.

Para evaluar el impacto de la difusión de su proyecto, pueden preguntar a la gente si compraría el producto que fa-bricaron y si utilizó la información incluida en el anuncio para decidir comprarlo o no.

Figura 3. Contrastar y analizar los resultados del trabajo con otros compañeros del equipo enriquece el proyecto.


274


P5 ¿en qué medida el ADN nos hace diferentes? Ámbitos de la vida y del conocimiento científico

• explicarás las mutaciones a partir del cambio en la secuencia de los componentes del ADN, con base en el modelo molecular de esta sustancia.

• investigarás, con apoyo de las tecnologías de la información y la comunicación, el proyecto genoma Humano y analizarás la validez científica del concepto de razas.

• Valorarás la contribución de la química al conocimiento de la forma helicoidal del ADN.

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proy

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Como recordarás de tus clases de Ciencias I, la molécula de ácido desoxi-rribonucleico (adn) es la responsable de la herencia. Sin embargo, ¿qué relación hay entre esta molécula y los genes? ¿Cómo funcionan los genes en tu cuer-po? ¿Qué pasa si algo sale mal en el funcionamiento de alguno de tus genes? ¿Por qué algunas personas son morenas, otras blancas y otras negras? ¿Qué im-plicaciones sociales, médicas, legales y éticas conlleva el estudio de la molécula del adn en los seres humanos?

Uno de los descubrimientos más im-portantes de la biología contemporánea fue el de la estructura de rayos X del adn, realizado por Rosalind Franklin, que permitió a los químicos James Watson y Francis Crick determinar la estructura helicoidal del adn.

Desde el punto de vista químico el adn es un polímero, es decir, está formado por un conjunto de unidades llamadas monómeros que se repiten de manera indefi nida y se conocen como nucleótidos. Cada nucleótido está for-mado por tres componentes: un azúcar (desoxirribosa), una base nitrogenada (hay cuatro tipos diferentes) y un grupo fosfato. Estos nucleótidos se agrupan de cuatro en cuatro para formar los genes (fi gura 1).

El estudio detallado de estos elemen-tos les permitirá responder las preguntas relacionadas con las mutaciones y las variaciones del adn que dan origen a diferencias raciales, así como entender mejor las aportaciones del Proyecto del Genoma Humano.

Figura 1. La estructura del aDn está conformada por 2.9 millones de unidades químicas (nucleótidos). Los genes determinan el color de tu pelo, tu estatura y otras características físicas, y también determinan las características de un grupo étnico en particular.

Aunque la mayoría de las veces la información contenida en un gen es copiada exactamente durante la re-producción, en algunas ocasiones hay pequeños cambios en la estructura del adn (mutaciones aleatorias que suceden con probabilidad de una en un millón) que los individuos pueden heredar a su progenie. A través de los miles de años de evolución de la especie humana, las distintas poblaciones (grupos humanos) fueron desplazándose alrededor del mundo y aislándose entre sí, con lo que fueron experimentando diferentes muta-ciones que alteraron algunos elementos de los componentes del adn. Cuanto mayor sea el número de diferencias entre las poblaciones, más distantes serán sus orígenes.

Los científi cos han observando tam bién que algunas dife ren cias peque-ñísimas en la estructura del adn son las responsables de cierto tipo de en-

fermedades; además, aprovechando la presencia de algunos genes se ha podido rastrear el origen de una persona en par-ticular, es decir, ha sido posible saber si sus ancestros fueron asiáticos, africanos, europeos o americanos.

Los científi cos han podido hallar las diferencias en el adn usando técnicas muy diversas; la más conocida es la determinación de las huellas digitales del adn, que permite a los científi cos “ver” una secuencia de las bases que conforman el adn (representadas como letras) contenidas en los cromosomas. La secuencia en que se acomodan las bases varía de persona a persona y es única para cada uno de nosotros. Aun-que todos tenemos los mismos genes, los científi cos han encontrado que algunos podemos llegar a presentar variaciones en la secuencia de bases que conforman el adn. ¿Cómo se supo esto?, pues gracias al desarrollo del Proyecto del


275

B5P5

Genoma Humano, que tú investigarás. Los científi cos dicen que han termina-do de escribir lo que ellos llaman “el libro de la vida”. Este proyecto de in-vestigación tomó 50 años y tuvo como objetivo decodifi car todos y cada uno de los pedacitos del denominado genoma humano.

• ¿Qué pasaría si pudiésemos “elabo-rar” seres humanos a la medida de nuestros gustos?

• ¿Cómo podemos explicar las mutacio-nes que dan origen a los diferentes gru-pos étnicos con un modelo del adn?

• ¿Qué información tiene el Proyecto del Genoma Humano de la población mexicana?

Propongan una metodología. Decidan qué actividades van a desarro-llar para contestar a su pregunta o para comprobar su hipótesis −si plantearon alguna−, y cómo distribuirán las labores en cada etapa del proyecto. Recuerden que todos deben participar en el desarro-llo del trabajo.

2. Desarrollo

Investigación previa.De acuerdo con la pregunta que les inte-rese resolver con su investigación pueden consultar libros, periódicos, revistas o In-ternet. El tema del genoma humano y la manipulación genética es muy frecuente en diversos medios, tanto impresos como electrónicos.

Algunos temas que pueden servir para su investigación son:

• Estructura del adn, cromosomas, ge-nes, mutación, clonación.

• Relación de los genes con las carac-terísticas físicas de los seres humanos en el mundo.

• La ingeniería genética y sus aplicacio-nes en los seres humanos. Diferencia en el adn entre los grupos étnicos.

• El Proyecto del Genoma Humano y la información existente al respecto.

• Información que contiene el Proyecto del Genoma Humano sobre la pobla-ción mexicana.

Con la información que recabaron acer-ca del adn y su estructura, construyan un modelo que les permita explicar cómo ocurren las mutaciones; por ejemplo, pueden usar bolitas de unicel o plastilina de distintos colores para representar las distintas partes del adn, y alambre para los enlaces.

Analicen. Con su investigación y el modelo del adn construido, discutan sus puntos de vista alrededor de preguntas como las si-guientes: ¿Cómo ocurren las mutaciones en el adn? ¿Qué consecuencias positivas o negativas puede tener la manipulación genética? ¿Por qué algunas personas piensan que es posible crear “razas superiores”? ¿Es verdad que los seres hu-manos somos distintos y eso se refl eja en el concepto de raza? ¿Por qué ha sido tan importante el conocimiento del genoma humano? ¿Qué implicaciones éticas, so-ciales y médicas puede tener la “creación a la medida” de seres humanos?


Conclusión.Compartan con el grupo lo que con-sideren más relevante de su trabajo y comenten sobre el impacto que ha provocado el conocimiento del genoma humano en distintas áreas como los derechos humanos, la ciencia y la medi-cina. No olviden presentar argumentos que sustenten sus comentarios.

Difusión.Pueden compartir los resultados de su proyecto con el grupo mediante una mesa redonda en la que expongan los resulta-dos de su investigación y promuevan la discusión y refl exión con respecto a las diferencias raciales y sus consecuencias en las sociedades, o a la manipulación genética y sus consecuencias éticas y morales. Recuerden que deben sustentar científi camente sus argumentos.

Evaluación. Evalúen si los modelos que elaboraron les permitieron comprender y explicar cómo se dan las mutaciones en el adn; si lograron desarrollar habilidades para la búsqueda de información y comprensión de fuentes de información especializadas; y qué difi cultades enfrentaron, cómo las resolvieron o si hubo información que no encontraron o no comprendieron y qué podrían hacer para mejorar.

Actividad previa

1. Forma tu equipo y comenten las siguientes preguntas:

• ¿Qué es una mutación del aDn?

• ¿Qué pasa si algo sale mal en el funcionamiento de alguno de sus genes?

• ¿Por qué algunas personas son morenas, otras blancas y otras negras?

• ¿Qué han escuchado acerca del Proyecto Genoma Humano?

2. En Ciencias I tuvieron la oportunidad de aprender acerca del aDn; ¿qué implicaciones sociales, médicas, legales y éticas conlleva el estudio y manipulación de la molécula del aDn en los seres humanos?

1. Planeación

Elijan un tema. Pueden usar lo discutido en la actividad previa para plantear una pregunta que les interese responder. Otras preguntas que pueden utilizar como base para plantear el tema de su proyecto son:

• ¿Los seres humanos de las distintas partes del mundo somos diferentes genéticamente?

• ¿Cuáles son los peligros y las venta-jas de la ingeniería genética en seres humanos?

• ¿Qué razones éticas se pueden argu-mentar a favor o en contra de la ma-nipulación genética?


276


P6 ¿cuáles son las propiedades de algunos materiales que utilizaban las culturas prehispánicas?Ámbitos del conocimiento científico y de la tecnología

• identificarás las propiedades físicas y químicas de algunos materiales (adobe y barro) para contrastarlos con los empleados en tu contexto.

• analizarás las técnicas empleadas en la transformación de sus propiedades hasta obtener productos útiles.

• Valorarás los impactos ambientales de los procesos de transformación de esos materiales y de sus sustitutos actuales.

• Valorarás el uso de materiales en algunas culturas, como el adobe y el barro, respecto a las necesidades que han cubierto.

En e

ste

proy

ecto

:

En los libros que has leído y en tus clases de Historia habrás apren-dido sobre diferentes culturas antiguas −como los egipcios, los chinos, los romanos y los mayas− y habrás notado que cada una de estas culturas tenía objetos y construcciones distintos entre sí, pues dependían de las condiciones existentes en la región que habitaban y de la tecnología con la que contaban (fi gura 1). En México, por ejemplo, el bambú no fue tan utilizado como material de construc-ción, a diferencia de China, donde es muy empleado debido a que hay extensas regiones con bosques de bambú.

En el México prehispánico muchas viviendas estaban hechas de adobe y barro. El adobe es un material que permite que el interior se mantenga fresco y sirve para refugiarse del calor. Sin embargo, ahora en México hemos sustituido estos materiales con otros como el tabique, el cemento, el aluminio y el vidrio. En este proyecto po-drás identifi car y comparar algunas propiedades de estos “nuevos” materiales para la construcción con las de aquellos que se utilizaban en otras épocas.

Actividad previa

1. Antes de empezar con el proyecto deben identificar los materiales de construcción que se usaban en la época pre-hispánica. Para ello les recomendamos que, de ser posible, visiten un sitio arqueológico cercano e identifiquen de qué están hechas las construcciones y los objetos encontrados en el sitio. Si se les dificulta hacer esta visita, consulten en su biblioteca o en Internet la información necesaria para identificar diferentes materiales que se usaban en la época prehispánica y los usos que se les daba.

2. Investiguen los materiales que se utilizaron para construir su casa y enlístenlos.

3. ¿De qué materiales están hechos los utensilios de cocina utilizados en casa? Hagan un cuadro con esa información.

Figura 1. Las distintas culturas han utilizado materiales a su alcance para construir sus viviendas, ¿qué materiales tienen ventajas sobre otros?


277

B5P6

1. Planeación

Elijan un tema. Decidan si trabajarán con el tema de este proyecto, o bien defi nan un tema que les interese y redáctenlo en forma de pregunta. Algunas preguntas que pueden usar como tema de proyecto son:

• ¿Qué materiales son más adecuados para la construcción: los que se usaban en la época prehispánica o los que se uti-lizan en la actualidad?

• ¿Qué ventajas ofrece el barro en los utensilios de cocina que no tiene el peltre, el aluminio o el acero?

• ¿Qué materiales de construcción tienen la ventaja de mante-ner frescas las casas en época de calor y cálidas en invierno?

• ¿Cuál de los materiales que se usaban en la época prehispá-nica es más resistente?

Propongan una metodología.Planteen las actividades que desarrollarán para conseguir res-ponder, mediante el trabajo en equipo, la pregunta formulada.

Investiguen sobre el tema elegido y propongan actividades experimentales que les permitan estudiar ciertas propiedades de los materiales, como su resistencia y conducción del calor, así como fabricar objetos de uso común con materiales prehis-pánicos y compararlos con su símil fabricado con materiales actuales; así podrán analizar las ventajas y desventajas de los materiales y refl exionar acerca de las necesidades que satisfacen.

2. Desarrollo

Investigación previa.A continuación les proponemos algunos puntos que pueden ayudarlos en el desarrollo de su proyecto:

• Composición química de los materiales que se usaban para la construcción en la época prehispánica y los que se utilizan en la actualidad.

• Propiedades físicas y químicas de los materiales prehispáni-cos que se usaban para la construcción de viviendas y la ela-boración de objetos de uso cotidiano (vasijas, platos, etc.), como barro, adobe y estuco.

• Propiedades físicas y químicas de los materiales usados hoy día en la construcción, como tabique, madera y concreto.

• Métodos de transformación de las materias primas con las que se elaboran los materiales de construcción hasta la ob-tención del producto.

• Procesos físicos y químicos que afectan los materiales de construcción actuales y prehispánicos.

Experimenten.Realicen los experimentos necesarios para responder su pre-gunta, por ejemplo: medir la resistencia de cada material a la

humedad o a los cambios de temperatura. Cuiden el desarrollo del experimento para que los resultados sean confi ables. Si van a comparar las ventajas que ofrecen distintos materiales, por ejemplo el barro comparado con el peltre, el aluminio o el acero, pueden conseguir un recipiente o una muestra de cada material y estudiar distintas propiedades. También pueden visitar una tabiquera o alfarería y averiguar, mediante entrevis-tas, cómo se trabajan estos materiales, sus características y las ventajas que ofrecen sobre otros.

Reúnan y analicen sus datos.Una vez realizados la investigación y los experimentos, pueden organizar sus datos en tablas y gráfi cas para analizarlos mejor. Con sus datos organizados pueden discutir sobre los materiales utilizados:

• ¿Qué características físicas y químicas se aprovechan para producir materiales de construcción?

• ¿Cuál tiene un menor costo?

• ¿Cuál es más fácil de obtener?

• ¿Cuál tiene un menor impacto ambiental en su fabricación?


Conclusiones.De acuerdo con su investigación y su análisis de resultados, contesten la pregunta que se plantearon al inicio. Concluyan sobre la importancia del uso de los materiales que estudiaron, sus ventajas y desventajas, y el impacto ambiental que generan.

Difusión.Puede ser interesante dar a conocer a los habitantes de comu-nidades vecinas las ventajas que tienen los materiales que se usaban y se usan en la actualidad para la construcción de sus viviendas. Discutan cómo hacerlo y llévenlo a cabo.

Evaluación.Consideren el planteamiento de la actividad experimental, el rigor con el que obtuvieron sus datos, la búsqueda de informa-ción, la forma en que trabajaron en equipo e individualmente y cómo se repartieron las tareas, las difi cultades a las que se enfrentaron y si pudieron o no resolverlas.


Horacio García. Del átomo al hombre. sep/ Santillana (Col. Espejo de Urania), México, 2003.


278


P7 ¿cuál es el papel de la química en diferentes expresiones artísticas? Ámbitos de la tecnología y del conocimiento científico

• investigarás y aplicarás algunos criterios de belleza (simetría, proporción, color, elegancia) entre cristales y modelos.

• investigarás, con apoyo de las TIC acerca de los procesos de elaboración de tintes y colorantes empleados por diversas culturas, así como sus impactos ambientales.

• establecerás las semejanzas y diferencias entre la actividad científica y la artística

(imaginación, perseverancia, creatividad, innovación, valoración social del trabajo, dominio de técnicas, entre otras).

• apreciarás la influencia de algunos materiales en el arte tradicional y en el contemporáneo.

• Valorarás el papel de la química en la preservación y recuperación de obras de arte.En

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to:

La gente piensa que no hay relación alguna entre la química y el arte; sin embargo, es necesario aplicar los principios de la química para prepa-rar diversos materiales como las pinturas, los barnices, los fi jadores, los yesos, etc. (fi gura 1). El conocimiento químico de las propiedades de los pigmentos y los disolventes necesarios para su uso efi ciente permiten además variar la intensidad del color, su transparencia y su textura. Aunque a simple vista no lo parezca, existe una relación muy cercana entre la química y el arte; de hecho, si recuerdas tus clases de Ciencias I y II, seguramente te vendrán a la mente los principios científi cos que nos permiten observar el color de los objetos, así como el fundamento de la mezcla de colores.

Más allá de los materiales utilizados, las acti-vidades científi cas y artísticas tienen muchas cosas en común. La ciencia es una actividad que respon-de a la necesidad del ser humano de entender su entorno, mientras que las artes son producto de la necesidad humana de expresarse.

Figura 1. Los materiales empleados en la producción de obras de arte

requieren del conocimiento químico para la optimización

de su uso y preservación.


279

B5P7

La ciencia genera una visión objetiva de nuestro entorno, en tanto que el arte produce una visión subjetiva del mismo. Podría pensarse que las personas que desempeñan estas ac-tividades (los científi cos y los artistas) no comparten rasgos semejantes; sin embargo, durante el Renacimiento no era ex-traño que una persona se dedicara a labores tanto artísticas como científi cas, por ejemplo Leonardo da Vinci. ¿Sabes quién fue este personaje?

En la Naturaleza también podemos apreciar “obras de arte”; tal es el caso de los cristales, que presentan elementos artísticos como: simetría, proporción, color y elegancia. Un ejemplo de ello lo puedes apreciar fácilmente en la portada de este libro: los espectaculares cristales (de hasta 10 m de largo) que allí aparecen se encontraron en una cueva cerca de la población minera de Naica en el estado de Chihuahua, México.

De fuentes naturales también se han obtenido colorantes, como los utilizados por los aztecas y los egipcios para teñir telas, pintar en los muros o decorar la piel. Hoy día la química puede reproducir cualquier color, lo cual se puede aprovechar para la restauración de obras antiguas.

No sólo la ciencia ha ido avanzando con el desarrollo de la humanidad, también sus manifestaciones artísticas. Si bien siempre nos ha gustado pintar en los muros, la forma en que lo hacemos y los materiales que usamos se han modifi cado de manera sustancial.

En el presente proyecto te invitamos a conocer más acer-ca de la contribución de la química al desarrollo de las artes plásticas, para lo cual te proponemos desarrollar la siguiente actividad.

Utiliza las TIC

En los siguientes sitios de Internet podrán encontrar información de apoyo para este proyecto:

http://redescolar.ilce.edu.mx/educontinua/conciencia.html y después seleccionar “Experimentos” seguido de “pigmentos y colores”

www.jpimentel.com/ciencias_experimentales/ seleccionar “Ciencias de la naturaleza” seguido de “Índice rápido”, y en el apartado de “Ferias de Ciencias” selecciona “Experiencias” seguido de “Biología” y finalmente lee “Extracción de pigmentos vegetales y Tinción de tejidos”.

www.lapampa.edu.ar/ue31/documentos/monografias/al_rescate_%20de_%20una_%20practica_%20aborigen.pdf

Actividad previa

1. Leonardo da Vinci, ¿científico o humanista? Para dar respuesta a esta pregunta, realiza una investigación sobre él: su personalidad, sus inventos y sus creaciones artísticas. ¿Lo considerarías un artista o un científico? ¿Qué rasgos de su personalidad considerarías que son comunes a los artistas? ¿Cuáles son comunes a los científicos?

2. Discutan en el grupo las semejanzas y diferencias entre ambas actividades.

1. Planeación

Elijan un tema. Si han elegido un tema para su proyecto, pueden plantearlo en forma de pregunta para que tengan claro qué es lo que deben saber. Algunas de las preguntas que pueden utilizar son:

• ¿Qué ventajas tienen los materiales con los que se elaboran los tintes para las pinturas modernas sobre los de las antiguas?

• ¿Cuáles pigmentos son más tóxicos, los nuevos o los anti-guos?

• ¿Es posible crear una obra artística (pintura o escultura) empleando materiales elaborados exclusivamente en forma artesanal?

• ¿Los pigmentos artesanales que se emplean en algunas co-munidades del país se fabrican con el mismo procedimiento y componentes que hace 500 años?

• ¿Puedo fabricar un pigmento de origen natural que sea ami-gable con el ambiente y esté basado en el conocimiento pre-hispánico, y producir una obra de arte con él?

• ¿Cómo afectan los componentes de una formulación la ca-lidad del pigmento resultante?

• ¿Qué impacto ambiental tienen los pigmentos utilizados hoy día y los de la Antigüedad?

• ¿Cómo se relaciona la química con la preservación y con-servación del arte?

Elaboren una hipótesis o planteen el objetivo de su proyecto. Su proyecto puede estar encaminado a resolver la pregunta planteada como tema del proyecto (para lo cual pueden plantear una hipótesis) o a desarrollar mediante un experimento algún pigmento o producto relacionado con la actividad artística.

Propongan una metodología. Planteen las actividades que desarrollarán para alcanzar sus objetivos.


280



Isaac Asimov. Breve historia de la química. Alianza, México, 2005.

2. Desarrollo

Investigación previa.Recuerden que para desarrollar su proyecto de manera adecua-da es importante contar con la información necesaria. Pueden investigar los siguientes aspectos:

• Formas de producción de los pigmentos naturales a través del tiempo y en diversas culturas.

• Pinturas, colorantes y pigmentos que usan los artistas en la actualidad.

• Pinturas, colorantes y pigmentos empleados por los artistas en otra época (en la Antigüedad, en la Edad Media, en el Renacimiento, etcétera).

• Relación de la química con la conservación de obras de arte, como esculturas, pinturas (figura 2) y edificaciones, entre otras (¿qué métodos se utilizan?, ¿cómo se procede?).

Si en su comunidad existe un taller de artesanos, visítenlo y aprendan acerca de los pigmentos utilizados allí y cómo los preparan, y si los han sustituido por otros y por qué.

Pueden preparar pigmentos de origen natural y usarlos para realizar una obra de arte. Si consideran que es necesario, visiten algún museo y observen las distintas técnicas que se emplean en la producción artística.

Utilizando la información obtenida, elijan el procedimiento que llevarán a cabo para cumplir el objetivo de su proyecto. Si éste busca comparar la calidad de los pigmentos artesanales contra los actuales, tienen que proponer una forma de evaluar y cuantificar los pigmentos. Recuerden que es importante usar el método científico en el desarrollo y el análisis de resultados. Recuerden también que pueden elaborar gráficas o tablas don-de se concentren sus observaciones y resultados.

Figura 2. Para la restauración de obras de arte es necesario emplear

técnicas y materiales de la química. Canal de Kloveniersburgwal (Amsterdam,

Holanda), 1925, Oskar Kokoschka, óleo sobre tela, 61 cm x 65 cm.


Conclusiones.De acuerdo con su investigación y con el análisis de la infor-mación recabada, escriban por qué es importante para ustedes y para su comunidad lo que aprendieron con este proyecto y lo que les parezca más relevante de las actividades realizadas. Comparen las etapas que cubrieron en el proceso de plantear un experimento y en el de hacer una obra de arte.

En las conclusiones pueden incluir una reflexión acerca de la relación entre la química y el arte.

Difusión. Podrían montar una exposición artística con las creaciones ela-boradas durante este proyecto, que incluya información acerca de la química de los materiales empleados, que pueden ser muy diversos. También pueden elaborar carteles para difundir entre su comunidad las ventajas de usar ciertos pigmentos.

Evaluación. Evalúen el trabajo experimental y el artístico de acuerdo con los criterios que hayan aprendido en este curso y en sus clases de Educación Artística, respectivamente.

Recuerden evaluar su trabajo individual y el del equipo en cada etapa del proyecto.


281

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P8 ¿Qué combustible usar?Ámbitos del ambiente y la salud y de la tecnología

• relacionarás la cantidad de calor liberado en la combustión de un hidrocarburo con los produc-tos finales.

• analizarás los impactos ambientales del uso de diversos combustibles.

• contrastarás la eficacia de diferentes combus-tibles y su impacto en el ambiente, utilizarás

dicha información para seleccionar el combus-tible más adecuado.

• expresarás en lenguaje químico las reacciones químicas involucradas en la combustión.

• Valorarás las diversas formas en que las cul-turas han resuelto la necesidad de contar con recursos energéticos aprovechables.

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proy

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:

A lo largo del curso hemos mencionado la importancia que tienen las reacciones de combustión en nuestra vida diaria, pues proporcionan la energía necesaria para muchas de nuestras actividades cotidianas, como bañarnos con agua caliente y cocinar, o pueden servir como combustibles para diversos medios de transporte (fi gura 1). En México la electricidad proviene principalmente de plantas termoeléctricas en las que el calor liberado por la combustión del carbón y los hidrocarburos es transformado en energía eléctrica. En México hay alre-dedor de 30 plantas termoeléctricas y tan solo 13 hidroeléctricas, aunque ya existen varios proyectos para la creación de nuevas plantas que utilicen energías renovables como la eólica (la producida por el viento) y la geotérmica (la produ-cida por el calor de la Tierra) (fi gura 2).

Como seguramente sabes, nuestras reservas de carbón y petróleo son limi-tadas. Además, la combustión de estas sustancias produce CO2, que es uno de los principales causantes del efecto in-vernadero, el cual a su vez está asociado con el cambio climático. Es por ello que actualmente se están buscando alternati-vas a los combustibles fósiles, entre las cuales se encuentra el uso de biocombus-tibles −un tipo de combustibles que se obtiene de ciertas plantas o de residuos agrícolas− y de hidrógeno, elemento del que ya hemos hablado en ocasiones an-teriores.

En este proyecto te invitamos a inves-tigar más acerca de los combustibles, de

Figura 1. En un futuro quizá sea necesario alimentar nuestros autos con combustibles distintos a la gasolina, como el hidrógeno o el bioetanol.

Figura 2. En Los Azufres, Michoacán y Cerro Prieto, Baja California se encuentran dos de las plantas geotermoeléctricas del país.


282


Actividad previa

1. Discutan en equipo y contesten las siguientes preguntas:

• ¿Qué combustibles usan diariamente? ¿Con qué fin?

• ¿Podrían sustituir los combustibles que utilizan diariamente por otro?

• ¿Todos los combustibles producen la misma cantidad de calor? ¿Cómo se mide?

• ¿Podrían usar otra fuente de energía, como la energía solar, para realizar alguna de las actividades que requieren combustibles?

• ¿Qué criterio les parece más importante para elegir un combustible?


Susana Chow Pangtay. Petroquímica y sociedad. Fondo de Cultura Económica (Col. La ciencia para todos), México, 1998.

sis como respuesta; por ejemplo, pueden considerar que en efecto la gasolina es el mejor combustible para los autos, pero deben explicar por qué.

Propongan una metodología. Planteen las actividades que desarrolla rán para solucionar el problema plan teado como pregunta.

2. Desarrollo

Investigación previa.Recuerden que para desarrollar su proyecto de manera adecuada, es im-portante contar con la información necesaria. A continuación les mostramos algunos puntos importantes que pueden usar para su investigación.

• La composición de los combustibles que desean estudiar, cómo se obtie-nen y la cantidad de calor que produ-ce cada uno durante su combustión.

• La reacción que se lleva a cabo al que-mar los combustibles y el efecto am-biental de los productos generados.

• La eficiencia energética de cada com-bustible, es decir, cómo se mide y de qué depende.

• Los recursos energéticos con los que cuenta nuestro país y que puedes ubi-car en un mapa.

• Fuentes energéticas empleadas para satisfacer las necesidades de energía antes del petróleo.

• Alternativas al petróleo que se pue-den usar en un futuro para satisfacer las necesidades energéticas.

Consulten las diversas fuentes de infor-mación que tengan a su alcance, por ejemplo la Biblioteca Escolar, la de Aula y la municipal, así como revistas, Inter-net, periódicos, videos, etc. También les puede resultar útil consultar el Tema 2 del Bloque 4, donde se habla de las reac-ciones redox y la energía.

Pueden diseñar un experimento para medir la cantidad de calor que producen diferentes combustibles y determinar el grado de contaminación que causan, para lo cual pueden calentar cierta can-tidad de agua utilizando combustibles

manera que conozcas qué factores debes tomar en cuenta para elegir un combus-tible adecuado para un determinado uso.

como alcohol, gasolina o carbón, y ver cuál es el más eficiente. Para ello deben controlar todas las variables de manera que puedan contrastar con precisión sus resultados.

Analicen. Utilizando la información obtenida du rante la investigación, discutan en equipos para responder su pregunta inicial; recuerden que para elegir un com-bustible es necesario considerar varios factores, como la cantidad de energía que libera, su precio y su impacto en el medio ambiente.

Para analizar estos factores puede ser útil concentrar en tablas y gráficas una parte de la información obtenida.


Conclusiones.De acuerdo con su investigación y su análisis de la información, pueden pro-poner cuál es el mejor combustible y por qué.

Difusión.Decidan qué es lo que quieren comuni-car y a quién. Después elijan entre hacer un cartel, una presentación o incluso un video en el que muestren las caracterís-ticas de los distintos combustibles y las conclusiones a las que llegaron acerca de cuál es el mejor combustible.

Evaluación. Apliquen las herramientas de evalua-ción que les hayan funcionado mejor en proyectos de bloques anteriores, y si es necesario modifíquenlas o ajústenlas a este proyecto. No olviden evaluar las etapas que integraron el desarrollo de su proyecto, así como el trabajo individual y en equipo.

1. Planeación

Elijan un tema. Si han elegido este tema para su pro-yecto plantéenlo en forma de pregunta, para lo cual pueden usar lo discutido en la actividad previa. Otras preguntas que pueden elegir como tema de proyecto son:

• ¿Qué combustible es el más adecuado para usar en un automóvil?

• ¿Con qué combustible se pueden reemplazar los combustibles fósiles? ¿Cómo se obtiene?

• ¿Por qué el petróleo es tan importan-te en la actualidad?

• ¿Todos los combustibles producen la misma cantidad de calor? ¿Cómo po-dríamos medirlo?

Elaboren una hipótesis.Dependiendo de la pregunta que hayan planteado, pueden proponer una hipóte-


283

apéndice

Seguridad en el laboratorio y manejo de residuos


nomenclatura de compuestos inorgánicos

glosario

Índice de términos

Bibliografía

referencias de internet


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Seguridad en el laboratorio y manejo de residuos

Es probable que sepas que en el hogar, el sitio donde ocurre el mayor número de accidentes es la cocina. ¿A qué se debe esto? A que en ella hay toda clase de objetos punzocortantes, además de fuego y utensilios calentados a una elevada temperatura. Un laboratorio químico es aún más peligroso pues, además de lo anterior, en él se encuentra un conjunto de sustancias que pueden ser tóxicas o venenosas.

Por ello, es de suma importancia que observes las siguientes medidas de seguridad, las cuales te ayudarán a realizar en forma segura tus actividades en el laboratorio.

La gran mayoría de ellas se basan en el sentido común. Tú nunca correrías con un filoso cuchillo en la mano, ¿verdad? Este mismo principio se aplica en el laboratorio. ¿Qué sucedería si por correr y jugar en el laboratorio tropiezas con un compañero que en ese momento sostenía un recipiente con ácido? Lo más probable es que tanto tú como tu compañero terminen con lesiones causadas por esta sustancia.

Debido a lo antes expuesto, es muy importante que observes las siguientes medidas de seguridad siempre que trabajes en el laboratorio:

1. Nunca trabajes sin la presencia de tu maestro.

2. No corras o juegues en el laboratorio.

3. No consumas alimentos ni bebidas.

4. Usa ropa adecuada: bata de algodón, zapatos que cubran tus pies y lentes de seguridad.

5. Si tienes el cabello largo, sujétalo detrás de tu cabeza.

6. Observa siempre las medidas de seguridad que te indique el maestro.

7. Nunca calientes sustancias inflamables con un mechero (alcohol, acetona, éter, etc.); usa un baño maría.

8.

Cuando calientes un tubo de ensayo en un mechero, hazlo siempre en ángulo con la flama; no dejes el tubo en contacto permanente con ésta (hazlo sólo uno o dos segundos), retíralo de la flama y agítalo vigorosamente de lado a lado (con movimientos rápidos de la muñeca), cuidando que la boca del tubo no apunte hacia alguna persona.

9. Antes de realizar cualquier procedimiento, asegúrate de conocer las medidas de seguridad asociadas al manejo de sustancias y al equipo que vas a utilizar.

10. Si tienes alguna duda, consulta siempre al maestro.

11. Ten especial cuidado al manejar sustancias que puedan dañar tu piel, como ácidos, bases, hipoclorito de sodio, limpiador de hornos y limpiador a base de amoniaco.

12. Antes de tratar o desechar cualquier sustancia, consulta con tu maestro para asegurarte de que lo que vas a hacer es adecuado.

13. Nunca mezcles sustancias sin autorización del maestro.

Seguridad en el laboratorio Manejo de residuos

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Desechar las sustancias químicas en el drenaje es una práctica que debemos evitar pues, como bien sabes, la materia no desaparece. A menos que sepamos cuáles son los efectos que estas sustancias tienen en nuestro medio ambiente, nunca debemos desechar nada en el drenaje, ya que tarde o temprano estas sustancias terminarán en el suelo o en los mantos acuíferos. Debido a que hay experimentos en los que usamos aceite y agua, recuerda que nunca debes vertir aceite en el lavadero, mejor deséchalo en una botella de vidrio o de plástico, pues una pequeña cantidad de aceite contamina un enorme volumen de agua. Es nuestra responsabilidad desechar las sustancias de forma apropiada.

Los ácidos y las bases (los más usados en este texto son el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio) no deben desecharse sin ser tratados previamente. La mejor forma de hacerlo es neutralizarlos, para lo cual deben mezclarse con cuidado en presencia de un indicador de pH. Cuando la disolución resultante tenga un pH cercano a 7 (entre 6 y 8 es adecuado), será el momento apropiado para desecharlos. La disolución neutralizada contendrá principalmente cloruro de sodio (o la sal respectiva), por lo que puede desecharse sin riesgos ni consecuencias para el medio ambiente.

En el caso de las disoluciones de azúcar y de diversas sales empleadas en el texto, en vez de desecharlas es mucho mejor recuperar las sales disueltas, para lo cual es conveniente evaporar el líquido (por lo general agua).

En las siguientes páginas electrónicas pueden encontrarse algunas buenas guías sobre el manejo de residuos:

http://antiguo.itson.mx/laboratorios/manejoderesiduosseguridad.htm

http://antiguo.itson.mx/laboratorios/seguridadehigiene.htm#

Manual de Seguridad e Higiene en Laboratorios

http://residuosquimicosenlaboratorioquimico.blogspot.com/

Utiliza las TIC

Manejo de residuos

Más que un gasto innecesario de energía, las sales pueden recuperarse si se permite que el agua se evapore lentamente. Para ello, la disolución se coloca en un frasco de boca ancha tapado con un frasco aún más grande. Esto evita que durante la evaporación (que puede tomar varios días o semanas dependiendo del volumen de disolución que se evapore) caigan polvo y contaminantes en la disolución. Cuando el líquido se evapora, la sustancia se recupera en forma cristalina y puede usarse cuantas veces sea necesario.

Las soluciones de agua-jabón, agua-etanol y agua-yodo pueden desecharse sin ningún problema en el drenaje.

Los carbonatos e hidróxidos obtenidos en diversas actividades como precipitados no son dañinos y pueden desecharse.

En algunas actividades se obtienen mezclas de reacción en las que los productos se encuentran disueltos; sin embargo, es mucho más conveniente el manejo de residuos sólidos, por lo que se recomienda evaporar el agua y desechar los residuos como sólidos ya que no son dañinos para la salud.

En la actividad del Bloque 2 para obtener hidrógeno, extrema tus precauciones, ya que éste es un gas altamente inflamable, por lo que es importante que lo mantengas alejado de cualquier flama y que al dejarlo salir del tubo lo hagas en una zona ventilada.

285


286


Las siguientes lecturas, relacionadas con la ciencia y la tecnología en el mundo actual, son sugerencias complemen-tarias para que analices algunas de las acciones humanas derivadas de las transformaciones de los materiales respecto a la satisfacción de sus necesidades y sus impli-caciones en el ambiente.

Para responder la pregunta de la página 83 puedes consultar también las siguientes fuentes:

Romo, Alfonso. “Química, Universo tierra y Vida”, en Guerras químicas, accidentes químicos, capítulo IX. Col. La ciencia para todos, fce, México, 1988.

Los siguientes artículos los puedes encontrar en la biblioteca o en: www.comoves.unam.mx/

Cruz, Javier Y Benjamín Ruíz. “Inspector de armas de la onu”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 54, p. 32.

García F., Horacio. “La aterradora liberación del átomo”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 23, p. 26.

García F., Horacio. “Lo bueno, lo malo y lo feo entre los científicos”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 56, p. 30.

Ruiz Loyola, Benjamín. “Las armas químicas”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 38, p. 22

Saab, Jalil. “Historias de la ciencia y su aplicación”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 20, p. 26

Talanquer, Vicente. “La química en el siglo xxi”,¿Cómo ves?, unam, México, núm. 12, p. 30.

Uruchurtu, Gertrudis. “Pilas y baterías: un problema ambiental” ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 100, p. 30)

Otras referencias de Internet:

Naciones Unidas, Centro de información, en: www.cinu.org.mx/temas/desarme/quimi.htm

Aguilar de la Rosa, Gladys. Reflexiones en torno al transcurso de la ciencia y la tecnología en el desarrollo de la humanidad, en: www.publicaciones.ujat.mx/publicaciones/perfiles/ene_abril2006/Pag.21a39.pdf


¿Cómo usamos nuestras herramientas?

Conocer las propiedades físicas y químicas del los materiales es muy im-portante, pues determina el uso que de ellos hacemos, aunque claramente este puede ser muy diverso y está determinado por las circunstancias: así como un jitomate puede usarse para preparar una gran variedad de plati-llos o ser arrojado a alguien que cuenta chistes muy malos, hemos usado las sustancias químicas con muy diversos propósitos. El cloro gaseoso es un buen ejemplo de ello pues si bien hoy en día usamos esta sustancia en grandes cantidades tanto en el proceso de potabilización del agua como en la manufactura de muy diversos productos, como medicamentos y materiales plásticos, durante la Primera Guerra Mundial también fue empleado como arma, pues este gas destruye los alveolos pulmonares lo que causa la muerte por asfixia.

Desafortunadamente el gas cloro es sólo el primer ejemplo de una larga lista de sustancias que han sido empleadas como armas durante los conflictos bélicos. Peor aún, se han destinado una gran cantidad de recursos humanos y económicos a la investigación, desarrollo y producción de armas químicas. Dentro de esta lista de sustancias están el ácido cianhídrico, el fosgeno, la lewisita, el napalm, las bombas de fósforo, el gas mostaza, el agente naranja y los gases neurotóxicos (como el gas sarín) …, la lista es mucho más larga.

Pese a la existencia de númerosos tratados internacionales que las pro-híben, las llamadas armas químicas han sido empleadas en muy diversos conflictos en muchos lugares del mundo, incluso en actos terroristas. Es cierto que la investigación científica es una actividad humana por exce-lencia, pero desafortunadamente la guerra lo es también.


287


Martínez L., Manuel. Resonancia Magnética, ¿qué es y cómo funciona?, en: www.ciberhabitat.gob.mx/hospital/rm/

Tecnología Médica, en: www.tudiscovery.com/guia_tecnologia/tecnologia_medica/resonancia_magnetica/index.shtml

La ciencia de las imágenes, en: www7.nationalacademies.org/spanishbeyonddiscovery/bio_007590-05.html


Y a mí, ¿para qué me sirven los átomos?

Podría pensarse que el profundo conocimiento de la estructura y las propiedades de los átomos sólo tiene un interés académico, sin embargo gracias a este conocimiento fue posi-ble desarrollar la energía nuclear (que hoy es una de las alternativas más importantes para la producción de energía), y también, gracias al conoci-miento de las propiedades magnéticas del núcleo atómico se han desarro-llado procedimientos médicos que permiten obtener imágenes asombro-sas del cuerpo humano que ayudan a diagnosticar muchos padecimientos y enfermedades. Las tomografía de emisión de positrones (conocido como “pet scan” por sus siglas en inglés) y las imágenes de resonancia magnética nuclear (mri) son dos he-rramientas tecnológicas muy valiosas que han sido posibles gracias a la in-vestigación científica relacionada con la estructura del átomo.

Afortunadamente los avances científicos y tecnológicos se aplican con frecuencia en el cuidado de la salud.


288

De la bombilla a los leds

Desde que Tomas Alva Edison perfeccionó la bombilla eléctrica (hacia finales del siglo xix), hemos iluminado nuestra vida nocturna básicamen-te de la misma forma: usando las llamadas “bombillas incandescentes”. Estas funcionan con un alambre (usualmente de tungsteno) el cual, al

calentarse a muy altas temperatu-ras, emite luz visible (análogo a lo que sucede cuando se calienta un metal al “rojo vivo”). Estas bom-billas son muy ineficientes, pues la mayor parte de la energía eléctrica que consumen se transforma en energía calorífica y sólo una pe-queña proporción es transformada en energía luminosa.

Hoy en día gracias a la investiga-ción de la química de los elementos representativos ha sido posible el desarrollo de los materiales semi-conductores, los cuales no sólo se usan en los chips de computadoras y otros equipos electrónicos. Estas sustancias, compuestas general-mente por arsénico, fósforo, galio, indio y germanio, también son usadas en los “foquitos” conoci-dos como led (siglas en inglés para Diodo Emisor de Luz).

Aunque esta tecnología no es nueva, pues desde hace muchos años los controles remotos funcionan usando leds que emiten luz infrarroja, su uso en el alumbrado de habitaciones es todavía escaso, pues el costo de estos focos es relativamente alto y aún no alcanzan a generar la intensi-dad lumínica que se obtiene con los focos convencionales, sin embargo ya es más frecuente encontrarlos como fuente lumínica en lámparas de mesa, televisiones y hasta en los semáforos, pues los nuevos semiconduc-tores han producido leds que tienen cada vez mayor potencia. La gran ventaja de estos dispositivos es que su consumo de energía es mucho menor, además de que son mucho más eficientes pues muy poca de la energía que consumen se pierde en forma de calor. Sustituir las bombillas incandescentes por leds permite ahorrar mucha energía eléctrica, lo que se traduce en menores emisiones de CO2 (en México la mayor parte de la energía eléctrica se produce a partir de combustibles fósiles), por lo que esta tecnología es amigable con el medio ambiente y contribuye al desarrollo sustentable de nuestro país.

Para responder la pregunta de la página 155 puedes consultar tam-bién las siguientes fuentes:

De la Herrán, José y Sergio de Régules. “La iluminación del futuro: los diodos emisores de luz”, ¿Cómo ves?, unam, México, núm. 109, p. 22.


La tecnología de los leds representa nuestra opción de iluminación más amigable con el medio ambiente.



289

Biopesticidas contra “superbichos”

Las plagas siempre han significado un importante problema para la pro-ducción de alimentos. Todas las plantas cultivadas son suceptibles de ser invadidas por plagas. Estas no sólo se alimentan de las plantas, también favorecen la transmisión de enfermedades que pueden dañarlas e incluso matarlas.

Desde que se inició la revolución química, a finales de la Segunda Guerra Mundial, los pesticidas sintéticos se convirtieron en el princi-pal recurso de los agricultores para eliminar o controlar las plagas. Sin embargo, con el paso de los años, se ha comprobado que el empleo de pesticidas puede ser de gran utilidad sólo en el corto plazo, ya que causan más problemas de los que solucionan. Su uso es cada vez más ineficiente e inadecuado por muchas razones:

La mayoría de los pesticidas no sólo pueden matar a las plagas sino también a la fauna útil que convive en simbiosis con las plantas y favorecen su desarrollo, es el caso, por ejemplo, de las lombrices de tierra que ayudan a airear el suelo y lo limpian.

El uso prolongado de pesticidas ha favorecido el surgimiento de los “súper-insectos”, que se han vuelto resistentes a los pesticidas por lo que cada vez es mas difícil controlar su crecimiento.

Muchos de los pesticidas contaminan el suelo, el aire y el agua y causan problemas de salud a los seres humanos, a la flora y la fauna silvestres.

Por estas razones se sigue intentando sustituir el uso de pesticidas convencio-nales por los llamados biopesticidas, los cuales incluyen a sustancias de origen natural que también ayudan a combatir a las plagas, pero con un impacto am-biental mucho menor: Probablemente sepas que las plantas en forma natural, como un mecanismo de defensa, pro-ducen sustancias que son tóxicas sólo para los insectos que les son dañinas. Los científicos han identificado algunas de estas sustancias y han comenzado a desarrollarlas para utilizarlas como pesticidas. Al ser sustancias de origen natural no deterioran ni contaminan significativamente el medio ambiente, por lo que contribuyen al desarrollo de la agricultura con un manejo sustentable del entorno biológico.


“ucr y empresa se unen para producir bioinsecticida contra broca del café”, en:

www.vinv.ucr.ac.cr/index.php?option=com_content&task=view&id=505&Itemid=108

“Biopesticidas: ¿la agricultura del futuro?” en:

infoxica2.files.wordpress.com/2010/01/1-12-biopesticidas-c2bf-la-agricultura-del-futuro.pdf

“MÉXICO: Politécnicos desarrollan tecnología para la producción de insecticidas biológicos” en:

agroespacio.blogspot.com/2010/11/mexico-politecnicos-desarrollan.html

Desarrollan biopesticidas con plantas en la unam, en: Diario Milenio, 2010-02-08, impreso.milenio.com/node/8716266



290

La nomenclatura (el nombre) de los compuestos llamados “inorgánicos” (aquellos que no están constituidos principalmente de carbono, aunque pueden contenerlo), fue propuesta hace muchos años, a principios del siglo xix, y aunque ha evolucionado desde entonces, muchos de los nombres que hoy usamos para diferenciar a las sustancias tienen su origen en ese antiguo método.

El presente texto no pretende enseñarte cómo nombrar a las sustancias, tan solo intenta ilustrar algunos de los nombres más comunes y cómo se construyen.

Muchas sustancias inorgánicas, no todas, pertenecen a la clase de sustancias que en química llamamos sales iónicas, esto es: sustancias que al disolverse en agua producen iones tanto negativos (aniones), como positivos (cationes). El nombre que damos a este tipo de sustancias se deriva de éste hecho, pues nos indica de cuáles iones están formadas. Por ejemplo, quizá sepas que el nombre químico de la sal común (la que consumimos) es cloruro de sodio, debido a que esta sustancia está formada de iones cloruro (Cl–) (negativos) y iones sodio (Na+) (positivos). Del mismo modo, el nombre de la sustancia nitrato de aluminio, proviene de los iones nitrato, (NO

3–)

(negativos) y de los iones aluminio (Al3+) (positivos) que esta sustancia genera al disolverse.

En las sales inorgánicas siempre se nombra primero a los aniones antes que a los cationes, sin embargo en su fórmula siempre escribimos primero los cationes y luego los aniones, así:la fórmula del cloruro de sodio es NaCl, mientras que la fórmula del nitrato de aluminio es Al(NO3)3.

Como puedes notar, el nombre de una sustancia no necesariamente nos indica cuántos iones positivos y negativos están presentes en su fórmula,

Si estás interesado en aprender un poco más de este tema te sugerimos consultar la siguiente página electrónica:

www.eis.uva.es/~qgintro/nomen/nomen.html

Utiliza las TIC

* En este libro se optó por usar esta nomenclatura, pues es la tradicional, pero es importante que conozcas ambas maneras de nombrar estos compuestos.

Nomenclatura de compuestos inorgánicos

* En este libro, a fin de ilustrarlas, se optó por usar ambas nomenclaturas.

sin embargo esto lo podemos deducir si consideramos que todas las sales deben ser eléctricamente neutras, esto es, el total de cargas positivas debe ser compensado por igual número de cargas negativas.

En el nitrato de aluminio la carga del catión aluminio es +3, por lo que requiere de tres aniones nitrato (–1), de tal forma que la fórmula de esta sal debe contener tres iones nitrato por cada ión aluminio: Al(NO

3)

3.

Esta nomenclatura fue diseñada con la intención de nombrar de distinta forma a cada uno de los iones, por lo tanto, como sucede con el elemento cobre, si éste forma dos iones distintos (Cu+ y Cu2+) cada uno debe recibir distinto nombre. Antiguamente se solía diferenciar a estos iones llamando cuproso a Cu+ y cúprico a Cu2+, y aunque esta forma de nombrarlos todavía se usa,* hoy en día se prefiere llamarlos cobre uno (Cu(I)) y cobre dos (Cu(II)) respectivamente.

Así, la fórmula del cloruro de cobre uno (o cloruro cuproso) es CuCl, mientras que la del cloruro de cobre dos (o cloruro cúprico) es CuCl

2.

Al usar esta nomenclatura, si estamos familiarizados con la fórmula y la carga de algunos iones, es fácil escribir las fórmulas y dar nombre a muchas sustancias.

• Cómo se nombran algunos compuestos inorgánicos • Iones más comunes


291

Algunos de los iones más comunes son los que se presentan en las tablas siguientes:

Cationes

a) Cationes que sólo presentan un estado de oxidación o carga por lo que no reciben nombres terminados en –oso e –ico:

b) Cationes en los que se solía distinguir su carga usando las terminaciones –oso e –ico, aunque hoy solemos simplemente indicar su carga con números romanos.

Li+

Na+

K+

Ag+

Mg2+

Ca2+

Ni2+

Zn2+

Al3+

Fe3+: hierro tres (Fe(III)) o férricoFe2+: hierro dos (Fe(II)) o ferroso

Cu2+: cobre dos (Cu(II)) o cúpricoCu+: cobre uno (Cu(I)) o cuproso

Mn3+: manganeso tres (Mn(III)) o mangánicoMn2+: manganeso dos (Mn(II)) o manganoso

Pb4+: plomo cuatro (Pb(IV)) o plúmbicoPb2+: plomo dos (Pb(II)) o plumboso

Aniones

a) Aniones monoatómicos: b) Aniones poliatómicos:

F–: fluoruro

O2–: óxido

Cl–: cloruro

S2–: sulfuro

Br–: bromuro

I–: yoduro

SO4

2–: sulfatoSO

32–: sulfito

ClO3

–: cloratoClO

4–: perclorato

BrO3

–: bromatoBrO

4–: perbromato

PO4

3–: fosfato

NO3

–: nitratoNO

2–: nitrito

ClO2

–: cloritoClO–: hipoclorito

BrO2

–: bromitoBrO–: hipobromito

HCO3

–: bicarbonatoCO

32–: carbonato

Para terminar, los siguientes ejemplos muestran la fórmula y el nombre de algunas sustancias:

NaCl: cloruro de sodio

K2S: sulfuro de potasio

CaBr2: bromuro de calcio

Al2S

3: sulfuro de aluminio

Na2SO

4: sulfato de sodio

CuO: óxido de cobre(II), (también óxido cúprico).

FeI3: yoduro de hierro(III), (también

yoduro Férrico).

• Iones más comunes

Ahora podrás aplicar esta nomenclatura para intentar dar nombre a otras sustancias, o bien, podrás leer correctamente sus fórmulas cuando leas cualquier texto relacionado con compuestos inorgánicos.


292

Abundancia natural (de un isótopo): Es la proporción de átomos de cada uno de los isótopos de un elemento que contie-ne una muestra. 112

Ácido (según S. Arrhenius): Sustancia que en agua produce iones H+ como pro-ducto de su disociación iónica, lo que provoca una disminución en el pH de la disolución resultante. 217, 230

Ácido nucleico: Molécula de gran tama-ño, con forma de hélice, responsable de transmitir la información genética y diri-gir la síntesis de proteínas en los seres vivos. En la naturaleza se presentan en la forma de acido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). 212

Adsorber: Atraer y retener en la superfi-cie de un material moléculas o iones de otra sustancia. 78

Agente oxidante: Toda sustancia, mo-lécula o ión capaz de captar o ganar elec-trones y que al hacerlo se reduce. 244

Agente reductor: Toda sustancia, molé-cula o ión capaz de ceder o perder elec-trones y que al hacerlo se oxida. 244

Alótropos: Son las diferentes sustancias constituidas o formadas por el mismo ele-mento químico, cuyas propiedades tanto físicas como químicas difieren debido al diferente arreglo de sus átomos. 101

Alquitrán: Mezcla color café oscuro de diferentes compuestos con carbón, que se usa para elaborar distintos materiales como asfalto, pinturas y cigarros. Es da-ñina para la salud. 160

Análisis: Estudio de un objeto o fenóme-no para conocerlo y entenderlo mejor. 45

Análisis químico: Estudio con el que se determina tanto la composición como la concentración de los componentes de una mezcla. 45

Analizar: Estudiar y examinar un objeto o fenómeno para conocer y entender sus principios. 27

Anión: Ión (mono o poliatómico) negati-vo (en la cual hay un exceso de electro-nes). 114

Argumentación: Presentar con un orden lógico, evidencias que apoyen nuestras afirmaciones. 29

Azufre: Es un elemento químico que fre-cuentemente se encuentra en forma de cristal amarillento y tiene un olor muy desagradable. Su número atómico es 16 y su símbolo S. 142

Balanceo: Consiste en encontrar los co-eficientes de cada una las fórmulas quí-micas en una ecuación química tal que esta satisfaga el principio de conserva-ción de la masa. El principio de conser-vación de la masa se cumple si el nú-mero total de átomos de cada elemento es el mismo en los reactivos que en los productos. 176

Base (según S. Arrhenius): Sustancia que en disolución acuosa produce iones OH– como producto de su disociación ió-nica, lo que provoca un incremento en el pH de la disolución resultante. 217, 228

Biomolécula: Molécula que forma o constituye a los seres vivos. 212

Cambio físico: Cambios en los que las sustancias involucradas son las mismas antes y después del cambio, pues sólo se modifica alguna o algunas de sus pro-piedades físicas como su temperatura, su estado de agregación, su velocidad, su lugar o su forma. 169

Cambio químico: Es una transformación en la naturaleza de la materia; es decir, una o varias sustancias se transforman en otra u otras diferentes, debido a una ruptura y formación de enlaces. 169

Carbohidrato: Sustancia constituida por carbono, hidrógeno y oxígeno. Entre las funciones que llevan a cabo en los seres vivos son la estructural (como es el caso de la celulosa) y en el caso de los carbo-hidratos de bajo peso molecular, como la glucosa y la fructosa, constituyen la fuente primaria de energía de los seres vivos. 208, 212

Carbono: Es uno de los elementos quími-cos más importantes en nuestro plane-ta, ya que la química de todos los seres vivos ha sido construida usando este

elemento. Su número atómico es 6 y su símbolo es C. 139

Catalizador negativo o inhibidor: Sus-tancia que dificulta que se lleve a cabo la reacción química, es decir, disminuye su velocidad. 191

Catalizador positivo: Sustancia que fa-cilita que se lleve a cabo una reacción química, aumentando la velocidad de reacción. Estas sustancias se utilizan en la industria química porque al favorecer que las reacciones químicas ocurran en menor tiempo y a menores temperatu-ras, ayudan a disminuir el costo de los procesos. 191

Catalizador: Sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin modificarse en el proceso. 191

Catión: Ión (mono o poliatómico) posi-tivo (en la cual hay una deficiencia de electrones). 114

Cátodo: Electrodo negativo de una célula electrolítica en el cual los iones positivos (cationes) son reducidos. 253

Centrifugación: Técnica que se usa para separar emulsiones o suspensiones muy estables. El principio en el que se funda-menta este método es el mismo que la decantación: separar a los componentes basándose en la diferencia de sus den-sidades, pero en este caso la fuerza de gravedad no es suficiente, por lo que para incrementar esta fuerza se hace gi-rar la mezcla rápidamente dentro de un equipo llamado centrífuga. 77

Ciencia forense: Es la aplicación de mé-todos científicos para la investigación de crímenes. 84

Coeficiente (en una ecuación química): Número que indica la cantidad de moles de partículas (moléculas, átomos, iones que reaccionan o se obtienen de cada sustancia. Por convención se colocan a la izquierda de la fórmula química de cada sustancia. 175

Composición: Conjunto de sustancias de las cuales está hecho un material. 30

Glosario


293

Composición (elemental): Conjunto de elementos químicos de los cuales está hecho un material o sustancia. 30

Compuesto (véase sustancia compues-ta): Término con el que solemos referir-nos a las sustancias compuestas. 97, 168

Compuesto iónico o sustancia iónica: Es un conjunto ordenado de iones, que por su acomodo se maximizan las atraccio-nes y minimizan las repulsiones, lo que le da su naturaleza reticular (forman re-des). 149

Compuesto o sustancia compuesta: Sus-tancia formada por dos o más elementos químicos la cual puede ser transformada o descompuesta en dos o más sustan-cias simples o elementales. 97

Comunicar: Dar a conocer los conoci-mientos generados. 29

Concentración: Magnitud que indica la cantidad de una sustancia de interés presente en una mezcla; por ejemplo, la cantidad de azúcar contenida en el agua de limón. 41, 42

Concentración de reactivos: Cantidad de reactivos por unidad de volumen. 190

Concentración porcentual en masa: Es la forma de expresar la proporción de los componentes de un material (ba-sándose en la masa de éstos), en don-de la masa total de la muestra analiza-da equivale al 100% de la misma. 42Se calcula como:

100 xmasa del componente

masa de la muestra

Conocimiento empírico: Es aquel que se adquiere a través de la experiencia. 24

Conservador de alimentos: Sustancia que evita el crecimiento de microorga-nismos, o bien, que se lleven a cabo re-acciones químicas no deseadas. 192

Cristalización: Método de separación en el que un soluto se separa de una diso-lución a través de la formación un sólido cristalino. 77

Cromatografía: Método de separación de mezclas homogéneas que se basa en la atracción de los componentes hacia dos distintas fases. 78, 79

Cuerpo: Cualquier objeto que tiene masa. 28

Decaimiento radiactivo: Proceso por el cual un núcleo inestable se rompe libe-rando energía y generando núcleos de menor masa. 112

Decantación: Método de separación de una mezcla heterogénea en la que por lo menos una de las fases es líquida. Se basa en la diferencia de densidad entre las fases. Esto permite que una fase que-de en la parte inferior y otra en parte su-perior y se puedan separar pasando una de las dos fases a otro recipiente. 76

Densidad: Magnitud que expresa la re-lación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el SI es el kilogra-mo por metro cúbico (kg/m3). 57

Depresivo: Trastorno del estado de áni-mo cuyos síntomas son: tristeza patoló-gica, irritabilidad y cambios de humor. 160

Destilación: Método de separación que se emplea cuando al menos uno de los componentes de la disolución es más volátil que el otro (se evapora con mayor facilidad). Al calentar la mezcla, el com-ponente más volátil se evapora (pasa al estado gaseoso) y se recupera haciéndo-lo pasar por una superficie fría en la que se condensa, es decir, vuelve a adquirir un estado líquido. 78

Dimensión: Tamaño. 196

Disociación iónica: Fenómeno que ocu-rre al disolver un compuesto iónico en agua, en el cuál los iones que forman a dicho compuesto se separan quedando rodeados por moléculas de agua lo que les permite moverse libremente en la di-solución. 228

Disolución: Es un caso particular de mez-clas homogéneas, en las cuales la mez-cla resultante es un líquido perfectamen-te transparente (como cuando disuelves

sal en agua o cuando se mezclan alcohol de caña y agua). 75

Disolvente: Sustancia que disuelve a otra sustancia sin modificar su compo-sición química y se encuentra en mayor proporción. 62, 63, 95

Disuelta: Sustancia que se encuentra como el soluto de una disolución. 79

Dosis: Cantidad de medicamento, calcu-lado de acuerdo con distintas medidas como el peso de la persona. 41

Dúctil: Material que puede moldearse para formar hilos o alambres. 124

Ecuación química: Es una descripción simbólica de una transformación quími-ca, y se representan con un lenguaje que contiene fórmulas, símbolos y signos. 31, 169, 174, 176

Efecto invernadero: Fenómeno causado por ciertos gases en la atmósfera terres-tre que absorben radiación solar, cau-sando un incremento en la temperatura de la Tierra. Los principales gases que causan el efecto invernadero son meta-no y dióxido de carbono, la concentra-ción de este último ha aumentado en los últimos años, lo cual se puede atribuir directamente a la combustión de com-bustibles fósiles (carbón e hidrocarbu-ros). 257

Electrodo: Material conductor, común-mente metálico que se utiliza para trans-ferir electrones hacia la parte no metáli-ca (la disolución) en una celda electrolí-tica. 253

Electrólisis del agua: Transformación química en la que se usa la energía eléctrica para descomponer el agua (de esta trans-formación se obtienen dos sustancias elementales: oxígeno e hidrógeno). 98

Electrolito: Sustancia que al disolverse produce iones lo que permite la conduc-ción de la corriente eléctrica a través de la disolución. 227, 228

Electrón: Partícula muy ligera que forma parte de todos los átomos y que contiene la mínima carga posible de electricidad


294

negativa. Describe “órbitas” alrededor del átomo. 109, 110

Electrón de valencia: Electrones externos responsables de la reactividad. Son los únicos que se usan para formar enlaces entre los átomos, y participan en las transformaciones de las sustancias. 178

Electronegatividad: Tendencia que tie-nen los átomos para atraer hacia sí los electrones del enlace. 185, 186

Electrones de valencia: Son los elec-trones externos del átomo que son los responsables de la reactividad. Los elec-trones de valencia son los únicos que se usan para formar enlaces. 115

Electrones internos: Son los electrones que no participan en las reacciones quí-micas, pues son fuertemente atraídos por el núcleo atómico. 115

Elemento: Término con el que se suele referir tanto a una sustancia elemental como a un elemento químico. 98

Elemento químico: Todos aquellos áto-mos que tienen el mismo número de protones en su núcleo. 130

Elemento representativo: Todos los ele-mentos ubicados en el bloque A, que incluye a los metales alcalinos y alcali-noterreos (familias 1 y 2) y a las familias 13 a 18. 134

Elementos sintéticos: Elementos quí-micos que no se encuentran de forma natural en la Tierra y que tienen que ser sintetizados o preparados en un labora-torio, tal es el caso del tecnecio (número atómico 43) y de todos los elementos químicos con número atómico mayor que 92. Todos estos elementos son ines-tables pues su núcleo se desintegra es-pontáneamente emitiendo energía (son radiactivos). 131

Emulsión: Mezcla formada por partículas de un líquido suspendidas en otro líqui-do, como la mayonesa. 75

Enfermedades cardiovasculares: Enfer-medades relacionadas con el corazón o el aparato circulatorio. 184

Enlace covalente: Unión entre dos áto-mos que se establece cuando estos com-parten electrones de valencia. 116, 149, 181, 186

Enlace covalente polar: Cuando los áto-mos que forman el enlace covalente tienen diferente electronegatividad los electrones se distribuyen de forma des-igual por los que se encuentran más cer-ca del átomo más electronegativo. 186

Enlace doble: Enlace covalente en el que los dos átomos que lo forman comparten un total de cuatro electrones de valencia. 117

Enlace iónico: Unión electrostática que se da entre dos iones con diferencia de electronegatividad mayor a dos. 116, 149, 185

Enlace metálico: Unión entre átomos que se favorece cuando los elementos que participan atraen con poca fuerza a sus electrones de valencia debido a que tienen una diferencia de electronegativi-dad menor que dos. 123, 186

Enlace polar (véase enlace covalente polar): Cuando los electrones son com-partidos de forma desigual entre dos átomos. 186

Enlace triple: Enlace covalente en el que los dos átomos que lo forman comparten tres pares de electrones. 117, 183

Enlazado: Se dice de dos o más átomos cuando la energía que se requiere para separarlos es muy alta. 145

Envenenamiento por alcohol: Grave alte-ración de la salud ocasionada por ingerir grandes cantidades de alcohol en un lap-so breve. 160

Estado elemental: Se dice que un ele-mento químico se encuentra en su esta-do elemental cuando en la sustancia no está presente ningún otro elemento quí-mico. En todas las sustancias elemen-tales (N

2(g), O

2(g), Fe

(s), He

(g), etcétera) los

elementos químicos se encuentran en su estado elemental. En esta condición los átomos de estos elementos presentan un estado de oxidación igual a cero. 247

Estructura (en química): Disposición o arreglo espacial de los átomos que for-man una determinada sustancia. 101

Experimentación: Método utilizado en la investigación, en el que se estudia un fe-nómeno alterando las distintas variables que pueden influir en éste. 25

Experimentos: Ensayos destinados a descubrir, comprobar, entender o de-mostrar determinados fenómenos o principios científicos, manipulando las variables que se cree afectan al fenóme-no estudiado. 24

Extracción: Método de separación basa-do en el principio de afinidad química en el que se pone a competir a dos di-solventes por uno o varios componentes disueltos en alguno de ellos. 78, 79

Familia (en química): Son las columnas de la tabla periódica en las que los ele-mentos tienen el mismo número de elec-trones de valencia y propiedades quími-cas semejantes. 130

Familias periódicas o grupos periódicos: En la tabla periódica son los elementos que presentan propiedades físicas y quí-micas semejantes (usualmente forman-do columnas en la tabla periódica). 133

Fase: Porción de materia con propieda-des homogéneas. 74

Filtración: Método o técnica que se usa frecuentemente para separar a un sólido de una mezcla heterogénea haciéndola pasar por un medio poroso en el que se retienen los componentes de mayor ta-maño. Se usa cuando el tamaño de las partículas de por lo menos uno de los componentes de la mezcla es muy dis-tinto al del resto de los componentes. 76

Finito: Que tiene fin, se usa para referir-nos a números pequeños o que pode-mos contar. 120

Flecha (en química): Se usa en las ecua-ciones químicas para separar a los reac-tivos de los productos, y significa “reac-cionan para generar”; ejemplo de una ecuación:

Glosario


295

Glucosa + Oxígeno Dióxido de carbo-no + Agua: “La glucosa y el oxígeno reac-cionan para generar dióxido de carbono y agua”. 169

Flúor: Es el noveno elemento químico de la tabla periódica y, aunque se conocía desde hace mucho tiempo, fue el cientí-fico Henri Moissan quien en 1886 lo ais-ló e identificó por primera vez. Su núme-ro atómico es el 9 y su símbolo es F. 141

Formas alotrópicas del carbono: El car-bón, el grafito y el diamante son sustan-cias elementales que están compuestas de un único elemento químico: el carbo-no, pero que difieren en su estructura y en sus propiedades tanto físicas como químicas. 101

Fórmula (química): Conjunto de símbo-los químicos que representan la compo-sición elemental de una sustancia. 31

Galvanizado: Proceso electroquímico por el cual se recubre la superficie de un metal con zinc metálico con el objeto de evitar la corrosión del metal pues el zinc se oxida primero. 260

Gas monoatómico: Sustancia gaseosa en la que todos sus átomos están com-pletamente separados unos de los otros, sin formar enlaces. Esto ocurre entre to-dos los gases nobles. 122, 130

Gases nobles: Elementos de la familia periódica 18 (VIII A), los cuales no se conocía cuando Mendeleiev publicó su primera tabla periódica: Helio (He), Neón (en), Argón (Ar), Kriptón (Kr), Xenón (Xe) y Radon (Rn). Estos elementos presentan muy baja o nula reactividad química. 130

Generalización: Asumir que lo que se cumple para un número reducido (acota-do) de casos también se cumple para el resto de ellos. 27

Herbolaria: Conjunto de conocimientos relativos a las propiedades curativas de las plantas. 73

Heterogéneo: De apariencia desigual. 73

Hierro: Elemento químico que pertenece al grupo de los metales de transición. Es un metal que se conoce desde la prehis-

toria. Su número atómico es 26 y su sím-bolo es Fe. 143

Hipótesis: Respuesta o explicación tem-poral acerca de lo que se desea estudiar y que se plantea con la finalidad de ser corroborada o refutada por medio de la experimentación. 26

Homogéneo: De apariencia uniforme. 73, 77

IMECA: Acrónimo (Imeca) de Índice Metro-politano de la Calidad del Aire. 44

Interpretar: Explicar acciones, hechos o sucesos que pueden ser entendidos de diferentes modos. 27

Intoxicación: Alteración de la salud o enfermedad provocada por sustancias tóxicas o nocivas. 160

Ión: Partícula cargada que está constitui-da por un átomo (en el caso de un ión monoatómico) o conjunto de átomos (en el caso de un ión poliatómico). En cual-quiera de estos dos casos el número to-tal de protones no es el mismo que el de electrones. 114, 247

Ión poliatómico: Cuando varios átomos comparten electrones, pero la especie resultante tiene carga eléctrica, ya sea negativa o positiva. 114

Isótopos: Átomos que tienen el mismo número de protones (número atómico), pero varían en el número de neutrones. 111

Ley (en ciencias naturales): Regla o nor-ma invariante de la naturaleza. 28

Ley de las proporciones constantes: Cuando dos elementos se combinan lo hacen en una reacción de masas cons-tante. 105

Lípido: Molécula constituida de carbono hidrógeno y oxígeno, una de sus funcio-nes es la de aportar la energía que re-quiere el cuerpo humano y forma parte de la membrana de las células. 208, 212

Litio: Es el tercer elemento químico de la tabla periódica y el primer metal que aparece en ella. Su número atómico es 3 y su símbolo es Li. 140

Magnetización o imantación: Método que permite separar mezclas en las que al menos uno de los componentes de la mezcla interacciona fuertemente con campos magnéticos (como los genera-dos por imanes). 77

Maleable: Material que puede doblarse sin romperse. 124

Masa: Magnitud física que cuantifica la cantidad de materia que contiene un cuerpo y es a lo que normalmente nos re-ferimos como peso. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades (SI), es el kilogramo (kg). 28, 55

Masa atómica: Es el promedio de la masa los isótopos de ese elemento rela-tiva a aquella del 12C. 132

Masa molar: La masa expresada en gra-mos, de un mol de átomos, moléculas o iones. 204

Masa relativa: Relación entre la masa delos átomos de un elemento y la masa de los átomos de otro elemento (usual-mente, aunque no necesariamente, más ligero). 106

Material: Es una porción de materia. 47

Mercurio: Es un metal pesado, inodoro de color plateado; el único que es líquido a temperatura ambiente y además es alta-mente tóxico. Es el elemento químico con número atómico 80 y símbolo Hg. 144

Método: Procedimiento que consiste en una serie de pasos ordenados que se siguen para alcanzar un objetivo como puede ser contestar una pregunta. 76

Método científico: Conjunto de acciones o actividades previamente planificadas que se llevan a cabo con la finalidad de confirmar o refutar una hipótesis o en-tender mejor un fenómeno. 28

Método físico de separación: Técnica que permite separar algunos de los com-ponentes que forman una mezcla. 74


296

Mezcla: Material que resulta de la com-binación de dos o más sustancias, las cuales pueden separarse nuevamente empleando métodos de separación. 42, 74

Mezcla heterogénea: Material en el cual pueden apreciarse dos o más fases. 74

Mezcla homogénea: Material en el cual sólo se aprecia una fase. 74

Microscópico: Se dice de todo aque-llo que no podemos ver a simple vista, pero que podemos ver con la ayuda de un microscopio. 194

Modelo: Representación simplificada de algún objeto o fenómeno. 32, 33

Mol: Unidad fundamental del sistema in-ternacional de unidades que se usa para medir la cantidad de una sustancia. 190, 198, 202

Molécula: Conjunto de dos o más áto-mos que comparten electrones y están unidos por medio de enlaces covalen-tes cuyo número es finito. La molécula es una especie neutra (no tiene carga) y dependiendo del número de átomos que participen en su formación, puede ser diatómica (como en el caso del O

2),

triatómica (como en el caso del H2O), te-

traatómica (como en el caso del amonia-co, NH

3), etcétera. 114, 120, 247

Molécula polar: Molécula en la que una parte presenta una carga ligeramente positiva y en otra parte de ésta hay una carga ligeramente negativa. 186

Monóxido de carbono: Gas cuya fórmu-la química es CO, que se obtiene de la combustión incompleta de sustancias que contienen carbono. A diferencia del CO

2, el monóxido de carbono es un gas

es extremadamente venenoso. 160

Muestra: Porción de materia que se de-sea estudiar. 55

Neutralización: Reacción entre un ácido y una base en la que se forma una sal y agua. 224

Neutrón: Partícula subatómica sin carga eléctrica, cuya masa es casi idéntica a

la del protón. Tanto los protones como los neutrones forman el núcleo del áto-mo. 110

Nicotina: Sustancia química que se en-cuentra en la planta del tabaco, adictiva y dañina para la salud. 160

Núcleo: Es la parte central de un átomo, constituido por protones y neutrones, donde se concentra aproximadamente el 99.99% de la masa total del átomo y tiene carga positiva. 109

Número atómico: Es el número de proto-nes o la cantidad de cargas positivas en el núcleo del átomo. 111

Número de masa: Es la suma de partí-culas en el núcleo, es decir es igual a la suma del número de protones y neutro-nes del núcleo de un átomo. 111

Nutriente: Componente de los alimentos que tiene una función energética, estruc-tural o reguladora. 208

Observar: Examinar atentamente. 26

Oxidación: Reacción química en la cual un átomo, molécula o ión transfiere sus electrones a la especie oxidante aumen-tando entonces su estado de oxidación. 239, 240, 245

Oxidante: Sustancia responsable de un proceso de oxidación, por lo que tam-bién puede decirse que es la sustancia que oxida a otra. Al hacerlo captura los electrones liberados por la especie a la que oxida. 244

Partes por millón: Unidad de concen-tración que nos dice cuántas partes (en masa) de soluto hay en cada mi-llón de partes (de masa) de mezcla. 44 Se calcula como:

1000 000 xmasa de la sustancia

masa de la mezcla

Patrón de difracción: Imagen que se ob-tiene en una placa fotográfica al hacer in-teractuar a una sustancia cristalina con una fuente de rayos X. A través de éste se puede conocer el acomodo de los áto-mos en el espacio. 197

Periodos: En la tabla periódica son los grupos horizontales, es decir, los ele-mentos que se encuentran en cada ren-glón. 135

Peso: La fuerza que ejerce la atracción gravitatoria sobre un cuerpo. 55

Pila de combustible: Dispositivo electro-químico que permite generar electrici-dad mediante una reacción redox en donde el reductor (que en este caso lla-mamos combustible) suele ser hidróge-no o metanol mientras que el oxidante es comúnmente oxígeno (O

2). 253

Porcentaje: Una manera de representar la proporción de una parte del total como una fracción de 100. 42

Precipitar: Formación de un sólido a par-tir de una disolución, normalmente debi-do a la perturbación de ésta (por ejem-plo, por la adición de una sustancia o por el cambio en la temperatura) en donde el sólido que se forma no necesariamente es cristalino. 77

Producto: Es la sustancia que se genera después de la reacción. 169

Propiedad: Característica, atributo o cua-lidad esencial de alguien o algo. 47

Propiedad cualitativa: Característica de una muestra u objeto que se conoce a través de los sentidos y que no se puede cuantificar. 53

Propiedad cuantitativa: Característica de una muestra u objeto a la cual puede asignarse una magnitud numérica. 54

Propiedad organoléptica: Son las pro-piedades que se pueden percibir por los sentidos. 51

Propiedades extensivas: Son las propie-dades que se modifican con el tamaño de la muestra (como la masa). 55

Propiedades intensivas: Son las propie-dades independientes o que no se modi-fican con el tamaño de la muestra (como la densidad). 55

Proteína: Molécula formada por hidróge-no, carbono, oxígeno, nitrógeno y azufre cuya principal función es construir órga-

Glosario


297

nos y tejidos y, por lo tanto, se dice que tiene una función estructural. 212

Protón: Partícula subatómica de carga positiva que está presente en el núcleo de los átomos, cuya masa es 1839 veces más grande que la del electrón. 110

Protón (H+): Partícula subatómica con una carga eléctrica positiva. Junto con el neutrón es uno de los componentes prin-cipales del núcleo atómico. La cantidad de protones en el núcleo determina el número atómico de un átomo. Debido a que los átomos de hidrógeno solo con-tienen un protón en su núcleo, al ión H+ también se le conoce como protón. 217

Puente de hidrógeno: Interacción elec-trostática entre un átomo de hidrógeno (el cual se encuentra enlazado a un áto-mo muy electronegativo) con otro átomo electronegativo que presenta una carga parcial negativa. 151

Punto de ebullición o temperatura de ebullición: Es la temperatura a la que un líquido hierve; es decir, cuando cambia su estado de agregación de líquido a ga-seoso. 59

Punto de fusión o temperatura de fusión: Es la temperatura a la que un sólido cam-bia su estado de agregación a líquido. 59

Química: Es la ciencia que tiene por obje-to el estudio de la materia, sus propieda-des así como sus transformaciones. 20

Química forense: Rama de la química que se basa en la aplicación de las téc-nicas de análisis cualitativo (es decir, de las que buscan identificar la presencia de cierta sustancia) y cuantitativo (busca conocer la cantidad presente de una sus-tancia en una muestra) a una evidencia encontrada en la escena de un delito. 84

Reacción de óxido-reducción o reacción redox: Es una reacción de transferencia de electrones, en la que una sustancia cede o pierde electrones (reductor) al mismo tiempo que otra sustancia capta o gana estos electrones (oxidante). 240

Reacción electroquímica: Es una reac-ción redox en la que la transferencia de electrones se efectúa a través de un cir-cuito externo, por lo que además de una transformación de las sustancias está in-volucrado un flujo de corriente eléctrica. Este tipo de reacciones pueden producir energía eléctrica como en el caso de las pilas o consumirla como en caso de las reacciones por electrólisis. 253

Reacción química: Es un proceso en el que una o más sustancias se transfor-man en otras por medio de la ruptura y formación de enlaces que permiten que los átomos en las sustancias que llama-mos reactivos se “reacomoden” para ge-nerar nuevas sustancias a las que llama-mos productos. 100, 169

Reactividad: Facilidad con la que un áto-mo u otra especie química participa en reacciones químicas. 115

Reactivo: Sustancia inicial que se trans-forma durante una reacción química. 169

Reducción: Reacción química en la cual un átomo, molécula o ión captura elec-trones (que provienen de la especie re-ductora) disminuyendo entonces su es-tado de oxidación. 239

Reductor: Sustancia responsable de un proceso de reducción, por lo que tam-bién puede decirse que es la sustancia que reduce a otra. Es una especie que transfiere algunos de sus electrones a la especia a la cual reduce. 244

Regla del octeto: Establece que los áto-mos tienden a tener ocho electrones (dos en el caso de los átomos más pe-queños) en su capa de valencia. Sirve para predecir en qué proporciones se combinan los átomos de los diferentes elementos. 178, 182, 183

Representación de Lewis: Es una repre-sentación gráfica de un átomo, molécula o ión, que muestra la distribución de los electrones de valencia de esta especie. 117

Reticular: Material que no forma molécu-las, sino redes que contienen a una gran cantidad de átomos. 121, 149

Saturación: Añadir un soluto a un disol-vente hasta que éste no admita mayor concentración de soluto. 77

Sedimentación: Es una técnica que se emplea para separar a los componentes tanto de una emulsión como de una sus-pensión cuando estas mezclas son ines-tables; es decir, cuando la emulsión o la suspensión se separan en al menos dos fases por sí solas. 76

Semiconductor: Material cuya conducti-vidad eléctrica se encuentra entre la de un aislante y un conductor, que es indis-pensable en la manufactura de los equi-pos electrónicos como computadoras y teléfonos celulares. Dos de los elemen-tos semiconductores más comunes son el silicio y el germanio. 142

Semirreacción: En una reacción redox, es la ecuación química que representa por separado a los procesos de oxidación (perdida de electrones) y de reducción (ganancia de electrones). 246

Silicio: Es el segundo elemento químico más abundante en la superficie terrestre. Su número atómico es 14 y su símbolo es Si. 141

Símbolo químico: Conjunto de letras (pueden ser una, dos o tres) que se uti-lizan para representar y distinguir a los distintos elementos químicos. 31

Sintetizar: Formar una sustancia com-puesta mediante la combinación de otras más sencillas. 170, 237

Sistema indicador: Es una sustancia que modifica alguna de sus propiedades (por ejemplo su color) cuando alguna varia-ble del sistema en estudio se modifica (por ejemplo el pH de la disolución), lo que permite identificar fácilmente este cambio en el sistema en estudio. 220

Sistema Internacional de Unidades (SI): Es el sistema de unidades que se usa como referencia en la mayoría de los países. Consiste en 7 unidades básicas a partir de las cuales se definen las de-más, éstas son: longitud (metro), masa (kilogramo), tiempo (segundo), tempe-ratura (kelvin), cantidad de sustancia


298

(mol), intensidad de corriente (amperio), intensidad luminosa (Candela). 54

Solubilidad: La cantidad máxima de un material (soluto) que se puede disolver en otra (disolvente). 62

Soluto: Componente de una disolución que se encuentra en menor proporción que la del disolvente. 42, 44, 62, 63, 95

Submicroscópico: Todo aquello que es más pequeño de lo que se puede ver con un microscopio óptico, como los átomos y las moléculas. 194

Superficie de contacto: Es la superficie con la que dos sustancias entran en contacto en una reacción. A mayor su-perficie de contacto, mayor velocidad de reacción. 190

Suspensión: Mezcla heterogénea forma-da por partículas sólidas suspendidas en un líquido, como la pintura. 75

Sustancia: Material que tiene una com-posición y propiedades físicas y quími-cas definidas e invariantes. 30, 96

Sustancia elemental o sustancia simple: Sustancia formada por un sólo elemento químico la cual no puede ser descom-puesta en sustancias más sencillas. 98

Sustancia molecular: Sustancias cons-tituidas por moléculas, es decir, en las que un grupo finito de átomos están unidos por medio de enlaces covalentes, formando una especie neutra. 120

Tabla periódica de los elementos: Arre-glo de los elementos químicos con base en sus propiedades químicas y su nú-mero atómico que ayuda a predecir las propiedades de un elemento a partir de su posición en ella. 108

Tamizado: Se trata de un caso particular de filtración en donde todos los compo-nentes de una mezcla son sólidos, pero de diferente tamaño. 76

Técnica: Es el conjunto de instrumentos y métodos a través de los cuales se efec-túa algún procedimiento. 28

Toxicidad: Medida del daño que provoca una sustancia tóxica. 38

Tóxico: Sustancia que por ingestión o exposición provoca daños a la salud. 37

Transicionales: Todos los elementos ubi-cados en las familias 3 a 12 (todo el blo-que B) de la tabla periódica. 134

Valencia: Es el número de enlaces que un átomo forma en un determinado com-puesto. 135, 177

Variable: Es una condición del fenómeno que se estudia que se puede medir, mo-dificar y analizar. 26

Velocidad de una reacción: Es una me-dida de la cantidad de reactivos que se consumen (o productos que se generan) por unidad de tiempo. Depende de di-ferentes factores como: temperatura, superficie de contacto, concentración, catalizadores. 190

Veneno: Sustancia que en muy pequeña cantidad es tóxica. 38

Viscosidad: Es la resistencia de un líqui-do a fluir. 60

Vitamina: Nutriente que tiene una fun-ción reguladora y que ayuda al metabo-lismo funcione de manera adecuada. 209

Volumen: Es una medida del espacio que ocupa la materia. Su unidad fundamen-tal en el SI es el metro cúbico (m3). 55

Glosario


299

Aabstracción, 27

abundancia natural (de un isótopo), 112

ácido (según S. Arrhenius), 217, 230

ácido nucleico, 212

adsorbe, 78

agente oxidante, 244

agente reductor, 244

alótropo, 101

alquitrán, 160

análisis, 45

análisis químico, 45

analizar, 27

anión, 114

argumentación, 29

azufre, 142

Bbalanceo, 176

base (según S. Arrhenius), 217, 228

biomolécula, 212

Ccambio físico, 169

cambio químico, 169

carbohidrato 208, 212

carbono, 139

catalizador, 191

catalizador negativo o Inhibidor, 191

catalizador positivo, 191

catión, 114

cátodo, 253

centrifugación, 77

ciencia forense, 84

coeficientes (en una ecuación química), 175

composición (elemental), 30

compuesto (véase sustanciacompuesta), 168

compuesto iónico o sustancias iónica, 149

compuesto o sustancia compuesta, 97

comunicar, 29

concentración, 41, 42

concentración de reactivos, 190

concentración porcentual en masa, 42

conocimiento empírico, 24

conservador de alimentos, 192

cristalización, 77

cromatografía, 78, 79

cuerpo, 28

Ddecaimiento radiactivo, 112

decantación, 76

densidad, 57

depresivo, 160

destilación, 78

dimensión, 196

disociación iónica, 228

disolución, 75

disolvente, 62, 63, 95

disuelta, 79

dosis, 41

dúctil, 124

Eecuación química, 31, 169, 174, 176

efecto invernadero, 257

electrodo, 253

electrólisis del agua, 98

electrolito, 227, 228

electrón, 109

electrón de valencia, 115

electrón de valencia, 178

electrón interno, 115

electronegatividad, 185, 186

elemento, 98

elemento químico, 100, 130

elemento representativo, 134

elementos sintéticos, 131

emulsión, 75

enfermedades cardiovasculares, 184

enlace covalente, 116, 181, 186

enlace covalente polar, 186

enlace doble, 117

enlace iónico, 116, 149, 185

enlace metálico, 123, 186

enlace polar (véase enlace covalente polar), 186

enlace triple, 117, 183

enlazado, 145

envenenamiento por alcohol, 160

estado elemental, 247

estructura (en química), 101

experimentación, 25

experimentos, 24

extracción, 78, 79

Ffamilia (en química), 130

familias periódicas o grupos periódicos, 133

fase, 74

filtración, 76

finito, 120. 147

flecha (en química), 169

flúor, 141

formas alotrópicas del carbono, 101

fórmula química, 31



300

Ggalvanizado, 260

gas monoatómico, 122

gases nobles, 130

generalización, 27

Hherbolaria, 73

heterogéneo, 73

hierro, 143

hipótesis, 26

homogéneo, 73, 77

Iimeca, 44

interpretar, 27

intoxicación, 160

ión, 114, 228, 247

ión poliatómico, 114

isótopo, 111

Lley, 28

ley de las proporciones constantes, 105

lípido, 208, 212

litio, 140

Mmagnetización o imantación, 77

maleable, 124

masa, 28, 55

masa atómica, 132

masa molar, 204

masa relativa, 106

material, 47

mercurio, 144

método, 76

método científico, 28

método de separación, 74

mezcla, 42, 74

mezcla heterogénea, 74

mezcla homogénea, 74

microscópico, 194

modelo, 32, 33

mol, 190, 198, 202,

molécula, 114, 120, 247

molécula polar, 186

monóxido de carbono, 160

muestra, 55

Nneutralización, 224

neutrón, 110

nicotina, 160

núcleo, 109

número atómico, 111

número de masa, 111

nutriente, 208

Oobservar, 26

oxidación, 239, 240, 245,

oxidante, 244

Ppartes por millón, 44

patrón de difracción, 197

periodos, 135

peso, 55

pila de combustible, 253

porcentaje, 42

precipitar, 77

producto, 169

propiedad, 47

propiedad cualitativa, 31, 52, 53

propiedad cuantitativa, 54

propiedad extensiva, 55

propiedad intensiva, 55

propiedad organoléptica, 51

proteína, 212

protón, 110, 217

puente de hidrógeno, 151

punto de ebullición o temperatura de ebullición, 59

punto de fusión o temperatura de fusión, 59

Qquímica, 20

química forense, 84

Rreacción de óxido-reducción o reacción redox, 240

reacción electroquímica, 253

reacción química, 100, 169, 190

reacción redox o reacción de óxido-reducción 240

reactividad, 115

reactivo, 169

reducción, 239

reductor, 244

regla del octeto, 178, 182, 183

representación de Lewis, 117

reticular, 121, 149

Ssaturación, 77

sedimentación, 76

semiconductor, 142

semirreacción, 246

silicio, 141

símbolo químico, 31

sintetizar, 170, 237

sistema indicador, 220



301

sistema internacional de unidades (Si), 54

solubilidad, 62

soluto, 42, 44, 62, 63, 94

submicroscópico, 194

superficie de contacto, 190

suspensión, 75

sustancia, 30, 96

sustancia elemental o sustancia simple, 98

sustancia molecular, 120

Ttabla periódica de los elementos, 108

tamizado, 76

técnica, 28

toxicidad, 38

tóxico, 37

transicionales, 134

Vvalencia, 135, 177

variable, 26

velocidad de reacción, 190

veneno, 38

viscosidad, 60

vitamina, 209

volumen, 55


302

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Hoffmann, Roald, Lo mismo y no lo mismo, Fondo de Cultura Económica/Secretaría de Educación Pública (Biblioteca del normalista), México, 2000.

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Referencias de Internet

Referencias consultadas

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Ortega García, Manuel. “Tema 2. Reacciones químicas” en Ape_ndice.docwww.juntadeandalucia.es/averroes/ies_sierra_magina/d_fyq/bajables/manolo/4eso/tema2_REACCIONES_QUiMICAS_10.pdf (Consultada el 8 de abril de 2010.)

Interesantes experimentos químicos relacionados con tu entorno: www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/quimica/reacciones/default.asp

Información sobre la química de la cocina: www.csi-csif.es/andalucia/modules/mod_ense/revista/pdf/Numero_19/CARLOS_VAZQUEZ_SALAS02.pdf

Datos curiosos sobre química: www.sabercurioso.com/category/quimica/

Información sobre la reacción química: www.juntadeandalucia.es/averroes/ies_sierra_magina/d_fyq/bajables/manolo/4eso/tema2_REACCIONES_QUiMICAS_10.pdf

Interesantes lecturas y cuentos relacionados con la química: http://plinios.tripod.com/

Proyectos: fundamentos para trabajar en clase: www.suite101.net/content/rieb-y-el-trabajo-por-proyectos-enfoque-constructivista-a17434(Consultada en enero de 2011.)

Revistas

¿Cómo ves? Revista de divulgación de la ciencia, Dirección General de Divulgación, unam.

Ciencia y Desarrollo. Revista de divulgación de la Ciencia, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

Educación Química. Facultad de Química, unam.


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