Química I Grupo Tacaná - IGER Primer semestre
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Química I
Primer semestre Grupo Tacaná 11
© Instituto Guatemalteco de Educación Radiofónica, IGER. Es una obra producida por el Departamento de Redacción y Diseño, para el Instituto Guatemalteco de Educación Radiofónica, IGER. 11 avenida 18-45, Ciudad Nueva, zona 2 Ciudad de Guatemala. PBX: 2412 6666 Fax: 2412 6704 Correo electrónico:
[email protected] Página web: www.iger.edu.gt Edición 2011 Impreso en IGER talleres gráficos
Código: 1111126101 ISBN 9789992292150
Reservados todos los derechos. Queda rigurosamente prohibida la reproducción total o parcial de este material educativo, por cualquier medio o procedimiento, sin la autorización del Instituto Guatemalteco de Educación Radiofónica, IGER. Según artículo 42 de la Constitución Política de Guatemala que se refiere a la autoría.
Índice Índice ................................................................................................................................................................ I ¡Bienvenida y bienvenido! ..................................................................................................................... 1
Semana 1
La ciencia y el método científico................................................................................ 13 ¡Para comenzar! Los pioneros del pensamiento científico.............................................................................. 15 El mundo de la química 1. Ciencia .................................................................................................................................................................. 17 2. Definición de ciencia ...................................................................................................................................... 18 3. El método científico ........................................................................................................................................ 18
3.1 Pasos del método científico .............................................................................................................. 18
Resumen ........................................................................................................................................................................... 21 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 22 ¡A la ciencia por la experiencia! Un buen científico es un buen observador......................................... 27
Semana 2
Química.................................................................................................................................................................... 29 ¡Para comenzar! En busca de la piedra filosofal ............................................................................................... 31 El mundo de la química 1. De la alquimia a la química .......................................................................................................................... 33 2. Definición de química .................................................................................................................................... 33 3. Las divisiones de la química ........................................................................................................................ 35 4. La química y otras ciencias ........................................................................................................................... 36 5. La química en el cuerpo humano .............................................................................................................. 37 Sabía que ......................................................................................................................................................................... 37 Resumen ........................................................................................................................................................................... 38 Investigue en la red .................................................................................................................................................... 38 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 39 ¡A la ciencia por la experiencia! Experimentar con un producto cotidiano........................................... 43
Química I − Índice
I
Semana 3
La materia............................................................................................................................................................ 45 ¡Para comenzar! Gracias a la vida.......................................................................................................................... 47 El mundo de la química 1. La materia ........................................................................................................................................................... 48
1.1 Sustancias puras .................................................................................................................................... 48
1.2 Mezclas ...................................................................................................................................................... 48 2. Propiedades de la materia ........................................................................................................................... 50
2.1 Propiedades generales ........................................................................................................................ 50
2.2 Propiedades específicas ...................................................................................................................... 52
2.2.1 Propiedades físicas................................................................................................................................. 52
2.2.2 Propiedades químicas ......................................................................................................................... 56
Resumen ........................................................................................................................................................................... 57 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 58 ¡A la ciencia por la experiencia! Experimentar con una propiedad general de la materia ............. 61
Semana 4
Materia y energía van de la mano............................................................................. 63 ¡Para comenzar! La energía del cuerpo................................................................................................................. 65 El mundo de la química 1. Energía ................................................................................................................................................................. 67 2. Formas de energía ........................................................................................................................................... 68
2.1 Manifestaciones derivadas de la energía potencial ................................................................. 69
3. Formas de energía amigables con el ambiente ................................................................................... 71
3.1 Consejos para ahorrar energía ......................................................................................................... 71
Resumen ........................................................................................................................................................................... 72 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 73 ¡A la ciencia por la experiencia! Un calentador ecológico........................................................................... 77
Semana 5
Calor y temperatura
......................................................................................................................... 79
¡Para comenzar! El calentamiento global y el cambio climático ................................................................ 81
II
IGER − Tacaná
El mundo de la química 1. Calor y temperatura ........................................................................................................................................ 83
1.1 ¿Qué es el calor? .................................................................................................................................... 83
2. La temperatura .................................................................................................................................................. 85
2.1 Fórmulas para conversiones de temperatura ............................................................................. 86
3. El termómetro ................................................................................................................................................... 88
3.1 Partes de un termómetro de mercurio ......................................................................................... 88
3.2 ¿Cómo funciona el termómetro? .................................................................................................... 88
Resumen ........................................................................................................................................................................... 90 Investigue en la red .................................................................................................................................................... 90 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 91 ¡A la ciencia por la experiencia! La temperatura de distintos cuerpos....................................................
95
Semana 6
Repaso: semanas 1-5
................................................................................................................... 97
El mundo de la química 1. La ciencia y el método científico ................................................................................................................ 99 2. La química ........................................................................................................................................................... 102 3. La materia ........................................................................................................................................................... 104 4. Materia y energía van de la mano ............................................................................................................. 107 5. La temperatura .................................................................................................................................................. 110
Semana 7
Estados de agregación de la materia
................................................................ 113
¡Para comenzar! El modelo cinético molecular ................................................................................................. 115 El mundo de la química 1. Estados de agregación de la materia ....................................................................................................... 117
1.1 Estado sólido ........................................................................................................................................... 117
1.2 Estado líquido ......................................................................................................................................... 119
1.3 Estado gaseoso....................................................................................................................................... 119
2. Los cambios de estado .................................................................................................................................. 121
2.1 Cambios de estado por ganancia de energía ............................................................................ 121
Química I − Índice
III
2.2 Cambios de estado por pérdida de energía ............................................................................... 122
Resumen ....................................................................................................................................................................... 125 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 126 ¡A la ciencia por la experiencia! ¡Fabrique lluvia!.......................................................................................... 131
Semana 8
Clasificación de la materia..................................................................................................... 133 ¡Para comenzar! Los elementos fundamentales ............................................................................................... 135 El mundo de la química 1. Sustancias puras ............................................................................................................................................... 137 1.1 Elementos ................................................................................................................................................. 137 1.2 Compuestos ............................................................................................................................................ 138 2. Mezclas................................................................................................................................................................. 140
2.1 Mezclas homogéneas .......................................................................................................................... 140
2.2 Mezclas heterogéneas ......................................................................................................................... 140
Resumen ........................................................................................................................................................................... 142 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 143 ¡A la ciencia por la experiencia! ¡Experimente con mezclas!...................................................................... 147
Semana 9
La maravilla del átomo
................................................................................................................ 149
¡Para comenzar! Demócrito y los “ladrillos de la naturaleza” ..................................................................... 151 El mundo de la química 1. ¿Qué es el átomo?............................................................................................................................................ 153 2. Estructura interna del átomo: las partículas subatómicas ............................................................... 156 3. Relaciones de masa de los átomos ........................................................................................................... 157
3.1 Número atómico Z ............................................................................................................................... 157
3.2 Número de masa atómica A ............................................................................................................. 158
Resumen ........................................................................................................................................................................... 159 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 160 ¡A la ciencia por la experiencia! ¡Construya un modelo de átomo!......................................................... 165
IV
IGER − Tacaná
Semana 10
Distribución de los electrones en el átomo............................................. 167 ¡Para comenzar! Átomo de Bohr ............................................................................................................................ 169 El mundo de la química 1. Distribución de los electrones en la nube electrónica........................................................................ 171
1.1 Niveles de energía ................................................................................................................................ 172
1.2 Subniveles y orbitales de energía ................................................................................................... 173 2. Electrones de valencia .................................................................................................................................... 174 Resumen ........................................................................................................................................................................... 176 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 177 ¡A la ciencia por la experiencia! Ondas en el agua ....................................................................................... 181
Semana 11
Configuración electrónica........................................................................................................ 183 ¡Para comenzar! El principio de Aufbau .............................................................................................................. 185 El mundo de la química 1. Configuración electrónica ............................................................................................................................ 187 2. Diagrama de Möller ........................................................................................................................................ 188 Resumen ........................................................................................................................................................................... 192 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 193 ¡A la ciencia por la experiencia! El elemento desconocido.......................................................................... 196
Semana 12
Repaso: semanas 7-11.................................................................................................................. 199 El mundo de la química 1. Estados de agregación de la materia ....................................................................................................... 201 2. Clasificación de la materia............................................................................................................................. 204 3. El átomo .............................................................................................................................................................. 207 4. Distribución de los electrones en la nube electrónica........................................................................ 210 5. Configuración electrónica ............................................................................................................................ 212
Química I − Índice
V
Semana 13
Clasificación periódica de los elementos
................................................... 215
¡Para comenzar! ¿Quién fue el creador de la tabla periódica? .................................................................... 217 El mundo de la química 1. La tabla periódica ............................................................................................................................................ 219 2. Estructura y organización de la tabla periódica ................................................................................... 220
2.1 Filas o periodos....................................................................................................................................... 220
2.2 Grupos o familias .................................................................................................................................. 221
Resumen ........................................................................................................................................................................... 223 Investigue en la red .................................................................................................................................................... 223 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 224 ¡A la ciencia por la experiencia! Construya una tabla periódica mural.................................................. 227
Semana 14
Metales y no metales
.................................................................................................................... 229
¡Para comenzar! Viaje al centro de la Tierra ...................................................................................................... 231 El mundo de la química 1. Metales y no metales ..................................................................................................................................... 233 2. Los metales y sus propiedades ................................................................................................................... 233
2.1 Clasificación de los metales .............................................................................................................. 234
2.2 Utilidad de los metales ....................................................................................................................... 235 3. Los no metales y sus propiedades ............................................................................................................ 236
3.1 Clasificación de los no metales ........................................................................................................ 236
3.2 Utilidad de los no metales ................................................................................................................. 237
4. Metaloides y sus propiedades .................................................................................................................... 238
4.1 Clasificación de los metaloides......................................................................................................... 238
4.2 Utilidad de los metaloides ................................................................................................................. 239 Resumen ........................................................................................................................................................................... 240 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 241 ¡A la ciencia por la experiencia! Conductor de electricidad ....................................................................... 245
VI
IGER − Tacaná
Semana 15 Propiedades periódicas (parte I).................................................................... 247 ¡Para comenzar! Átomos neutros y átomos cargados.................................................................................... 249 El mundo de la química 1. Propiedades periódicas.................................................................................................................................. 251 2. Energía de ionización ..................................................................................................................................... 251 3. Afinidad electrónica ........................................................................................................................................ 254 En resumen................................................................................................................................................................. 255 Resumen ........................................................................................................................................................................... 257 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 258 ¡A la ciencia por la experiencia! Los aniones mueven objetos................................................................... 261
Semana 16 Propiedades periódicas (parte II)
............................................................... 263
¡Para comenzar! Esterilizar con energía................................................................................................................ 265 El mundo de la química 1. Electronegatividad ........................................................................................................................................... 266 2. Radio atómico ................................................................................................................................................... 268 Resumen ........................................................................................................................................................................... 270 Autocontrol .................................................................................................................................................................... 271 ¡A la ciencia por la experiencia! ¿Cómo es el radio atómico?.................................................................... 275
Semana 17
Repaso: semanas 13-16
.......................................................................................................... 277
El mundo de la química 1. Clasificación periódica de los elementos ............................................................................................... 279 2. Metales y no metales ..................................................................................................................................... 282 3. Propiedades periódicas (parte I)................................................................................................................. 286 4. Propiedades periódicas (parte II)................................................................................................................ 289
Claves ................................................................................................................................................................ 293 Bibliografía .................................................................................................................................................... 311
Química I − Índice
VII
¡Bienvenida y bienvenido! Hoy iniciará su recorrido por el interesante mundo de la química. A lo largo de diecisiete semanas de estudio, podrá comprender de manera sencilla los conceptos básicos de esta ciencia y su relación con la vida cotidiana. En estas primeras páginas conoceremos con detalle las secciones que encontraremos en el libro y cómo aprovecharlas. ¡Que las disfrute!
1 Portada La portada le indica el número de la semana y el tema a estudiar. Las imágenes de la portada forman un mundo de conocimientos, herramientas y valores necesarios para desenvolverse en la sociedad actual. A usted, ¿qué le sugieren? Escríbalo.
La ciencia y el método científico
Química I
1
Los logros que conseguirá esta semana son: Familiarizarse con el libro. Conocer las secciones que encontrará durante las 17 semanas de estudio.
Los frutos de su aprendizaje Los logros son los resultados que alcanzará al finalizar el estudio de cada semana. Son los frutos que irá cosechando durante su aprendizaje. Léalos con atención. Los logros expresan conocimientos, habilidades y valores que le ayudarán a desarrollar las siguientes competencias del bachillerato: • • •
Resolver problemas. Expresar e interpretar ideas y sentimientos de forma oral y escrita. Reconocer y practicar los valores científicos.
Si se da cuenta, la lista de logros finaliza con una línea vacía. En ella puede escribir un logro personal. ¡Propóngase uno cada semana! Para practicar, ¿qué le parece si anota el de esta bienvenida? ¿Qué espera alcanzar?
¿Qué encontrará esta semana? Este apartado es un mapa de la semana. Le servirá de ruta para saber qué encontrará: lectura, contenidos y actividades. Siempre aparecerán estas secciones en el mismo orden.
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IGER − Tacaná
¡Para comenzar!
• Los filósofos de la naturaleza
El mundo de la química
• Ciencia • Definición de ciencia • El método científico
¡A la ciencia por la experiencia!
• Un buen científico es un buen observador
¡Para comenzar! Los filósofos de la naturaleza Pioneros1 del pensamiento científico
Los primeros filósofos de Grecia también se conocen como “filósofos de la naturaleza”. Este grupo de pensadores se interesaba por buscar explicaciones a los procesos naturales que observaban en el entorno.
¡Para comenzar! La sección “¡Para comenzar!” le introduce en el tema de la semana a través de lecturas y actividades. Esperamos que le motiven y despierten su curiosidad por saber más.
Tales de Mileto (685 – 546 a.C.) ‟Todo está formado por agua”.
Los filósofos de la naturaleza se hacían preguntas como éstas:
¿Por qué las plantas nacen y crecen sobre la tierra?
¿Por qué los peces viven en el agua?
¿Cuál es el origen de todo lo que existe?
Anaxímenes (570 – 500 a.C.) ‟Todo está formado por aire”.
Estos filósofos eran Tales de Mileto, Anaxímenes, Heráclito y Parménides. Por ejemplo, Tales de Mileto pensaba que todas las cosas procedían del agua.
El mundo de la química
El mundo de la química Explica la teoría, haciendo énfasis en las ideas más importantes de los temas. Además, presenta ejemplos y ejercicios que le ayudarán a comprender el tema.
Lea los recuadros que aparecen en la columna izquierda o derecha de la página porque contienen explicaciones que amplían el contenido.
Cántabro: e romano qu pueblo prer abria, nt Ca en ba habita parte de actualmente España.
1. Ciencia
Todo tiene una razón de ser
Antes de que aparecieran los filósofos de la naturaleza, las personas explicaban los fenómenos naturales por medio de mitos, es decir, relatos que interpretaban el universo y la realidad de forma mágica. Los antiguos cántabros creían que la lluvia era producida por “los nuberos”, seres capaces de crear nubes y desde ellas controlar los rayos, el granizo y las tormentas. Hoy día conocemos el ciclo del agua y sabemos que la lluvia no ocurre por esas razones. Pero… ¿cómo llegamos a tener ese conocimiento?
Química I
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Ejercicio 1 A.
Lea los textos relacionados con los terremotos. 1. Los terremotos se producen cuando se libera la presión almacenada entre las secciones de roca de la corteza, causando temblores sobre la superficie terrestre.
Ejercicios ¿Cómo averiguar si está aprendiendo bien el contenido de la semana? ¡Muy fácil! Después de la explicación y los ejemplos encontrará ejercicios como el que vemos acá. Los irá resolviendo en la clase radial con la ayuda de sus profesores locutores. Practicar lo aprendido le ayuda a reforzar los contenidos y a corregir sus errores.
Tomado de Enciclopedia Encarta 2000
2. En la antigüedad, el pueblo hindú creía que la Tierra estaba sostenida por cuatro elefantes posados sobre una tortuga. La tortuga se balanceaba encima de una cobra. Cuando alguno de estos animales se movía, la Tierra temblaba. B.
Tomado de http://migeo.blogspot.com/
Responda a las preguntas.
1.
¿Qué texto explica los terremotos con un relato mítico? ¿1 o 2?
2.
¿Qué texto explica los terremotos con un relato científico? ¿1 o 2?
Resumen
Resumen
Esta semana presentamos el resumen en un mapa conceptual. Un mapa conceptual es una herramienta que sirve para organizar y representar ideas. Se lee de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.
La ciencia se clasifica en:
es:
un conjunto de conocimientos que se obtienen aplicando:
el método científico
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IGER − Tacaná
ciencias puras
ciencias aplicadas
por ejemplo:
por ejemplo:
matemática
agronomía
química
medicina
El resumen de la semana se presenta a través de mapas conceptuales. Los mapas conceptuales son una estrategia de aprendizaje en la que se organizan los conceptos de manera ordenada, para facilitar su comprensión y asimilación. Usted puede enriquecer estos mapas agregando ejemplos o ilustraciones que le ayuden a recordar lo que ha estudiado.
Sabía que... Sabía que... Para estar en forma, es necesario incorporar a nuestra vida hábitos saludables como: una alimentación sana, la práctica de algún deporte y evitar el tabaco y el alcohol. Cuidémonos, la vida es un regalo.
En algunas semanas encontrará una sección que se llama “Sabía que…”. Allí podrá leer datos interesantes y curiosidades sobre algún aspecto de la semana. Esta información ampliará sus conocimientos.
Investigue en la red... Investigue en la red…
Si quiere conocer más acerca del tema de la semana, le sugerimos que visite estos sitios de Internet:
Internet es un recurso que no puede quedar fuera de los estudios. Investigar en Internet es tan simple como poner una palabra en el buscador.
www.wikipedia.org/wiki/Química
En esta sección le proponemos algunas direcciones de Internet en las que puede ampliar algunos temas.
www.es.wikipedia.org/wiki/Temperatura
www.wikipedia.org/wiki/Alquimia www.100ciaquimica.net/
www.newton.cnice.me.es/4eso/calor/calor-indice.htm
Algunas recomendaciones: •
• • •
Tenga cuidado de seleccionar la información correcta. ¿Cómo saber si la información es válida? Prefiera aquella que proviene de instituciones conocidas: universidades, ministerios de educación, organizaciones mundiales (unicef, oms, ops, etc.) Evite solo copiar y pegar información de Internet. Lea e interprete el texto con sus palabras. Cite siempre la fuente que consulta. Procure visitar internet, al menos, una vez por semana.
Química I
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Autocontrol Un buen deportista entrena constantemente para tener un mejor rendimiento… De la misma manera, un buen estudiante se “ejercita” constantemente para “comprobar” su aprendizaje. Esto se consigue resolviendo el autocontrol. La palabra “autocontrol” tiene dos partes: Auto que quiere decir “uno mismo o una misma”. Control significa “comprobación” o “verificación” de algo realizado.
Autocontrol Las actividades del autocontrol le ayudarán a evaluar si domina el tema y si ha conseguido los logros de aprendizaje que se proponían al inicio.
Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro de la respuesta correcta a cada pregunta. Fíjese en el ejemplo. 1. ¿Cómo se llaman los relatos mágicos con los que se explicaban los fenómenos naturales en la antigüedad? 2. De las siguientes personas, ¿quién trabaja en el campo de las ciencias aplicadas?
Actividad 2.
mitos teorías hipótesis un filósofo una veterinaria una matemática
Reconozca la explicación científica
A. Lea los textos 1 y 2. 1. Según la mitología escandinava, cuando el dios Tor está enojado agita su martillo y se producen rayos y truenos, y provoca que la lluvia se precipite a la tierra. 2. La lluvia es un fenómeno natural que ocurre cuando el agua contenida en las nubes se precipita sobre la tierra. B. Responda a las preguntas. 1. ¿Cuál de los dos textos ofrece una explicación científica? ¿El 1 o el 2? 2. ¿Cuál es la explicación científica de la lluvia? Explíquelo con sus palabras.
Actividad 3.
Memorice, escriba y ordene
Escriba en orden el nombre de los cinco pasos del método científico. 1. 2. 3.
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IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia! Esta sección le invita a realizar pequeños experimentos. A través de ellos, podrá seguir y experimentar el método científico y disfrutar lo interesante que puede ser la investigación.
¡A la ciencia por la experiencia! Un buen científico es un buen observador Esta semana practicaremos el primer paso del método científico: la observación.
¿Qué necesita?
Una
candela. No importa el tamaño, ni el color.
Fósforos o un encendedor para encender la candela.
Su libreta de campo. Lápiz o lapicero. Crayones o marcadores. (Opcional)
¿Qué debe hacer? 1. Coloque la candela frente a usted. 2. Examínela con detenimiento y anote en su libreta de campo, cinco características (forma, color, olor, textura…). Dibuje lo que observa.
4. Examínela por cinco minutos y escriba cinco características más. 5. Describa qué cambios ha sufrido la candela después de los cinco minutos. Realice dibujos de sus observaciones.
3. Encienda la candela.
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Libreta de campo La libreta de campo es una herramienta esencial del trabajo científico. Consiste en un cuaderno en el que debe anotar y dibujar, con el mayor detalle posible, cada una de las observaciones y resultados de la experimentación. Observe cómo trabajan la libreta de campo Emilia y Óscar.
Emilia y Óscar se reúnen para hacer el experimento de “¡A la ciencia por la experiencia!” de la semana 1.
Les piden que describan las propiedades físicas de una candela. Ellos hacen distintas observaciones: tamaño, color, olor, textura, forma, etc. Mientras Óscar mide la candela… …Emilia anota y dibuja cada detalle en la libreta de campo. Las descripciones que hace son minuciosas y claras. Cualquier persona al leer su libreta, podría seguir paso a paso el procedimiento y los descubrimientos realizados durante la práctica.
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IGER − Tacaná
Las claves para tener una buena libreta de campo son: • Descripciones detalladas de los procedimientos y observaciones realizadas. • Dibujos que ilustren cada observación. Además, a las anotaciones que se hacen en la libreta de campo, se les pueden agregar recortes, fotografías o cualquier otro elemento que ayude a ilustrar las prácticas y ampliar la información.
Química I
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¡Abra la puerta a la clase radial! A través de la clase radial, la profesora y el profesor locutor llegan a su casa para explicar cada tema, dar nuevos ejemplos y ayudarle a resolver ejercicios.
¡E sté pend ie de la clase nte radial!
Durante la clase radial, es frecuente que los profesores locutores le pidan que realice actividades como subrayar, desplazarse sobre la hoja en distintas direcciones y completar mapas conceptuales. Fíjese.
La palabra ciencia deriva del verbo latino ‟scire”, que significa conocer. En la actualidad, el término ciencia se usa para referirse al conjunto de conocimientos ordenados que permiten explicar y comprobar los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Dichos conocimientos se obtienen mediante la observación y la experiencia.
izquierda
• Desplazarse sobre la hoja en distintas direcciones: para eso debe saber orientarse bien. Fíjese.
• Subrayar: la técnica del subrayado consiste en identificar las ideas más importantes de un texto, trazando una línea debajo de ellas.
derecha
Actividad 3. Ordene sus ideas y esquematícelas Complete el mapa conceptual con lo estudiado en la semana.
La química es:
una ciencia que estudia:
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se divide en:
estudia:
estudia:
materia
materia
IGER − Tacaná
estudia:
se divide en:
análisis
análisis
cuantifica:
identifica:
• Completar un mapa conceptual: significa que debe escribir en el espacio en blanco la palabra que los locutores le indiquen.
Evaluación final de la semana Estudiar y seguir una rutina cuesta tiempo y exige esfuerzo. Poco a poco irá viendo los frutos de su aprendizaje. ¡Mucho ánimo! En la última página encontrará este cuadro que le ayudará a verificar, luego de estudiar a profundidad, si alcanzó los logros propuestos para la semana.
Revise su aprendizaje
Haremos una práctica. Evaluaremos esta semana ¿Le parece? ¿Recuerda cuáles eran los logros de esta semana? Revise si los alcanzó. Tómese su tiempo para responder, es su aprendizaje.
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
La orientación inicial me permitió familiarizarme con la forma del libro.
Después de estudiar...
Conozco las secciones del libro y cómo aprovecharlas. Comprendo qué son los logros y cómo evaluarlos al final de la semana. Comprendo qué es una libreta de campo y cómo utilizarla. Estoy motivado(a) a realizar los experimentos de cada semana y registrar los resultados en mi libreta de campo. Sé qué es el autocontrol y para qué sirve. Estoy motivado(a) a estudiar y aprovechar cada sección del libro.
Le recomendamos leer cada aspecto a evaluar y responder con sinceridad. Si no ha alcanzado algún logro, repase de nuevo e intente descubrir cuál es la dificultad; a continuación, anote sus dudas. Pida ayuda a su orientadora u orientador voluntario. Revisen juntos la evaluación de su proceso de aprendizaje. Así disfrutará de sus logros y caerá en la cuenta de sus dificultades.
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Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
Notas Al final de cada semana hay un espacio de notas para que usted escriba sus comentarios, inquietudes y dudas para compartirlas en el círculo de estudio.
o?
ar mejor su estudi
¿Cómo aprovech
gerimos que: Para estudiar le su importante que ena iluminación. Es bu n co y o od m r có • Busque un luga nes. o y de las distraccio id ru se aleje del iplina son constancia y la disc La . ar di tu es y jar para traba • Elija un horario ñeras de estudio. s. sus mejores compa antes de resolverlo nes de los ejercicios cio uc str in las n • Lea con atenció o con ientador voluntario or su s, ro ñe pa m das con sus co • Consulte sus du an ayudarle. munidad que pued co su de as on rs otras pe los ejercicios, los tema estudiado, el n co o di tu es de compa• Asista al círculo compartir con sus de os se de s ho uc eltos y m autocontroles resu s. ñeras y compañero nas! ¡A estudiar con ga
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IGER − Tacaná
1
La ciencia y el método científico
Química I − Semana 1
13
Los logros que conseguirá esta semana son: Explicar con sus palabras el concepto de ciencia y cómo se clasifica. Identificar y explicar en qué consiste cada paso del método científico. Reconocer los pasos del método científico en casos prácticos. Practicar la observación con el experimento propuesto. Presentar un informe de las observaciones en la libreta de campo.
¿Qué encontrará esta semana?
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¡Para comenzar!
• Los filósofos de la naturaleza
El mundo de la química
• Ciencia • Definición de ciencia • El método científico
¡A la ciencia por la experiencia!
• Un buen científico es un buen observador
IGER − Tacaná
¡Para comenzar!
Los pioneros del pensamiento científico Iniciemos la primera semana con un pequeño ejercicio de lectura. Conoceremos a los filósofos de la naturaleza, un grupo de pensadores griegos que, siglos antes de nuestra era, dieron los primeros pasos en el camino de la ciencia.
Los filósofos de la naturaleza Pioneros1 del pensamiento científico Los primeros filósofos de Grecia también se conocen como “filósofos de la naturaleza”. Este grupo de pensadores se interesaba por buscar explicaciones a los procesos naturales que observaban en el entorno. Los filósofos de la naturaleza se hacían preguntas como éstas:
Tales de Mileto (685 – 546 a.C.) ‟Todo está formado por agua”.
¿Por qué las plantas nacen y crecen sobre la tierra? ¿Por qué los peces viven en el agua? ¿Cuál es el origen de todo lo que existe? Estos filósofos eran Tales de Mileto, Anaxímenes, Heráclito y Parménides. Por ejemplo, Tales de Mileto pensaba que todas las cosas procedían del agua. Es probable que observara cómo el agua se puede convertir en hielo, en vapor de agua y no deja de ser agua. Anaxímenes pensaba que la materia estaba formada por aire. Pensaba que el agua era aire condensado, pues cuando llueve, pareciera que el agua surge del aire de las nubes. Esta forma de observar, hacer preguntas y buscar respuestas abrió el camino para el estudio científico y el desarrollo de las ciencias naturales que conocemos hoy día.
Anaxímenes (570 – 500 a.C.) ‟Todo está formado por aire”.
Le sugerimos que lea y aprenda más sobre los filósofos de la naturaleza, en la 2ª semana del libro de filosofía del grupo Polochic. Descubrirá cómo sus inquietudes filosóficas se relacionan con las ciencias.
1 Pioneros:
personas que dan los primeros pasos en alguna actividad humana. Química I − Semana 1
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Responda a las preguntas. 1. 2.
Según su criterio, ¿qué palabra define mejor a los filósofos de la naturaleza? Rellene el cuadro del término que se ajuste mejor a sus ideas. Curiosos
Presumidos
Fanfarrones
Repase las tres preguntas de la lectura. ¿Conoce usted la respuesta a alguna de las preguntas que, según el texto, se hacían los filósofos de la naturaleza? Escríbala.
3.
¿Está seguro o segura de que su respuesta anterior es correcta? ¿Por qué? Escriba sus razones.
Anímese a escribir con sus palabras una definición de ciencia. No consulte ninguna fuente, hágalo utilizando lo que sabe sobre el tema. Exprésese con libertad.
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IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Ciencia
Todo tiene una razón de ser
Antes de que aparecieran los filósofos de la naturaleza, las personas explicaban los fenómenos naturales por medio de mitos, es decir, relatos que interpretaban el universo y la realidad de forma mágica. Los antiguos cántabros creían que la lluvia era producida por “los nuberos”, seres capaces de crear nubes y desde ellas controlar los rayos, el granizo y las tormentas.
Cántabro: Pueblo prerromano que habitaba en Cantabria, actualmente parte de España.
Hoy día conocemos el ciclo del agua y sabemos que la lluvia no ocurre por esas razones. Pero… ¿cómo llegamos a tener ese conocimiento? A lo largo de la historia, muchas personas comenzaron a plantearse que los fenómenos naturales tenían una explicación, que no sucedían por los deseos o caprichos de seres sobrenaturales. Así inició el camino hacia la ciencia: a base de preguntas y con la búsqueda de respuestas racionales.
Ejercicio 1 A.
Lea los textos relacionados con los terremotos. 1. Los terremotos se producen cuando se libera la presión almacenada entre las secciones de roca de la corteza, causando temblores sobre la superficie terrestre. Tomado de Enciclopedia Encarta 2000
B.
2. En la antigüedad, el pueblo hindú creía que la Tierra estaba sostenida por cuatro elefantes posados sobre una tortuga. La tortuga se balanceaba encima de una cobra. Cuando alguno de estos animales se movía, la Tierra temblaba.
Tomado de http://migeo.blogspot.com/
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué texto explica los terremotos con un relato mítico? ¿1 o 2?
2.
¿Qué texto explica los terremotos con un relato científico? ¿1 o 2?
3.
¿Qué diferencia hay entre las explicaciones míticas y las explicaciones científicas?
Química I − Semana 1
17
2. Definición de ciencia La palabra ciencia deriva del verbo latino ‟scire”, que significa conocer. En la actualidad, el término ciencia se usa para referirse al conjunto de conocimientos ordenados que permiten explicar y comprobar los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Dichos conocimientos se obtienen mediante la observación y la experiencia. Con el tiempo, la ciencia se ha diversificado. Para estudiarla, se clasifica en dos categorías: Las ciencias se clasifican en: a.
a. Ciencias puras: las que tienen por objeto el conocimiento de los fenómenos naturales por sí mismos, sin tener en cuenta su utilidad o aplicación. Algunas de estas ciencias son la biología, la química y la matemática. b. Ciencias aplicadas: las que tienen aplicación directa para el ser humano. Por ejemplo, la medicina y la agricultura.
b.
3. El método científico
Paso a paso y en orden
El método de la ciencia se llama método científico y consiste en una serie de pasos ordenados que es necesario seguir para desarrollar una investigación científica. Este método no es el único que se utiliza en ciencias, pero es el más común. Lo utilizaremos en los experimentos que se proponen al final de cada semana.2
3.1 Pasos del método científico El método científico se desarrolla en cinco pasos: 1. Observación: Todo buen científico es un buen observador. La observación consiste en mirar, escuchar, tocar, oler y saborear; es decir, aplicar nuestros sentidos para conocer las características de un hecho o un objeto y describirlo detalladamente.
2 Para saber más del método científico y conocer otros métodos de investigación, puede consul-
tar los libros de Técnicas de investigación y Seminario del grupo Tacaná del 2º semestre.
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IGER − Tacaná
Durante la observación, también nos hacemos preguntas sobre lo que queremos averiguar. Este paso es fundamental para el proceso de investigación. Marta observa con preocupación que sus plantas se están marchitando y quiere averiguar por qué.
2. Hipótesis: La o las hipótesis son explicaciones o respuestas posibles que damos a las preguntas que realizamos durante la observación. Después de realizar varias observaciones, Marta plantea su hipótesis: “Las plantas se están marchitando porque necesitan luz solar”.
3. Experimentación: La experimentación es un ejercicio en el que utilizamos nuestro ingenio y realizamos pruebas para comprobar nuestras hipótesis. Para verificar su hipótesis, Marta decide experimentar colocando una de las plantas cerca de una ventana para que reciba sol. Después de una semana, se da cuenta de que la planta está recobrando su color, mientras que las otras siguen marchitándose.
4. Conclusión: Esta etapa del método científico trata de interpretar los resultados de la experimentación para explicar el fenómeno que investigamos. Marta compara sus resultados con la información que encuentra en libros e Internet, y por fin llega a la conclusión: “Las plantas necesitan luz solar para mantenerse sanas”.
5.
Teoría o Ley: La teoría o ley es el último paso del método científico. Se logra después de que nuestras hipótesis se comprueben por varios científicos y se acepten como explicaciones verdaderas del fenómeno estudiado. En nuestro ejemplo, muchos científicos han estudiado el proceso de la fotosíntesis y han comprobado que las plantas necesitan luz solar para vivir.
Química I − Semana 1
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Ejercicio 2 La viruela3 era una enfermedad mortal hasta que en el siglo XVIII el científico británico Edward Jenner descubrió la vacuna para prevenirla. Lea los pasos del método científico que Jenner siguió para lograr ese descubrimiento e identifique cada uno de ellos. Escriba el nombre sobre la línea. Le ayudamos con el ejemplo. 1.
Jenner observó que los pacientes que estaban en contacto con vacas infectadas con el virus de la viruela no se contagiaban con la enfermedad. Él se preguntó por qué.
2.
Una posible explicación, según Jenner, era: “El virus que produce la viruela vacuna4 inmuniza a los pacientes contra la viruela que afecta al humano”.
3.
En su laboratorio experimentó inyectando virus debilitados de “la viruela vacuna” en niños sanos.
4.
Cuando pasaron los días y los niños inyectados no contrajeron viruela, Jenner concluyó: “Inyectar virus debilitados de la viruela vacuna en personas sanas, las inmuniza contra la enfermedad”.
5.
Distintos científicos comprobaron la validez de las conclusiones de Jenner y aceptaron el uso de la vacuna para prevenir la viruela.
observación
Podemos usar el método científico para resolver problemas cotidianos de cocina, limpieza y siembra. 3 Viruela: 4 Viruela
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enfermedad infecciosa caracterizada por una erupción de pústulas que, al desaparecer, dejan hoyos en la piel. vacuna: viruela que ataca a las vacas provocando erupciones pustulosas en las ubres.
IGER − Tacaná
Resumen Una forma de resumir las ideas principales de un tema es mediante un mapa conceptual. Se lee de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha. Aprenda a leerlo porque pronto usted construirá uno.
La ciencia se clasifica en:
es:
ciencias puras
ciencias aplicadas
por ejemplo:
por ejemplo:
un conjunto de conocimientos que se obtienen aplicando:
el método científico
matemática
agronomía
química
medicina
que se desarrolla en cinco pasos:
observación hipótesis
experimentación
conclusión
teoría o ley
Química I − Semana 1
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Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro de la respuesta correcta a cada pregunta. Fíjese en el ejemplo. 0.
1.
¿Cómo se llaman los relatos mágicos con los que se explicaban los fenómenos naturales en la antigüedad?
mitos
De las siguientes personas, ¿quién trabaja en el campo de las ciencias aplicadas?
un filósofo
teorías hipótesis
una veterinaria una matemática
2.
3.
4.
5.
22
Manuel trabaja en un laboratorio de análisis químico. ¿A qué tipo de ciencia pertenece el trabajo que realiza Manuel?
pura
Isabel observó que la mayoría de las mariposas blancas vuelan de noche. ¿Qué paso del método científico aplicó Isabel?
hipótesis
Si usted pone a calentar una olla con agua pura y otra con agua con sal para ver cual de las dos hierve más rápido, ¿qué paso del método científico aplica?
teoría
Después de experimentar, Amanda deduce que las cáscaras podridas de fruta son un buen abono. ¿Qué paso del método científico aplicó Amanda?
ley
IGER − Tacaná
mixta aplicada
observación experimentación
hipótesis experimentación
teoría conclusión
Actividad 2. A.
B.
Reconozca la explicación científica
Lea los textos 1 y 2. 1.
Según la mitología escandinava, cuando el dios Tor está enojado agita su martillo y se producen rayos y truenos, y provoca que la lluvia se precipite a la tierra.
2.
La lluvia es un fenómeno natural que ocurre cuando el agua contenida en las nubes se precipita sobre la tierra.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de los dos textos ofrece una explicación científica? ¿El 1 o el 2?
2.
¿Cuál es la explicación científica de la lluvia? Explíquelo con sus palabras.
3.
Según su criterio, ¿cuál es la diferencia entre una y otra explicación?
Actividad 3.
Memorice, escriba y ordene
Escriba en orden el nombre de los cinco pasos del método científico.
1.
2.
3.
4.
5. Química I − Semana 1
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Actividad 4. A.
Identifique las etapas del método científico en un caso práctico
Lea el siguiente caso. Luego, responda a las preguntas.
¿Dónde crece más rápido? José siente curiosidad por saber si la semilla de frijol crece más rápido en clima frío o en clima templado. Él piensa que crece más rápido en clima templado. Para comprobarlo, consiguió 10 semillas de frijol y dos frascos de vidrio que identificó con las letras A y B. En cada frasco colocó 5 semillas sobre un algodón húmedo. Colocó el frasco A en la refrigeradora a una temperatura cercana a los 0 °C y dejó el frasco B, sobre una mesa cerca de una ventana, a una temperatura aproximada de 25 °C. Después de una semana, observó que las semillas del frasco A no habían germinado mientras que las que las semillas del frasco B ya tenían algunos brotes. 1.
¿Qué quiere averiguar José?
2.
¿Cuál es la hipótesis de José?
3.
¿Qué hizo José para comprobar su hipótesis?
4.
¿Qué resultados obtuvo?
5.
¿Los resultados confirman la hipótesis de José? ¿Sí o No?
6.
Escriba una conclusión para la experiencia de José. Le ayudamos con el inicio.
“Los frijoles crecen más rápido en...
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IGER − Tacaná
Actividad 5. A.
Construya conceptos propios
Según lo que estudió esta semana, escriba con sus palabras una definición de ciencia.
B.
Compare la definición anterior con la que escribió al inicio de la semana. (Vea la página 16.)
C. Reflexione: ¿Es distinto su concepto actual de ciencia? ¿Sí o no? ¿Qué similitudes y qué diferencias encuentra entre una y otra definición?
Fíjese, las diferencias o mejoras en su definición forman parte de los avances en su aprendizaje.
Actividad 6.
Busque y analice información
A.
Busque dos artículos que hablen de ciencia. Por ejemplo, reportajes de medicina, medio ambiente, descubrimientos científicos o cuidados de la salud. Recórtelos y péguelos en su libreta de campo.
B.
Léalos y seleccione el que más llame su atención e identifique alguna de las etapas del método científico que se mencione. Presente y comparta su trabajo en el círculo de estudio.
Le proponemos un ejemplo en la página siguiente.
Química I − Semana 1
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Actividad 6 En el artículo que seleccioné encontré dos etapas: observación y experimentación.
experimentación observación
experimentación
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IGER − Tacaná
experimentaci
ón
¡A la ciencia por la experiencia!
Un buen científico es un buen observador Esta semana practicaremos el primer paso del método científico: La observación. La acción de observar implica mirar, oler, escuchar, tocar y saborear. Esta actividad puede realizarla de manera individual o en grupo. Póngase de acuerdo con sus compañeros y compañeras de clase y su orientadora u orientador voluntario.
¿Qué necesita? candela, no importa el tamaño, ni el color fósforos o un encendedor para encender la candela libreta de campo lápiz o lapicero crayones o marcadores, opcional
¿Qué debe hacer? 1. Coloque la candela frente a usted. 2. Examínela con detenimiento y anote en su libreta de campo, cinco características (forma, color, olor, textura…). Dibuje lo que observa.
4. Examínela por cinco minutos y escriba cinco características más. 5. Describa qué cambios ha sufrido la candela después de los cinco minutos. Realice dibujos de sus observaciones.
3. Encienda la candela.
Comparta sus observaciones en el círculo de estudio. Muestre su libreta de campo a los demás compañeros o haga un cartel en el que cuente cómo realizó la actividad. Si puede, agregue ilustraciones y colores atractivos.
Química I − Semana 1
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Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Explico con mis palabras el concepto de ciencia y cómo se clasifica. Identifico y explico en qué consiste cada paso del método científico. Reconozco los pasos del método científico en casos prácticos. Practico la observación con el experimento propuesto. Presento un informe de las observaciones en la libreta de campo.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
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IGER − Tacaná
2
Química
Química I − Semana 2
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Los logros que conseguirá esta semana son: Redactar un concepto de química utilizando sus palabras. Reconocer las divisiones de la química y sus aplicaciones. Reconocer la intervención de la química en las actividades cotidianas. Esquematizar y ordenar los contenidos de la semana. Redactar un relato fantástico relacionando los contenidos de la semana.
¿Qué encontrará esta semana?
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¡Para comenzar!
• En busca de la piedra filosofal
El mundo de la química
• De la alquimia a la química • Definición de química • Las divisiones de la química • La química y otras ciencias • La química en el cuerpo humano
¡A la ciencia por la experiencia!
• Experimentar con un producto cotidiano
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Esta semana entraremos de lleno a la materia de nuestro curso, la química. Lea el texto para empezar a conocer sus orígenes.
En busca de la piedra filosofal oro (sol)
bismuto
cobre
plomo
plata (luna)
agua
azufre
estaño
hierro
cal viva
carbón
niquel
Alquimista: persona que se dedicaba a la práctica de la Alquimia. cinc
aire
cobalto antimonio
mercurio
platino
fuego
arsénico
óxido de hierro
¿Había visto estos símbolos antes? Son los símbolos que utilizaban los alquimistas para identificar a los distintos elementos y compuestos con los que trabajaban.
Alquimia: antiguo estudio de la materia que buscaba transformar los metales en oro.
Los alquimistas buscaban la piedra filosofal, una sustancia con propiedades extraordinarias que, según viejas creencias, permitiría convertir cualquier metal en oro y proporcionaría la vida eterna. La elaboración de la piedra era un proceso largo y misterioso que duraba alrededor de veinte años. Todo iniciaba con un período de preparación, en el que los alquimistas practicaban la meditación y el ayuno. Luego, iban a trabajar a laboratorios ocultos, donde encendían una llama de fuego para calentar azufre y mercurio, las materias primas de la piedra, durante años. Por supuesto, los alquimistas nunca lograron fabricar la tan anhelada piedra filosofal, pero durante el proceso crearon procedimientos químicos que aún se practican en la actualidad. Uno de ellos es el baño María, que debe su nombre a la alquimista María la Judía. El trabajo de los alquimistas era fascinante. Siempre estaban rodeados de sustancias que despedían humos, colores y olores fantásticos. Sabían mucho sobre filosofía, naturaleza y astronomía. Su trabajo permitió el desarrollo de la química porque investigaron y experimentaron con muchas sustancias.
Química I − Semana 2
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Responda a las preguntas. 1.
Según los alquimistas, ¿para qué servía la piedra filosofal?
2.
¿Qué ciencia derivó de la antigua práctica de la alquimia?
3.
El baño María es un procedimiento que permite calentar sustancias de manera lenta. Se usa en la cocina para generar el vacío con el que se sellan las conservas y en la industria para eliminar microbios. ¿Ha utilizado el ‟baño María”? ¿Sí o no? ¿Para que lo ha usado? Explíquelo.
4.
Copie los símbolos que utilizaban los alquimistas para representar los elementos del listado e investigue cómo se representan actualmente. Puede ayudarse con el contenido de la semana 13. Tiene un ejemplo.
1. oro
2.
3.
5.
Observe la tabla de los símbolos que utilizaban los alquimistas. ¿El agua, el aire y el fuego se consideran actualmente elementos químicos? Para responder, puede consultar la tabla periódica de la semana 13.
Au
4. cinc
cobre
5. plomo
mercurio
6. hierro
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Aprenda más de la química con el contenido de la semana. ¡Adelante!
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. De la alquimia a la química La práctica de la alquimia finalizó aproximadamente en el siglo XVI, cuando un grupo de alquimistas abandonó la búsqueda de la piedra filosofal y se dedicó a estudiar los cambios que ocurrían en los materiales que trabajaban. Poco a poco, estos emprendedores fueron perfeccionando sus técnicas y aplicaron el método científico a los fenómenos que estudiaban. Sus prácticas abrieron el camino de la química como ciencia. Entre los precursores más destacados de la química moderna se encuentran los científicos:
Robert Boyle (1627 - 1691) Científico británico
Robert Boyle, siglo XVII (1627 – 1691), científico británico que comenzó a utilizar los pasos del método científico en sus investigaciones. Antoine de Lavoisier, siglo XVIII (1743 – 1794), científico francés, al que se considera el padre de la química moderna, por su dedicación a dar exactitud a las mediciones y procedimientos que se usan en esta ciencia. Antoine de Lavoisier (1743 - 1794) Científico francés
2. Definición de química La ciencia de la materia
En la actualidad, la química se define como la ciencia que estudia la estructura y las transformaciones de la materia y su trabajo consiste en dos actividades: 1. Investigación 2. Aplicación 1. Investigación La química como ciencia usa el método científico para averiguar de qué está formado todo lo que nos rodea, por qué se transforma y qué provoca esa transformación. Para comenzar una investigación, las y los científicos se hacen preguntas sobre los fenómenos que observan. Por ejemplo, un químico que investiga un hecho tan común como hervir el agua, se hace preguntas como estas: ¿de qué está formada el agua?, ¿por qué se calienta?, ¿por qué se evapora cuando llega a cierta temperatura?… etc.
Química I − Semana 2
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2. Aplicación La química busca mejorar la calidad de vida de los seres humanos. Le interesan las transformaciones de la materia porque de ellas se pueden obtener beneficios para la humanidad. Después de investigar sobre la ebullición del agua, los químicos se preguntan sobre los beneficios que ese fenómeno puede aportar a la humanidad. ¿Para qué sirve? ¿Qué beneficio se puede obtener?
Ejercicio 1 Elabore una línea del tiempo. Imagine que usted está investigando dos sustancias: jugo de limón y sal. Formule cinco preguntas que le ayuden a la investigación y aplicación. Le ayudamos con una de las preguntas. A. 1.
¿De qué está hecho el jugo de limón?
2. 3. 4. 5.
B. 1. 2. 3. 4. 5.
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IGER − Tacaná
¿Por qué la sal es salada?
3. Las divisiones de la química
Dime qué materia estudias y te diré qué química eres Hoy día, el trabajo de la química se ha diversificado. Las personas dedicadas a esta ciencia se han ido especializando en distintos campos. Esta diversidad ha provocado la división de la química en ramas. Las tres principales son: Química inorgánica: estudia la materia inorgánica, la materia sin vida. En química se llama materia inorgánica a los minerales y a otros elementos de la naturaleza, distintos al carbono. La química inorgánica estudia, por ejemplo: Los gases, como el vapor de sodio, que se utiliza en las bombillas ahorradoras de energía.
La química inorgánica estudia gases como el vapor de sodio.
Desarrollo de métodos para extraer minerales de los yacimientos. Química orgánica: es la rama de la química que estudia los compuestos del carbono, el principal componente de los seres vivos.
R
La química orgánica estudia, por ejemplo: Fabricación de plásticos. Fabricación de fibras textiles artificiales para la confección de ropa.
La química orgánica interviene en la fabricación de fármacos.
Fabricación de fármacos, como la aspirina y otras medicinas. Química analítica: es la rama de la química que estudia la composición de un material. A la vez, se divide en dos áreas principales: el análisis cualitativo que identifica los componentes de una sustancia y el análisis cuantitativo que indica las cantidades relativas de dichos componentes. Algunos ejemplos del trabajo de la química analítica son: Conocer la cantidad de contaminantes en el lago de Amatitlán e identificarlos. Supervisar que el agua entubada tenga la cantidad de cloro permitida para el consumo humano y que no contenga otras sustancias tóxicas o dañinas para la salud.
La química analítica se aplica en el análisis de agua u otros líquidos.
Química I − Semana 2
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4. La química y otras ciencias Trabajo en equipo
El campo de la química es muy amplio. Por eso algunos científicos dicen que es la ciencia de todo lo existente. La química se relaciona con otras ciencias como la biología, física, matemática, ecología, medicina, psicología... Así nacen especializaciones como la bioquímica, físicoquímica, química ambiental, química industrial, química biológica, química farmacéutica, química de la conducta, etc. Vea el esquema:
biología
forman:
la bioquímica que estudia los procesos que permiten la vida.
forman:
la química ambiental que estudia las formas de evitar el deterioro ambiental.
forman:
la química de la conducta que estudia los procesos químicos que ocurren en el cerebro y que influyen en el comportamiento.
la
La química y
la
ecología
la
psicología
Ejercicio 2 Escriba el nombre de la rama de la química que se dedica a las actividades que se exponen en la columna izquierda. Tiene un ejemplo. 0.
Mejorar los métodos de extracción de plata de los yacimientos.
1.
Análisis de la cantidad de plomo en el aire de la ciudad de Guatemala.
2.
Estudio de los componentes de la batería de un carro.
3.
Fabricación de lana sintética.
4.
Determinación de la cantidad de vitamina ‟A” en el azúcar fortificado.
36
IGER − Tacaná
inorgánica
5. La química en el cuerpo humano Nuestro cuerpo, un gran laboratorio
Nuestro cuerpo es un gran laboratorio donde se producen a cada instante muchos fenómenos químicos. Cada parte del organismo está formada básicamente por cuatro sustancias químicas: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Además, contiene calcio, fósforo, potasio y sodio. El equilibrio entre todas estas sustancias hace que nos mantengamos con vida.
¡Esté pendiente de la clase radial!
En la imagen se presentan algunas partes del cuerpo humano y su composición química. Pelo: compuesto de una proteína que se llama queratina. Está formada de minerales como cinc, hierro, aluminio, calcio, cobre y plomo. Además, el pelo tiene agua, grasa y pigmentos que le dan color. Saliva: compuesta por minerales como potasio, cloro, sodio y bicarbonato. Estos químicos ayudan en el proceso de la digestión. Piel: formada por agua, proteínas, minerales y grasas. La piel es la primera barrera que nos protege de virus, bacterias y sustancias del ambiente. Uñas: al igual que el pelo, las uñas están formadas por queratina. Huesos: los huesos contienen calcio, flúor y cloro. La composición de los huesos los hace resistentes. Además, el 80% del cuerpo está formado por agua.
Sabía que... Para estar en forma, es necesario incorporar a nuestra vida hábitos saludables como una alimentación sana, la práctica de algún deporte y evitar el tabaco y el alcohol. Cuidémonos, la vida es un regalo. Química I − Semana 2
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Resumen Le presentamos un mapa conceptual con el contenido más importante de la semana. Recuerde, se lee de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.
La química es una:
ciencia que estudia:
se divide en:
la materia
Química inorgánica
Química orgánica
Química analítica
estudia:
estudia:
estudia:
materia inorgánica
materia orgánica
la composición de un material
se divide en:
análisis cuantitativo
análisis cualitativo
cuantifica:
identifica:
cantidad de sustancias
componentes de sustancias
Investigue en la red... Hasta aquí llega el contenido de la semana. Para conocer más sobre la química, le sugerimos visitar estos sitios de Internet: • www.wikipedia.org/wiki/Química • www.wikipedia.org/wiki/Alquimia • www.100ciaquimica.net/
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IGER − Tacaná
Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro que se relaciona con el concepto de la columna izquierda. Tiene un ejemplo. 0.
1.
Fórmula que buscaban los alquimistas para transformar cualquier metal en oro y obtener la inmortalidad.
oro
Ciencia que estudia la materia y sus transformaciones.
biología
alquimia piedra filosofal
química alquimia
2.
Científico considerado como el padre de la química moderna.
Aristóteles Robert Boyle Antoine de Lavoisier
3.
Rama de la química que se dedica a estudiar los compuestos de carbono.
analítica orgánica inorgánica
4.
5.
Rama de la química que se dedica a actividades como: ‟Determinar la cantidad de vitamina C en el jugo de vegetales”.
analítica
Actividad que interesa al campo de la química inorgánica.
estudio de los minerales
orgánica inorgánica
fabricación de medicamentos efectos del plomo en el organismo Química I − Semana 2
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Actividad 2. A.
Construya conceptos propios
Un campo semántico es un grupo de palabras con significados relacionados alrededor de un concepto. Lea las palabras del campo semántico del tema ‟química”. ciencia
materia
Química investigación B.
aplicación
Partiendo de un campo semántico, podemos construir una definición. Escriba con sus palabras una definición de química, apoyándose en las palabras del campo semántico anterior.
Actividad 3. Ordene sus ideas y esquematícelas Complete el mapa conceptual con lo estudiado en la semana.
La química es:
una ciencia que estudia:
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IGER − Tacaná
se divide en:
estudia:
estudia:
materia
materia
estudia:
se divide en:
análisis
análisis
cuantifica:
identifica:
Actividad 4.
Identifique las ramas de la química en casos prácticos
En una revista de ciencia se publicaron tres artículos relacionados con las ramas de la química. Lea los títulos e indique si el tema que tratan pertenece a la química inorgánica, orgánica o analítica. 1.
“Identificación de contaminantes en el agua potable de Villa Nueva”
2.
“Compuestos de carbono que contienen azufre”
3.
“¿Por qué se oxida el hierro?”
Actividad 5. Descubra la química a su alrededor Le invitamos a recorrer uno de los ambientes que se proponen y realice una lista de al menos tres productos químicos que encuentre. Puede realizar sus observaciones en:
la cocina
1. 2. 3.
el baño
1. 2. 3.
el patio
1. 2. 3.
Química I − Semana 2
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Actividad 6. Escriba una narración Imagine que usted es alquimista, trabaja en su laboratorio y quiere descubrir la piedra filosofal.
Piense… ¿Cómo sería ese laboratorio? ¿Qué sustancias emplearía? ¿Qué instrumentos usaría? ¿Cómo sería su vestimenta? ¿Qué colores, olores y sabores percibiría durante su trabajo? Escriba una narración que cuente su experiencia. Ayúdese respondiendo a las preguntas. Cuide su redacción y ortografía.
Comparta el relato con la familia del iger. Envíelo al correo electrónico
[email protected] Lo publicaremos en nuestra página de Internet. ¡Anímese!
42
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
Experimentar con un producto cotidiano Con este sencillo experimento podrá ver cómo se transforma la materia.
¿Qué necesita? 3 cucharadas de azúcar una olla o jarrilla pequeña con tapadera (la más pequeña que encuentre) una de las hornillas de su estufa libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Observe el azúcar. ¿Qué aspecto tiene? Descríbalo. 2. Coloque las tres cucharadas de azúcar dentro de la olla o jarrilla y tápela.
6. Con mucho cuidado, destape y observe la sustancia que se formó en el fondo y la que se formó en la tapadera. 7. Responda:
3. Encienda la hornilla de la estufa.
¿Qué aspecto tiene el azúcar?
4. Coloque la olla o la jarrilla sobre el fuego. (Esté pendiente para ver lo que sucede.)
¿Qué cambios tuvo? Descríbalo.
5. Retire cuando vea que sale humo del interior.
¿Qué se formó en la tapadera? Pruebe una de las gotitas de agua que están en la tapadera. ¿Qué sabor tiene? ¿Dulce, salado o no tiene sabor?
Escriba en su libreta de campo todas sus observaciones. Realice dibujos del procedimiento y de los resultados. No olvide compartir la experiencia en el círculo de estudio.
¿Qué fue lo que pasó? En el experimento, pudimos observar cómo el calor provocó que el azúcar se transformara en dos materiales totalmente distintos: carbón y agua. El carbón quedó depositado en el fondo del recipiente y el agua se condensó en la tapadera. La transformación de los materiales es un campo de estudio de la química.
Química I − Semana 2
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Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Redacto un concepto de química utilizando mis palabras. Reconozco las divisiones de la química y sus aplicaciones. Reconozco la intervención de la química en las actividades cotidianas. Esquematizo y ordeno los contenidos de la semana. Redacto un relato fantástico relacionando los contenidos de la semana.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
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IGER − Tacaná
3
La materia
Química I − Semana 3
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Los logros que conseguirá esta semana son: Redactar el concepto de materia utilizando sus palabras. Reconocer las propiedades generales y específicas de la materia en objetos del entorno. Reconocer y esquematizar propiedades físicas en objetos del entorno. Reconocer y esquematizar algunas propiedades físicas de elementos químicos. Investigar algunas propiedades físicas de elementos químicos. Experimentar con una propiedad general de la materia y escribir algunas conclusiones.
¿Qué encontrará esta semana? ¡Para comenzar!
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• Gracias a la vida Violeta Parra
El mundo de la química
• La materia • Propiedades de la materia
¡A la ciencia por la experiencia!
• Experimentar con una propiedad general de la materia
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Le invitamos a leer un fragmento de la canción “Gracias a la vida” de la autora chilena Violeta Parra.
Gracias a la vida Gracias a la vida que me ha dado tanto
Escuche la canción con música en la clase radial. Sintonícenos a tiempo.
me dio dos luceros que cuando los abro perfecto distingo lo negro del blanco y en el alto cielo su fondo estrellado y en las multitudes el hombre que yo amo.
Gracias a la vida que me ha dado tanto me ha dado el oído que en todo su ancho graba noche y día grillos y canarios martillos, turbinas, ladridos, chubascos, y la voz tan tierna de mi bien amado. […]
Como en la canción, preste atención a su entorno: vea, escuche, huela, sienta y piense, ¿por qué darle gracias a la vida?
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué sentidos menciona la autora en las estrofas de la canción?
2.
Vuelva a leer la segunda estrofa y escriba: ¿qué seres vivos y qué objetos se pueden percibir a través del oído?
Química I − Semana 3
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El mundo de la química
1. La materia
¡Todo lo que nos rodea!
Todo lo que existe a nuestro alrededor está formado por materia: los cuerpos grandes como el Sol y los cuerpos pequeños, como los gases del aire y las células, que solo pueden verse a través de un microscopio. La materia se define como todo aquello que tiene un peso y ocupa un lugar en el espacio. Microscopio: instrumento óptico para observar objetos muy pequeños.
La materia se manifiesta en forma de sustancias en la naturaleza. El agua, los metales, la sangre, la piel… todas son sustancias distintas. Para estudiarlas, la materia se divide en sustancias puras y mezclas. Conozcamos cómo se definen y en qué se diferencian.
1.1 Sustancias puras Hay más de 100 elementos químicos en la naturaleza.
Una sustancia pura es una forma de materia que tiene un solo componente y por lo tanto una estructura uniforme1 y cualidades que la identifican. Todos los elementos químicos y todos los compuestos son sustancias puras. Los elementos son sustancias puras que no se pueden separar en otras más sencillas. Por ejemplo: oxígeno, hidrógeno, hierro, carbono... Los compuestos son sustancias puras que sí se pueden separar en otras más sencillas (elementos). Por ejemplo: azúcar, sal, agua...
Estructura de la molécula de agua.
El agua es un compuesto con estructura uniforme. Siempre está formada por hidrógeno y oxígeno (dos elementos) en las mismas proporciones.
1.2 Mezclas Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias puras en la cual cada una conserva su identidad. Vea: La limonada es una mezcla formada por agua, azúcar y jugo de limón. Tiene tres sustancias combinadas, cada una con su composición y cualidades, que al unirse forman esta bebida. 1 Uniforme:
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IGER − Tacaná
con la misma forma y las mismas características.
Las mezclas, a su vez, se dividen en mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Mezclas homogéneas: Las mezclas homogéneas son aquellas en las que no se distinguen las sustancias que la componen. Todas sus partes son iguales y tienen las mismas propiedades. Por ejemplo: en la limonada no se distingue el agua del azúcar, ni del jugo de limón. Mezclas heterogéneas: Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sí se distinguen las sustancias que la forman.
Homo: prefijo que significa igual. Hetero: prefijo que significa distinto.
Si se mezcla agua con aceite, se distingue claramente una sustancia de la otra. La materia es todo aquello que tiene un peso y ocupa un lugar en el espacio. La materia se manifiesta en sustancias puras y mezclas.
Ejercicio 1 A.
Observe las ilustraciones. Hay un trozo de pastel y un vaso lleno con agua.
B.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de las dos ilustraciones representa un ejemplo de sustancia pura? ¿Por qué?
2.
¿Cuál de las dos ilustraciones representa un ejemplo de mezcla heterogénea? ¿Por qué?
3.
Escriba un ejemplo de sustancia pura y un ejemplo de mezcla.
Química I − Semana 3
49
2. Propiedades de la materia Cuando se habla de propiedades, se hace referencia a las características propias de alguien o de algo. Las propiedades de la materia se dividen en dos grandes grupos:
Propiedades generales
Propiedades específicas
2.1 Propiedades generales Las propiedades generales son comunes a todo tipo de materia. Estas son: masa, peso y volumen. a. Masa: es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La masa es una propiedad constante, permanece igual. Se puede determinar cuánta masa tiene un cuerpo usando distintas medidas, entre ellas el gramo y la libra. Una vaca que pesa 1000 libras, tiene más materia que un ratón que solo pesa media libra. Por lo tanto, la vaca tiene más masa.
La fuerza de gravedad en la Tierra es de 9.8 m/s2.
b. Peso: es la fuerza con la que la gravedad atrae a un cuerpo. Esta propiedad es proporcional a la masa. Cuanta más masa tiene un cuerpo, su peso es mayor. La vaca tiene más masa, por eso la fuerza de gravedad la atrae con más fuerza hacia la Tierra. Esta condición provoca que la vaca pese más que el ratón.
c. Volumen: es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Generalmente, se expresa en metros cúbicos (m3) y sus múltiplos y submúltiplos. El volumen no siempre es proporcional a la masa. Algunos objetos son muy pesados, y ocupan poco espacio.
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IGER − Tacaná
Como puede ver en la ilustración, la vaca ocupa más espacio que el ratón. La vaca tiene un volumen mayor.
¡Pierda peso en Marte! Algunos científicos tienen la idea de colonizar el planeta Marte. Allí la gravedad es de 3.7 m/s2, mientras que en la Tierra es de 9.8 m/s2. Esta condición hace que una persona que pesa 160 libras en la Tierra, pese 60 libras en Marte. ¿Eso significa que vivir en Marte adelgaza? ¿Qué piensa usted?
Esté pendiente de la clase radial.
Discutamos la respuesta durante la clase radial. No se la pierda. Las propiedades generales: masa, peso y volumen son comunes a todo tipo de materia.
Ejercicio 2 A.
Observe los dos objetos de la ilustración. A la izquierda hay un lingote de oro que tiene una masa de 75 libras. A la derecha hay una almohada que tiene una masa de 6 libras.
B.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de los dos objetos tiene más masa?
2.
¿Cuál tiene un peso mayor?
3.
Según el dibujo, ¿cuál de los dos tiene más volumen?
Química I − Semana 3
51
2.2 Propiedades específicas ¿Ha escuchado que cada persona es única e irrepetible? Es cierto, cada uno tenemos características y cualidades que nos hacen diferentes de los demás. Piense y escriba dos cualidades que le hacen un ser único.
Pues lo mismo sucede con la materia. Cada cuerpo tiene características propias que hacen que se diferencie de los demás. Estas características de la materia se llaman propiedades específicas. Las propiedades específicas de la materia pueden ser físicas o químicas. Veamos en qué consisten.
2.2.1 Propiedades físicas ¿Alto o bajo? ¿Rubio o moreno? Las propiedades físicas se pueden comparar con las características exteriores de una persona. Podemos decir que alguien es alto, bajo, moreno, etc. De igual manera, podemos describir las sustancias con características que observamos, como el color y la textura. Una propiedad física es aquella que se observa en la sustancia, sin que se provoque un cambio en su composición. Por ejemplo, una propiedad física es el color de un trozo de madera. Si cortamos un trozo de madera en varias partes, cada parte conserva el color. Entre las propiedades físicas, hay un grupo que se puede percibir por medio de los sentidos, se llaman organolépticas. Conozca algunas.
Organolépticas: propiedades de los objetos que se pueden percibir por medio de los órganos de los sentidos.
Color: la impresión que los rayos de luz reflejados sobre un cuerpo producen en la retina del ojo. El limón es una fruta verde, porque su cáscara refleja los rayos de luz de ese color. Olor: el aroma o perfume de una sustancia. El limón tiene un olor cítrico. Sabor: la sensación que una sustancia produce en el gusto. Puede ser dulce, salado, ácido o amargo. El limón tiene un sabor ácido.
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IGER − Tacaná
Textura: el aspecto que presenta cualquier cuerpo al tocarlo. Los objetos se pueden sentir lisos, ásperos, blandos… La cáscara del limón tiene, generalmente, una textura áspera y porosa. Brillo: la cantidad de luz que refleja o emite un cuerpo. Hay cuerpos brillantes y cuerpos opacos. La mayoría de veces, el limón es un fruto brillante. En la investigación química es común describir objetos basándose en las propiedades organolépticas. Fijese:
Propiedades
Descripción
color
blanco
olor
inodora
sabor
salado
textura
granulada
brillo
brillante
Ejercicio 3 Describa las propiedades físicas organolépticas de las siguientes sustancias.
naranja
Propiedades
azúcar
Descripción
Propiedades
color
color
olor
olor
sabor
sabor
textura
textura
brillo
brillo
Descripción
Química I − Semana 3
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Además de las propiedades organolépticas, hay otras propiedades físicas. Algunas de estas propiedades son: Conductividad eléctrica: capacidad de la sustancia para conducir electricidad. El cobre es un buen conductor de electricidad por eso los cables de electricidad se fabrican con cobre. Conductividad térmica: facultad de una sustancia para conducir calor. El aluminio es un buen conductor de calor por eso las ollas se fabrican con él. Ductilidad: la propiedad de un material que permite su deformación forzada, en hilos, sin que se rompa o astille. Cuanto más dúctil es un material, más fino es el alambre o hilo. El cobre, gracias a su gran ductilidad, es el material más utilizado para fabricar cables eléctricos. Dureza: el grado de resistencia de un material a la deformación. El diamante, una piedra preciosa que se usa en joyería y en la industria, está considerado como la sustancia más dura de la Tierra. No existe ningún material que pueda rayarlo o quebrarlo. Maleabilidad: indica que un material se puede presionar o martillar hasta transformarlo en láminas delgadas. El oro es un material muy maleable. Por eso, puede trabajarse para crear piezas de joyería. Flexibilidad: la posibilidad que tienen los objetos de doblarse sin romperse. El alumino es un material flexible. Puede doblarlo y enrollarlo sin que se rompa.
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IGER − Tacaná
En algunos trabajos como la construcción, muchas veces, se necesita describir los materiales que se usan basándose en las propiedades de conductividad, ductilidad, etc. Vea: El hierro es uno de los metales más abundantes de la Tierra. Es un material maleable, de color gris plateado, buen conductor del calor y la electricidad. Tiene una dureza media y poca flexibilidad. Se usa en oficios como la herrería y la construcción. Propiedades
Descripción
Conductividad eléctrica
Buen conductor
Conductividad térmica
Buen conductor
Dureza
Media
Maleabilidad
Es maleable
Flexibilidad
Baja
Ejercicio 4 A.
Lea el texto que describe las propiedades del oro (Au). El oro es un elemento químico y su símbolo es Au. Es un metal precioso, blando, de color amarillo brillante, pesado, maleable y dúctil. El oro se encuentra normalmente en estado puro, en forma de pepitas y depósitos aluviales2. Se utiliza en la joyería, la industria y la electrónica.
B.
Reescriba en la tabla las propiedades físicas del oro que se mencionen en el texto. Propiedades
Descripción
Color Ductilidad Dureza Maleabilidad
2 Aluvial:
terreno que se ha formado por el arrastre de las lluvias o crecidas de agua. Química I − Semana 3
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2.2.2 Propiedades químicas
¿Sociable o arisco?
Podría decirse que las propiedades químicas se refieren a la ‟personalidad” de la materia. Así como de las personas se puede decir que son sociables, que les gusta relacionarse con los demás, o que tienen por el contrario un carácter arisco, de la materia se puede indicar que es combustible, que se combina con otras sustancias, que se oxida, que es ácida, etc. Las propiedades químicas se manifiestan cuando se produce algún cambio en la composición y estructura de una sustancia. Dependen, principalmente, de cómo reacciona una sustancia en presencia de otra y de los cambios que sufre en su estructura interna. Por ejemplo: Oxidación: la oxidación se refiere a la formación de una costra de óxido en una superficie, debida a la acción del oxígeno del aire. Por ejemplo: Un clavo que dejemos a la intemperie se oxidará porque el oxígeno del aire se une al hierro del clavo y forman el óxido de hierro.
Acidez y alcalinidad: la acidez y la alcalinidad forman el conjunto de propiedades características de dos grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Los ácidos son las sustancias que liberan iones3 hidrógeno (H+) cuando se disuelven en agua. Las bases son las sustancias que liberan iones hidróxido (OH–) cuando se disuelven en agua. La acidez y la alcalinidad se refieren al grado de (H+) y (OH–) que se libera. Por ejemplo: Las sustancias que se utilizan para destapar las cañerías están formuladas con una base alcalina para disolver los ácidos grasos que obstruyen las tuberías. Estudiaremos estas propiedades con más detenimiento, en temas posteriores. 3 Ión:
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IGER − Tacaná
especie química con carga eléctrica.
Resumen
La materia todo aquello que tiene un peso y ocupa un lugar en el espacio.
se divide en:
sustancias puras
mezclas
se define como: tiene:
Propiedades generales
Propiedades específicas
que son:
pueden ser:
masa peso volumen
Físicas
Químicas
describen:
describen:
características externas
cambios internos
por ejemplo:
por ejemplo:
color
oxidación
olor
acidez
sabor
alcalinidad
textura
brillo
Química I − Semana 3
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Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro que se relacione con el concepto de la columna izquierda. 1.
Concepto que se define como: ‟Todo lo que tiene peso y ocupa un lugar en el espacio”.
masa materia volumen gravedad
2.
Ejemplo de propiedad general de la materia.
peso color acidez textura
3.
Propiedad que ayuda a elegir el material adecuado para fabricar un cable de electricidad.
maleabilidad electroquímica conductividad calórica conductividad eléctrica
4.
Propiedad física que permite fabricar alambre de cobre.
dureza textura ductilidad maleabilidad
5.
Propiedades de la materia que se manifiestan cuando se oxida un clavo.
físicas químicas generales organolépticas
Actividad 2.
Construya conceptos propios
Según lo que estudió en la semana, escriba con sus palabras una definición de materia. No consulte ninguna fuente. Intente hacerlo solo.
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IGER − Tacaná
Actividad 3. A.
Aplique sus conocimientos
Observe las dos ilustraciones. Fíjese en las características de cada una. a.
B.
b.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué representan las ilustraciones? ¿sustancias puras o mezclas?
2.
¿Cuál de las dos representa una mezcla heterogénea? ¿a o b?
3.
¿Qué diferencia hay entre una mezcla heterogénea y una mezcla homogénea?
Actividad 4.
Relacione conocimientos con los objetos del entorno
1.
Observe un vaso de vidrio y ponga a la par un poco de consomé (del que utiliza para cocinar).
2.
Examínelos con detenimiento y complete la tabla describiendo las propiedades físicas que se indican. Material:
Propiedades
Material: Descripción
Propiedades
color
color
olor
olor
sabor
sabor
textura
textura
brillo
brillo
Descripción
Química I − Semana 3
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Actividad 5.
Las propiedades de la materia aplicadas a las actividades diarias
Lea la situación que se plantea y use sus conocimientos sobre las propiedades de la materia para tomar la mejor decisión. Imagine que usted trabaja en un taller mecánico y un cliente le pide que reconstruya el chasis de su carro con un material resistente a los golpes, que aguante los rayones y que no se abolle con facilidad. Usted tiene tres materiales para trabajar:
Acero, un material duro. Aluminio, un material maleable. Cobre, un material dúctil.
1.
¿Cuál de los tres materiales escogería? ¿Por qué?
2.
¿Qué propiedad de la materia le ayudó a tomar esa decisión?
Actividad 6.
Investigue
Investigue las propiedades físicas (maleabilidad, dureza, flexibilidad y conductividad térmica) del hierro y del bronce. Puede buscarlo en libros o Internet en los sitios: www.educaplus.org/sp2002/4propiedades/4_26.html y www.es.wikipedia.org/wiki/Bronce
Propiedades
Descripción
Propiedades
maleabilidad
maleabilidad
dureza
dureza
ductilidad
ductilidad
conductividad térmica
conductividad térmica
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IGER − Tacaná
Descripción
¡A la ciencia por la experiencia!
Experimentar con una propiedad general de la materia: El volumen del aire
El aire es una sustancia compuesta por distintos gases. Tiene masa, peso y ocupa un lugar en el espacio. En esta experiencia observaremos el volumen del aire almacenado en un globo.
¿Qué necesita? un globo o vejiga una palangana o un baño del tamaño que le permita sumergir el globo inflado agua suficiente para llenar el guacal o el baño lápiz lapicero crayones libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Infle el globo hasta que quede con unos 10 cm de perímetro.
7. Haga una marca para señalar el nivel del agua con el globo sumergido.
2. Haga un nudo en la boca del globo.
8. Saque el globo del agua.
3. Llene la palangana o el baño con agua (trate de llenarlo hasta la mitad).
9. Observe. ¿Qué sucedió con el nivel del agua? ¿aumentó o disminuyó?
4. Haga una marca para señalar el nivel del agua.
10. Reflexione y responda: ¿Qué representa el aumento en el nivel del agua?
5. Tome el globo y sumérjalo en el recipiente (palangana o baño).
Use el agua del ejercicio para regar las plantas de su casa o para otra actividad. ¡No la desperdicie!
6. Observe. ¿Qué sucedió con el nivel del agua? ¿aumentó o disminuyó?
Anote sus observaciones en la libreta de campo. Recuerde compartir la experiencia con sus compañeros y compañeras en el círculo de estudio.
Química I − Semana 3
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Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Después de estudiar...
Redacto el concepto de materia utilizando mis palabras. Reconozco las propiedades generales y específicas de la materia en objetos del entorno. Reconozco y esquematizo propiedades físicas en objetos del entorno. Reconozco y esquematizo algunas propiedades físicas de elementos químicos. Investigo algunas propiedades físicas de elementos químicos. Experimento con una propiedad general de la materia y escribo algunas conclusiones.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
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IGER − Tacaná
4
Materia y energía van de la mano
Química I − Semana 4
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Los logros que conseguirá esta semana son: Construir el concepto de energía utilizando sus palabras. Reconocer distintas formas de energía en la vida cotidiana. Relacionar las distintas manifestaciones de la energía con actividades cotidianas. Construir un calentador solar casero.
¿Qué encontrará esta semana?
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¡Para comenzar!
• La energía del cuerpo
El mundo de la química
• Energía • Formas de energía • Formas de energía amigables con el ambiente
¡A la ciencia por la experiencia!
• Un calentador ecológico
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! El título de la semana dice: ‟materia y energía van de la mano” y es que ambos conceptos son difíciles de separar. Todo a nuestro alrededor está hecho fundamentalmente de estos dos componentes.
La energía del cuerpo Según la medicina tradicional china, nuestro cuerpo tiene siete puntos energéticos principales que tienen como tarea la recepción, acumulación, transformación y distribución de la energía. Un desequilibrio en el flujo de la energía corporal, puede causar una enfermedad. Algunos sistemas de ejercicio físico, como el yoga y el tai chi, ayudan a armonizar esos puntos energéticos para que la energía fluya correctamente. Practicarlos ayuda a mantener al organismo sano. A continuación le proponemos unos ejercicios que le ayudarán a ponerse en contacto con la energía de su cuerpo. Siga las instrucciones. 1. Ponga las manos delante de usted, a la altura del pecho. Coloque las palmas, una frente a la otra, tan cerca como pueda, pero sin tocarse. Asegúrese de que mantiene los hombros relajados y de que respira con normalidad.
2. Separe las manos unos centímetros y luego, lentamente, vuélvalas a su posición original, sin que lleguen a tocarse. Repítalo al menos tres veces. Mientras realiza el ejercicio, esté atento a la sensación que experimenta en las palmas de las manos y en las yemas de los dedos.
Química I − Semana 4
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3.
Ahora, lentamente abra las manos, pero esta vez hasta que alcancen la anchura de los hombros. Luego acérquelas sin que se toquen. Repita este movimiento varias veces. Deténgase a distancias diferentes y trate de describir lo que siente.
Al realizar estos ejercicios, puede experimentar diversas sensaciones, provocadas por la energía del cuerpo. Entrar en contacto con nuestra energía ayuda a mejorar nuestra calidad de vida. Practique a diario y verá los resultados.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué sensaciones tuvo al acercar las manos?
2.
¿Qué sensaciones tuvo al alejarlas?
3.
¿Cuándo era más fuerte la sensación? ¿Al acercar las manos o al alejarlas?
4.
¿Por qué cree que experimentó esas sensaciones?
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IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Energía
La capacidad de provocar cambios ¿Ha escuchado hablar de la energía? A veces, usamos el término energía para referirnos a personas que son muy activas: “Juan tiene mucha energía” o para describir la fuerza que necesitamos para mover algún objeto: “¡Empujen con toda su energía!” “Energía” es un término muy común, pero representa un concepto bastante abstracto1. A diferencia de la materia, la energía no se puede ver, tocar, oler o pesar. Se conoce y se reconoce por sus efectos. La energía se define como la capacidad de producir transformaciones o de transferir calor. La energía del Universo siempre es la misma y se mantiene constante. Cuando una forma de energía desaparece, alguna otra forma de energía aparece. Para explicar este fenómeno, los científicos han propuesto el principio de conservación de la energía que dice:
Universo: conjunto de todo lo existente.
‟La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”. Veamos algunas de esas transformaciones. Todo comienza con la energía del Sol. La energía solar. Las plantas aprovechan la energía solar y la convierten en energía química.
Cuando los seres vivos morimos, retornamos la energía a la Tierra y al Universo.
La energía
Luego, usamos la energía en las actividades diarias.
1 Abstracto:
Las personas nos alimentamos de las plantas y extraemos la energía química que tienen almacenada.
que designa una idea o una cualidad y no algo material; no concreto. Química I − Semana 4
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2. Formas de energía
El mismo caballo, pero con distinta montera En Guatemala es común el dicho: “El mismo caballo, pero con distinta montera”. Se usa para referirse a objetos o situaciones que aunque sean lo mismo, se muestran con distinta presentación. Podemos aplicar ese dicho a la energía y a las maneras en que se manifiesta, porque aunque se presente de distintas formas sigue siendo la misma. (Recuerde el principio de conservación). La energía se presenta en dos formas generales: energía cinética y energía potencial.
La energía cinética: es la energía debida al movimiento. Esta forma de energía depende tanto de la masa como de la velocidad del cuerpo que se mueve. Podemos ver la energía cinética en el movimiento de objetos del entorno como las ruedas de una bicicleta, las alas de las aves y nuestras piernas al caminar. También, hay energía en el movimiento de la sangre, del agua y de las partículas microscópicas que componen la materia.
La energía potencial: es la energía que tienen los cuerpos en reposo en virtud de su posición en el espacio o de su composición química. El agua que está en un tanque en la terraza, tiene energía potencial debido a su peso y a la altura. Esa energía se convertirá en energía cinética cuando el agua se mueva por las tuberías de la casa.
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IGER − Tacaná
2.1 Manifestaciones derivadas de la energía potencial La energía cambia constantemente. Cada forma de energía es capaz de provocar transformaciones o cambios. Una manifestación de la energía potencial que nos interesa para el curso es la energía química. Energía química: La energía química es aquella que está almacenada en cada una de las partes que componen las sustancias y se produce por reacciones químicas. Por ejemplo: Los cohetillos que se queman para las celebraciones, contienen energía química almacenada en las sustancias que los componen. Energía que fue almacenada cuando se formaron las sustancias. La energía química de las sustancias se libera y se transforma en: Energía lumínica (luz): La energía lumínica es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojos, etc. Cuando el cohete explota se ven luces de distintos colores.
Energía sonora (sonido): La energía sonora es la que transportan las ondas sonoras. Los sonidos más intensos son los que transportan más energía. Poco después de ver la explosión se escucha el sonido “¡pum!”
Química I − Semana 4
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Energía calorífica (calor): La energía calorífica es la manifestación de energía que se produce como resultado del movimiento de las partes que forman un cuerpo. Se transfiere de una sustancia a otra cuando hay una diferencia de temperatura entre ellas. Ampliaremos el tema del calor y la temperatura en la semana 5. Al momento de la explosión el cohete libera calor.
Ejercicio 1 Escriba la forma de energía que se ejemplifica en cada ilustración. 1.
2. movimiento
Energía:
3. luz
Energía:
4.
Energía:
5. sonido
Energía:
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IGER − Tacaná
calor
reposo
Energía:
3. Formas de energía amigables con el ambiente Energía que no contamina
Una de las preocupaciones actuales de la química es mantener el ambiente sano, libre de sustancias contaminantes o tóxicas. Por eso, la ciencia investiga formas de energía que no dañen el ambiente y que además, sean efectivas para satisfacer las necesidades de la humanidad. A esas formas de energía se las ha dado el nombre de ‟energías amigables con el ambiente o energías verdes”. Conozca algunas. Energía solar: La energía solar se obtiene directamente del Sol y es un recurso ilimitado. Se puede aprovechar para secar la ropa y calentar agua.
También se usa para producir electricidad, pero para eso es necesario contar con ‟paneles solares”, unos dispositivos que la absorben y la convierten en energía eléctrica.
paneles solares
Usted podrá fabricar un calentador solar de agua siguiendo las instrucciones de ‟¡A la ciencia por la experiencia!”
Energía eólica: La energía eólica es la energía cinética obtenida por las corrientes de aire. En algunos lugares de Guatemala se usa la energía eólica para extraer el agua de los pozos y ventilar las fábricas.
Extracción de agua por energía eólica
3.1 Consejos para ahorrar energía Todo buen científico cuida el ambiente y trata de mejorarlo. El uso excesivo de energía lo contamina. Ponga en práctica los siguientes consejos. Además de ayudar a la conservación del planeta, se ahorrará algunos quetzales. Apague la luz si no la está utilizando. Apague el televisor cuando no lo esté viendo. Trate de promover un plan de ahorro energético en su comunidad. Química I − Semana 4
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Resumen
La energía es la:
se presenta como:
capacidad
energía cinética
energía potencial
de:
la:
la:
energía del movimiento
energía almacenada
producir transformaciones en la:
se puede presentar como:
materia
energía química que se puede transformar en:
energía lumínica
energía sonora
energía calorífica
se manifiesta como: se manifiesta como: se manifiesta como:
luz
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IGER − Tacaná
sonido
calor
Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición.
1.
Capacidad de producir transformaciones en la materia.
masa energía Universo
2.
Afirmación correcta según el principio de conservación de la energía.
la energía puede destruirse la energía nunca se transforma la energía del Universo es constante
3.
Forma de energía almacenada en los alimentos.
energía sonora energía química energía lumínica
4.
Forma de energía que se manifiesta con el movimiento.
energía solar energía cinética energía potencial
5.
Forma de energía de los cuerpos en reposo.
energía química energía calorífica energía potencial
6.
Ejemplo de energía lumínica.
la luz solar el crecimiento la oxidación de un clavo
Química I − Semana 4
73
Actividad 2.
Construya conceptos propios
Vea las ideas sobre la energía que se presentan en el mapa mental. transformaciones
capacidad
transmitir calor
materia
La energía se transforma
no se destruye
presente en todo
no se crea
Use esas ideas para escribir un concepto de energía utilizando sus palabras.
Actividad 3. A.
Relacione los conceptos de energía con la vida diaria
Observe las ilustraciones. 2.
1.
B.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de las dos ilustraciones representa la energía potencial? ¿1 o 2?
2.
¿Por qué?
3.
¿Qué tipo de energía se manifiesta cuando el agua está en movimiento?
4.
Cuando el agua entró en movimiento, ¿qué pasó con la energía potencial? Explíque su respuesta.
74
IGER − Tacaná
C.
Escriba los cambios de energía que se producen en cada actividad.
La energía química almacenada en el tambo de gas...
La energía química de los alimentos...
D.
se transforma en:
Energía
se transforma en:
Energía
Escriba una lista de 3 formas de energía que utiliza en casa. 1. 2. 3.
E.
Escriba una lista de 3 formas de energía que usa en el trabajo. 1. 2. 3.
F.
Escriba una lista de 2 formas de energía que se manifiestan como luz y sonido durante la clase radial. Ayúdese con la ilustración. luz
1. 2.
sonido
Química I − Semana 4
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Actividad 5.
Un relato fantástico
Imagine que se encuentra trabajando en su laboratorio de química cuando le informan que debe inventar una forma de energía que nunca se agote y que no cause daño al ambiente. Usted solo cuenta con las aspas de un molino, unos espejos y un tubo de 5 metros de alto. ¿Qué aparato crearía con esos elementos para generar energía?
Comparta su invento con la familia del iger. Envíelo al correo electrónico
[email protected] Lo publicaremos en nuestra página de Internet. ¡Anímese!
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IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
Un calentador ecológico Fabrique un pequeño calentador solar de agua.
¿Qué necesita? un bote plástico del tamaño de una botella de agua pura plástico negro agua luz solar lápiz lapicero libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Tome el bote plástico y llénelo con agua del chorro.
d. ¿Qué tipo de energía utilizó para calentar el agua?
2. Sienta la temperatura del agua.
e. ¿En qué se transformó la energía radiante del sol?
3. Tape el bote y fórrelo con el plástico negro. 4. Colóquelo en un lugar soleado. 5. Déjelo durante todo el día recibiendo sol. En la noche destápelo y sienta la temperatura del agua. 6. Tome su cuaderno de campo y registre los resultados.
f. ¿Por qué utilizamos plástico negro para cubrir el bote? g. Piense: ¿cómo podría tener agua caliente para toda su casa?, ¿qué recipiente construiría? No olvide compartir la experiencia en el círculo de estudio.
a. ¿El agua está fría o caliente? b. ¿Ha variado la temperatura del agua desde el inicio del experimento? c. ¿Por qué sucedió ese cambio?
Usar la energía del Sol es una forma de cuidar el planeta.
Química I − Semana 4
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Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Construyo el concepto de energía utilizando mis palabras. Reconozco distintas formas de energía en la vida cotidiana. Relacionar las distintas manifestaciones de la energía con actividades cotidianas. Construyo un calentador solar casero.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
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IGER − Tacaná
5
Calor y temperatura
Química I − Semana 5
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Los logros que conseguirá esta semana son: Relacionar algunos de nuestros hábitos con el calentamiento global. Definir e identificar los términos calor y temperatura. Redactar el concepto de temperatura con sus palabras. Identificar las partes de un termómetro y explicar con sus palabras cómo funciona. Utilizar fórmulas para realizar conversiones de una escala de temperatura a otra. Aplicar las escalas de temperatura en la vida diaria. Medir la temperatura de distintas cuerpos y anotar las observaciones en la libreta de campo.
¿Qué encontrará esta semana?
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¡Para comenzar!
• El calentamiento global y el cambio climático
El mundo de la química
• Calor y temperatura • La temperatura • El termómetro
¡A la ciencia por la experiencia!
• La temperatura de distintos cuerpos
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! El calentamiento global y el cambio climático Un fenómeno que preocupa al mundo ¿Ha escuchado sobre el calentamiento global? El término “calentamiento global” se refiere al aumento de temperatura en el planeta, que resulta de la contaminación que producimos los seres humanos. En condiciones normales, el Sol ofrece a la Tierra su energía; la Tierra la devuelve al espacio, y la atmósfera regresa un poco de esta misma energía a la Tierra. Este mecanismo ayuda a conservar el clima adecuado para la vida en el planeta. Sin embargo, a partir de la revolución industrial*, los seres humanos comenzamos a utilizar recursos energéticos como el carbón, la electricidad y el petróleo que ensucian el ambiente e impiden que el calor salga de la Tierra provocando el cambio climático. El cambio climático trae consecuencias que dañan la vida. Por ejemplo: • Sequías en algunos lugares e inundaciones en otros. • Escasez de agua. • Aumento del nivel del mar. • Daños a la forma de vida de plantas y animales. • Huracanes y tormentas tropicales como “Stan” que tanto daño causó en el territorio guatemalteco.
Pero no todo está perdido. Hay muchas acciones que pueden ayudar a reducir el calentamiento. Véalas en la siguiente página.
* La revolución industrial es un período histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX, en el que Europa sufrió el mayor conjunto de transformaciones socioeconómicas, tecnológicas y culturales de la historia de la humanidad, desde el Neolítico. Química I − Semana 5
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¿Cómo podemos ayudar? La lucha contra el calentamiento global y su consecuencia, el cambio climático, es una batalla en la que podemos y debemos participar. ¿Cómo? Incorporando a nuestra vida algunos de estos hábitos: • Usar medios de transporte que no contaminen. Por ejemplo, la bicicleta. • Evitar la compra de productos que están empacados en plástico, cartón y duropord. Cuanto más empaques tengan, más basura generan. • Practicar la regla de las 3r: reducir, reutilizar y reciclar. • Ahorrar agua. • Evitar las quemas o rozas. Nuestros antepasados respetaban a la Tierra, ¿por qué nosotros no? Demos el ejemplo.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué es el calentamiento global? Explíquelo con sus palabras.
2.
¿Cuál es la causa del cambio climático?
3.
¿Cuáles son tres de las consecuencias del cambio climático?
4.
¿Qué actitudes pueden ayudar a combatir el cambio climático? Escriba las que usted puede poner en práctica.
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IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Calor y temperatura La semana pasada estudió la energía y sus distintas manifestaciones: cinética, potencial, lumínica, sonora, química y calorífica. Esta última nos interesa en química, porque la mayoría de procesos químicos se manifiestan con absorción o liberación de calor. Calor y temperatura son dos términos que se complementan. Debemos conocer el primero para definir el segundo.
1.1 ¿Qué es el calor? Una transferencia de energía El calor es la transferencia de energía calorífica, entre dos cuerpos que están a distinta temperatura. El calor se transfiere del cuerpo más caliente al menos caliente, nunca en dirección opuesta. En esa transferencia un cuerpo A pierde calor y se lo pasa a un cuerpo B. Por ejemplo: • Si tomamos una bebida caliente, el calor de la taza “pasa”, se transfiere, a nuestras manos.
Cuerpo A
Cuerpo B
(taza)
(manos)
• Al poner las tortillas en el comal, el calor del comal se transfiere a las tortillas y éstas se cocinan.
El intercambio de calor ocurre en muchas de las reacciones químicas que estudiaremos más adelante. Química I − Semana 5
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Ejercicio 1 A.
Observe la ilustración y responda a las preguntas.
1.
¿Cuál de los objetos tiene menos calor? ¿El agua o el hielo?
2.
¿De dónde a dónde fluye el calor? ¿Del agua al hielo o del hielo al agua? ¿Por qué?
B.
¿Qué sucede si echamos en un mismo recipiente 1 litro de agua hirviendo y 1 litro de agua fría? ¿El agua sigue hirviendo, se enfría o se pone tibia? Explique por qué.
C.
Observe la ilustración, lea el texto y responda a las preguntas. En un día frío, ¿de dónde a dónde fluye el calor? ¿Del ambiente hacia nuestro cuerpo o de nuestro cuerpo hacia el ambiente? ¿Qué provoca este fenómeno? Explique su respuesta.
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IGER − Tacaná
2. La temperatura
La intensidad de calor La temperatura es la intensidad de calor de un cuerpo. Se representa con el símbolo ºT. La temperatura se puede medir en tres escalas distintas: Celsius, Fahrenheit o Kelvin. Se las presentamos a continuación.
Grados Celsius ºC Esta escala utiliza las unidades llamadas grados Celsius que se representan con el símbolo ºC. Su nombre se debe a William Anders Celsius, el astrónomo que la sugirió. Esta es la escala más usada en el mundo científico.
William Anders Celsius (1701 – 1744)
Grados Fahrenheit ºF Esta manera de medir la temperatura debe su nombre a Gabriel David Fahrenheit, el científico alemán que inventó el termómetro de mercurio. En esta escala, las unidades de medida son los grados Fahrenheit que se representan con el símbolo ºF. Gabriel David Fahrenheit (1686 – 1736)
Grados Kelvin K La escala Kelvin fue inventada por el matemático y físico británico William Thompson Kelvin. En esta escala, las unidades de medida son los grados Kelvin que se representan con el símbolo K. William Kelvin (1824 – 1907)
Aunque en Guatemala utilizamos la escala Celsius, a veces, recibimos información en otras escalas. Por eso debemos aprender a convertir una escala en otra. Vea cómo hacerlo en la página siguiente. Química I − Semana 5
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2.1 Fórmulas para conversiones de temperatura Si medimos la longitud de esta hoja en centímetros y en pulgadas, obtenemos dos medidas distintas: 28 centímetros y 11 pulgadas. La hoja tiene el mismo tamaño pero está medida con dos magnitudes diferentes. Lo mismo sucede con la temperatura. Si la medimos con dos termómetros distintos, uno graduado en escala Celsius y otro graduado en escala Fahrenheit, obtendremos valores diferentes aunque la temperatura sea la misma. Para convertir de una escala a otra utilizamos estas ecuaciones: • Para convertir grados Fahrenheit (ºF) a grados Celsius (ºC) 5 utilizamos la ecuación: ºC = (ºF – 32) 9
Primero resuelva la resta que está dentro del paréntesis. Luego multiplique el resultado por 5 . 9
Ejemplo: Marta y Luis van a hornear un pastel. La receta dice que deben precalentar el horno a 302 °F, pero la escala de temperatura de la estufa está en grados Celsius (°C). Para saber la temperatura a la que deben calentar el horno, realizan esta conversión: 5 °C = (302 – 32) 9 5 (270) 9
°C =
°C = 1350/9 = 150
302 °F = 150 °C
Marta y Luis van a precalentar el horno a 150 °C que equivalen a 302 °F. • Para convertir grados Celsius (ºC) a grados Fahrenheit (ºF) utiliza9 mos la ecuación: ºF = ºC + 32 5 Recuerde seguir la jerarquía de las operaciones. Primero multiplique 9 por ºC. Al 5 resultado súmele 32.
( )
Ejemplo: La temperatura corporal normal expresada en escala Celsius es de 37 ºC, ¿cuántos grados °F corresponde?
°F =
9 °C + 32 5
°F =
9 (37) + 32 5
°F = 333/5 + 32
°F = 66.6 + 32
°F = 98.6
37 °C = 98.6 °F
La temperatura corporal normal equivale a 98.6 °F.
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IGER − Tacaná
• Para convertir grados Kelvin (K) a grados Celsius (ºC) utilizamos la ecuación: ºC = K – 273 Ejemplo: El punto de congelación del agua es de 273 K, ¿a cuántos grados Celsius equivale? °C = K – 273 °C = 273 – 273 °C = 0 273 K =0 °C El punto de congelación del agua equivale a 0 °C. • Para convertir grados Celsius (ºC) a grados Kelvin (K) utilizamos la ecuación: K = ºC + 273 Ejemplo: El punto de ebullición del agua es de 100 °C, ¿a cuántos K corresponde esa temperatura? K = °C + 273 K = 100 + 273 K = 373 100 °C = 373 K El punto de ebullición del agua corresponde a 373 K.
Fórmulas para conversiones de temperatura: de ºF a ºC
ºC =
5 (ºF – 32) 9
de ºC a ºF
ºF =
9 ºC + 32 5
de K a ºC
ºC = K – 273
de ºC aK
K = ºC + 273
Química I − Semana 5
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3. El termómetro
Un instrumento para medir la temperatura El calor es una manifestación de energía que podemos detectar por medio de la temperatura. Nuestros sentidos solo detectan pequeños cambios de temperatura y con poca precisión. La medición exacta de la temperatura la podemos realizar mediante el termómetro. El más común es el termómetro de mercurio. Este instrumento mide los cambios de temperatura usando como referencia la longitud de una columna de mercurio en un capilar1 de vidrio.
3.1 Partes de un termómetro de mercurio 41
El termómetro de mercurio está formado por tres partes:
c. Escala: los termómetros que usamos en Guatemala usan la escala de grados Celsius.
40 39 38 37
c
36
b. Columna de mercurio: es el tubito delgado por el que se desplaza el mercurio dentro del termómetro.
c
35
Precaución: el mercurio es un material dañino para la salud. Para manipularlo es necesario utilizar guantes.
a. Bulbo de mercurio: es la parte inferior del termómetro, donde está almacenado el mercurio.
b
a
3.2 ¿Cómo funciona el termómetro? Cuando ponemos el termómetro en contacto con el cuerpo al que medimos la temperatura, el calor del cuerpo pasa a las partículas del mercurio y éstas ‟ganan” energía cinética. Al aumentar la velocidad de las partículas por el calor, el mercurio necesita más espacio, lo que provoca ‟el crecimiento” del mercurio dentro del tubo. Este proceso se llama dilatación. Cuanta más energía térmica reciba el mercurio, tanto más lejos llegará en su dilatación. Por ejemplo: Si tenemos fiebre elevada y nos toman la temperatura, el mercurio del termómetro se dilata y “sube” hasta 38 ºC o 39 ºC. La temperatura normal del cuerpo humano es 37 ºC. 1 Capilar:
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IGER − Tacaná
tubo estrecho como el cabello.
Ejercicio 2 A.
B.
Memorice y aplique las ecuaciones adecuadas para realizar las siguientes conversiones. 1.
De ºF a ºC
2.
De ºC a ºF
3.
De K a ºC
4.
De ºC a K
Realice las conversiones propuestas. 1.
¿A cuántos grados Celsius (ºC) equivalen 80 ºF?
80 ºF =
2.
¿A cuántos grados Fahrenheit (ºF) equivalen 125 ºC?
125 ºC =
3.
¿A cuántos grados Celsius (ºC) equivalen 325 K?
325 K =
Química I − Semana 5
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Resumen
La Temperatura
es la:
se mide con:
intensidad de calor de un cuerpo
el termómetro en:
diferentes escalas como:
Celsius
Fahrenheit
Kelvin
ºC
ºF
K
Aprenda de memoria las fórmulas para conversión de temperatura: ºC =
5 (ºF – 32) 9
ºC = K – 273
ºF =
9 ºC + 32 5
K = ºC + 273
Investigue en la red... Si quiere conocer más acerca de la temperatura, le sugerimos que visite estos sitios de Internet: es.wikipedia.org/wiki/temperatura newton.cnice.mec.es/4eso/calor/calor-indice.htm
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IGER − Tacaná
Autocontrol Actividad 1.
Construya conceptos propios
Escriba con sus palabras una definición de temperatura. Ayúdese con las ideas propuestas en el esquema. calor intensidad
cuerpo
Temperatura
medida
escalas
ºF
ºC K
Actividad 2.
Identifique las escalas de temperatura
Escriba el símbolo que identifica a cada una de las escalas de temperatura. 1.
Grados Celsius
2
Grados Fahrenheit
3.
Grados Kelvin
Actividad 3.
Memorice las fórmulas de conversión de temperatura
Escriba sobre la línea la fórmula que se aplica para realizar cada conversión. 1.
Para pasar de ºF a ºC se usa la fórmula:
2.
Para pasar de ºC a ºF se usa la fórmula:
3.
Para pasar de K a ºC se usa la fórmula:
4.
Para pasar de ºC a K se usa la fórmula:
Química I − Semana 5
91
Actividad 4.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición. 1.
Transferencia de energía calórica entre dos cuerpos que están a distintas temperaturas.
calor energía temperatura
2.
Medida de la intensidad de calor de un cuerpo.
calor termómetro temperatura
3.
Instrumento que se usa para medir la temperatura de un cuerpo.
grado escala termómetro
4.
Científico que inventó el termómetro de mercurio.
William Kelvin William Anders Celsius Gabriel David Fahrenheit
5.
Escala de temperatura que se usa en Guatemala.
grados Kelvin grados Celsius grados Fahrenheit
Actividad 5.
Identifique las partes del termómetro en el esquema.
b a
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IGER − Tacaná
35
c
36
37
38
39
40
41
A.
Reconozca la estructura y función del termómetro
c
B.
¿Para qué utilizamos el termómetro?
C.
¿Cómo funciona el termómetro? Explíquelo con sus palabras.
Actividad 6.
Aplique las conversiones de temperatura a la vida diaria
Resuelva las conversiones. Deje constancia del procedimiento. 1.
La temperatura ambiente en el valle de Guatemala es de 25 ºC, ¿a cuántos grados K equivale esa temperatura?
2.
Normalmente, el cuerpo humano puede soportar una temperatura de 105 ºF por períodos cortos sin sufrir daños permanentes en el cerebro u otros órganos vitales, ¿a cuántos grados ºC equivale esa temperatura?
3.
Durante la época de frío, en algunos lugares de Quetzaltenago la temperatura desciende a –3 ºC. ¿A cuántos ºF equivale esta temperatura?
4.
Una receta de cocina indica que debe precalentarse el horno a 392 ºF, ¿a cuántos grados ºC equivale esa temperatura?
Química I − Semana 5
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Actividad 7. A.
Interprete información
Vea el gráfico del pronóstico de la temperatura en algunas ciudades de Guatemala. Temperatura en algunas ciudades de Guatemala Ciudad
Máxima
Mínima
Cobán
25 ºC
17 ºC
27 ºC
21 ºC
Escuintla
B.
Tiempo El ícono
indica
tormentas.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué temperaturas indica el gráfico para Cobán?
2.
¿En qué escala están expresadas?
C.
Realice conversiones.
Exprese las temperaturas máxima y mínima de Cobán y Escuintla en grados ºF y grados K. Deje constancia de sus procedimientos.
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IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
La temperatura de distintos cuerpos Midiendo la temperatura de distintos cuerpos.
¿Qué necesita? un termómetro de mercurio un trocito de algodón humedecido en alcohol un recipiente con agua tibia un recipiente con agua al tiempo un recipiente con agua con hielo una pastilla de Alka-seltzer o un sobre de sal Andrews lápiz libreta de campo
¿Qué debe hacer? Parte I. Mida la temperatura corporal. 1. Tome el termómetro. 2. Observe que el mercurio marque una temperatura inferior de 37 ºC. Si no lo está, bájelo agitando el termómetro. 3. Anote la temperatura que marca el termómetro. 4. Desinfecte el bulbo con el algodón humedecido en alcohol. 5. Introdúzcalo debajo de la lengua, cierre la boca y espere dos minutos. 6.
Sáquelo y anote la temperatura que marca. La temperatura normal del cuerpo es de 36 a 37 grados ºC.
Parte II. Mida la temperatura de un material. 1. Coloque en fila los tres recipientes con agua. Distribúyalos así:
2. Introduzca el termómetro en cada una de las muestras de agua y anote la temperatura que marca. Parte III. Mida la temperatura de una transformación de la materia. 1. Tome el recipiente con agua al tiempo. 2. Introduzca de nuevo el termómetro y mida la temperatura. Anótela. Deje el termómetro dentro del agua. 3. Deje caer en el agua la pastilla de Alkaseltzer o el sobrecito de sal Andrews. Mientras lo hace, observe el termómetro y registre cualquier cambio de temperatura. Haga todas las anotaciones en su libreta de campo. No olvide compartir la experiencia en el círculo de estudio.
Agua fría Agua al tiempo Agua tibia
Química I − Semana 5
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Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Relaciono algunos de mis hábitos con el calentamiento global. Después de estudiar...
Defino e identifico los términos calor y temperatura. Redacto el concepto de temperatura con mis palabras. Identifico las partes de un termómetro y explico con mis palabras cómo funciona. Utilizo fórmulas para realizar conversiones de una escala de temperatura a otra. Aplico las escalas de temperatura en la vida diaria. Mido la temperatura de distintas cuerpos y anoto las observaciones en la libreta de campo.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
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IGER − Tacaná
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Repaso Semanas 1-5
Química I − Semana 6
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Los logros que conseguirá esta semana son: Repasar los contenidos de la semana 1 a 5. Prepararse para la primera prueba parcial.
Estimada y estimado estudiante: Se aproxima la primera evaluación. Con el objetivo de que usted se prepare bien, vamos a repasar los contenidos de las semanas 1 a 5. Esta semana tiene los resúmenes de los temas que hemos visto y ejercicios para que vaya estudiando. Para aprovechar mejor este repaso le recomendamos: • Leer con atención cada resumen. • Resolver los ejercicios durante la clase radial y después de ella. • Repasar las semanas anteriores, en ellas tiene más explicaciones y ejemplos. • Estudiar un poquito todos los días y resolver sus dudas. Pida ayuda a sus orientadores voluntarios o algún miembro de la comunidad que conozca la materia.
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IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. La ciencia y el método científico En la semana 1 estudió que antes de que existieran los filósofos de la naturaleza, las personas explicaban los fenómenos naturales por medio de mitos. Los mitos eran relatos que interpretaban el universo y la realidad en forma mágica. ¿Recuerda? Poco después, muchas personas comenzaron a plantearse que los fenómenos naturales tenían una explicación lógica. Así nació la ciencia. Vea el mapa conceptual.
La ciencia es:
se clasifica en:
un conjunto de conocimientos que se obtienen aplicando:
ciencias puras
ciencias aplicadas
por ejemplo:
por ejemplo:
el método científico
matemática
agronomía
química
medicina
que se desarrolla en cinco pasos:
observación hipótesis
experimentación
conclusión
teoría o ley ¿Quiere agregar algún ejemplo o escribir las definiciones de los pasos del método científico? ¡Hágalo! La información está en las páginas 18 y 19 del libro. Química I − Semana 6
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Ejercicio 1. Relacione conceptos Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Relatos mágicos con los que se explicaban los fenómenos naturales en la antigüedad.
leyes mitos teorías
2.
Conjunto de conocimientos ordenados que explican y comprueban los fenómenos que ocurren en la naturaleza.
ciencia hipótesis conclusión
3.
Serie de pasos ordenados que se siguen para desarrollar una investigación científica.
ciencia teoría o ley método científico
4.
5.
Paso del método científico en el que se aplican los sentidos para conocer las características de un hecho o un objeto.
hipótesis
Paso del método científico en el que se realizan pruebas para comprobar las hipótesis.
conclusión
conclusión observación
observación experimentación
Ejercicio 2. Memorice, escriba y ordene Escriba en orden el nombre de los cinco pasos del método científico. 1. 2. 3. 4. 5.
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IGER − Tacaná
Ejercicio 3. Reconozca la explicación científica A.
Lea los textos relacionados con el eclipse de Sol. 1. Los aztecas creían que durante un eclipse solar uno de los dioses más importantes, el Sol, era atacado y devorado por un animal malvado. Los aztecas trataban de rescatar al Sol haciendo ruido, cantando y realizando sacrificios humanos. 2. Un eclipse de Sol ocurre cuando la Luna tapa la luz del Sol y proyecta su sombra sobre la Tierra. Puede ser parcial, anular o total.
B.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué texto explica el eclipse con un relato mítico? ¿1 o 2?
2.
¿Qué texto explica el eclipse con un relato científico? ¿1 o 2?
3.
¿Qué diferencia hay entre una explicación mítica y una explicación científica?
Ejercicio 4. Identifique las etapas del método científico en un caso práctico 1.
Andrés ha observado que la cosecha de este año fue menor que la del año anterior.
2.
Considera que una posible explicación es que el año pasado las abonó con abono natural y este año no utilizó abono.
3.
Para comprobarlo, Andrés divide su terreno en dos secciones: A y B. En el lado A aplica abono natural y en el lado B no aplica abono. Después de quince días, se da cuenta de que las plantas del lado A crecen mejor que las del lado B.
4.
Andrés concluyó que el abono natural ayuda a que las plantas crezcan y mejora la cosecha.
5.
Muchos científicos han comprobado que el uso de abonos naturales ayuda a mejorar las cosechas sin dañar el ambiente.
Química I − Semana 6
101
2. La química La semana 2 inició con una lectura que hablaba sobre la alquimia, el antiguo estudio de la materia que dio origen a lo que hoy se conoce como química. ¿Recuerda qué es la química? Repáselo leyendo el mapa conceptual.
La química es una:
ciencia que estudia:
la materia y sus transformaciones
se divide en:
Química inorgánica
Química orgánica
Química analítica
estudia:
estudia:
estudia:
materia inorgánica
materia orgánica
la composición de un material
se divide en:
análisis cuantitativo
análisis cualitativo
cuantifica:
identifica:
cantidad de sustancias
componentes de sustancias
Ejercicio 5. Relacione conceptos Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Antiguo estudio de la materia que abrió las puertas a lo que hoy se conoce como química.
ciencia alquimia piedra filosofal
2.
Ciencia que estudia la materia y sus transformaciones.
física química alquimia
3.
Rama de la química que se dedica a estudiar los compuestos de carbono.
química analítica química orgánica química inorgánica
102
IGER − Tacaná
4.
Rama de la química que se dedica a determinar la composición de los materiales.
química analítica química orgánica química inorgánica
5.
química analítica
Rama de la química que se interesa por el estudio de la materia inorgánica.
química orgánica química inorgánica
Ejercicio 6. Construya conceptos propios A.
Lea el mapa mental. ciencia
transformaciones
materia
Química
inorgánica B.
orgánica
analítica
Escriba con sus palabras una definición de química. Puede ayudarse con las ideas que presenta el mapa mental.
Ejercicio 7. Identifique las ramas de la química en casos prácticos Escriba sobre la línea si cada una de las ocupaciones descritas en los textos pertenecen a la química orgánica, inorgánica o analítica. 1.
Mauricio trabaja en un laboratorio en el que determinan la cantidad de cloro adecuada para desinfectar el agua y volverla potable.
2.
Fernanda es técnica de laboratorio. Ella trabaja analizando sangre y otras sustancias orgánicas.
3.
Clara es ingeniera química y se dedica a estudiar procesos que ayuden a mejorar la extracción de la plata.
Química I − Semana 6
103
3. La materia En la semana 3 se trató el tema ‟La materia”. En el siguiente mapa conceptual puede encontrar las ideas principales.
La materia todo aquello que tiene un peso y ocupa un lugar en el espacio.
se divide en:
sustancias puras
mezclas
se define como: tiene:
Propiedades generales
Propiedades específicas pueden ser:
que son:
comunes a todo tipo de materia por ejemplo:
masa peso volumen
Químicas
Físicas describen:
describen:
características externas como:
cambios internos por ejemplo:
color olor
oxidación
acidez
sabor alcalinidad conductividad eléctrica conductividad térmica ductilidad dureza maleabilidad flexibilidad textura brillo
104
IGER − Tacaná
Ejercicio 8. Relacione información Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Concepto que se define como: “Todo lo que tiene peso y ocupa un lugar en el espacio”.
masa materia elemento
2.
Ejemplo de propiedad organoléptica de la materia.
olor flexibilidad conductividad eléctrica
3.
Propiedad que ayuda a elegir el material adecuado para fabricar un aislante para cables de electricidad.
sabor ductilidad conductividad eléctrica
4.
Propiedad física que permite fabricar láminas de zinc.
dureza textura maleabilidad
5.
Ejemplo de propiedad química de la materia.
brillo oxidación ductilidad
Ejercicio 9. Construya conceptos propios Escriba con sus palabras una definición de materia.
Química I − Semana 6
105
Ejercicio 10. Aplique las propiedades de la materia Lea la situación que se plantea y use sus conocimientos sobre las propiedades de la materia para tomar la mejor decisión. Imagine que usted quiere cocinar frijoles, pero tiene poco tiempo para hacerlo. En la cocina hay dos ollas: • Una de aluminio, que es un buen conductor del calor. • Una de acero, que conduce el calor de forma moderada. 1.
¿Cuál de las dos ollas escogería, para que se cocieran más rápido los frijoles? ¿Por qué?
2.
¿Qué propiedad de la materia le ayudó a tomar esa decisión?
Ejercicio 11. Las propiedades de la plata (Ag) A.
Lea el texto que describe las propiedades de la plata (Ag). En la página 55, hicimos un ejemplo similar. Revíselo. La plata es un elemento químico y su símbolo es Ag. Posee las más altas conductividades térmica y eléctrica de todos los metales, se utiliza en puntos de contacto eléctricos y electrónicos y en joyería. Pura es un metal moderadamente suave, de color blanco y muy maleable. Cuando se pule adquiere un lustre brillante y refleja el 95% de la luz que incide sobre ella. Su densidad es 10.5 veces la del agua. La calidad de su pureza se expresa como partes de plata pura por cada 1000 partes del metal total. La plata comercial tiene una pureza del 999 (ley 0.999). Texto adaptado de: http://www.lenntech.com/espanol/tablapeiodica/Ag.htm
B.
Reescriba en la tabla las propiedades de la plata que se mencionan en el texto. Propiedades Conductividad eléctrica Conductividad térmica Dureza Maleabilidad Color Brillo
106
IGER − Tacaná
Descripción
4. Materia y energía van de la mano En la semana 4 estudió la energía y sus distintas manifestaciones. Puede repasarlas en el mapa conceptual.
La energía
es la:
se presenta como:
capacidad de producir transformaciones en la materia o de transferir calor.
energía cinética
energía potencial
la:
la:
energía del movimiento
energía almacenada se puede manifestar como:
energía química que se puede transformar en:
energía lumínica
energía sonora
energía calorífica
se manifiesta como: se manifiesta como: se manifiesta como:
luz
sonido
calor
También aprendió sobre las formas de energía que no dañan el ambiente. ¿Las recuerda? La energía solar y la energía eólica. Repáselas en el contenido de la página 71.
Ejercicio 12.
Construya conceptos propios
Escriba con sus palabras una definición de energía.
Química I − Semana 6
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Ejercicio 13. Relacione conceptos Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Capacidad de producir transformaciones en la materia o producir calor.
energía materia volumen
2.
Enunciado del principio de conservación de la energía.
la materia solo se transforma la materia no se crea ni se destruye las dos opciones anteriores son correctas
3.
Forma de energía que tienen los cuerpos en reposo.
cinética lumínica potencial
4.
Forma de energía que se manifiesta con el movimiento.
eólica sonora cinética
5.
Forma de energía que se manifiesta como calor.
solar calorífica potencial
6.
108
Forma de energía almacenada en cada parte de las sustancias y que se produce por reacciones químicas.
IGER − Tacaná
calor química temperatura
Ejercicio 14. Aplique las propiedades de la energía a las actividades diarias
A.
Observe las ilustraciones. 1.
B.
2.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de las ilustraciones representa la energía potencial? ¿1 o 2?
2.
¿Por qué?
3.
¿Qué tipo de energía se manifiesta cuando la manzana está cayendo?
4.
Cuando la manzana comenzó a caer, ¿qué pasó con la energía potencial? Explique su respuesta.
C.
Escriba los cambios de energía que se producen en cada actividad.
La energía almacenada en la cabeza de un fósforo.
se transforma en:
La energía cinética de la dínamo de una bicicleta.
se transforma en:
Energía y energía
Energía
D.
Escriba una lista de tres formas de energía que se manifiestan cuando cocina.
1.
2.
3.
Química I − Semana 6
109
5. La temperatura En la semana 5 estudió dos conceptos que se complementan: calor y temperatura. El calor es la transferencia de energía calorífica entre dos cuerpos que están a distinta temperatura. Repase el concepto de temperatura y otros contenidos de la semana leyendo el mapa conceptual. La Temperatura
es la:
se mide con:
intensidad de calor de un cuerpo
el termómetro en:
diferentes escalas como:
Celsius
Fahrenheit
Kelvin
ºC
ºF
K
Aprenda de memoria las fórmulas para conversión de temperatura: ºC =
5 (ºF – 32) 9
ºC = K – 273
ºF =
9 ºC + 32 5
K = ºC + 273
Ejercicio 15. Identifique las escalas de temperatura Escriba el símbolo que identifica a cada escala de temperatura.
110
1.
Grados Celsius
2
Grados Fahrenheit
3.
Grados Kelvin
IGER − Tacaná
Ejercicio 16. Relacione conceptos Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición. 1.
Transferencia de energía calorífica entre dos cuerpos que están a distintas temperaturas.
calor escala centígrado
2.
Medida de la intensidad de calor de un cuerpo.
Kelvin termómetro temperatura
3.
Escala de temperatura que se representa con el símbolo ºF.
Kelvin Celsius Fahrenheit
4.
Escala de temperatura que se utiliza en Guatemala.
grados Kelvin grados Celsius grados Fahrenheit
5.
Instrumento que se usa para medir la temperatura de un cuerpo.
escala termómetro temperatura
Ejercicio 17. Escriba y memorice Escriba las ecuaciones adecuadas para realizar las siguientes conversiones. 1.
De ºF a ºC
2.
De ºC a ºF
3.
De K a ºC
4.
De ºC a K
Química I − Semana 6
111
Ejercicio 18. Aplique las fórmulas de conversión de temperatura A.
B.
Convierta cada una de las siguientes temperaturas a ºF y a K. Trabaje en su cuaderno. 1.
38 ºC
3.
125 ºC
2.
–40 ºC
4.
–128 ºC
Convierta cada una de las siguientes temperaturas a ºC y a K. Trabaje en su cuaderno. 1.
67 ºF
2.
–15 ºF
3.
–78 ºF
4.
320 ºF
Ejercicio 19. Aplique las conversiones de temperatura a casos reales Resuelva los problemas utilizando las ecuaciones para convertir temperatura. Si lo desea, puede realizar las operaciones en su cuaderno.
112
1.
El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición de 77 K. ¿A cuántos ºC equivale esa temperatura?
R/
2.
La temperatura más alta registrada en el mundo fue de 136.4 ºF en el desierto del Sahara, el 13 de septiembre de 1922. ¿A cuántos ºC y a cuántos K equivale esa temperatura?
R/
3.
El tungsteno tiene un punto de fusión de 3,400 ºC, el más alto de todos los metales. ¿A cuántos °F equivale esa temperatura?
R/
4.
De los 109 elementos químicos conocidos, solo dos son líquidos a una temperatura de 25 °C. ¿A cuántos grados K equivale esa temperatura?
R/
IGER − Tacaná
7
Estados de agregación de la materia
Química I − Semana 7
113
Los logros que conseguirá esta semana son: Reconocer los estados de agregación de la materia y sus propiedades. Representar y ejemplificar los estados de agregación de la materia. Reconocer sólidos, líquidos y gases en el entorno. Identificar los estados de agregación de la materia en situaciones cotidianas. Analizar la relación de causa y efecto de la energía y de los cambios de estado de la materia. Desarrollar la creatividad a través de una narración fantástica relacionada con los estados de agregación. Recoger las observaciones de la experimentación en la libreta de campo.
¿Qué encontrará esta semana?
114
¡Para comenzar!
• El modelo cinético molecular
El mundo de la química
• Estados de agregación de la materia • Los cambios de estado
¡A la ciencia por la experiencia!
• ¡Fabrique lluvia!
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Para comprender el tema de esta semana es necesario conocer la organización interna de la materia. El modelo que nos ayuda a comprenderla es el modelo cinético molecular. Veamos:
El modelo cinético molecular Un objetivo de la Química es explicar las propiedades de la materia a través de un modelo o de una Teoría. El modelo nos da una descripción microscópica en contraste con la descripción macroscópica que se obtiene por medio de los sentidos. El modelo cinético molecular es un modelo creado por los científicos del siglo XIX que explica la estructura interna de la materia.
descripción microscópica
descripción macroscópica
Básicamente parte de estas ideas: 1. La materia está formada por partículas llamadas moléculas que a su vez están formadas por átomos. Unas partículas muy pequeñas e invisibles. 2. Las moléculas se encuentran en constante movimiento debido a dos tipos de fuerzas: fuerzas de cohesión y fuerzas de repulsión.
• Las fuerzas de cohesión tienden a mantener a las moléculas unidas entre sí.
• Las fuerzas de repulsión tienden a dispersarlas y alejarlas unas de otras.
Fuerzas de cohesión de un sólido
Fuerza de repulsión de un gas
3. Según la fuerza que predomine, cohesión o repulsión, la materia se presenta en estado sólido, líquido o gaseoso.
Química I − Semana 7
115
4. La temperatura es una manifestación del movimiento de las moléculas. Cuando aumenta la temperatura, aumenta el movimiento de las moléculas. Por eso cuando el agua hierve, se produce un movimiento agitado y vemos burbujas. De acuerdo con la teoría cinético molecular, toda la materia está formada por moléculas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos? Si las moléculas son iguales, la única explicación es que en cada estado (sólido, líquido o gaseoso) las moléculas se disponen de manera diferente. Las formas en que la materia se presenta en la naturaleza se llaman estados de agregación.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cómo se llaman las partículas que forman la materia?
2.
¿Qué nombre se da a las fuerzas que provocan el movimiento de las moléculas?
3.
¿Cuáles son las fuerzas que mantienen unidas las moléculas?
4.
¿Cuáles son las fuerzas que mantienen alejadas las moléculas?
5.
¿Cómo influyen las fuerzas de cohesión y repulsión en la manera en que se presenta la materia en la naturaleza?
116
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Estados de agregación de la materia Sólido, líquido y gaseoso Los estados de agregación de la materia son las diversas formas que pueden adoptar las sustancias. Normalmente la materia se presenta en tres estados: Sólido
Líquido
Gaseoso
A bajas temperaturas el agua se transforma en hielo.
Cuando se calienta, el hielo se derrite y se transforma en agua líquida.
Cuando el agua hierve, se convierte en vapor.
Que una sustancia sea sólida, líquida o gaseosa, depende de lo alejadas que estén sus moléculas y de la libertad de movimiento que tengan.
1.1 Estado sólido Ordenado y constante Deténgase un momento y observe a su alrededor. El libro, el lapicero y sus manos son algunos ejemplos de materia en estado sólido. El estado sólido se caracteriza porque las moléculas que lo forman están unidas en una distribución organizada con tal rigidez que prácticamente no tienen libertad de movimiento. En un sólido como el hielo, las moléculas de agua están casi pegadas y su movimiento es prácticamente nulo, solo tienen una ligera vibración.
Química I − Semana 7
117
Los sólidos se pueden dividir en dos categorías: 1.
Sólidos cristalinos: los sólidos cristalinos como el hielo o la sal tienen una forma ordenada que responde a la disposición interna de las moléculas que los componen. En la naturaleza, la sal se obtiene de la evaporación lenta del agua de mar. Esa lentitud hace que los componentes de la molécula de sal se ordenen en redes cristalinas con forma de cubo como la que se presenta en la ilustración.
2. Amorfo: significa sin forma.
Sólidos amorfos: los sólidos amorfos son aquellos que, a diferencia de los sólidos cristalinos, se han formado de manera rápida y sus moléculas no han tenido tiempo de ordenarse y quedan fijas en posiciones distintas a las de un cristal ordenado. Un ejemplo del sólido amorfo es la obsidiana. Una roca negra brillante que los mayas usaban para fabricar herramientas, armas y joyas.
En general los sólidos presentan estas características: separación entre las moléculas
muy corta
Las moléculas están tan cerca que casi no tienen movimiento.
forma
constante
Los sólidos son muy rígidos, sus moléculas casi no tienen movimiento, por eso la forma se mantiene constante.
volumen
constante
El volumen no varía.
ordenada
Las moléculas que los forman están ordenadas de manera casi geométrica.
estructura interna (orden de las moléculas)
118
IGER − Tacaná
1.2 Estado líquido El estado intermedio El estado líquido es el estado intermedio entre el estado sólido y el estado gaseoso. En un líquido, las moléculas están muy cerca, pero no se mantienen en una posición tan rígida como en los sólidos y pueden moverse con más libertad. Vea la ilustración. Las moléculas de los líquidos están desordenadas. Ese desorden permite que adopten la forma del recipiente que los contiene.
Las características generales de los líquidos son: separación entre las moléculas forma
volumen
estructura interna (orden de las moléculas)
media variable
constante
desordenada
Las moléculas están muy cerca, pero no tanto como en el estado sólido. Adoptan la forma del recipiente que los contiene. Los líquidos conservan su volumen sin importar el tamaño del recipiente que los contiene. Por ejemplo: la cantidad de agua en un vaso tiene el mismo volumen si se vierte en una palangana o en un pichel. Las moléculas están desordenadas, pero se mantienen cercanas.
1.3 Estado gaseoso Desordenado y variable ¿Ha visto lo que sucede cuando pone a calentar el agua? Después de un rato comienza a desprender vapor. El vapor es un ejemplo de materia en estado gaseoso. En los gases, las moléculas están totalmente separadas, desordenadas y se mueven muy rápido. Vea la ilustración. Las moléculas que forman el vapor de agua están dispersas y se mueven a gran velocidad. Química I − Semana 7
119
Los gases presentan estas características: separación entre las moléculas
forma
volumen
estructura interna (orden de las
amplia
Las moléculas del estado gaseoso están totalmente separadas entre sí.
variable
Al igual que los líquidos, los gases se acomodan a la forma del recipiente que los contiene.
variable
Los gases tienen libertad de moverse hacia todas direcciones y ocupan siempre el mismo volumen que el recipiente que los contiene.
desordenada
Las moléculas están totalmente desordenadas y separadas entre sí.
moléculas)
Ejercicio 1 A.
Escriba las características de los estados de agregación que faltan para completar la tabla. sólido
líquido
separación entre las moléculas
muy corta
media
forma
constante
volumen
constante
estructura interna (orden de las moléculas)
B.
ordenada
Escriba un ejemplo de cada estado de agregación de la materia. sólido
120
gaseoso
IGER − Tacaná
líquido
gaseoso
2. Los cambios de estado Cuestión de perder o ganar energía ¿Recuerda el ciclo del agua? En él se explica cómo circula el agua en el planeta y cómo pasa de un estado a otro. Primero, de líquido a gaseoso para formar las nubes; luego, de gas a líquido para formar la lluvia y a veces de gas a sólido para dar lugar al granizo. Cada una de esas transformaciones es un cambio de estado y ocurre porque el material que cambia (el agua) pierde o gana energía calórica. Para estudiar los cambios de estado, vamos a dividirlos en dos grupos: • los cambios de estado que ocurren por ganancia de energía y • los cambios de estado que ocurren por pérdida de energía.
2.1 Cambios de estado por ganancia de energía Estos cambios de estado ocurren cuando la materia que cambia absorbe energía calórica. Fíjese.
Fusión
De sólido a líquido La fusión es el cambio de estado sólido a estado líquido. Cuando un sólido se calienta gana energía calórica y comienza a ‟derretirse” hasta que se transforma en líquido. Por ejemplo: Si se deja un cubo de hielo a la intemperie absorberá calor del ambiente y comenzará a derretirse hasta transformarse en agua líquida.
Vaporización De líquido a gas
La vaporización es el cambio de estado líquido a estado gaseoso. Esta transformación ocurre porque el líquido se calienta y se transforma en gas. Cuando la vaporización se produce solo en la superficie del líquido, se llama evaporación. Si se produce en todo el líquido, se llama ebullición. La ebullición ocurre cuando ponemos a hervir un líquido. Química I − Semana 7
121
Sublimación De sólido a gas
La sublimación es el cambio de estado sólido a estado gaseoso. El sólido gana energía calórica y pasa a estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo: Las pastillas de desodorante ambiental que se colocan en el sanitario son sólidas y se subliman para desprender el olor. Lo mismo sucede con las bolitas de naftalina.
2.2 Cambios de estado por pérdida de energía Estos cambios de estado ocurren cuando la materia que cambia pierde energía calórica se enfría.
Condensación De gas a líquido
La condensación es el cambio de estado inverso a la vaporización. Este cambio de estado se da cuando la materia pasa del estado gaseoso al estado líquido. Por ejemplo: El vapor del agua que hierve sube a la tapadera, se enfría y se condensa. Es decir que pasa a estado líquido y forma las gotitas de agua.
Sublimación inversa De gas a sólido
La sublimación inversa es el proceso por el que un gas pasa directamente a sólido, sin pasar por el estado líquido. En las noches frías si la temperatura es inferior a 0 ºC, el vapor de agua de la atmósfera pasa directamente a sólido y se deposita en forma de cristalitos microscópicos de escarcha. En Guatemala, este fenómeno ocurre en departamentos con clima frío como Quetzaltenango y San Marcos.
122
IGER − Tacaná
Solidificación
De líquido a sólido La solidificación es el proceso inverso de la fusión. El cambio es de estado líquido a estado sólido. Ocurre porque el líquido pierde energía calórica (se enfría) y se transforma en sólido. Por ejemplo: Cuando se preparan helados, se introduce agua líquida con sabor en el refrigerador. El agua se enfría y se transforma en un sólido (el helado).
En resumen... Los cambios de estado de la materia son: Sublimación
Vaporización
Fusión
Condensación
Solidificación Sólido
Líquido
Gaseoso
Sublimación inversa
Fíjese en la dirección de las flechas:
ganancia de energía
pérdida de energía
Química I − Semana 7
123
Ejercicio 2. Identifique el estado en el que se encuentra cada uno de los cuerpos en la ilustración.
1. 2. 3.
Ejercicio 3. A.
Escriba el nombre de los cambios de estado que describe cada oración y a la derecha escriba si se pierde o se gana energía en el proceso. Tiene un ejemplo. paso de...
cambio de estado
gana o pierde energía
fusión
gana energía
estado sólido a estado líquido estado líquido a estado gaseoso estado gaseoso a estado sólido estado líquido a estado sólido estado gaseoso a estado líquido
B.
Escriba un ejemplo del cambio de estado que se le pide. Tiene un ejemplo. cambio de estado sólido a estado líquido estado líquido a estado gaseoso
124
IGER − Tacaná
ejemplo
hielo que se derrite
Resumen 1.
Estados de agregación de la materia La materia se puede presentar en tres estados de agregación: 1.1 Sólido: que se caracteriza porque las moléculas que lo forman están ordenadas y con poco espacio para moverse. 1.2 Líquido: en el que las moléculas están más separadas entre sí y tienen poco espacio para moverse. 1.3 Gaseoso: en el que las fuerzas de atracción son muy débiles y sus moléculas están totalmente separadas y desordenadas. En la tabla se comparan las características de los tres estados de la materia:
separación de las moléculas forma
sólido
líquido
gaseoso
muy corta
media
amplia
constante
variable
variable
(Adopta la forma del recipiente que lo contiene)
Volumen
constante
constante
variable
estructura interna
ordenada
desordenada
desordenada
2.
Cambios de estado
La materia puede cambiar de estado según absorba o pierda energía calórica. Algunos de los cambios de estado son: 2.1 Cambios por ganancia de energía:
• Fusión: el paso de estado sólido a estado líquido.
• Vaporización: cambio de estado líquido a estado gaseoso.
• Sublimación: cambio de estado sólido a estado gaseoso.
2.2 Cambios por pérdida de energía:
• Condensación: es el cambio de estado inverso a la vaporización. La materia pasa de estado gaseoso a estado líquido.
• Sublimación inversa: es el proceso mediante el cual un gas pasa directamente a sólido, sin pasar por el estado líquido.
• Solidificación: es el proceso inverso de la fusión. La materia pasa de estado líquido a estado sólido. Química I − Semana 7
125
Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Cada una de las formas en que se presenta la materia en la naturaleza.
estado gaseoso estado de la materia estado de la naturaleza
2.
Estado de la materia en el que las moléculas se encuentran ordenadas y casi fijas en un solo lugar.
sólido líquido gaseoso
3.
Cambio de estado líquido a estado sólido.
fusión ebullición solidificación
4.
Estado de la materia en el que se encuentra el aceite.
sólido líquido gaseoso
5.
Estado de la materia que presentan las rocas.
sólido líquido gaseoso
6.
Cambio de estado gaseoso a estado líquido.
sublimación vaporización condensación
126
IGER − Tacaná
Actividad 2.
Complete la información
Escriba las características de los estados de agregación que hacen falta en las casillas para completar el cuadro. sólido separación de las moléculas
líquido
gaseoso
muy corta variable
forma volumen estructura interna
Actividad 3. A.
B.
desordenada
Identifique propiedades de los estados de la materia
Subraye cuáles de estas propiedades caracterizan el estado sólido. (Hay tres respuestas correctas). a.
Tiene forma y volumen fijos.
b.
Las moléculas apenas tienen movimiento.
c.
Las moléculas se mueven libremente.
d.
Las moléculas están unidas débilmente.
e.
Las moléculas están ordenadas formando una estructura cristalina.
Subraye qué propiedad comparten el estado sólido y el estado líquido. a.
Su volumen es fijo.
b.
Son sustancias coloreadas.
c.
Su forma depende del recipiente.
d.
Su masa depende del recipiente.
Actividad 4.
Represente información con esquemas
Realice tres dibujos que representen: A.
Las moléculas de agua en un cubo de hielo (estado sólido).
Química I − Semana 7
127
B.
Las moléculas de agua en el agua de la pila (estado líquido).
C.
Las moléculas de agua en el vapor de agua (estado gaseoso).
Actividad 5. A.
Explique los fenómenos
Explique con sus palabras cómo se produce la fusión de un sólido y ejemplifique el proceso con un dibujo.
B.
Explique cómo ocurre la evaporación de un líquido y ejemplifique con un dibujo.
128
IGER − Tacaná
C.
Explique con sus palabras la diferencia que hay entre evaporación y ebullición. Apoye la explicación con un ejemplo.
Actividad 6. A.
Reconozca sólidos, líquidos y gases en el entorno
Escriba el nombre de dos sólidos que vea a su alrededor. 1.
B.
Escriba el nombre de dos líquidos que se hallan en el cuerpo. 1.
C.
2.
2.
Escriba el nombre de dos gases que identifique en el entorno. 1.
Actividad 7. 1.
2.
Aplique sus conocimientos
Muchos de nuestros abuelos guardaban la ropa en el ropero con un antipolillas (alcanfor, naftalina,...). Pasado un tiempo, las bolas habían disminuido de tamaño o habían desaparecido sin dejar restos de líquido en la ropa. ¿Qué cambio de estado se había producido? Subraye su respuesta.
a. Sublimación
c. Fusión
b. Solidificación
d. Condensación
2.
Si nos ponemos unas gotas de alcohol en la mano, al cabo de poco tiempo desaparecen. ¿Cómo se llama el cambio que experimenta esta sustancia? Subraye su respuesta.
a. Solidificación
c. Fusión
b. Evaporación
d. Sublimación Química I − Semana 7
129
Actividad 8.
Escriba un relato fantástico
Esta semana le invitamos a escribir una narración en la que cuente cómo sería usted si fuera un líquido o un gas. Escriba cómo sería su cuerpo, qué cosas podría hacer, etc. Dele rienda suelta a la imaginación.
Comparta su relato fantástico con la familia del iger. Envíelo al correo electrónico
[email protected]. Lo publicaremos en nuestra página de Internet. ¡Anímese!
130
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
¡Fabrique lluvia! En este experimento observará los cambios de estado que ocurren en el ciclo del agua.
¿Qué necesita? 1 frasco de vidrio pequeño o mediano 1 bolsa plástica transparente (el tamaño de la bolsa debe ser suficiente para cubrir la boca del bote) 1 hule 1 puñado de cubos de hielo lápiz libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Observe los cubos de hielo. En su libreta de campo describa el tamaño, la forma, el estado en el que se encuentran, etc. 2. Coloque los cubos de hielo dentro del frasco. 3. Observe y registre lo que ocurre durante dos minutos. 4. Responda: ¿qué sucedió? ¿ocurrió algún cambio en el hielo? ¿cuál es el cambio de estado que está ocurriendo? Descríbalo. 5. Tome la bolsa plástica y cubra la boca del frasco.
8. Observe y registre lo que ocurre durante 5 minutos. 9. Responda: ¿qué sucedió? ¿ocurrió algún cambio? ¿qué se formó en la bolsa? ¿qué cambios de estado están ocurriendo? 10. Observe lo que sucede con las gotitas que se formaron en la bolsa. ¡Se están precipitando en forma de lluvia hacia el fondo del bote! Con este sencillo experimento acabamos de ver todos los cambios de estado que sufre el agua durante su ciclo en la Tierra. Recuerde compartir los resultados en el círculo de estudio.
6. Sujétela con el hule. 7. Saque el frasco a un lugar donde reciba sol.
Química I − Semana 7
131
Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Reconozco los estados de agregación de la materia y sus propiedades. Después de estudiar...
Represento y ejemplifico los estados de agregación de la materia. Reconozco sólidos, líquidos y gases en el entorno. Identifico los estados de agregación de la materia en situaciones cotidianas. Analizo la relación de causa y efecto de la energía y de los cambios de estado de la materia. Desarrollo la creatividad a través de una narración fantástica relacionada con los estados de agregación. Recojo las observaciones de la experimentación en la libreta de campo.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
132
IGER − Tacaná
8
Clasificación de la materia
Química I − Semana 8
133
Los logros que conseguirá esta semana son: Definir sustancias puras, elementos, compuestos, mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Identificar algunos elementos por su símbolo químico. Explicar las diferencias entre mezclas homogéneas y heterogéneas. Identificar elementos, compuestos y mezclas en textos descriptivos. Elaborar una tabla comparativa entre un compuesto y una mezcla. Desarrollar su creatividad escribiendo un relato fantástico que se relacione con un elemento químico. Investigar acerca de un elemento químico presente en el suelo guatemalteco y exponer los resultados a través de un cartel. Experimentar con una mezcla heterogénea.
¿Qué encontrará esta semana?
134
¡Para comenzar!
• Los elementos fundamentales
El mundo de la química
• Sustancias puras • Mezclas
¡A la ciencia por la experiencia!
• ¡Experimente con mezclas!
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Los elementos fundamentales Aristóteles, uno de los grandes pensadores griegos, creía que todas las sustancias de la naturaleza estaban formadas por cuatro elementos esenciales: agua, aire, fuego y tierra. De acuerdo con la concepción de los elementos fundamentales, las distintas sustancias que existían se diferenciaban según la proporción en que estaba presente cada elemento. Los cuatro elementos de Aristóteles se relacionaban con los estados en que la materia podía presentarse: elemento
se relaciona con...
agua
líquido
aire
gas
fuego
energía
tierra
sólido
El concepto de estos cuatro elementos se mantuvo durante siglos. Los egipcios y los árabes experimentaban y manipulaban sustancias en busca de combinaciones útiles para fabricar medicinas, cosméticos, trabajar los metales y las técnicas del embalsamamiento. Los alquimistas trataban de alterar las proporciones de los cuatro elementos fundamentales de una sustancia para obtener otra diferente.
agua
fuego
aire
tierra
La ilustración recoge la forma en que los alquimistas representaban los cuatro elementos fundamentales.
Química I − Semana 8
135
Ahora se sabe que la materia está formada por unas partículas llamadas átomos que a su vez forman los elementos químicos. Estos elementos se unen entre sí para formar compuestos. Esta semana estudiaremos esas dos formas de materia: elementos y compuestos. Textos consultados y adaptados: recursos.cnice.mec.es/filosofía www.educared.net
Responda a las preguntas. 1.
Según Aristóteles, ¿cuáles eran los cuatro elementos que formaban la materia?
2.
¿Cuál de los elementos de Aristóteles representaba a los cuerpos sólidos?
3.
¿Cuál de los elementos de Aristóteles representaba a los cuerpos líquidos?
4.
¿Cree usted que la idea de los cuatro elementos de Aristóteles es acertada? ¿Por qué?
5.
Investigue cuáles son los elementos fundamentales en las culturas indígenas guatemaltecas. ¿Coinciden con los elementos fundamentales de los antiguos griegos?
136
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Sustancias puras Un solo componente
Como recordará, una sustancia pura es una forma de materia que tiene un solo componente y por lo tanto una estructura uniforme y cualidades que la identifican. Por ejemplo: la plata (Ag) está formada solo por átomos de plata. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos.
1.1 Elementos Los elementos químicos son sustancias puras que no se pueden separar en otras más sencillas. Ejemplo:
El concepto de elemento fue creado por Robert Boyle.
Si tuviéramos una barra de hierro puro y la rompiéramos en miles de pedazos, la composición de todos sería exactamente la misma. Los elementos químicos se identifican con un símbolo químico formado por una o dos letras que abrevian el nombre del elemento. • O es el símbolo del oxígeno. • N es el símbolo del nitrógeno. • H es el símbolo del hidrógeno. En la actualidad, se han descubierto alrededor de 111 elementos químicos de los cuales solo 92 existen de forma natural, los demás han sido creados en laboratorios por medios artificiales. Algunos de los elementos más comunes en nuestra vida diaria son: elemento
símbolo
elemento
símbolo
calcio
Ca
hierro
Fe
carbono
C
oro
Au
cloro
Cl
oxígeno
O
cobre
Cu
plata
Ag
fósforo
P
potasio
hidrógeno
H
sodio
Intente memorizar tres elementos por día. En cuatro días los habrá aprendido todos.
K Na
Química I − Semana 8
137
1.2 Compuestos Los compuestos son sustancias puras que sí se pueden separar en otras más sencillas. En general, los compuestos cumplen con estas condiciones: • Están formados por dos o más elementos en una proporción fija. • Cuando se forman, hay manifestación de energía. • Los elementos que se unen para formar un compuesto pierden sus propiedades originales. Ejemplo: El agua está formada por partículas de oxígeno (O) e hidrógeno (H) unidas. Por algunos métodos de separación, como la electrólisis, el agua puede descomponerse en partículas solo de O y solo de H.
molécula de agua
Los compuestos se representan por medio de fórmulas químicas que identifican su composición. La fórmula química del agua es H2O e indica que el agua está formada por hidrógeno (H) y oxígeno (O) en una proporción de 2 a 1. Dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Algunos de los compuestos más comunes en nuestra vida diaria son: compuesto
fórmula
ácido acético (vinagre)
C2H4O2
agua
H2O
amoniaco
NH3
azúcar
C12H22O11
bicarbonato
NaHCO3
dióxido de carbono
CO2
sal
NaCl
Recuerde: Los elementos están formados por un solo componente y se representan con símbolos químicos. Los compuestos tienen dos o más componentes distintos y se representan con fórmulas químicas.
138
IGER − Tacaná
Ejercicio 1 Escriba el símbolo químico que identifica a los elementos de la lista. Tiene un ejemplo. 0. Plata Ag
3. Carbono
6. Hidrógeno
1. Oro
4. Cloro
7. Fósforo
2. Calcio
5. Oxígeno
8. Sodio
Ejercicio 2 A.
Clasifique las siguientes sustancias en elementos o compuestos. Tiene un ejemplo. 0.
agua pura (H2O)
1. 2.
compuesto
3.
oxígeno (O2)
hierro (Fe)
4.
vinagre (C2H4O2)
amoniaco (NH3)
5.
azúcar (C12H22O11)
B.
Lea el texto.
El maíz es un alimento de fácil digestión ideal para niños y deportistas. Tiene un alto contenido en hidratos de carbono (CHO) y aporta vitaminas B1, B3 y B9. Además, ofrece el antioxidante betacaroteno (C40H56) que ayuda a la prevención del cáncer. Su consumo se aconseja a personas con deficiencia de magnesio (Mg), Potasio (K) y problemas de alergia o intolerancia al gluten.
C.
Responda a las preguntas. 1.
¿Qué elementos químicos se mencionan en el texto?
2.
¿El betacaroteno es un elemento o un compuesto? ¿Por qué?
3.
¿Qué diferencia hay entre un elemento y un compuesto?
Química I − Semana 8
139
2. Mezclas Es muy difícil encontrar sustancias puras aisladas en nuestro entorno. La mayoría se encuentra formando mezclas. Las mezclas son materiales formados por la unión de dos o más sustancias en proporciones variables. En general, las mezclas cumplen con estas condiciones: • Las sustancias que las componen pueden estar presentes en cualquier proporción. Una limonada puede estar hecha con el jugo de 1, 2, 3 o más limones y cualquier cantidad de agua y azúcar. Los refrescos son una mezcla de fruta, agua y azúcar.
• No presentan manifestaciones energéticas en su formación. • Cada sustancia que compone una mezcla conserva sus propiedades. (En la limonada, el azúcar no deja de ser azúcar). Las mezclas se clasifican en dos tipos:
2.1 Mezclas homogéneas Fase: porción físicamente distinta de materia que es uniforme en su composición y propiedades.
Las mezclas homogéneas son las que se presentan en una sola fase. Es decir, tienen componentes que no se pueden distinguir a simple vista. Las mezclas homogéneas se llaman también disoluciones.
La sangre es una disolución. A simple vista, no se distingue ninguno de los componentes que la forman.
2.2 Mezclas heterogéneas Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que se presenta más de una fase. Es decir que sí pueden distinguirse los componentes que las forman. En la mezcla hetereogénea de granito es posible identificar los tres componentes que lo forman: feldespato (rosado), cuarzo (cristales incoloros) y mica (láminas negras brillantes).
140
IGER − Tacaná
Ejercicio 3 Realice las actividades A, B y C. A.
Observe las ilustraciones de una losa de granito y un pichel de agua. 1.
B.
2.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de las ilustraciones representa una mezcla heterogénea? ¿1 o 2?
2.
¿En qué se diferencia una mezcla homogénea de una heterogénea?
C.
3.
¿Con qué mezclas homogéneas y heterogéneas se relaciona en sus actividades diarias? Escriba dos de cada una.
Mezclas homogéneas
a.
b.
Mezclas heterogéneas
a.
b.
Complete la tabla escribiendo las diferencias entre un compuesto y una mezcla.
composición
compuesto
mezcla
fija
variable
manifestación de energía
hay manifestación de energía en su fomación
propiedades de los componentes
pierden sus propiedades originales
Química I − Semana 8
141
Resumen 1.
Sustancias puras Una sustancia pura es una forma de materia que tiene un solo componente y por lo tanto posee una estructura uniforme y cualidades que la identifican.
Las sustancias puras se dividen en elementos y compuestos. 1.1 Los elementos son sustancias puras que no se pueden separar en otras más sencillas. Algunos elementos comunes en la vida diaria son: elemento calcio carbono cloro cobre fósforo hidrógeno
símbolo Ca C Cl Cu P H
elemento hierro oro oxígeno plata potasio sodio
símbolo Fe Au O Ag K Na
1.2
Los compuestos son sustancias puras que sí se pueden separar en otras más sencillas.
Los compuestos cumplen con estas condiciones:
• Están formados por dos o más elementos en una proporción fija.
• Hay manifestación de energía en su formación. • Los elementos que se unen para formar un compuesto pierden sus propiedades originales.
Algunos compuestos comunes en la vida diaria son:
compuesto ácido acético (vinagre)
fórmula
compuesto
fórmula
C2H4O2
bicarbonato
NaHCO3
agua
H2O
amoniaco
NH3
dióxido de carbono
CO2
azúcar
C12H22O11
sal
NaCl
2. Mezclas Las mezclas son materiales formados por la unión de dos o más sustancias en proporciones variables.
Las mezclas cumplen con estas condiciones: • Las sustancias que las componen pueden estar presentes en cualquier proporción. • No hay manifestación de energía en su formación. • Cada sustancia que compone una mezcla conserva sus propiedades. Las mezclas se dividen en mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.
142
2.1
Las mezclas homogéneas son las que se presentan en una sola fase.
2.2
Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que se presenta más de una fase.
IGER − Tacaná
Autocontrol Actividad 1.
Relacione conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con la definición de la izquierda. Tiene un ejemplo. 0.
Método químico para separar un compuesto por medio de electricidad.
electrólisis decantación filtración
1.
Sustancias que tienen un solo componente.
mezclas sustancias puras sustancias compuestas
2.
Tipo de sustancias puras que no pueden descomponerse en otras más sencillas.
elemento compuesto mezcla homogénea
3.
Materiales formados por dos o más sustancias en proporciones variables.
mezclas elementos compuestos
4.
Tipo de sustancias puras que sí pueden separarse en
compuestos
otras más sencillas.
mezclas homogéneas mezclas heterogéneas
5.
Tipo de mezclas que se presentan en una sola fase.
compuestas homogéneas heterogéneas
6.
Tipo de mezclas en las que se puede distinguir más de una fase.
de fases homogéneas heterogéneas Química I − Semana 8
143
Actividad 2.
Clasifique sustancias puras y mezclas
Lea los textos y escriba sobre la línea si describen un elemento, un compuesto o una mezcla. 0.
El cloro (del griego kloros, que significa ‟amarillo verdoso”) fue descubierto en 1774 por el sueco Carl Wilhelm Scheele. En su forma comercial se usa para blanquear la ropa y desinfectar el agua. Tomado y adaptado de wikipedia
1.
El ácido sulfúrico es una sustancia formada por dos partes de hidrógeno, una de azufre y cuatro de oxígeno. Se representa con la fórmula H2SO4.
2.
El atol de haba se prepara combinando una buena cantidad de harina de haba en agua.
3.
Las aguas gaseosas están formadas por una combinación de agua, carbonatos y azúcares.
4.
El pepián es un platillo típico que se prepara combinando pavo, agua y distintos tipos de chile asado.
5.
La sal de mesa está formada por una parte de sodio y una parte de cloro. Se representa con la fórmula química NaCl.
Actividad 3.
elemento
Represente los elementos por medio de símbolos
Escriba el símbolo químico que representa cada elemento de la lista. Puede consultar el apartado 1 de la semana. Tiene un ejemplo. Elemento
Cloro Fósforo Hidrógeno Hierro Plata Oxígeno
144
IGER − Tacaná
Símbolo
Actividad 4.
Diferencie entre compuesto y mezcla
Complete la tabla escribiendo las diferencias entre un compuesto y una mezcla. Tiene un ejemplo. compuesto
mezcla
composición
manifestación de energía
propiedades
Actividad 5.
Identifique elementos químicos en el entorno
Elabore una lista de al menos cinco elementos químicos con los que se relacione en sus actividades diarias. 1.
4.
2.
5.
3.
Actividad 6.
Distinga una mezcla heterogénea de una mezcla homogénea
Realice las actividades A y B. A.
Observe las ilustraciones. 1.
B.
2.
Responda a las preguntas. 1.
¿Cuál de las ilustraciones representa una mezcla heterogénea? ¿1 o 2?
2.
¿En qué se diferencia una mezcla homogénea de una heterogénea?
Química I − Semana 8
145
Actividad 7. Escriba un relato fantástico Imagine que usted es la científica o el científico que descubrió un nuevo elemento químico en Guatemala. Escriba una narración en la que cuente qué aspecto tiene (color, olor, textura, etc.), qué nombre le dio y cuál es el símbolo que lo representa.
Actividad 8.
Investigue y exponga en el círculo de estudio
En esta actividad le proponemos investigar sobre uno de los elementos químicos comunes en el suelo guatemalteco. Por ejemplo: plomo, plata, cinc, hierro, titanio, antimonio, tungsteno, oro, cobre y plomo entre otros. ¿Qué debe hacer? Elija uno de los elementos y averigüe: • El símbolo químico que lo representa. • Las zonas del país donde se puede encontrar. • Para qué sirve. • Cómo se explota en Guatemala. Luego elabore un cartel con los resultados de la investigación y preséntelo a sus compañeros y compañeras.
146
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
¡Experimente con mezclas! ‟Como el agua y el aceite”, esta expresión se usa para comunicar que algo no combina. Con este experimento entenderá por qué se dice.
¿Qué necesita? masking tape lupa arena agua 1 cuchara 1 plato añilina aceite de cocina harina alcohol 3 frascos pequeños de vidrio lápiz libreta de campo
1
2
3
¿Qué debe hacer? Parte I. 1. Eche 2 cucharadas de harina en un plato. 2. Agregue dos cucharadas de arena. 3. Mezcle con la cuchara. 4. Observe con la lupa. 5. Tome su cuaderno de campo y dibuje lo que observa. Además responda a estas preguntas: a. ¿La mezcla que se formó es homogénea o heterogénea? b. ¿Por qué? Parte II. 1. Numere y etiquete 3 frascos de vidrio con los letreros: 1, 2 y 3. 2. Agregue a todos agua hasta la mitad del frasco.
3. Al frasco número 1, agréguele con cuidado una pizca de añilina y observe su desplazamiento en el agua. Dibuje y anote sus observaciones en la libreta de campo. 4. Al frasco número 2, échele unas gotas de aceite y observe su paso. 5. Al frasco 3, agréguele una pizca de harina. Dibuje y anote sus observaciones en la libreta de campo. 6. Deje reposar unos 5 minutos. Luego agite con cuidado los frascos. Tome su cuaderno de campo y dibuje lo que observa. Además responda a estas preguntas: ¿Las mezclas que se formaron son homogéneas o heterogéneas? ¿Por qué?
Química I − Semana 8
147
Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Defino sustancias puras, elementos, compuestos, mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Después de estudiar...
Identifico algunos elementos por su símbolo químico. Explico las diferencias entre mezclas homogéneas y heterogéneas. Identifico elementos, compuestos y mezclas en textos descriptivos. Elaboro una tabla comparativa entre un compuesto y una mezcla. Desarrollo mi creatividad escribiendo un relato fantástico que se relacione con un elemento químico. Investigo acerca de un elemento químico presente en el suelo guatemalteco y expongo los resultados a través de un cartel. Experimento con una mezcla heterogénea.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
148
IGER − Tacaná
9
La maravilla del átomo
Química I − Semana 9
149
Los logros que conseguirá esta semana son: Construir una línea del tiempo con los aportes científicos que han conducido a la idea actual de átomo. Expresar el concepto de átomo con palabras propias. Reconocer las partículas subatómicas en un modelo atómico. Diferenciar los conceptos de número atómico y número másico y calcular sus valores. Escribir un relato fantástico relacionado con un modelo atómico. Construir modelos atómicos.
¿Qué encontrará esta semana?
150
¡Para comenzar!
• Demócrito y los “ladrillos de la naturaleza”
El mundo de la química
• ¿Qué es el átomo? • Estructura interna del átomo: las partículas subatómicas • Relaciones de masa de los átomos
¡A la ciencia por la experiencia!
• El elemento desconocido
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Para comenzar esta semana le invitamos a viajar en el tiempo hasta la Grecia antigua. Allí conocerá a Demócrito. El filósofo que dio origen al concepto de átomo.
Demócrito y los “ladrillos de la naturaleza” Demócrito creía que todo cuanto existe estaba formado por unas piezas pequeñas e indivisibles a las que dio el nombre de átomos. La palabra átomo significa indivisible. Según Demócrito, los átomos funcionaban como ladrillos de la naturaleza con los que se construía todo lo que nos rodea.
Demócrito de Abdera 460 – 370 a.C.
Demócrito decía: “Existe un sinfín de diferentes átomos en la naturaleza. Algunos son redondos y lisos, otros son irregulares y torcidos. Precisamente por tener formas diferentes, pueden componer diferentes cuerpos. Pero aunque sean muchísimos y muy diferentes entre sí, son todos eternos, inalterables e indivisibles”.
Era importante para Demócrito poder afirmar que “eso” de lo que todo está hecho no podía dividirse en partes más pequeñas. Si hubiera sido así, no habrían podido servir de ladrillos de construcción. Pues, si los átomos hubieran podido ser limados y partidos en partes cada vez más pequeñas, la naturaleza habría empezado a flotar en una pasta cada vez más líquida. Demócrito pensaba y postulaba que los átomos, además de ser indivisibles, tenían distinta forma, tamaño, orden y posición. Esas diferencias les permitían ensamblarse y formar cuerpos, que algún día volverían a separarse, liberando a los átomos para juntarse con otros. Hoy podemos afirmar que la teoría atómica de Demócrito era correcta. La naturaleza está, efectivamente, compuesta por diferentes átomos que se unen y vuelven a separarse. En nuestros días, la ciencia ha descubierto que los átomos pueden dividirse en partículas fundamentales. A estas partículas fundamentales las llamamos protones, neutrones y electrones.
Química I − Semana 9
151
Quizás esas partículas puedan dividirse en partes aún más pequeñas. No obstante, los físicos están de acuerdo en que tiene que haber un límite. Tiene que haber unas partes mínimas de las que esté hecho el mundo. Demócrito no tuvo acceso a los aparatos electrónicos de nuestra época. Su único instrumento fue su inteligencia. Y su inteligencia no le ofreció ninguna elección. Si de entrada aceptamos que nada cambia, que nada surge de la nada y que nada desaparece, entonces la naturaleza ha de estar compuesta necesariamente por unos minúsculos ladrillos que se juntan, y que se vuelven a separar. Texto adaptado de “El mundo de Sofía” Jostein Gaarder
Aprenderemos más sobre los átomos con el contenido de esta semana. ¡Adelante!
Responda a las preguntas. 1.
Según Demócrito, ¿de qué estaba formado todo lo que nos rodea?
2.
¿Por qué cree usted que Demócrito decía que los átomos eran los ‟ladrillos de la naturaleza”?
3.
Según usted, ¿de qué está formado todo lo que le rodea?
4.
¿Qué sabe usted sobre el átomo? Escríbalo. (Es válido decir ‟no sé nada”).
152
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. ¿Qué es el átomo?
La parte más pequeña de todo lo existente
En el ‟¡Para comenzar!” usted leyó que en el siglo V a.C el filósofo griego Demócrito expresó su creencia de que toda la materia estaba formada por unas partículas diminutas e indivisibles a las que llamó átomos. Las ideas de Demócrito han perdurado hasta la actualidad. En nuestros días, el átomo se define como la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química. Hay 92 elementos químicos naturales y cada elemento está formado por un solo tipo de átomos. El concepto actual de átomo es el resultado del trabajo de muchos científicos que desarrollaron distintos modelos para explicarlo. Veamos algunos de los más importantes. John Dalton en 1808... retomó las ideas de átomo de Demócrito y formuló la teoría atómica moderna en la que explica que:
1808
• Toda la materia está formada por átomos. John Dalton (1766 – 1844) Naturalista, químico y matemático inglés.
• Cada elemento está formado por un solo tipo de átomos. • Los átomos se unen entre sí por medio de fuerzas eléctricas, para formar compuestos. Dalton observó que los átomos se combinaban con otros en cantidades fijas para formar moléculas. En la ilustración vemos tres átomos unidos en proporción de 2 a 1 para formar una molécula.
molécula átomos
Modelo del átomo de Dalton Química I − Semana 9
153
1897
Joseph J. Thomson en 1897... • Demostró la existencia de cargas eléctricas negativas (los electrones) que estaban dentro de los átomos.
Joseph J. Thomson (1856 – 1940) Científico inglés.
• Dedujo que el átomo debía ser una esfera de materia cargada de energía eléctrica positiva, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. • Propuso un modelo de átomo similar a una porción redonda de gelatina con trozos de fruta incrustados. La gelatina representaba toda la energía positiva y los trozos de fruta, las cargas eléctricas negativas (electrones). electrones cargas negativas
esfera de carga positiva
Modelo del átomo de Thomson
1911
Ernest Rutherford en 1911... • Propuso un modelo de átomo en el que, a diferencia del modelo de Thomson, toda la energía positiva estaba concentrada en un núcleo alrededor del cual giraban las cargas eléctricas negativas (los electrones) en órbitas circulares. Ernest Rutherford (1871 – 1937) Físico y químico inglés.
carga negativa
carga positiva
carga negativa
Modelo del átomo de Rutherford
154
IGER − Tacaná
1913
Niels Bohr en 1913... • Estableció un modelo de átomo parecido a un sistema solar, según el cual los electrones siguen trayectorias circulares y definidas alrededor del núcleo formado por energía positiva, tal como se mueven los planetas alrededor del Sol. Niels Bohr (1885 – 1962) Físico danés.
A esas trayectorias las llamó órbitas. Según este modelo, los electrones pueden saltar de una órbita a otra emitiendo o absorbiendo energía.
núcleo con energía positiva
electrón en su órbita Modelo del átomo de Bohr
En la actualidad estos modelos ha sido superados, pero, la idea del movimiento de los electrones de una órbita a otra de Bohr, aún tiene vigencia.
Ejercicio 1. Complete la línea de tiempo en la que se muestren todos los aportes científicos que han conducido a la idea actual de átomo.
Demócrito (460 – 370 a.C) ‟Toda la materia está formada por átomos”.
John Dalton 1808
1897 Demostró la existencia de cargas eléctricas negativas dentro del átomo.
1913
1911
Química I − Semana 9
155
2. Estructura interna del átomo: las partículas subatómicas
Electrón, protón y neutrón
Demócrito y Dalton imaginaron al átomo como una partícula extremadamente pequeña e indivisible. Sin embargo, una serie de investigaciones han demostrado que el átomo está formado por el núcleo y la nube electrónica. Núcleo: en el núcleo se encuentran los protones, partículas con energía eléctrica positiva y los neutrones, partículas cargadas con energía eléctrica neutra. En 1932, el científico James Chadwick descubrió los neutrones.
p+
n
Nube electrónica: la nube electrónica está formada por los electrones, partículas con energía eléctrica negativa, que giran alrededor del núcleo.
órbita del electrón
En la actualidad, se han descubierto otras partículas subatómicas como los priones, gluones y fotones. Le invitamos a investigar sobre ellas.
En el esquema el núcleo se muestra formado por esferas con el símbolo n que identifica a los neutrones y las esferas con el símbolo p+ que identifica a los protones.
núcleo
p+
n e
156
IGER − Tacaná
nube electrónica
La nube electrónica se muestra formada por los electrones que se identifican con el símbolo e y sus órbitas. Las orbitas son las vías por donde circulan los electrones alrededor del núcleo.
3. Relaciones de masa de los átomos En semanas anteriores vimos que la química es una ciencia cuantitativa, es decir, mide cantidades. A continuación veremos dos propiedades que ayudan a identificar y describir átomos cuantitativamente: el número atómico y el número de masa atómica.
3.1 Número atómico Z
La cantidad de protones
El número atómico Z es una propiedad que nos ayuda a saber cuántos protones y cuántos electrones tienen los átomos de un elemento determinado. Por ejemplo, el número atómico del oxígeno es 8 (Z = 8). Eso significa que tiene 8 protones y 8 electrones. Todos los átomos de óxigeno del universo tienen un Z = 8 y viceversa, todos los átomos con Z = 8 son átomos de oxígeno. En resumen podemos decir que cada elemento tiene un número propio que lo identifica.
Z elemento
=
número de número de = protones electrones
símbolo
Z
número de protones (Z)
número de electrones (Z)
O
8
8
8
Oxígeno
En la naturaleza todo tiende al equilibrio. Por eso los átomos tratan de mantener nivelada la cantidad de energía positiva y energía negativa. Los átomos que lo logran, se llaman átomos neutros y se caracterizan porque el número de protones en su núcleo es igual al número de electrones que giran a su alrededor.
Ejercicio 2 Determine la cantidad de protones y de electrones que tiene cada átomo de los elementos propuestos. Ayúdese con la información que le proporciona el número atómico Z. símbolo
Z
número de protones
número de electrones
B
5
5
5
Mercurio
Hg
80
Sodio
Na
11
elemento Boro
Química I − Semana 9
157
3.2 Número de masa atómica A
Total de neutrones y protones en el núcleo
El número de masa atómica es una propiedad que representa el total de protones y neutrones en un átomo determinado. Se representa con el símbolo A. En general el número de masa atómica A está dado por la relación: A = Z + número de neutrones Esta correspondencia permite calcular el número de neutrones de un átomo. Por ejemplo, el oxígeno tiene un A = 16 y un Z = 8. Para calcular el número de neutrones del oxígeno, se calcula sustituyendo valores y despejando así: Número de neutrones (n) = A – Z n = 16 – 8 n = 8 La forma aceptada para anotar el número atómico Z y el número de masa atómica A de cualquier elemento X es:
A
número de masa
X Z
número atómico
19
Por ejemplo, el número de masa atómica A del Flúor es 19 y su Z es 9 se representan así:
9
elemento atómico
F
y proporcionan esta información: elemento 19
F 9
nombre
flúor
A
Z
p+
e
n
19
9
9
9
10
Ejercicio 3 Complete la información de la tabla con los datos que le dan en la primera columna. Vea el ejemplo. elemento 35
Cl
17 197
Au
79 108
Ag 47
158
IGER − Tacaná
nombre
A
Z
cantidad de neutrones n=A–Z
cloro
35
17
18
Resumen 1.
Definición de átomo
El átomo se define como la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química.
El concepto actual de átomo surgió del trabajo de varios científicos: John Dalton en 1808 formuló la teoría atómica moderna. Joseph J. Thomson en 1897 propuso un modelo de átomo consistente en una gran masa de energía positiva, con cargas eléctricas negativas (electrones) incrustadas. Ernest Rutherford en 1911 propuso un modelo de átomo en el cual toda la energía positiva se concentraba en un núcleo, alrededor del que giraban las cargas eléctricas negativas (electrones). Niels Bohr en 1913 estableció un modelo atómico parecido a un sistema solar en el cual los electrones giraban alrededor de un núcleo positivo en trayectorias circulares a las que llamó órbitas.
Estructura interna del átomo
Núcleo: en el núcleo se encuentran los neutrones, partículas con energía eléctrica neutra y los protones, partículas cargadas con energía eléctrica positiva.
Nube electrónica: la nube electrónica está formada por los electrones, partículas con energía eléctrica negativa, que giran alrededor del núcleo.
3.
Relaciones de masa de los átomos
núcleo
p+
n e
nube electrónica
2.
3.1 El número atómico Z es una propiedad que nos ayuda a saber cuántos protones y cuántos electrones tienen los átomos de un elemento determinado. 3.2 El número de masa atómica A es una propiedad que representa el total de protones y neutrones en un átomo determinado. Química I − Semana 9
159
Autocontrol Actividad 1.
Relacione información.
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química.
átomo protón electrón
2.
Científico que formuló la Teoría atómica moderna.
Dalton Rutherford Thomson
3.
Partícula subatómica con carga eléctrica positiva.
protón neutrón electrón
4.
Partícula subatómica con carga eléctrica negativa.
átomo protón electrón
5.
Parte del átomo en la que se localizan los neutrones.
núcleo masa atómica nube electrónica
6.
Símbolo que representa el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo.
A Z X
160
IGER − Tacaná
Actividad 2. A.
Construya conceptos
Lea las palabras del mapa mental del átomo. protón
básica
materia
neutrón
Átomo
combinación
química
electrón
B.
unidad
elemento
Escriba con sus palabras una definición de átomo. Puede apoyarse en las ideas expuestas en el mapa mental.
Actividad 3.
Ordene sus ideas
Complete el mapa conceptual con lo estudiado en la semana.
El átomo está formado por:
núcleo
nube electrónica
formado por:
formada por:
neutrones que son:
partículas positivas
que son:
que son:
partículas negativas Química I − Semana 9
161
Actividad 4.
Recuerde y explique
Explique en qué consiste el modelo atómico que presenta cada científico que se cita.
John Dalton
Niels Bohr
Actividad 5.
Calcule el número atómico (Z), el número de masa atómica (A) y el número de partículas subatómicas de distintos elementos
Complete la tabla escribiendo la información que hace falta. Tiene un ejemplo. elemento
número de masa atómica (A)
número atómico (Z)
número de protones (Z)
número de electrones (Z)
número de neutrones (A – Z)
35
17
17
17
18
35
Cl 17 40
Ca 20 31
P 15 14
N 15 23
Na 11 52
Cr 24
162
IGER − Tacaná
Actividad 6. A.
Reconozca las partículas subatómicas en un modelo atómico
Identifique las partes del átomo que se señalan en el modelo atómico.
p+
n e
B.
Explique con sus palabras qué es un protón, qué es un neutrón y qué es un electrón.
Protón:
Neutrón:
Electrón:
Química I − Semana 9
163
Actividad 7.
Escriba un relato fantástico
Imagine que usted es una científica o un científico que propone un nuevo modelo atómico. Escriba una narración que describa cómo es ese modelo, cómo se distribuyen los protones, electrones y neutrones y cómo lo presentaría ante la comunidad científica. Puede realizar el dibujo de su modelo en el espacio en blanco del final de la página.
Comparta su invento con la familia del iger. Envíelo al correo electrónico
[email protected]. Lo publicaremos en nuestra página de Internet. ¡Anímese!
164
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
¡Construya un modelo de átomo! Esta semana pondrá a trabajar su creatividad y construirá los modelos atómicos de Rutherford y Bohr utilizando distintos materiales.
¿Qué necesita? 1 metro de alambre, lana o hilo de cáñamo. 10 bolitas de plasticina o papel (del tamaño de un cinco) distribuidas así: 5 rojas y 5 amarillas. 2 trozos de cartón o cartulina del tamaño de una hoja oficio. lápiz pegamento
¿Qué debe hacer? 1. Utilice los trozos de cartón o cartulina como base para cada uno de los modelos. 2. Con el lápiz, anote en el extremo inferior derecho de la cartulina el nombre del científico que propuso el modelo, el año en que fue propuesto y una breve descripción. 3. Elabore en el primer cartón el modelo atómico de Rutherford. (Lo puede repasar en la página 154). 4. Use las bolitas amarillas para representar el núcleo con las cargas positivas y las rojas para representar a los electrones. 5. Utilice el alambre o la lana para construir las órbitas en las que giran los electrones. 6. Represente en el segundo cartón el modelo del átomo de Bohr. (Lo puede repasar en la página 155). 7. Al igual que en el modelo anterior, utilice las bolitas amarillas para representar al núcleo positivo y las rojas para representar a los electrones. 8. Presente sus modelos en el círculo de estudio y organice una feria de modelos atómicos junto a sus compañeros.
Química I − Semana 9
165
Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Construyo una línea del tiempo con los aportes científicos que han conducido a la idea actual de átomo. Expreso el concepto de átomo con palabras propias. Reconozco las partículas subatómicas en un modelo atómico. Diferencio los conceptos de número atómico y número másico y calculo sus valores. Escribo un relato fantástico relacionado con un modelo atómico. Construyo modelos atómicos.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
166
IGER − Tacaná
10
Distribución de los electrones en el átomo
Química I − Semana 10
167
Los logros que conseguirá esta semana son: Describir la manera en que se distribuyen los electrones en el átomo, según la cantidad de energía que poseen. Reconocer la cantidad de subniveles energéticos y orbitales que hay en cada nivel de energía. Describir la capacidad electrónica de cada nivel de energía. Determinar la cantidad de electrones de valencia de distintos átomos. Observar el comportamiento de los electrones en el átomo mediante un experimento.
¿Qué encontrará esta semana?
168
¡Para comenzar!
• Átomo de Bohr
El mundo de la química
• Distribución de los electrones en la nube electrónica • Electrones de valencia
¡A la ciencia por la experiencia!
• Ondas en el agua
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! La semana anterior conoció los distintos modelos atómicos propuestos por científicos como Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr. Este último propuso un modelo de átomo que sentó las bases del modelo actual.
Átomo de Bohr
Modelo del átomo de Bohr
Según el modelo atómico de Bohr, los electrones tienen un orden definido y giran solo en regiones determinadas alnúcleo con rededor del núcleo. Dichas regiones se energía positiva llaman niveles de energía y dependen de la energía de cada electrón. Así, los niveles más cercanos al núcleo albergan electrón en un nivel de energía a los electrones con menos energía y los más alejados a los electrones con mayor nivel energético. En la ilustración, los niveles están representados por los círculos concéntricos alrededor del núcleo.
1924
El modelo de Bohr funcionó perfectamente para el átomo de hidrógeno, pero resultó limitado para átomos más complejos. Esto hizo que algunos científicos continuaran el estudio del átomo y realizaran descubrimientos que ayudaron a mejorar el modelo de Bohr. Lea a continuación los más importantes.
Louis De Broglie (1892 – 1987 ) Científico francés.
En 1924, el científico francés Louis De Broglie propuso que los electrones podrían funcionar como partículas y como ondas al mismo tiempo. Este descubrimiento fue muy importante porque ayudó a responder por qué los electrones podían estar presentes en distintas ubicaciones del átomo a la vez.
Química I − Semana 10
169
1925 1926
Werner Heisenberg (1901 – 1976 ) Científico alemán.
Erwin Schrödinger (1887 – 1961 ) Científico austríaco.
En 1925, el físico alemán Werner Heisenberg propuso el principio de incertidumbre, según el cual es imposible conocer con total exactitud la posición y la velocidad de un electrón.
En 1926, el físico austríaco Erwin Schrödinger tomó las ideas de De Broglie y de Heisenberg y desarrolló un nuevo modelo de átomo en el que la posición probable de un electrón está determinada por la cantidad de energía que posee.
Esta semana estudiaremos la ubicación probable de los electrones en el átomo según su cantidad de energía.
Complete la línea de tiempo de los descubrimientos que llevaron al modelo de átomo actual.
Louis De Broglie 1924 1926 1925 Propuso el principio de incertidumbre
170
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Distribución de los electrones en la nube electrónica En un átomo, los electrones están girando alrededor del núcleo formando capas o niveles de energía. En cada uno de ellos, la energía que posee el electrón es distinta. El esquema presenta un átomo de sodio Na con Z=11 abierto por la mitad.
El núcleo del átomo de sodio está compuesto por 11 protones y 12 neutrones. Tantos como lo indican el número atómico Z y el número de masa atómica A.
La nube electrónica está formada por los electrones que giran alrededor del núcleo. El número de electrones está indicado por Z.
Química I − Semana 10
171
1.1 Niveles de energía Como vio en el apartado anterior, los niveles de energía son regiones de la nube electrónica que se forman por el movimiento de los electrones alrededor del núcleo. Su posición depende de la cantidad de energía que tenga el electrón.
7 6 5 4
3
2 1
Los niveles de energía se identifican con los números de 1 a 7. El nivel 1 es el más cercano al núcleo y el nivel 7 el más alejado. Los electrones que forman los primeros niveles tienen poca energía, por eso el núcleo los atrae con más fuerza e impide que se desplacen a otra región. En los niveles alejados ocurre lo contrario, los electrones tienen mucha energía y el núcleo no los puede retener. Como verá más adelante, esa separación del núcleo les permite unirse con electrones de otros átomos y formar compuestos.
Ejercicio 1 1.
¿Qué es un nivel de energía?
2.
¿Cuántos niveles de energía forman la nube electrónica? ¿Cuál es el nivel menos energético y cuál es el más energético?
172
IGER − Tacaná
1.2 Subniveles y orbitales de energía Los electrones de un nivel no poseen exactamente la misma energía. Por eso los niveles energéticos están divididos en subniveles. Dichos subniveles se identifican con las letras s, p, d y f. Como los átomos son tan pequeños, no se puede conocer con exactitud cómo se desplaza un electrón o en que ubicación precisa se encuentra. Lo único que se puede determinar es la región de la nube electrónica donde hay más probabilidad de encontrar un electrón. Esa región se llama orbital. En cada orbital se puede alojar un máximo de dos electrones. En el esquema se explica el tipo de subnivel, los orbitales y el total de electrones que se pueden situar, como máximo, en los niveles 1 a 4. Solo se ven esos niveles, porque son suficientes para explicar los átomos que se estudiarán en el curso. Nota: En el esquema se presenta la ubicación de los electrones de un átomo de sodio (Na) Z=11.
En el primer nivel hay un subnivel s con un orbital. En total puede alojar un máximo de 2 electrones. En el segundo nivel hay un subnivel s con un orbital y un subnivel p con 3 orbitales (px, py, pz). En total puede alojar hasta 8 electrones (dos en cada orbital).
1
2
En el tercer nivel hay un subnivel s con un orbital, un subnivel p con 3 orbitales y un subnivel d con 5 orbitales. En total puede alojar hasta 18 electrones (dos en cada orbital).
3 4
En el cuarto nivel hay un subnivel s con un orbital, un subnivel p con 3 orbitales, un subnivel d con 5 orbitales y un subnivel f con 7 orbitales. En total puede alojar hasta 32 electrones (dos en cada orbital). Química I − Semana 10
173
2. Electrones de valencia
Los del último nivel
Los electrones de los átomos se acomodan a partir del nivel más bajo de energía, ocupando primero los orbitales del subnivel s, luego los p, después los d y por último los del subnivel f. El hecho de que los electrones tengan diferentes niveles de energía, lleva a clasificarlos por el nivel energético en que se encuentran. El nivel que interesa para entender mejor el comportamiento del átomo es el nivel de valencia, que es el nivel de energía donde se ubican los últimos electrones de un átomo. Esos electrones se llaman electrones de valencia y son los responsables de las combinaciones de los elementos para formar compuestos. Por ejemplo: Cuando un nivel de energía completa su capacidad de alojamiento, los otros electrones comienzan a llenar el siguiente nivel.
El litio (Li) Z=3 tiene un electrón de valencia que se ubica en el subnivel s del nivel 2.
El nitrógeno (N) Z=7 tiene cinco electrones de valencia que se ubican en los subniveles s y p del nivel 2.
El oxígeno (O) Z=8 tiene seis electrones de valencia que se ubican en los subniveles s y p del nivel 2.
174
IGER − Tacaná
Ejercicio 2. Escriba el tipo de subnivel (s, p, d, f) que hay en cada nivel de energía y el total de electrones que puede alojar. Luego, dibújelos en el esquema. Vea el ejemplo.
Nivel 1
Subniveles:
s
Total de electrones:
2
Subniveles: Nivel 2
Total de electrones: Subniveles:
Nivel 3
Total de electrones: Subniveles:
Nivel 4
Total de electrones:
Ejercicio 3. Observe las ilustraciones y responda a las preguntas. 1.
Flúor (F) Z =9
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
2.
Magnesio (Mg) Z=12
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
Química I − Semana 10
175
Resumen 1.
Distribución de los electrones en la nube electrónica
La nube electrónica está formada por los electrones que giran alrededor del núcleo en siete niveles de energía. 1.1 Niveles de energía Los niveles de energía son regiones de la nube electrónica que se forman por el movimiento de los electrones alrededor del núcleo. El núcleo está compuesto por protones y neutrones. Tantos como indican Z y A.
La nube electrónica está formada por los electrones que giran alrededor del núcleo. El número de electrones está indicado por Z.
Los niveles cercanos al núcleo son los menos energéticos. Los niveles alejados son los más energéticos. 1.2 Subniveles y orbitales de energía
Los niveles energéticos están divididos en subniveles que se identifican con las letras s, p, d y f. En cada subnivel hay orbitales que son las regiones de la nube electrónica donde hay más probabilidad de encontrar un electrón. Cada orbital puede alojar un máximo de 2 electrones. La tabla presenta un resumen de los subniveles y electrones que se pueden alojar en los primeros cuatro niveles de energía. nivel 1 2 3 4
subnivel s s, p s, p, d s, p, d, f
total de electrones 2 8 18 32
2. Electrones de valencia El nivel de valencia es el nivel de energía donde se ubican los últimos electrones de un átomo. Esos electrones se llaman electrones de valencia y son los responsables de las combinaciones de los elementos para formar compuestos. Los electrones de los átomos se acomodan a partir del nivel más bajo de energía. Ocupando primero los orbitales del subnivel s, luego los de los subniveles p, después los d y por último los f.
176
IGER − Tacaná
Autocontrol Actividad 1.
Relacione información
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Partículas con carga eléctrica negativa que forman la nube electrónica.
protones neutrones electrones
2.
Región de la nube electrónica que se forma por el movimiento de los electrones alrededor del núcleo.
nivel de energía orbital de energía subnivel de energía
3.
Región de la nube electrónica donde hay más posibilidad de encontrar un electrón.
nivel núcleo orbital
4.
Cantidad máxima de electrones que puede alojar un orbital cualquiera.
1 electrón 2 electrones 4 electrones
5.
Nivel de energía que aloja a los electrones responsables de las combinaciones de los elementos para formar compuestos.
nivel de orbital nivel de energía nivel de valencia
Química I − Semana 10
177
Actividad 2. A.
Construya conceptos
Escriba con sus palabras qué es un nivel de energía.
B.
Escriba con sus palabras qué es el nivel de valencia.
Actividad 3.
Reconozca argumentos válidos
Subraye el enunciado que mejor explica la manera en que los electrones se acomodan en la nube electrónica. Los electrones de un átomo se acomodan a partir del nivel más bajo de energía, ocupando primero los orbitales del subnivel s, luego los orbitales del subnivel p, después los del d y por último los del subnivel f. Los electrones de un átomo se acomodan desde el nivel más alto de energía hasta el nivel más bajo, ocupando primero los orbitales f, luego los orbitales d, después los p y por último los orbitales s.
Actividad 4.
Complete información
Complete la tabla escribiendo la información que hace falta. nivel
subnivel
total de electrones
1
s
2
2 3 4
178
IGER − Tacaná
8 s, p, d
Actividad 5. A.
Represente información en forma gráfica
Escriba el total de electrones que se pueda alojar en cada subnivel.
s: p: d: f: B.
Dibuje en el esquema los electrones necesarios para representar la distribución electrónica de los siguientes átomos. Recuerde que el número de electrones de un átomo está dado por el número atómico Z. En el ejercicio 1, le ayudamos con los dos electrones del primer nivel. 1.
Neón (Ne) Z=10
2.
Argón (Ar) Z=18
Química I − Semana 10
179
Actividad 6.
Aplique conocimientos
Observe las ilustraciones y responda a las preguntas. 1.
Berilio (Be) Z=4
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
2.
Carbono (C) Z=6
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
3.
Aluminio (Al) Z =13
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
4.
Azufre (S) Z=16
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
180
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
Ondas en el agua Al inicio de la semana leyó que el científico Louis De Broglie propuso que los electrones funcionaban como partículas y como ondas al mismo tiempo. También leyó que ese descubrimiento fue muy importante porque ayudó a responder por qué los electrones podían estar en distintos lugares del átomo a la vez. Esta semana vamos a experimentar haciendo ondas en el agua. Le recomendamos que ponga mucha atención al comportamiento de las ondas que se forman. Eso le dará una idea de cómo se comportan los electrones en el átomo y por qué se dice que pueden estar en distintos lugares a la vez.
¿Qué necesita? una palangana grande (también puede usar la pila de su casa) agua piedras de distintos tamaños lápiz libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Coloque la palangana en una superficie plana. 2. Eche agua en la palangana hasta la mitad de su capacidad. 3. Deje caer las piedras, una por una, desde distintas distancias. 4. Observe las ondas que se forman. 5. Responda: • Si cada onda de las que se forman fuera un electrón, ¿cuál sería su posición exacta en la palangana? • ¿Es posible determinarla con precisión? • ¿Cómo relaciona el comportamiento de las ondas en el agua con el comportamiento del electrón y lo que decían De Broglie y Heisenberg?
Química I − Semana 10
181
Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Describo la manera en que se distribuyen los electrones en el átomo, según la cantidad de energía que poseen. Reconozco la cantidad de subniveles energéticos y orbitales que hay en cada nivel de energía. Describo la capacidad electrónica de cada nivel de energía. Determino la cantidad de electrones de valencia de distintos átomos. Observo el comportamiento de los electrones en el átomo mediante un experimento.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
182
IGER − Tacaná
11
Configuración electrónica
Química I − Semana 11
183
Los logros que conseguirá esta semana son: Elaborar un concepto propio de configuración electrónica. Interpretar con sus palabras el principio de construcción de Aufbau. Utilizar el diagrama de Möller para determinar la configuración electrónica de distintos átomos. Escribir la configuración electrónica de los átomos de distintos elementos. Reconocer los átomos de distintos elementos a partir de su configuración electrónica.
¿Qué encontrará esta semana?
184
¡Para comenzar!
• El principio de Aufbau
El mundo de la química
• Configuración electrónica • Diagrama de Möller
¡A la ciencia por la experiencia!
• El elemento desconocido
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! El principio de Aufbau Veíamos en la semana 10 cómo los electrones de los átomos se acomodan a partir del nivel de energía más bajo. Primero ocupan el subnivel s, luego el subnivel p, después el d y por último el subnivel f. Esta manera de llenado responde al principio de Aufbau que dice: “Los orbitales (subniveles) de menor energía se llenan antes que los del mayor energía”.
Aufbau es una palabra alemana que significa “construcción”.
Por ejemplo, el nitrógeno (N) Z=7 tiene siete electrones. Los dos primeros electrones se ubican en el subnivel s del primer nivel. Los otros cinco se sitúan en el segundo nivel de energía. Dos en el subnivel s y tres en el subnivel p.
El oxígeno (O) Z=8 tiene ocho electrones. Los dos primeros se ubican en el subnivel s del primer nivel. Los otros seis se acomodan en el segundo nivel. Dos en el subnivel s y cuatro en el p.
El sodio (Na) Z=11 tiene once electrones. Los dos primeros se ubican en el subnivel s del primer nivel. Los ocho siguientes se alojan en el segundo nivel. Dos en el subnivel s y seis en el subnivel p. El último se sitúa en el subnivel s del tercer nivel. El esquema presenta los electrones girando en su nivel de energía. Pero, ¿cómo se sabe el subnivel y orbital que ocupa cada uno? Lo averiguaremos esta semana.
Química I − Semana 11
185
A.
Explique con sus palabras el principio de Aufbau.
B.
Observe la ilustración y responda a las preguntas.
Silicio (Si) Z=14
1.
¿Cuántos electrones tiene?
2.
¿Cuántos niveles de energía ocupan?
3.
¿Cuántos electrones ocupan el nivel de energía más bajo?
4.
¿Cuántos electrones ocupan el nivel de energía más alto?
5.
Según el principio de Aufbau, ¿qué nivel de energía se llena primero? ¿El 1 o el 4?
6.
186
¿Qué nivel de energía ocupan los electrones de valencia? ¿El más alto o el más bajo?
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Configuración electrónica
La casa del electrón
¿Cuál es la dirección de su casa? Cuando usted escribe su dirección, indica el número de casa, la calle, la zona, el municipio y el departamento donde vive. La configuración electrónica es como la dirección del electrón porque indica el nivel y subnivel donde se encuentra. La configuración electrónica se define como el modo en el que los electrones están ordenados en un átomo o molécula. Se representa indicando el nivel, el subnivel y el número de electrones alojados. Vea el ejemplo.
El hidrógeno (H) tiene un número atómico Z = 1. Como usted ya sabe, el valor de Z indica que tiene un electrón ubicado en el primer nivel. La configuración electrónica del hidrógeno es: El número indica el nivel de energía donde está el electrón.
1s
1
El exponente indica el número de electrones. La letra indica el subnivel.
Se lee: “uno ese uno”. Significa que el átomo de hidrógeno tiene un electrón en el nivel 1 y subnivel s.
El helio (He) tiene un número atómico Z = 2. Eso significa que tiene dos electrones que se ubican en el primer nivel. Por lo tanto, la configuración electrónica del helio es:
1s
2
Se lee: “uno ese dos”: El átomo de helio tiene dos electrones en el nivel 1 y subnivel s. Química I − Semana 11
187
2. Diagrama de Möller Conocer la configuración electrónica de un átomo que solo tiene electrones en el nivel 1 de energía es fácil porque solo pueden ubicarse en el subnivel s. Pero, ¿qué ocurre con los átomos que tienen electrones en los niveles 2, 3 y 4 ocupando los subniveles s, p, d y f? El diagrama de Möller es un gráfico que ayuda a llevar el orden de llenado de los diferentes niveles y subniveles de energía del átomo. Las columnas representan los subniveles de s a f. s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
2
Las filas representan los niveles energéticos de 1 a 7.
3 4 5 6 7
El diagrama se rellena en el sentido de las flechas comenzando, por el subnivel 1s. En la casilla vacía, se escribe el número de electrones que corresponde a cada subnivel, hasta completar el total dado por el número atómico Z. Recuerde que, según el principio de Aufbau, los electrones se acomodan del nivel menos energético al más energético. Atención: en este curso usaremos un diagrama de Möller de solo cuatro niveles. Después de llenar el diagrama de Möller ya podemos escribir la configuración electrónica siguiendo estos pasos: a.
Anotamos el nombre de los subniveles de energía que están ocupados.
b.
Colocamos como exponente el número de electrones que hay en cada subnivel.
Practicaremos el uso del diagrama de Möller en las páginas siguientes.
188
IGER − Tacaná
Determinaremos la configuración electrónica de un átomo de oxígeno (O) con Z=8. Sigamos estos pasos: 1.
Establecemos el número de electrones del átomo a partir del número atómico. El oxígeno con Z=8 tiene ocho electrones.
2.
Dibujamos el diagrama de Möller.
Rellenamos el diagrama colocando los electrones correspondientes en cada subnivel. En el primer nivel, tenemos un subnivel s que puede alojar un máximo de dos electrones. Escribimos 2.
s
1 2
2 1s
p
2
4
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
3 4
En el segundo nivel tenemos un subnivel s en el que cabe un máximo de dos electrones y un subnivel p que puede alojar hasta seis electrones. Llenamos el subnivel s con 2 electrones y el subnivel p con los 4 electrones que restan para completar los 8 electrones del oxígeno.
3.
Escribimos la configuración electrónica del oxígeno siguiendo estos pasos: a. Anotamos el nombre de los subniveles ocupados.
Los subniveles ocupados en el oxígeno son: 1s, 2s y 2p. b. Colocamos como exponente el número de electrones que hay en cada subnivel. El exponente del subnivel 1s es: 2. (En el subnivel 1s hay 2 electrones)
1s2
El exponente del subnivel 2s es: 2. (En el subnivel 2s hay 2 electrones)
2s2
El exponente del subnivel 2p es: 4. (En el subnivel 2p hay 4 electrones)
2p4
La configuración electrónica del oxígeno queda representada así:
1s 2s 2p 2
2
4
Química I − Semana 11
189
Determinaremos la configuración electrónica de un átomo de flúor (F) con Z=9. 1.
Establecemos el número de electrones a partir del número atómico. Como Z=9, tenemos 9 electrones.
2.
Dibujamos el diagrama de Möller y lo rellenamos colocando los electrones correspondientes en cada subnivel.
En el primer nivel está el subnivel s que puede alojar un máximo de dos electrones. Por eso escribimos 2. En el segundo nivel tenemos un subnivel s (dos electrones) y un subnivel p que puede alojar hasta seis electrones. Llenamos el subnivel s con 2 electrones y el subnivel p con los 5 electrones que restan para completar los 9 electrones del flúor.
3.
s
1 2
2 1s
p
2
5
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
3 4
Escribimos la configuración electrónica del flúor siguiendo estos pasos: a. Anotamos los subniveles ocupados: 1s, 2s y 2p b. Escribimos como exponente el número de electrones de cada subnivel.
1s 2s 2p 2
La configuración electrónica del flúor es:
2
5
Determinaremos la configuración electrónica de un átomo de sodio (Na) con Z=11. 1.
Establecemos el número de electrones a partir del número atómico. Como Z=11, tenemos 11 electrones.
2.
Dibujamos el diagrama de Möller y lo completamos con los electrones correspondientes en cada subnivel. En el nivel 1, subnivel s, colocamos los dos primeros electrones. Escribimos 2. En el nivel 2, subnivel s, escribimos 2. En el subnivel p caben hasta seis electrones, escribimos 6. Fíjese que el nivel 2 ya está lleno con los ocho electrones que puede alojar. Avanzamos al nivel 3 y ubicamos el último electrón en el subnivel 3s.
3.
s 1 2 3
2 1s
p
2
6
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
1
4
Escribimos la configuración electrónica del sodio. Recuerde los pasos: a. Anotamos los subniveles ocupados: 1s, 2s, 2p y 3s b. Escribimos como exponente el número de electrones de cada subnivel.
La configuración electrónica del sodio es:
190
IGER − Tacaná
1s 2s 2p 3s 2
2
6
1
Ejercicio 1 Escriba la configuración electrónica de los átomos de los siguientes elementos. 1.
Berilio (Be) Z = 4
a. ¿Cuántos electrones tiene?
1
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
2
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los electrones según el principio de Aufbau.
s 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
3 4
d. La configuración electrónica del Be es:
2.
Carbono (C) Z = 6
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los
electrones según el principio de Aufbau.
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
d. La configuración electrónica del C es:
3.
Magnesio (Mg) Z = 12
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2
electrones según el principio de Aufbau. 3 4
d.
La configuración electrónica del Mg es:
Química I − Semana 11
191
Resumen 1.
Configuración electrónica
La configuración electrónica se define como el modo en el que los electrones están ordenados en un átomo o molécula.
La configuración electrónica indica el nivel, el subnivel y el número de electrones que están alojados en cada orbital. El número indica el nivel de energía.
2.
El exponente indica el número de electrones.
1s
1
La letra indica el subnivel.
Diagrama de Möller
El diagrama de Möller es un gráfico que ayuda a llevar el orden de llenado de los diferentes niveles y subniveles de energía del átomo.
Recuerde que el diagrama debe llenarse según el principio de Aufbau. Este principio dice que: “Los subniveles de menor energía se llenan antes que los de mayor energía”. Las columnas representan los subniveles de s a f. s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
2
Las filas representan los niveles energéticos de 1 a 7.
3 4 5 6 7
192
Después de llenar el diagrama de Möller, se escribe la configuración electrónica siguiendo estos pasos: a.
Anotar el nombre de los subniveles de energía que están ocupados.
b.
Colocar como exponente el número de electrones que hay en cada subnivel.
IGER − Tacaná
Autocontrol Actividad 1.
Relacione términos y conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Dato que proporciona el número total de electrones de un átomo.
diagrama de Möller número atómico (Z) número de masa atómica (A)
2.
Modo en que se disponen los electrones alrededor del núcleo de un átomo determinado.
dirección atómica diagrama energético configuración electrónica
3.
Diagrama que muestra el orden de llenado de los distintos niveles y subniveles de un átomo.
diagrama orbital diagrama de Möller diagrama energético
4.
Principio que indica el orden de llenado de los distintos niveles y subniveles de un átomo.
orbital Aufbau Möller
5.
Subnivel donde se aloja el último electrón del Boro (B) con Z = 5 y configuración electrónica 1s22s22p1.
1s 2s 2p
Química I − Semana 11
193
Actividad 2. A.
Construya conceptos
Explique con sus palabras qué es la configuración electrónica.
B.
Explique con sus palabras qué dice el principio de Aufbau.
Actividad 3.
Aplique conocimientos
1.
Aluminio (Al) Z = 13
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los
electrones según el principio de Aufbau.
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
d. La configuración electrónica del Al es:
2.
Fósforo (P) Z = 15
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los electrones según el principio de Aufbau.
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
194
d. La configuración electrónica del P es:
IGER − Tacaná
3.
Azufre (S) Z = 16
a. ¿Cuántos electrones tiene?
1
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar?
2
c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los electrones según el principio de Aufbau.
s 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
3 4
d. La configuración electrónica del S es:
4.
Hierro (Fe) Z = 26
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar? c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los electrones según el principio de Aufbau.
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
d. La configuración electrónica del Fe es:
s
5.
Cobre (Cu) Z = 29
a. ¿Cuántos electrones tiene?
b. ¿Cuántos electrones debe acomodar? c. Rellene el diagrama de Möller. Distribuya los electrones según el principio de Aufbau.
1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
d. La configuración electrónica del Cu es:
Química I − Semana 11
195
¡A la ciencia por la experiencia!
El elemento desconocido Esta semana vamos a construir un juego de mesa llamado ¿Qué elemento es este?. El juego trata de identificar un elemento químico, a partir de su configuración electrónica.
¿Qué necesita? 1 cartón o cartulina de 18 pulgadas de largo x 12 pulgadas de ancho 20 piedras planas y pequeñas (las piedras funcionarán como electrones) 1 marcador negro o azul 1 regla el listado de configuraciones electrónicas de la página 197
¿Qué debe hacer? 1. Dibuje el diagrama de Möller sobre la cartulina. Puede verlo en la página 189. 2. Tome un grupo de piedras y llene con ellas cada uno de los subniveles, hasta que se terminen las piedras. Recuerde respetar la capacidad de cada subnivel. 3. Cuente el número de electrones que colocó en cada subnivel y escriba la configuración electrónica del “elemento desconocido”. 4. Ahora tome el listado de la página 197 y busque la configuración que escribió. 5. Cuando la encuentre, anote el nombre del elemento al que pertenece. 6. Cada vez que identifique un elemento, anótese un punto a su favor. ¡Anímese a jugar con los compañeros y compañeras del círculo de estudio!
Investigue en la red... Busque un modelo interactivo para conocer la configuración electrónica de distintos elementos químicos en esta dirección: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/celectron.htm
196
IGER − Tacaná
Configuración electrónica de los primeros 20 elementos químicos número atómico Z
símbolo
elemento
configuración electrónica
1
H
hidrógeno
1s1
2
He
helio
1s2
3
Li
litio
1s22s1
4
Be
berilio
1s22s2
5
B
boro
1s22s22p1
6
C
carbono
1s22s22p2
7
N
nitrógeno
1s22s22p3
8
O
oxígeno
1s22s22p4
9
F
flúor
1s22s22p5
10
Ne
neón
1s22s22p6
11
Na
sodio
1s22s22p63s1
12
Mg
magnesio
1s22s22p63s2
13
Al
aluminio
1s22s22p63s23p1
14
Si
silicio
1s22s22p63s23p2
15
P
fósforo
1s22s22p63s23p3
16
S
azufre
1s22s22p63s23p4
17
Cl
cloro
1s22s22p63s23p5
18
Ar
argón
1s22s22p63s23p6
19
K
potasio
1s22s22p63s23p64s1
20
Ca
calcio
1s22s22p63s23p64s2
Química I − Semana 11
197
Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Después de estudiar...
Elaboro un concepto propio de configuración electrónica. Interpreto con mis palabras el principio de construcción de Aufbau. Utilizo el diagrama de Möller para determinar la configuración electrónica de distintos átomos. Escribo la configuración electrónica de los átomos de distintos elementos. Reconozco los átomos de distintos elementos a partir de su configuración electrónica.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
198
IGER − Tacaná
12
Repaso Semanas 7-11
Química I − Semana 12
199
Los logros que conseguirá esta semana son: Repasar los contenidos de la semana 7 a 11. Prepararse para la segunda prueba parcial.
Estimada y estimado estudiante: Se aproxima la segunda evaluación. Con el objetivo de que usted se prepare bien, vamos a repasar los contenidos de las semanas 7 a 11. Esta semana tiene los resúmenes de los temas que hemos visto y ejercicios para que vaya estudiando. Para aprovechar mejor este repaso le recomendamos: • Leer con atención cada resumen. • Resolver los ejercicios durante la clase radial y después de ella. • Repasar las semanas anteriores, en ellas tiene más explicaciones y ejemplos. • Estudiar un poquito todos los días y resolver sus dudas. Pida ayuda a sus orientadores voluntarios o algún miembro de la comunidad que conozca la materia.
200
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Estados de agregación de la materia La materia se puede presentar en tres estados de agregación: 1.1 Sólido: que se caracteriza porque las moléculas que lo forman están ordenadas y con poco espacio para moverse. 1.2 Líquido: en el que las moléculas están más separadas entre sí y tienen poco espacio para moverse. 1.3 Gaseoso: en el que las fuerzas de atracción son muy débiles y sus moléculas están totalmente separadas y desordenadas. En la tabla se comparan las características de los tres estados de la materia:
separación de las moléculas forma
sólido
líquido
gaseoso
muy corta
media
amplia
constante
variable
variable
(Adopta la forma del recipiente que lo contiene)
2.
Volumen
constante
constante
variable
estructura interna
ordenada
desordenada
desordenada
Cambios de estado La materia puede cambiar de estado según absorba o pierda energía calórica. Algunos de los cambios de estado son: 2.1 Cambios por ganancia de energía:
• Fusión: el paso de estado sólido a estado líquido.
• Vaporización: cambio de estado líquido a estado gaseoso.
• Sublimación: cambio de estado sólido a estado gaseoso.
2.2 Cambios por pérdida de energía:
• Condensación: es el cambio de estado inverso a la vaporización. La materia pasa de estado gaseoso a estado líquido.
• Sublimación inversa: es el proceso mediante el cual un gas pasa directamente a sólido, sin pasar por el estado líquido.
• Solidificación: es el proceso inverso de la fusión. La materia pasa de estado líquido a estado sólido. Química I − Semana 12
201
Ejercicio 1. Complete informacion A.
Escriba las características de los estados de la materia que faltan para completar la tabla. sólido
líquido
separación entre las moléculas
muy corta
media
forma
constante
(orden de las moléculas)
B.
variable constante
volumen estructura interna
gaseoso
ordenada
Escriba un ejemplo de cada estado de la materia. sólido
líquido
gaseoso
C.
Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
2.
Formas en que la materia se presenta en la naturaleza.
Estado de la materia en que se encuentra la tierra.
estados naturales
estados químicos
estados de la materia
sólido líquido gaseoso
3.
Estado de la materia en que se presenta el aire.
sólido líquido gaseoso
4.
Cambio de estado que ocurre por la pérdida de energía calórica.
fusión ebullición solidificación
202
IGER − Tacaná
Ejercicio 2. Analice información Escriba el nombre del cambio de estado que describe cada enunciado y a la par si se pierde o se gana energía en el proceso. Tiene un ejemplo. paso de… 0)
estado sólido a estado líquido
1)
estado líquido a estado gaseoso
2)
estado sólido a estado gaseoso
3)
estado gaseoso a estado líquido
4)
estado líquido a estado sólido
cambio de estado
gana o pierde energía
fusión
gana energía
Ejercicio 3. Reconozca propiedades A.
Rellene el cuadro de las tres propiedades que caracterizan al estado sólido.
Forma constante
Volumen constante
Estructura interna desordenada
Separación corta entre las moléculas
Volumen variable
B.
Rellene el cuadro de las propiedades que comparten el estado líquido y el estado gaseoso.
Forma variable
Volumen constante
Estructura interna desordenada
Volumen variable
Separación entre moléculas muy corta
Química I − Semana 12
203
2. Clasificación de la materia 1.
Sustancias puras Una sustancia pura es una forma de materia que tiene un solo componente y por lo tanto posee una estructura uniforme y cualidades que la identifican.
Las sustancias puras se dividen en elementos y compuestos. 1.1 Los elementos son sustancias puras que no se pueden separar en otras más sencillas. Algunos elementos comunes en la vida diaria son: elemento calcio carbono cloro cobre fósforo hidrógeno
símbolo Ca C Cl Cu P H
elemento hierro oro oxígeno plata potasio sodio
símbolo Fe Au O Ag K Na
1.2
Los compuestos son sustancias puras que sí se pueden separar en otras más sencillas.
Los compuestos cumplen con estas condiciones:
• Están formados por dos o más elementos en una proporción fija.
• Hay manifestación de energía en su formación. • Los elementos que se unen para formar un compuesto pierden sus propiedades originales.
Algunos compuestos comunes en la vida diaria son:
compuesto ácido acético (vinagre)
fórmula
compuesto
fórmula
C2H4O2
bicarbonato
NaHCO3
agua
H2O
amoniaco
NH3
dióxido de carbono
CO2
azúcar
C12H22O11
sal
NaCl
2. Mezclas Las mezclas son materiales formados por la unión de dos o más sustancias en proporciones variables.
Las mezclas cumplen con estas condiciones: • Las sustancias que las componen pueden estar presentes en cualquier proporción. • No hay manifestación de energía en su formación. • Cada sustancia que compone una mezcla conserva sus propiedades. Las mezclas se dividen en mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.
204
2.1
Las mezclas homogéneas son las que se presentan en una sola fase.
2.2
Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que se presenta más de una fase.
IGER − Tacaná
Ejercicio 4. Construya conceptos A.
Exprese con sus palabras los siguientes conceptos: 1.
Elemento:
2.
Compuesto:
B.
Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
elemento
Materia formada por la unión de dos o más sustancias en proporciones variables.
compuesto mezcla
2.
Sustancias puras que sí se pueden separar en otras más sencillas.
elementos compuestos mezclas
3.
Mezclas que se presentan en una sola fase.
homogéneas heterogéneas compuestas
Ejercicio 5. Clasifique sustancias Clasifique las siguientes sustancias en elementos o compuestos. 1.
Calcio (Ca)
2.
Sal (NaCl)
3.
Agua (H2O)
4.
Potasio (K)
5.
Amoniaco (NH3)
6.
Plata (Ag)
7.
Hierro (Fe)
8.
Dióxido de carbono (CO2) Química I − Semana 12
205
Ejercicio 6. Complete información A.
Complete la tabla escribiendo las diferencias entre un compuesto y una mezcla. Puede consultar en el resumen las condiciones que cumple un compuesto y las que cumple una mezcla. compuesto
mezcla
composición
manifestación de energía propiedades de los componentes B.
Explique la diferencia entre mezcla homogénea y mezcla heterogénea.
Ejercicio 7. Diferencie entre elemento, compuesto y mezcla Lea los textos y escriba sobre la línea si describen un elemento, un compuesto o una mezcla.
206
1.
El hidróxido de aluminio es una sustancia que se usa en medicina para la fabricación de antiácidos. Está formada por aluminio, oxígeno e hidrógeno y se representa con la fórmula Al(OH)3.
2.
La limonada se prepara uniendo jugo de limón, agua y azúcar en proporciones variables.
3.
El hierro (Fe) forma parte de la hemoglobina, la proteína que transporta oxígeno a los tejidos.
4.
El hidróxido de potasio es una sustancia que se utiliza en plomería para destapar cañerías. Está compuesto por potasio, oxígeno e hidrógeno. Se representa con la fórmula (KOH).
5.
La masa para hacer tortillas está formada por agua y maíz molido, en proporciones variables.
IGER − Tacaná
3. El átomo 1.
Definición de átomo
El átomo se define como la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química.
El concepto actual de átomo surgió del trabajo de varios científicos: John Dalton en 1808 formuló la teoría atómica moderna. Joseph J. Thomson en 1897 propuso un modelo de átomo consistente en una gran masa de energía positiva, con cargas eléctricas negativas (electrones) incrustadas. Ernest Rutherford en 1911 propuso un modelo de átomo en el cual toda la energía positiva se concentraba en un núcleo, alrededor del que giraban las cargas eléctricas negativas (electrones). Niels Bohr en 1913 estableció un modelo atómico parecido a un sistema solar en el cual los electrones giraban alrededor de un núcleo positivo en trayectorias circulares a las que llamó órbitas.
Estructura interna del átomo
Núcleo: en el núcleo se encuentran los neutrones, partículas con energía eléctrica neutra y los protones, partículas cargadas con energía eléctrica positiva.
núcleo
p+
3.
Nube electrónica: la nube electrónica está formada por los electrones, partículas con energía eléctrica negativa, que giran alrededor del núcleo.
n e
nube electrónica
2.
Relaciones de masa de los átomos 3.1 El número atómico Z es una propiedad que nos ayuda a saber cuántos protones y cuántos electrones tienen los átomos de un elemento determinado. 3.2 El número de masa atómica A es una propiedad que representa el total de protones y neutrones en un átomo determinado.
Química I − Semana 12
207
Ejercicio 8. Construya conceptos Explique con sus palabras los siguientes conceptos: 1.
Átomo:
2.
Protón:
3.
Neutrón:
4.
Electrón:
Ejercicio 9. Ordene información Complete el mapa conceptual del átomo.
El átomo está formado por:
núcleo
nube electrónica
formado por:
formada por:
neutrones que son:
partículas positivas
208
IGER − Tacaná
que son:
que son:
partículas negativas
Ejercicio 10.
Complete información
Determine la cantidad de protones y de electrones que tiene cada átomo de los siguientes elementos. Ayúdese con la información que le proporciona el número atómico Z. elemento
número de masa atómica (A)
número atómico (Z)
número de protones (Z)
número de electrones (Z)
número de neutrones (A – Z)
9
4
4
4
9–4=5
9
Be 4
39
K 19 48
Ti 22 65
Zn 30 80
Br 35 59
Ni 28
195
Pt 78
204
Tl 81
200
Hg 80
137
Ba 56
223
Fr 87
Química I − Semana 12
209
4. Distribución de los electrones en la nube electrónica 1.
Distribución de los electrones en la nube electrónica
La nube electrónica está formada por los electrones que giran alrededor del núcleo en siete niveles de energía. 1.1 Niveles de energía Los niveles de energía son regiones de la nube electrónica que se forman por el movimiento de los electrones alrededor del núcleo. El núcleo está compuesto por protones y neutrones. Tantos como indican Z y A.
La nube electrónica está formada por los electrones que giran alrededor del núcleo. El número de electrones está indicado por Z.
Los niveles cercanos al núcleo son los menos energéticos. Los niveles alejados son los más energéticos. 1.2 Subniveles y orbitales de energía
Los niveles energéticos están divididos en subniveles que se identifican con las letras s, p, d y f. En cada subnivel hay orbitales que son las regiones de la nube electrónica donde hay más probabilidad de encontrar un electrón. Cada orbital puede alojar un máximo de 2 electrones. La tabla presenta un resumen de los subniveles y electrones que se pueden alojar en los primeros cuatro niveles de energía. nivel 1 2 3 4
subnivel s s, p s, p, d s, p, d, f
total de electrones 2 8 18 32
2. Electrones de valencia El nivel de valencia es el nivel de energía donde se ubican los últimos electrones de un átomo. Esos electrones se llaman electrones de valencia y son los responsables de las combinaciones de los elementos para formar compuestos. Los electrones de los átomos se acomodan a partir del nivel más bajo de energía. Ocupando primero los orbitales del subnivel s, luego los de los subniveles p, después los d y por último los f.
210
IGER − Tacaná
Ejercicio 11. Aplique conocimientos A.
Escriba el total de electrones que se pueden alojar en los primeros cuatro niveles de energía. nivel 1 2 3 4
B.
subnivel s s, p s, p, d s, p, d, f
total de electrones
Observe las ilustraciones y responda a las preguntas. 1.
Fósforo (P) Z = 15
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
2.
Hierro (Fe) Z = 26
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
3.
Cobre (Cu) Z = 29
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
Química I − Semana 12
211
5. Configuración electrónica 1.
Configuración electrónica
La configuración electrónica se define como el modo en el que los electrones están ordenados en un átomo o molécula.
La configuración electrónica indica el nivel, el subnivel y el número de electrones que están alojados en cada orbital. El número indica el nivel de energía.
2.
El exponente indica el número de electrones.
1s
1
La letra indica el subnivel.
Diagrama de Möller
El diagrama de Möller es un gráfico que ayuda a llevar el orden de llenado de los diferentes niveles y subniveles de energía del átomo.
Recuerde que el diagrama debe llenarse según el principio de Aufbau. Este principio dice que: “Los subniveles de menor energía se llenan antes que los de mayor energía”. Las columnas representan los subniveles de s a f. s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
2
Las filas representan los niveles energéticos de 1 a 7.
3 4 5 6 7
212
Después de llenar el diagrama de Möller, se escribe la configuración electrónica siguiendo estos pasos: a.
Anotar el nombre de los subniveles de energía que están ocupados.
b.
Colocar como exponente el número de electrones que hay en cada subnivel.
IGER − Tacaná
Ejercicio 12.
Aplique conocimientos
Escriba la configuración electrónica de los átomos de los siguientes elementos químicos y responda a las preguntas. Tiene un ejemplo. 0.
Neón (Ne) Z = 10
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del Ne es:
1s22s22p6
1.
Aluminio (Al) Z = 13.
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del Al es:
s 1
10
2
2
Escandio (Sc) Z = 21
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
1s
p
2
6
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
3 4
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
2.
2
s 1 1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3
c. La configuración electrónica del Sc es: 4
3.
Vanadio (V) Z = 23
s 1
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del V es:
3 4
Química I − Semana 12
213
4.
Manganeso (Mn) Z = 25
s 1
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del Mn es:
5.
3 4
Galio (Ga) Z = 31
s 1
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del Ga es:
6.
3 4
s
Arsénico (As) Z = 33 1
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del As es:
7.
1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2 3 4
Bromo (Br) Z = 35
s 1
a. ¿Cuántos electrones tiene en total?
1s
p
2s
2p
d
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
2
b. ¿Cuántos niveles de energía ocupan?
c. La configuración electrónica del Br es:
214
IGER − Tacaná
3 4
13
Clasificación periódica de los elementos
Química I − Semana 13
215
Los logros que conseguirá esta semana son: Describir la tabla periódica como un instrumento de clasificación de los elementos químicos según sus propiedades. Describir y reconocer los grupos y periodos de la tabla periódica. Reconocer y escribir los símbolos de los elementos de la tabla periódica. Realizar la actividad propuesta en la sección “¡A la ciencia por la experiencia!”.
¿Qué encontrará esta semana?
216
¡Para comenzar!
• ¿Quién fue el creador de la tabla periódica?
El mundo de la química
• La tabla periódica de los elementos • Estructura y organización de la tabla periódica
¡A la ciencia por la experiencia!
• Construya una tabla periódica mural
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! ¿Quién fue el creador de la tabla periódica? El título de “creador de la tabla periódica” se disputó entre dos científicos del siglo XIX: el alemán Lothar Meyer y el ruso Dimitri Mendeléiev. Los dos trabajaban, sin saber uno del otro, en la clasificación de los elementos químicos. Ambos produjeron resultados similares y casi al mismo tiempo, pero, Lothar Meyer no estaba seguro de su propuesta y la envió a un colega para que la revisara. Mendeléiev no lo pensó tanto y publicó la suya en 1869, un año antes de que apareciera la de Meyer. Así que a Mendeléiev se le adjudicó la creación de la tabla periódica.
Dimitri I. Mendeléiev (1834 – 1907) Científico ruso
La tabla periódica de Mendeléiev no era el primer sistema de clasificación de los elementos químicos, pero sí el primero que usaba como criterio de organización el orden creciente del número atómico Z.
Tabla de Mendeléiev C
F
I
II
III
IV
V
VI
VII
1
H
2
Li
Be
B
C
N
O
F
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
4
K
Ca
Ti
V
Cr
Mn
5
(Cu)
Zn
As
Se
Br
6
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
7
(Ag)
Cd
In
Sn
Sb
Te
8
Cs
Ba
Di
Ce
Er
La
Ta
W
Ti
Pb
Bi
VIII
Fe, Co, Ni, Cu
Ru, Rh, Pd, Ag
Cuando Mendeléiev construyó su tabla periódica no se conocían todos los elementos químicos. Los espacios en blanco corresponden a elementos que aún no se habían descubierto pero que él pensaba que existían.
I
9 10 11
(Au)
Hg
Os. Ir. Pt, Au
Química I − Semana 13
217
Además de su capacidad de organización, la tabla de Mendeléiev tenía un elemento sorpresa: la posibilidad de anticipación. En la tabla de Mendeléiev se predecía la existencia de tres elementos que no se conocían en ese tiempo, pero que fueron descubiertos después. Esos elementos son el galio (Ga), el escandio (Sc) y el germanio(Ge). En el mismo año de la publicación de su tabla, Mendeléiev desarrolló la ley periódica que dice: Cuando los elementos se colocan en el orden creciente de su número atómico, las propiedades físicas y químicas se repiten periódicamente. Esas propiedades que se repiten periódicamente se llaman propiedades periódicas y se definen como aquellas propiedades que se repiten entre los elementos de la tabla periódica y se utilizan para agruparlos en un mismo periodo o en una misma familia. En la actualidad, las propiedades periódicas se utilizan para ordenar a los elementos en la tabla periódica. La estudiaremos esta semana.
Al final de esta semana tiene una tabla periódica. Recórtela y emplastíquela. Le servirá para trabajar esta semana y a lo largo del curso de química.
¡A trabajar! Responda a las preguntas. 1.
¿A qué científico se le atribuye la creación de la tabla periódica?
2.
¿Cuál era el criterio de organización de los elementos en la tabla periódica de Mendeléiev?
3.
¿Qué es una propiedad periódica?
218
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. La tabla periódica Como usted ya sabe, hay distintos elementos químicos. Todos los elementos conocidos se organizan en la tabla periódica de los elementos. La tabla periódica es una herramienta de la química que clasifica los elementos químicos según el orden creciente de su número atómico Z. En cada cuadro de la tabla periódica encontraremos esta información: Z
El nombre del elemento, el símbolo, el número atómico Z y la masa atómica A.
1
H
Hidrógeno
A
1.0
La tabla periódica actual se basa en el modelo propuesto por el científico ruso Dimitri Mendeléiev. La tabla está dividida así: 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
metaloides
2 3
no metales
4 5
metales
6
metal
7
metaloide
tierras raras
no metal
Los metales: forman la mayor parte de la tabla periódica. Los no metales: son diecisiete elementos ubicados a la derecha de la tabla, a excepción del hidrógeno que está ubicado a la izquierda. Los metaloides: son un grupo de elementos que separa los metales de los no metales. Además, hay dos filas que se colocan afuera de la tabla periódica y se conocen como “tierras raras”, porque son elementos que raramente se encuentran en estado natural. Los de la primera fila se llaman “lantánidos” y los de la segunda se llaman “actínidos”. Química I − Semana 13
219
2. Estructura y organización de la tabla periódica La tabla periódica es un sistema que ordena los elementos químicos en filas y columnas. Las filas se llaman “periodos” y las columnas se conocen como “grupos” o “familias”.
2.1 Filas o periodos Las líneas horizontales La tabla periódica tiene siete filas o periodos. Cada una representa los niveles de energía del 1 al 7. Los elementos se sitúan en la fila que indica el último nivel de energía que ocupan sus electrones. Por ejemplo: El hidrógeno (H) con configuración electrónica 1s1 y el helio (He) con configuración electrónica 1s2, se ubican en la fila 1 porque sus electrones ocupan hasta el primer nivel de energía (1s). El potasio (K) con configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 y el calcio (Ca) con configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 se ubican en la fila 4, porque sus electrones ocupan hasta el cuarto nivel de energía (4s). Si se fija, al leer la tabla en forma horizontal, el número atómico Z aumenta y los elementos pasan de metales a no metales.
11 22 33 44 55 66 77
1
2
H
Hidrógeno
3
Li Litio
4
5
Be Berilio
B
Boro
6
C
Carbono
7
N
Nitrógeno
6.9
9.0
10.8
12.0
14.0
11
12
13
14
15
Na Mg Sodio Magnesio
23.0
24.3
19
20
K
Potasio
Ca Calcio
21
Sc
45.0
37
38
39
Rb
Sr
22
Escandio
40.1
Rubidio
Y
Estroncio
Itrio
Ti
Titanio
23
V
Vanadio
24
Cr
Cromo
25
Mn
Co
28
Cobalto
Ni
Niquel
29
Cu Cobre
32.1
35.5
39.9
31
32
33
34
35
36
Ga Galio
Ge
Germanio
As
Arsénico
Se
Selenio
Br
Bromo
74.9
79.0
79.9
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Zr
Nb Mo Tc Rutenio Ru Niobio Molibdeno Tecnecio
73
74
75
Hf Hafnio
Ta
Tantalio
W
Volframio
Re Renio
Rh Rodio
Pd
Paladio
Ag Plata
Xe Xenón
121.8
127.6
126.9
131.3
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Os
Osmio
Ir
Iridio
Pt
Platino
Au Oro
190.2
192.2
195.1
197.0
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
261
54
118.7
186.2
Bh Bohrio
I
Yodo
114.8
183.9
Sg
Te
Telurio
112.4
180.9
Seaborgio
Sb
Antimonio
107.9
178.5
Db Dubnio
Sn
Estaño
106.4
138.9
Rf
In Indio
102.9
137.3
Rutherfordio
Cd
Cadmio
Kr
Kriptón 83.8
101.1
132.9
Hs
Hassio
Mt
Meitnerio
Ds
Darmstadtio
Hg
Mercurio
Tl Talio
Pb Plomo
Bi
Bismuto
Po
Polonio
At
Astato
Rn Radón
200.6
204.4
207.2
209.0
209
210
222
69
70
71
Rg
Roentgenio
262
266
264
277
268
271
272
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
140.1
140.9
144.3
145
150.4
152.0
157.3
158.9
162.5
164.9
167.3
168.9
173.0
175.0
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
259
262
Ce Cerio
Th Torio
232.0
IGER − Tacaná
31.0
72.6
72
227
28.1
69.7
Circonio
Ar
Argón
27.0
65.3
57
226
18
Cl
Cloro
63.5
56
Ac
17
Azufre
58.7
55
Actinio
S
Ne Neón
20.1
58.9
98
Ra Radio
16
Fósforo
10
19.0
55.8
95.9
Fr
Zn Zinc
F
Flúor
54.9
92.9
Francio
30
16.0
P
9
52.0
91.2
La
27
O
Oxígeno
50.9
88.9
Lantano
Fe
Hierro
Si
Silicio
8
47.9
87.6
Ba Bario
26
Manganeso
85.5
Cs Cesio
Al
Aluminio
39.1
223
220
He Helio
4.0
1.0
Pr
Praseodimio
Pa
Protactinio 231.0
Nd Pm Samario Sm Neodimio Prometio U
Uranio 238.0
Np
Neptunio 237
Eu Europio
Gd Tb Gadolinio Terbio
Pu Americio Am Cm Curio
Plutonio 214
243
247
Bk
Berkelio 247
Dy Ho Disprosio Holmio Cf
Californio 251
Es
Einstenio 252
Er Erbio
Fm Fermio
257
Tm Tulio Md
Mendelevio 258
Yb Iterbio
No Nobelio
Lu
Lutecio
Lr
Laurencio
2.2 Grupos o familias Las columnas La tabla periódica consta de dieciocho grupos o familias. En ellos se ordenan de manera vertical los elementos con configuraciones electrónicas similares. Todos los elementos de un mismo grupo tienen propiedades semejantes, porque todos tienen la misma cantidad de electrones de valencia. Por ejemplo: El litio (Li) tiene la siguiente configuración electrónica:
1s22s1
El sodio (Na) tiene la siguiente configuración electrónica:
1s22s22p63s1
Se sitúan en el grupo 1 porque ambos tienen un solo electrón de valencia. El cromo (Cr) tiene la siguiente configuración electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 4s1
El molibdeno (Mo) tiene la siguiente configuración electrónica: 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 2 4p 64d 55s 1 Se ubican en el grupo 6 porque ambos tienen seis electrones de valencia.
1 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 2
H
Hidrógeno
3
Li Litio
2
4 5
7
4
5
Be Berilio
B
Boro
6
C
Carbono
7
N
Nitrógeno
6.9
9.0
10.8
12.0
14.0
11
12
13
14
15
Na Mg Sodio Magnesio
23.0
24.3
19
20
K
Potasio
Ca Calcio
21
Sc
45.0
37
38
39
Rb
Sr
22
Escandio
40.1
Rubidio
Y
Estroncio
Itrio
Ti
Titanio
23
V
Vanadio
24
Cr
Cromo
25
Mn
Co
28
Cobalto
Ni
Niquel
29
Cu Cobre
32.1
35.5
39.9
31
32
33
34
35
36
Ga Galio
Ge
Germanio
As
Arsénico
Se
Selenio
Br
Bromo
74.9
79.0
79.9
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Zr
Nb Mo Tc Rutenio Ru Niobio Molibdeno Tecnecio
73
74
75
Hf Hafnio
Ta
Tantalio
W
Volframio
Re Renio
Rh Rodio
Pd
Paladio
Ag Plata
127.6
126.9
131.3
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Os
Osmio
Ir
Iridio
Pt
Platino
Au Oro
192.2
195.1
197.0
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
Hs
Hassio
Mt
Meitnerio
Ds
Darmstadtio
264
277
268
271
272
58
59
60
61
62
63
64
Pr
Nd Prometio Pm Samario Sm
Neodimio
Eu
Europio
Tl Talio
Pb Plomo
Bi
Bismuto
Po
Polonio
At
Astato
Rn Radón
200.6
204.4
207.2
209.0
209
210
222
65
66
67
68
69
70
71
Rg
266
Praseodimio
Hg
Mercurio
Roentgenio
262
Ce Cerio
Xe Xenón
121.8
190.2
261
54
118.7
186.2
Bh Bohrio
I
Yodo
114.8
183.9
Sg
Te
Telurio
112.4
180.9
Seaborgio
Sb
Antimonio
107.9
178.5
Db Dubnio
Sn
Estaño
106.4
138.9
Rf
In Indio
102.9
137.3
Rutherfordio
Cd
Cadmio
Kr
Kriptón 83.8
101.1
132.9
227
31.0
72.6
72
226
28.1
69.7
Circonio
Ar
Argón
27.0
65.3
57
223
18
Cl
Cloro
63.5
56
Ac
17
Azufre
58.7
55
Actinio
S
Ne Neón
20.1
58.9
98
Ra Radio
16
Fósforo
10
19.0
55.8
95.9
Fr
Zn Zinc
F
Flúor
54.9
92.9
Francio
30
16.0
P
9
52.0
91.2
La
27
O
Oxígeno
50.9
88.9
Lantano
Fe
Hierro
Si
Silicio
8
47.9
87.6
Ba Bario
26
Manganeso
85.5
Cs Cesio
Al
Aluminio
39.1
6
He Helio
4.0
1.0
3
18
Gd
Gadolinio
Tb Terbio
Dy
Disprosio
Ho Holmio
Er
Erbio
Tm Tulio
Yb Iterbio
Lu
Lutecio
140.1
140.9
144.3
145
150.4
152.0
157.3
158.9
162.5
164.9
167.3
168.9
173.0
175.0
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
259
262
Th Torio
232.0
Pa
Protactinio 231.0
U
Uranio 238.0
Np
Neptunio 237
Pu Americio Am Cm Curio
Plutonio 214
243
247
Bk
Berkelio 247
Cf
Californio 251
Es
Einstenio 252
Fm Fermio
257
Md
Mendelevio 258
No Nobelio
Lr
Laurencio
Química I − Semana 13
221
Ejercicio 1 1.
¿Cuántas filas o periodos tiene la tabla periódica?
18 7 2
2.
¿Qué representa cada una de las filas o periodos?
un nivel de energía el número atómico la masa atómica
3.
¿En cuántos grupos o familias se divide la tabla periódica?
2 7 18
Ejercicio 2 A.
Consulte su tabla periódica y realice las actividades. 1.
Escriba el nombre del primer no metal del grupo 15.
2.
Escriba el símbolo del segundo no metal del grupo 16.
3.
Escriba el nombre de dos metaloides ubicados en el grupo 14.
B.
222
4.
Escriba el nombre del metal que se encuentra en el grupo 13 y periodo 4.
5.
Escriba el nombre del metal que se encuentra en el grupo 6 y periodo 6.
6.
Escriba el símbolo y el nombre del metal ubicado en el grupo 12 y periodo 6.
Tome su tabla periódica y responda a las preguntas. 1.
¿Cuál es el número atómico del primer elemento del periodo 1?
2.
¿Cuál es el símbolo del segundo elemento del grupo 2?
3.
¿Cuál es el nombre del elemento que se ubica en la fila 5 y grupo 11?
4.
¿Cuál es el número atómico del elemento que se ubica en la fila 6 y columna 12?
5.
¿Cuál es el símbolo y número de masa atómica del níquel?
IGER − Tacaná
Resumen 1.
La tabla periódica es una herramienta de la química que ordena los elementos químicos según su número atómico Z. En ella se distinguen tres secciones: metales, no metales y metaloides.
2.
Estructura y organización de la tabla periódica. La tabla periódica se divide en filas o periodos y grupos o familia. 2.1 Filas o periodos: La tabla tiene siete filas o periodos (líneas horizontales) que corresponden a los niveles de energía que ocupan los electrones de cada elemento.
Además, hay dos filas fuera de la tabla periódica que se conocen como “tierras raras”.
2.2 Grupos o familias: La tabla consta de dieciocho grupos o familias (columnas) donde se ordenan los elementos con configuraciones electrónicas similares en los niveles de energía externos. Lo que hace que tengan propiedades físicas y químicas similares.
1
1 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 2
H
Hidrógeno
3 3
3
Li Litio
4
5
Be Berilio
6
C
Carbono
7
N
Nitrógeno
6.9
9.0
10.8
12.0
14.0
11
12
13
14
15
Na Mg Sodio Magnesio 24.3
4 4
20
39.1
40.1
45.0
5 5
37
38
39
K
Potasio
Rb
Rubidio
Ca Calcio Sr
Al
Aluminio
19
7 7
B
Boro
23.0
6 6
He Helio
4.0
1.0
2 2
18
21
Sc
22
Escandio
Y
Estroncio
Itrio
Ti
Titanio
23
V
Vanadio
24
Cr
Cromo
25
Mn
26
Fe
Hierro
Manganeso
27
Co
28
Cobalto
Ni
Niquel
Si
Silicio
8
O
16.0
P
9
F
Oxígeno 16
Fósforo
S
Flúor
20.1
17
18
Azufre
Cl
Cloro
28.1
31.0
32.1
35.5
39.9
30
31
32
33
34
35
36
Cu Cobre
Zn Zinc
Ga Galio
Ge
Germanio
As
Arsénico
Se
Selenio
Br
Bromo
52.0
54.9
55.8
58.9
58.7
63.5
65.3
69.7
72.6
74.9
79.0
79.9
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Nb Mo Tc Rutenio Ru Niobio Molibdeno Tecnecio
85.5
87.6
88.9
91.2
92.9
95.9
98
55
72
73
74
Rh Rodio
Pd
Paladio
Ar
Argón
27.0
29
50.9
Zr
Ne Neón
19.0
47.9
Circonio
10
Ag Plata
Cd
Cadmio
In Indio
Sn
Estaño
Sb
Antimonio
Te
Telurio
Kr
Kriptón 83.8
I
Yodo
54
Xe Xenón
101.1
102.9
106.4
107.9
112.4
114.8
118.7
121.8
127.6
126.9
131.3
77
78
81
84
85
86
56
57
75
76
79
80
82
83
132.9
137.3
138.9
178.5
180.9
183.9
186.2
190.2
192.2
195.1
197.0
200.6
204.4
207.2
209.0
209
210
222
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
65
66
67
68
69
70
71
Cs Cesio Fr
Francio 223
Ba Bario
Ra Radio
226
La
Lantano
Ac
Actinio 227
Hf Hafnio Rf
Rutherfordio 261
Ta
Tantalio
Db Dubnio
W
Volframio
Sg
Seaborgio
Re Renio
Bh Bohrio
Os
Osmio
Hs
Hassio
Ir
Iridio
Mt
Meitnerio
Pt
Platino
Ds
Darmstadtio
Au Oro
264
277
268
271
272
58
59
60
61
62
63
64
Pr
Nd Prometio Pm Samario Sm
Neodimio
Eu
Europio
Pb Plomo
Bi
Bismuto
Po
Polonio
At
Astato
Rn Radón
Rg
266
Praseodimio
Tl Talio
Roentgenio
262
Ce Cerio
Hg
Mercurio
Gd
Gadolinio
Tb Terbio
Dy
Disprosio
Ho Holmio
Er
Erbio
Tm Tulio
Yb Iterbio
Lu
Lutecio
140.1
140.9
144.3
145
150.4
152.0
157.3
158.9
162.5
164.9
167.3
168.9
173.0
175.0
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
259
262
Th Torio
232.0
Pa
Protactinio 231.0
U
Uranio 238.0
Np
Neptunio 237
Pu Americio Am Cm Curio
Plutonio 214
243
247
Bk
Berkelio 247
Cf
Californio 251
Es
Einstenio 252
Fm Fermio
257
Md
Mendelevio 258
No Nobelio
Lr
Laurencio
Investigue en la red... Busque actividades interactivas para aprender los elementos de la tabla periódica en estas direcciones: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/tabla_period/ tabla4.htm http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/juegos/jcartas.html Química I − Semana 13
223
Autocontrol Actividad 1. 1.
Relacione información
Ordenamiento de los elementos químicos según su número atómico.
tabla periódica configuración electrónica propiedades periódicas
2.
3.
4.
Columnas de la tabla periódica donde se agrupan los elementos con configuraciones electrónicas similares.
filas
Líneas horizontales de la tabla periódica que corresponden a los niveles de energía que ocupan los electrones de cada elemento.
grupos
Nombre de las dos filas que se colocan fuera de la tabla periódica.
tierras raras
grupos periodos
familias periodos
no metales propiedades periódicas
5.
Tipo de elementos al que pertenece la mayoría de los elementos en la tabla periódica.
metales no metales metaloides
6.
Información que la tabla periódica proporciona de cada elemento.
símbolo y nombre ZyA las dos opciones son correctas
224
IGER − Tacaná
Actividad 2. 1.
Reconozca los grupos de elementos en la tabla periódica
Observe el esquema de la tabla periódica. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1 2 3
5
1
6 7
3
2
4
2.
Escriba el número que identifica la zona de la tabla periódica que corresponde a:
metales
no metales
Actividad 3.
metaloides
Complete la información
Escriba el símbolo de los elementos que faltan. Puede consultar su tabla. Intente memorizarlos. 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
H Be
B
N
O
3
Na Mg
Al
P
S
K
18
He
2
4
17
Ca
5
Sr
6 7
Ti Y
V
Mn Fe Co
Cu Zn Ga Ge As
Zr
Mo Tc
Rh Pd Ag
Cs Ba
Hf
W Re
Ir
Fr Ra
Rf
Sg
Hs Mt
Pr
Pm Sm Eu Gd
Th
U Np
In Sn
Pt Au Hg Ti
Ne Cl Br Kr
Te
I
Xe
Bi Po At
Rg
Am
Dy Ho Er Bk Cf
Yb Lu
Fm Md No Lr Química I − Semana 13
225
Actividad 4.
Complete la información
Rellene los espacios vacíos con los nombres o los símbolos de los elementos que faltan. Puede consultar su tabla. Intente memorizarlos. elemento
símbolo
hidrógeno
H
elemento
símbolo
C Pt
litio
Be
bromo
V
oxígeno nitrógeno
plata
Hg
Actividad 5.
Au
Compruebe lo que sabe y descubra las palabras
Descubra las palabras que se forman al escribir los símbolos de los siguientes elementos químicos. Fíjese en el ejemplo. =
1.
holmio + lantano
=
+
=
2.
silicio + nitrógeno =
+
=
3.
cobalto + cobalto =
+
=
4.
carbono + argón + teluro + radio =
5.
+
=
+
+
=
+
+
=
berilio + azufre + oxígeno + azufre =
8.
+
francio + uranio + tantalio =
7.
+
=
fósforo + lantano + tantalio + nobelio =
6.
+
+
O
hierro + oxígeno
+
+
+
=
cobalto + carbono + yodo + sodio =
226
Fe
0.
IGER − Tacaná
+
+
+
=
Feo
¡A la ciencia por la experiencia!
Construya una tabla periódica mural Esta semana le proponemos construir una tabla periódica para el círculo de estudio. Trate de trabajar en equipo con sus compañeros y compañeras.
¿Qué necesita? 111 cuadros de cartón o cartulina de 10 cm de largo x 10 cm de ancho los cuadros deben ser de tres colores distintos, para representar los metales, los no metales y los metaloides. lápiz regla sacapuntas borrador crayones marcador negro goma tijeras la tabla periódica recortable del libro
¿Qué debe hacer? Esta actividad puede realizarla de manera individual, pero lo mejor es hacerla en grupo. 1. Distribuya el trabajo entre sus compañeros de clase. Por ejemplo, uno puede tomar los elementos del 1 al 30, otro del 31 al 60, etc. Así será más fácil. 2. En cada cuadro de cartulina escriban el número atómico, el símbolo y el nombre de uno de los elementos químicos. 3. El día de la orientación, armen la tabla en una de las paredes del salón donde se reúnen.
¡Apúntese al reto de la semana! •
¿Qué le parece si organiza un reto químico en el círculo de estudio? El desafío consiste en aprender, al menos, 30 nombres y símbolos de elementos químicos por semana (puede aprender 6 por día).
•
Quien más elementos aprenda será el ganador.
¿Quién aprende más de aquí a la semana 17? ¡Anímese!
Química I − Semana 13
227
Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Describo la tabla periódica como un instrumento de clasificación de los elementos químicos según sus propiedades. Describo y reconozco los grupos y periodos de la tabla periódica. Reconozco y escribo los símbolos de los elementos de la tabla periódica. Realizo la actividad propuesta en la sección “¡A la ciencia por la experiencia!”.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
228
IGER − Tacaná
7
6
5
4
3
2
1
Sc Escandio
21
22
Ti itanio
V Vanadio
23
5
25
7
Cr Mn Cromo
24
6
26
Fe Hierro
8
Co Cobalto
27
9
28
Ni Niquel
10
Cu Cobre
29
11
Zn Zinc
30
12
5
B Boro
13
6
C Carbono
14
N Nitrógeno
7
15
8
O Oxígeno
16
9
17
F Flúor
2
12
11
223
226
No metal
Metaloide
Metal
Francio
Ra Radio
88
87
Fr
137.3
132.9
Ba Bario
56
55
Cs Cesio
87.6
85.5
Sr Estroncio
38
37
Rb Rubidio
40.1
39.1
Ca Calcio
20
19
K Potasio
24.3
23.0
Na Mg Sodio Magnesio
9.0
6.9
Li Litio
Y Itrio
Ac
227
Actinio
89
138.9
La Lantano
57
88.9
39
45.0
Hf Hafnio Rf
261
Rutherfordio
104
178.5
72
91.2
52.0
Sg
232.0
231.0
Pa Protactinio
91
90
Th Torio
140.9
140.1
Praseodimio
Pr
59
58
Ce Cerio
266
Seaborgio
106
183.9
Hs
238.0
U Uranio
92
144.3
Ir Iridio Mt
237
214
94
150.4
62
268
Meitnerio
109
192.2
77
102.9
Rh Rodio
45
58.9
Ds
243
95
152.0
Eu Europio
63
271
Darmstadtio
110
195.1
Pt Platino
78
106.4
Pd Paladio
46
58.7
Rg
65
200.6
Hg Mercurio
80
112.4
Cd Cadmio
48
65.4
247
96
157.3
247
Bk Berkelio
97
158.9
Gd Tb Gadolinio Terbio
64
272
Roentgenio
111
197.0
Au Oro
79
107.9
Ag Plata
63.5
47
Np Plutonio Pu Americio Am Cm Neptunio Curio
93
145
61
277
Hassio
108
190.2
Os Osmio
76
101.1
44
55.8
Nd Pm Samario Sm Neodimio Prometio
60
264
Bh Bohrio
107
186.2
75
98
43
54.9
W Re Volframio Renio
74
95.9
42
262
Db Dubnio
105
180.9
Ta Tantalio
73
92.9
41
50.9
Manganeso
Zr Nb Mo Tc Rutenio Ru Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio
40
47.9
T
In Indio Tl Talio
Si Silicio
251
Cf Californio
98
162.5
252
S Azufre
Er Erbio 257
100
167.3
68
209.0
Bi Bismuto
83
121.8
Cl Cloro
I Yodo
258
259
102
173.0
Yb Iterbio
70
210
At Astato
85
126.9
53
79.9
Br Bromo
35
35.5
17
19.0
Md No Mendelevio Nobelio
101
168.9
Tm Tulio
69
209
Po Polonio
84
127.6
52
79.0
Se Selenio
34
32.1
16
16.0
Sb Telurio Te Antimonio
51
74.9
Es Fm Einstenio Fermio
99
164.9
67
207.2
Pb Plomo
82
118.7
Sn Estaño
50
72.6
33
31.0
P Fósforo
15
14.0
Ge Arsénico As Germanio
32
28.1
14
12.0
Dy Ho Disprosio Holmio
66
204.4
81
114.8
49
69.7
Ga Galio
31
27.0
Al Aluminio
13
10.8
18
He Helio
Ar
Argón
Kr
Xe Xenón
Lu
Lr
262
Laurencio
103
175.0
Lutecio
71
222
Rn Radón
86
131.3
54
83.8
Kriptón
36
39.9
18
20.1
Ne Neón
10
Be Berilio
4
4.0
4
3
3
H
Hidrógeno
2
1.0
A
H
Hidrógeno
1
Z
1.0
1
1
Tabla Periódica de Los Elementos
En cada uno de los apartados de la tabla periódica se muestra el nombre del elemento, el símbolo, el número atómico Z y la masa atómica A.
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
tierras raras
metaloides
9
metales
8
14
16
17
18
no metales
15
Ubicación de los metales, no metales y metaloides en la tabla periódica.
14
Metales y no metales
Química I − Semana 14
229
Los logros que conseguirá esta semana son: Describir las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides. Reconocer la ubicación de los metales, los no metales y los metaloides en la tabla periódica. Reconocer las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides. Identificar algunas aplicaciones de los metales y no metales en las actividades cotidianas. Experimentar con la propiedad de conducción eléctrica de los metales.
¿Qué encontrará esta semana? ¡Para comenzar!
230
• Viaje al centro de la Tierra
Julio Verne
El mundo de la química
• Metales, no metales y metaloides • Los metales y sus propiedades • Los no metales y sus propiedades • Metaloides
¡A la ciencia por la experiencia!
• Conductor de electricidad
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Viaje al centro de la Tierra Viaje al centro de la Tierra es el título de una novela de Julio Verne que narra la expedición al interior del planeta de tres personajes: Lidenbrock, un profesor de mineralogía1; Axel, su sobrino y Hans, un guía. La aventura comienza cuando el grupo ingresa por el cráter de un volcán hacia el interior de la Tierra. Allí viven aventuras increíbles como el descubrimiento de un océano interno habitado por monstruos marinos gigantes, el hallazgo de un bosque con plantas desconocidas en la superficie del planeta y la observación de seres parecidos a los humanos. Le invitamos a leer un fragmento de la novela.
Julio Verne (1828 – 1905) Escritor francés
“A unos quinientos pasos, a la vuelta de un alto promontorio, presentóse ante nuestros ojos una selva elevada, frondosa y espesa, formada de árboles de medianas dimensiones, que tenían la forma de perfectos quitasoles, de bordes limpios y geométricos. Las corrientes atmosféricas no parecían ejercer efecto alguno sobre su follaje, y, en medio de las ráfagas de aire, permanecían inmóviles, como un bosque de cedros petrificados.” “No acertaba a dar nombre a aquellas singulares especies. ¿Acaso no formaban parte de las doscientas mil especies vegetales conocidas hasta entonces, y sería preciso asignarles un lugar especial entre la flora de las vegetaciones lacustres2? No. Cuando nos cobijamos debajo de su sombra, mi sorpresa se trocó en admiración”. A lo largo de la historia, muchas personas han planteado la posibilidad de que existan civilizaciones subterráneas muy evolucionadas. Esta creencia forma parte de algunas tradiciones y cultos, y muchos autores se han inspirado en ella para escribir sus novelas. Julio Verne, por ejemplo.
mineralogía: ciencia que estudia la forma, estructura, composición, propiedades, yacimientos y evolución de los minerales. 2 vegetaciones lacustres: vegetación de los lagos. 1
Química I − Semana 14
231
Hoy sabemos que el centro de la Tierra está formado principalmente por dos elementos: níquel (Ni) y hierro (Fe). Por eso se le ha dado el nombre de Nife y está dividido en dos partes: Núcleo interno Estado: sólido Composición: hierro (Fe) y níquel (Ni) Temperatura: aproximadamente 5000 ºC Grosor: entre 6371 y 5100 km Núcleo externo Estado: líquido Composición: hierro (Fe) y níquel (Ni) Temperatura: aproximadamente 4000 ºC Grosor: entre 5100 y 2900 km El níquel y el hierro son dos elementos químicos que se clasifican como metales. Uno de los grupos de elementos que estudiará esta semana.
¡A trabajar! 1.
¿Quién es el autor de la novela “Viaje al centro de la Tierra”?
2.
¿Qué nombre recibe el centro de la Tierra según su composición química?
3.
¿Qué elemento químico se representa con el símbolo Ni?
4.
¿Qué elemento químico se representa con el símbolo Fe?
5.
232
¿Ha escuchado en su comunidad alguna historia que hable de seres que viven en el interior de la Tierra? Escríbala en su cuaderno y compártala en el círculo de estudio. Anímese a ilustrarla.
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Metales y no metales
Ser o no ser, una cuestión de propiedades
Como estudiamos en la semana 13, aproximadamente el 86% de los elementos de la tabla periódica son metales y el 14% restante son no metales. El carácter metálico o no metálico es una propiedad periódica de los elementos que determina la capacidad que tienen para unirse con otros y formar compuestos.
En la parte de atrás de su tabla periódica puede ver la ubicación de los metales, no metales y metaloides.
2. Los metales y sus propiedades Seguro que ha tenido en sus manos monedas, anillos, llaves, clavos o tornillos. Todos esos objetos están hechos de metales como oro, plata o hierro. Los metales son elementos que se caracterizan por ceder los electrones de su nivel de valencia durante las reacciones químicas. En general los metales cumplen con estas propiedades: propiedades estado ductilidad maleabilidad dureza apariencia color conductividad eléctrica conductividad térmica
descripción sólidos, a excepción del mercurio (Hg) que es líquido dúctiles, se pueden enrollar para formar alambre maleables, se pueden aplastar para formar láminas duros, resisten grandes fuerzas sin romperse brillante gris, blanco, amarillo o naranja buenos conductores de la electricidad buenos conductores de calor
Por sus propiedades, los metales se usan en el trabajo de construcción y la fabricación de alambres para conducir electricidad. Química I − Semana 14
233
2.1 Clasificación de los metales Los metales se clasifican en tres grupos según sus propiedades. Veamos: 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1. metales alcalinos
234
IGER − Tacaná
2. metales alcalinotérreos
1
HHH
2
LiLiLi Be Be Be
3
Na Na Na Mg Mg Mg
3. metales de transición
BBB CCC NNN OOO
AlAl Al SiSi Si PPP SSS
4
Cu Zn Zn Ga KKK Ca Ca Ca Sc Sc Sc TiTi Ti VVV Cr Cr Cr Mn Mn MnFe Fe Fe Co Co Co NiNi Ni Cu Cu Zn Ga Ga Ge As As Se Se S Ge Ge As
5
Ag Cd Cd InIn Rb Rb Rb Sr Sr Sr YYY ZrZr Zr Nb Nb NbMo Mo Mo TcTc Tc Ru Ru Ru Rh Rh Rh Pd Pd Pd Ag Ag Cd In Sn Sn Sn Sb Sb Sb Te Te T
6
Au Hg Hg TiTiTi Pb Os Os IrIrIr Pt Cs Cs Cs Ba Ba Ba LaLa La Hf Hf Hf Ta Ta Ta WW W Re Re Re Os Pt Pt Au Au Hg Pb Pb BiBi Bi Po Po P
7
FrFr Fr Ra Ra Ra Ac Rg Hs Hs Mt Ac Ac Rf Rf Rf Db Db Db Sg Sg Sg Bh Bh Bh Hs Mt Mt Ds Ds Ds Rg Rg
a.
Metales alcalinos: grupo 1, a excepción del hidrógeno (H)
El nombre “alcalinos” viene de la palabra árabe álcali que significa cenizas, ya que fueron identificados por primera vez en cenizas de madera. Están situados en el grupo 1, porque tienen un solo electrón en su nivel de valencia.
Los metales alcalinos son: litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr).
b.
Metales alcalinotérreos: grupo 2
Se llaman “alcalinotérreos” porque son abundantes en la corteza terrestre. Están situados en el grupo 2 porque tienen dos electrones en su nivel de valencia.
Los metales alcalinotérreos son: berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra).
c.
Metales de transición: grupos 3 al 12
Estos metales se llaman “de transición” porque exhiben el traspaso de las propiedades de los elementos metálicos a los no metálicos. Están situados del grupo 3 al 12. Estos elementos tienen un número de electrones variable en su nivel de valencia.
Entre los metales de transición más conocidos están: hierro (Fe), cobre (Cu), plata (Ag) y oro (Au).
2.2 Utilidad de los metales Metales como el oro, la plata y el cobre son utilizados desde la prehistoria. Aunque al principio solo se usaban en estado puro, actualmente la mayoría de los metales se emplean en aleaciones. Le presentamos algunos metales comunes y sus aplicaciones:
Al
Aluminio
Una aleación es una mezcla homogénea de distintos metales.
El aluminio es un metal que por su poco peso y maleabilidad se emplea en la industria de la construcción, la fabricación de automóviles y para envasar refrescos y alimentos. Por ejemplo, las latas de agua gaseosa están hechas de aluminio.
El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad eléctrica, por eso se emplea en la Cobre fabricación de cables eléctricos y otros objetos que conducen electricidad.
Cu
El hierro es un metal resistente, maleable y duro. Por eso se usa en la industria de la construcción, la herrería y la fabricación de distintas herramientas y utensilios.
Fe
Hierro
Ejercicio 1 A.
Lea el texto que describe las propiedades de la plata (Ag). La plata es un metal precioso de color blanco, dúctil y maleable. Por eso se usa en el trabajo de orfebrería. Además, es un buen conductor del calor y la electricidad.
B.
Reescriba en la tabla las propiedades de la plata que se mencionan en el texto. Tiene un ejemplo. propiedades color
descripción
blanco
ductilidad maleabilidad conductividad eléctrica y térmica
Química I − Semana 14
235
3. Los no metales y sus propiedades Los no metales son elementos que se caracterizan por ganar electrones e incorporarlos a su nivel de valencia durante las reacciones químicas. En general, los no metales cumplen con estas propiedades: propiedades
descripción pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos
estado ductilidad
no son dúctiles
maleabilidad
no son maleables
dureza
son blandos
apariencia
opaca
color
no tienen un color específico malos conductores de la electricidad
conductividad eléctrica
malos conductores del calor (buenos aislantes térmicos)
conductividad térmica
3.1 Clasificación de los no metales Los no metales son los elementos situados a la derecha en la tabla periódica, por encima de la línea quebrada de los grupos 14 al 18. 14
15
16
17
18
b. gases nobles
He
a. halógenos
C
N
O
F
Ne
P
S
Cl
Ar
Se Br Kr I
Xe Rn
236
IGER − Tacaná
Se clasifican en dos categorías principales: a.
Halógenos: grupo 17
El nombre halógeno significa formador de sal y hace referencia a la propiedad de cada uno de los halógenos de formar, con el sodio, una sal similar a la sal común.
Los halógenos son: flúor, (F), cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I). Están situados en el grupo 17 de la tabla periódica.
b.
Gases nobles: grupo 18
El nombre de gas noble es una traducción del nombre alemán edelgas, que indica su bajo nivel de actividad química. Estos elementos tienen la configuración más estable de todos los elementos de la tabla periódica.
Los gases nobles son seis: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn) y se sitúan en el grupo 18 de la tabla periódica.
A pesar de que los no metales se presentan en un número muy reducido, la mayoría de ellos son esenciales para la vida. Por ejemplo: O, C, H, N, P y S.
3.2 Utilidad de los no metales Los no metales tienen distintas aplicaciones según sus propiedades.
C
El carbono es un no metal. Por su dureza se emplea en la fabricación de grafito, el material del que está hecha la mina de los lápices. Debido a que es un buen purificador, también se usa en filtros para limpiar el agua y el aire.
He
El helio es un no metal en estado gaseoso que se agrupa con los gases nobles. Entre otras aplicaciones, se utiliza para inflar globos y se mezcla en los tanques de oxígeno que usan los pacientes con problemas respiratorios.
F
El flúor es un no metal en estado gaseoso que se usa como aditivo en las pastas dentales para prevenir la caries dental. También se usa para el grabado de vidrio y el tratamiento de la madera para protegerla de hongos e insectos.
Carbono
Helio
Flúor
Química I − Semana 14
237
4. Metaloides y sus propiedades Los metaloides son elementos que se caracterizan por tener propiedades intermedias entre los metales y no metales. propiedades estado ductilidad maleabilidad dureza apariencia color
descripción en su mayoría son sólidos, pero también pueden presentarse como gases algunos son dúctiles y otros no algunos son maleables y otros no algunos son duros y otros son blandos pueden ser brillantes u opacos no tienen un color específico
conductividad eléctrica
moderada
conductividad térmica
moderada
4.1 Clasificación de los metaloides Los metaloides forman un solo grupo de elementos. Están situados a un lado y al otro de la línea escalonada que separa a los metales de los no metales. Este grupo contiene ocho elementos: boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb), telurio (Te), polonio (Po) y astato (At).
13
14
15
16
17
metaloides
B no metales
Si Ge As metales
Sb Te Po At
238
IGER − Tacaná
4.2 Utilidad de los metaloides Al igual que los metales y los no metales, los metaloides tienen distintas aplicaciones. Una de las más comunes es en el campo de la electrónica como semiconductores de electricidad.
Si
Silicio
El silicio es un metaloide que, por su propiedad de conductividad eléctrica moderada, se usa en la fabricación de chips de computadora y piezas para otros aparatos electrónicos, como calculadoras.
Ejercicio 2 A.
Lea el texto que describe las propiedades del bromo (Br). Luego, reescríbalas en la tabla. El bromo es el único no metal que se encuentra en estado líquido. Es de color rojo oscuro y tiene baja conductividad eléctrica y térmica. propiedades
descripción
estado color conductividad eléctrica conductividad térmica B.
Lea el texto que describe las propiedades del boro (B). Luego, reescribalas en la tabla. El boro es un metaloide que se encuentra en estado sólido. Es duro y de color negro. Además presenta conductividad eléctrica y térmica moderada. propiedades
descripción
estado color dureza conductividad eléctrica conductividad térmica
Química I − Semana 14
239
Resumen 1.
Metales y no metales
Aproximadamente el 86% de los elementos de la tabla periódica son metales y el 14% restante son no metales.
2.
Metales
Los metales son elementos que se caracterizan por ceder los electrones de su nivel de valencia durante las reacciones químicas. 3.
No metales
Los no metales son elementos que se caracterizan por ganar electrones e incorporarlos a su nivel de valencia durante las reacciones químicas. 4. Metaloides Los metaloides son elementos que se caracterizan por tener propiedades intermedias entre los metales y no metales. Comparación entre las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides
propiedades
metales
no metales
metaloides
sólidos, a excepción del mercurio (Hg) que es líquido.
pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.
en su mayoría son sólidos, pero también pueden presentarse como gases.
dúctiles
no son dúctiles.
maleables
no son maleables.
duros
blandos
brillante
opaca
pueden ser brillantes u opacos.
color
gris, blanco, amarillo o naranja
no tienen un color específico.
no tienen un color específico.
conductividad eléctrica
buenos conductores de la electricidad
malos conductores de la electricidad
moderada
conductividad térmica
buenos conductores de calor
malos conductores del calor (buenos aislantes térmicos)
moderada
estado
ductilidad maleabilidad dureza apariencia
240
IGER − Tacaná
algunos son dúctiles y otros no. algunos son maleables y otros no. algunos son duros y otros son blandos.
Autocontrol Actividad 1.
Relacione términos y conceptos
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Elementos químicos que tienden a perder electrones durante las reacciones químicas.
metales no metales metaloides
2.
Grupo de elementos químicos que tienden a ganar electrones durante las reacciones químicas.
metales no metales metaloides
3.
Elementos químicos con la configuración electrónica más estable de todos los elementos de la tabla periódica.
halógenos metaloides gases nobles
4.
Ejemplo de metal en estado líquido.
neón (Ne) mercurio (Hg) hidrógeno (H)
5.
Elementos químicos que tienen propiedades de metal y no metal a la vez.
halógenos metaloides gases nobles
6.
Grupo de los no metales cuyo nombre significa “formador de sal”.
gases nobles metaloides halógenos
Química I − Semana 14
241
Actividad 2.
Construya conceptos
Según lo que estudió en la semana, escriba con sus palabras qué es un metal, qué es un no metal y qué es un metaloide. metal:
no metal:
metaloide:
Actividad 3.
Reconozca propiedades
Escriba a la derecha de cada propiedad si corresponde a un metal o a un no metal. Vea el ejemplo. propiedad Sólidos, a excepción del mercurio Hg que es líquido. Duros Brillantes Dúctiles Buenos conductores de la electricidad Buenos aislantes del calor Pueden presentarse en los tres estados de la materia. Opacos Maleables
242
IGER − Tacaná
metal/no metal
metal
Actividad 4. A.
Identificar elementos según su posición en la tabla periódica
Escriba el nombre de cada elemento. Luego, búsquelo en la tabla periódica e indique si es metal, no metal o metaloide. 1.
Li
7.
2.
Rb
8.
3.
Cr
9.
Zr
10. N
Ba
11. P
6. B.
F
5.
Sb
4.
Si
Al
12. S
Identifique los grupos de elementos señalados en el esquema. Vea el ejemplo.
4.
0. alcalinos 3.
1.
He He He He He
HHHHH Be Be LiLiLiLiLi Be Be Be
2.
Na Mg Na Mg Na Na Na Mg Mg Mg
FNe Ne Ne BBBBBCCCCCNNNNNOOOOOFFFFNe Ne Ar Ar AlAl AlAlAl SiSi SiSiSiPPPPPSSSSSClCl ClClCl Ar Ar Ar
As Se Ca Sc Mn Co Cu Zn Ga Ge Ga Cu Zn Ca Sc CrCr Mn FeFe Co NiNi Cu Zn As Se KKKKK Ca Ca Ca Sc Sc Sc TiTi TiTiTiVVVVVCr Cr Cr Mn Mn Mn Fe Fe Fe Co Co Co NiNi Ni Cu Cu Zn Zn Ga Ga Ga As As Se Se Se Br Br BrBrBr Kr Kr KrKrKr GeAs Ge Ge Ge Sb IXe Xe Rb Nb Mo Ru Rh Pd Ag Cd Sn Sn Ag Cd Rb Nb Mo Ru Rh Pd Ag Cd Sb Xe Rb Rb Rb Sr Sr SrSrSrYYYYYZrZr ZrZrZr Nb Nb Nb Mo Mo Mo TcTc TcTcTc Ru Ru Ru Rh Rh Rh Pd Pd Pd Ag Ag Cd Cd InIn InInIn Sn Sn Sn Sb Sb Sb Te Te TeTeTeI II I Xe Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn PbBiBi Au Hg OsIrIrIrIr Pt Os Os Cs Ba HfTa TaWW ReOs PtAu AuHg HgTiTiTiTiPb PoAt AtRn Rn Cs Cs Cs Ba Ba Ba LaLa LaLaHf Hf Hf Ta Ta WWRe Re Re Pt Pt Au Hg Pb Pb BiBiPo Po Po At At Rn Rn Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Ra FrFr FrFrFr Ra Ra Ra Rg HsMt Hs Hs AcRf RfDb DbSg SgBh BhHs MtDs DsRg Rg Ac Ac Ac Rf Rf Db Db Sg Sg Bh Bh Mt Mt Ds Ds Rg Química I − Semana 14
243
Actividad 5. A.
Aplique conocimientos a situaciones cotidianas
Lea el texto que describe las propiedades del aluminio (Al). Luego, reescríbalas en la tabla. El aluminio es un metal sólido, dúctil y maleable, por eso se utiliza en la industria de la construcción para fabricar estructuras. Además, es un buen conductor de la electricidad. propiedades
descripción
estado ductilidad maleabilidad conductividad eléctrica B.
Lea el texto que describe las propiedades del azufre (S). Luego, reescríbalas en la tabla. El azufre es un no metal que se presenta en estado sólido. Es blando y de color amarillo.
propiedades
descripción
estado color dureza maleabilidad C.
Imagine que fabricará 30 metros de alambre para conducir electricidad y le dan tres materiales para elegir: aluminio (Al), silicio (Si) y cobre (Cu). ¿Cuál escogería?
¿Por qué?
244
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
Conductor de electricidad Esta semana le proponemos experimentar con la propiedad de conducción de electricidad de los metales. Fíjese bien en la ilustración, porque muestra el aparato que debe construir para realizar la experiencia.
¿Qué necesita?
A1
1 batería grande de las de 1.5 voltios o más. de 30 a 50 cm de alambre de cobre delgado, como los que se usan en las líneas de teléfono. cinta de aislar 1 foquito de linterna
B
A2
¿Qué debe hacer? 1.
Construya el aparato que se muestra en la ilustración. a. b. c. d. e.
Corte el alambre de cobre en dos partes A y B. Tome la parte A y divídala en dos partes más A1 y A2. Pele los extremos de cada cable (aproximadamente un centímetro de cada lado). Tome el cable B y conecte uno de los extremos a la batería. Tome el cable A1 y conecte uno de los extremos a la batería. Luego, conecte el otro extremo al foquito de linterna. Tome el cable A2 y conecte uno de los extremos al foquito.
2.
Recolecte algunos objetos que encuentre en su casa, en la calle o en el círculo de estudio (cucharas, lápices, monedas, etc.)
3.
Conecte los extremos A2 y B a cada uno de los objetos.
4. Registre:
5.
•
¿Con cuáles se encendió el foco?
•
¿Con cuáles no?
•
¿Qué tienen en común los materiales con los que sí encendió el foco?
Recuerde registrar la experiencia en su libreta de campo y compartir los resultados en el círculo de estudio.
Concluya: ¿qué objetos están formados por componentes metálicos? Química I − Semana 14
245
Revise su aprendizaje
Después de estudiar...
Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Describo las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides. Reconozco la ubicación de los metales, los no metales y los metaloides en la tabla periódica. Reconozco las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides. Identifico algunas aplicaciones de los metales y no metales en las actividades cotidianas. Experimento con la propiedad de conducción eléctrica de los metales.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
246
IGER − Tacaná
15
Propiedades periódicas (parte I)
Química I − Semana 15
247
Los logros que conseguirá esta semana son: Definir ión, catión y anión. Distinguir entre catión y anión. Explicar qué es la energía de ionización y qué es la afinidad electrónica y cómo varían en los grupos y periodos. Identificar en una serie de elementos cuál es el elemento o el grupo de elementos que tienen mayor o menor energía de ionización o mayor o menor afinidad electrónica. Ordenar una serie de elementos de forma ascendente o descendente según su energía de ionización y su afinidad electrónica. Predecir datos de un elemento partiendo de su configuración electrónica. Experimentar con las cargas negativas y positivas.
¿Qué encontrará esta semana?
248
¡Para comenzar!
• Átomos neutros y átomos cargados
El mundo de la química
• La energía de ionización • Afinidad electrónica
¡A la ciencia por la experiencia!
• Los aniones mueven objetos
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Átomos neutros y átomos cargados — ¿Qué imagina cuando escucha la palabra neutro? — Posiblemente piensa en alguien o en algo que no se inclina hacia una postura ni hacia la otra. Hoy conoceremos un significado nuevo de la palabra neutro. Los átomos neutros son aquellos que tienen igual número de protones (cargas positivas) y de electrones (cargas negativas). Recuerde que los protones se encuentran en el núcleo y los electrones en la nube electrónica. Por ejemplo: El átomo de neón (Ne) con Z = 10 es un átomo neutro. Tiene 10 protones en el núcleo y 10 electrones en la nube electrónica. Sus cargas eléctricas positivas y negativas están apareadas. No le faltan ni le sobran.
Ne
En la naturaleza, la mayoría de átomos no se encuentran en estado neutro sino que están como iones. Un ión es un átomo cargado eléctricamente. Por ejemplo: El átomo de sodio (Na) con Z = 11 no siempre es neutro. Tiene 11 protones en el núcleo, pero la mayoría de las veces solo tiene 10 electrones en la nube electrónica. Eso provoca que uno de sus protones se quede sin pareja. Le falta un electrón para ser neutro.
Na+
Cuando un átomo pierde o le faltan electrones se dice que es un ión positivo o catión. Un catión tiene carga eléctrica positiva. — ¿Sabe por qué? — Porque uno de sus protones se quedó sin pareja. La carga positiva es como un anuncio que dice: “busco un electrón”.
Química I − Semana 15
249
Los cationes se representan así:
Símbolo del elemento
Na+
Signo positivo que indica la presencia de protones desapareados.
Por el contrario, cuando un átomo gana o le sobran electrones, se dice que es un ión negativo o anión. Un anión tiene carga eléctrica negativa. Hay un electrón que no tiene pareja. La carga negativa es como un aviso que dice “busco protón”. Los aniones se representan así:
Símbolo del elemento
Cl–
Signo negativo que indica la presencia de electrones desapareados.
La falta o exceso de electrones hace que los átomos se unan. Los cationes se unen con los aniones para obtener los electrones que necesitan para ser neutros. Esta unión da como resultado los compuestos. La capacidad de ganar o perder electrones responde a dos propiedades periódicas de los elementos: la energía de ionización y la afinidad electrónica. Las estudiaremos esta semana.
¡A trabajar! 1.
Explique con sus palabras qué es un átomo neutro.
Responda: 2.
¿Qué es ión?
3.
¿Qué es un catión?
4.
¿Qué es un anión?
250
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Propiedades periódicas En la semana 13 estudiamos que las propiedades periódicas son aquellas que se repiten entre los elementos de la tabla periódica y se utilizan para agruparlos en un mismo periodo o una misma familia. Algunas de las propiedades periódicas son: • el carácter metálico • la energía de ionización • la afinidad electrónica • la electronegatividad • el radio atómico El carácter metálico lo estudiamos la semana anterior. Esta semana estudiaremos la energía de ionización y la afinidad electrónica.
2. Energía de ionización Uno de los valores más apreciados en la actualidad es el saber ‟compartir”. Compartir lo que tenemos es una actitud que brinda bienestar y alegría. Algunos átomos son expertos en compartir sus electrones con otros que los reciben. La capacidad de compartir o de recibir electrones está dada por la energía de ionización. La energía de ionización es la energía necesaria para separar un electrón del nivel de valencia. Cuando un átomo pierde un electrón, se ioniza y se transforma en catión. En la tabla periódica, la energía de ionización aumenta de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha. Como puede ver, los metales tienen menos energía de ionización que los no metales.
>
>
>
energía de ionización
> Química I − Semana 15
251
— ¿Para qué necesitamos saber la energía de ionización de los elementos? — Para determinar las uniones posibles entre elementos: los elementos con energías de ionización baja se unen con los de ionización alta y forman compuestos. Por ejemplo: El sodio (Na) es un metal con energía de ionización baja y el cloro (Cl) es un no metal con energía de ionización alta. Cuando se unen forman el compuesto cloruro de sodio (NaCl), la sal común.
Cl
Na+
–
En la formación de este compuesto, el sodio cede un electrón y el cloro lo gana. El compuesto se forma gracias a las diferencias entre las energías de ionización.
El calcio (Ca) es un metal con energía de ionización baja y el oxígeno (O) es un no metal con energía de ionización alta. Cuando se unen forman el compuesto óxido de calcio (CaO), la cal. En el segundo semestre estudiaremos a profundidad la formación de compuestos y aprenderá el número de electrones que gana o pierde cada elemento.
O–2
Ca+2
Observe que el calcio cede dos electrones al oxígeno.
Ejercicio 1 A.
252
Escriba el símbolo menor que () para indicar que el elemento de la izquierda tiene menor o mayor energía de ionización que el de la derecha. Consulte su tabla periódica. Recuerde cómo varía la energía de ionización. Tiene un ejemplo.
< C 0. Li
2.
P
Mg
4.
K
Fe
1.
3.
I
Sr
5.
Rb
Br
Ca
IGER − Tacaná
Ge
B.
Rellene el cuadro de la opción que responde correctamente a las preguntas. Consulte su tabla periódica. Tiene un ejemplo. 0.
1.
2.
3.
C.
Según su posición en la tabla periódica, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la menor energía de ionización?
Cs
Según su posición en la tabla periódica, ¿los metales tienen más o menos energía de ionización que los no metales?
Más
Según su posición en la tabla periódica, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la mayor energía de ionización?
Ba
Según su posición en la tabla periódica, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la menor energía de ionización?
Li
Na Li
Menos Igual
Hg Ra
Se I
Responda a las siguientes preguntas. Utilice su tabla periódica. Tiene un ejemplo. La configuración electrónica de un elemento es
1s22s2 .
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número atómico Z? Sume los electrones para encontrarlo.
b.
¿Es un metal o un no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el símbolo de dos elementos que tengan mayor energía de ionización que él:
2 + 2 = 4; Z = 4
Química I − Semana 15
253
3. Afinidad electrónica Otra propiedad de los átomos que influye en su comportamiento químico es la habilidad para aceptar electrones. Esta habilidad es la afinidad electrónica. La afinidad electrónica es la energía que libera un átomo cuando gana o recibe un electrón. Cuando un átomo gana o recibe un electrón, se ioniza y se transforma en anión. En la tabla periódica, la afinidad electrónica varía del mismo modo que la energía de ionización. Aumenta de abajo hacia arriba en los grupos y de izquierda a derecha en las filas o periodos.
>
>
>
afinidad electrónica
> — ¿Para qué necesitamos conocer la afinidad electrónica de los elementos? — Al igual que la energía de ionización, la afinidad electrónica sirve para determinar las posibles uniones entre elementos: los elementos con afinidad electrónica alta tienden a ganar electrones de otros elementos para formar compuestos. Por ejemplo: El flúor (F) es un no metal con afinidad electrónica alta y el potasio (K) es un metal con afinidad electrónica baja. Esta diferencia de afinidades permite que se forme el compuesto que se llama fluoruro de potasio (KF).
K+
254
IGER − Tacaná
F–
En resumen... La tendencia de los átomos a perder electrones se mide a través de la energía de ionización y la tendencia de los átomos a ganar electrones se mide a través de la afinidad electrónica. Estas dos propiedades se complementan. Fíjese: • Los metales tienen baja energía de ionización (ceden electrones con facilidad) y los no metales tienen alta afinidad electrónica (ganan electrones con facilidad). Ambas propiedades intervienen en la formación de compuestos.
Ejercicio 2 A.
Rellene el cuadro de la opción que responde correctamente a las preguntas. Consulte su tabla periódica. Tiene un ejemplo. 0.
I
Según su posición en la tabla, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la mayor afinidad electrónica?
Sn Ag
1.
2.
B.
El bromo (Br) es un elemento que tiene gran afinidad electrónica, ¿con qué elemento es más probable que pueda formar un compuesto? El elemento debe tener menor afinidad electrónica.
Ne
El cesio (Cs) es un elemento que tiene poca afinidad electrónica, ¿con qué elemento es más probable que pueda formar un compuesto? El elemento debe tener mayor afinidad electrónica.
O
Cl K
Sr Zr
Ordene los elementos de menor a mayor afinidad electrónica. Vea el ejemplo. 0.
Ru, Ag, Pd, Cd
1.
Ti, Hf, Zr, Rf
2.
Si, C, Pb, Sn
Ru
<
Ag
<
Pd
<
Cd
Química I − Semana 15
255
C.
Para reflexionar y aplicar sus conocimientos de las semanas 10 a 15. Responda a las siguientes preguntas. Utilice su tabla periódica tiene un ejemplo. 1.
La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 .
Con esta información indique:
a.
¿Cuál es su número Z? Sume los electrones para encontrarlo.
2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 10 + 2 + 6 + 10 = 46
b.
¿Es metal o no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba dos elementos que tengan mayor afinidad electrónica:
f.
Escriba dos elementos que tengan menor energía de ionización que él:
2.
La configuración electrónica de un elemento es
Con esta información indique:
a.
¿Cuál es su número Z? Sume los electrones para encontrarlo.
Z = 46
1s22s22p5 .
b.
¿Es metal o no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el elementos que tengan mayor energía de ionización que él:
3.
La configuración electrónica de un elemento es 1s22s22p63s1 .
Con esta información indique:
a.
¿Cuál es su número Z? Sume los electrones para encontrarlo.
256
b.
¿Es metal o no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba dos elementos que tengan mayor afinidad electrónica:
f.
Escriba dos elementos que tengan menor energía de ionización que él:
IGER − Tacaná
Resumen Esta semana estudió: 1.
Iones: cationes y aniones
Un ión es un átomo con carga eléctrica.
Los cationes son átomos que han perdido electrones. Un catión tiene carga eléctrica positiva.
Los aniones son átomos que han ganado electrones. Un anión tiene carga eléctrica negativa.
Para predecir el resultado de las reacciones químicas es necesario saber si los elementos ganan o pierden electrones y en qué cantidad.
La capacidad de ganar o perder electrones responde a dos propiedades periódicas de los elementos: la energía de ionización y la afinidad electrónica.
2.
La energía de ionización
La energía de ionización se define como la energía necesaria para separar un electrón del nivel más externo del átomo. Los átomos se convierten en cationes cuando pierden sus electrones.
2.
Afinidad electrónica
La afinidad electrónica es la energía que libera un átomo cuando gana o recibe un electrón. Los átomos que ganan electrones se convierten en aniones.
En la tabla periódica, la energía de ionización y la afinidad electrónica varían de la misma manera. Observe la gráfica.
>
>
>
energía de ionización y afinidad electrónica
> Química I − Semana 15
257
Autocontrol Actividad 1.
Relacione información.
Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Tipo de ión que se forma cuando un átomo gana electrones.
ión neutro ión positivo ión negativo
2.
Nombre de los iones positivos.
aniones cationes electrones
3.
Tipo de ión que se forma cuando un átomo pierde electrones.
ión neutro ión positivo ión negativo
4.
Nombre de los iones negativos.
aniones cationes electrones
5.
Energía necesaria para separar un electrón del nivel más externo del átomo.
energía eléctrica afinidad electrónica energía de ionización
6.
Energía que libera un átomo cuando gana o recibe un electrón.
energía iónica afinidad electrónica energía de ionización
258
IGER − Tacaná
Actividad 2.
Construya conceptos
Defina los siguientes conceptos. Anión: Catión:
Energía de ionización:
Afinidad electrónica:
Actividad 3.
Extraiga información de la tabla periódica
Escriba lo que se le pide según lo que aprendió en la semana. Consulte su tabla periódica. 1.
Escriba el elemento del grupo 7 que tiene la energía de ionización más baja.
2.
Escriba el elemento de periodo 4 que tenga la afinidad electrónica más alta.
3.
¿Qué elemento puede convertirse en anión, el calcio o el cloro? Justifique su respuesta.
4.
¿Qué elemento puede convertirse en catión, el sodio o el flúor? Justifique su respuesta.
5.
¿Qué elemento perdería más fácilmente un electrón, el hierro o el bromo? Justifique su respuesta.
Química I − Semana 15
259
Actividad 4. A.
B.
Ordene elementos según sus propiedades
Ordene los elementos de menor energía de ionización a mayor energía de ionización, según su posición en la tabla periódica. 1.
Rb, K, Li
2.
At, Cl, Br
Ordene los elementos de mayor afinidad electrónica a menor afinidad electrónica, según su posición en la tabla periódica. 1.
Al, B, In
2.
I, Te, Sb
Actividad 5. Para reflexionar y aplicar sus conocimientos de las semanas 10 a 15 Responda a las siguientes preguntas. Utilice su tabla periódica 1.
La configuración electrónica de un elemento es
Con esta información indique:
260
1s22s22p63s23p63d10
.
a.
¿Cuál es su número Z? Sume sus electrones.
b.
¿Es metal o no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba dos elementos que tengan mayor energía de ionización que él:
f.
Escriba dos elementos que tengan menor energía de ionización que él:
2.
La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p63s2
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número Z? Sume sus electrones.
b.
¿Es metal o no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba dos elementos que tengan mayor energía de ionización que él:
f.
Escriba dos elementos que tengan menor energía de ionización que él:
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
Los aniones mueven objetos Esta semana aprendimos que los átomos con cargas eléctricas negativas (aniones) atraen a los átomos con cargas eléctricas positivas (cationes). En el experimento de hoy, cargaremos un globo negativamente y observaremos cómo atrae a los cationes de diversos materiales.
¿Qué necesita? un globo o una vejiga una lata vacía de aluminio trocitos de papel su pelo limpio y seco lápiz o lapicero libreta de campo
¿Qué debe hacer? 1. Infle el globo y átelo. 2. Frote el globo contra su pelo limpio unas 10 veces. De esta forma el globo se cargará de aniones. 3. Coloque la lata en el suelo y acérquele el globo, sin tocarla. 4. Observe lo que sucede y anótelo en su libreta de campo. 5. Frote nuevamente el globo con su pelo y acérquelo a los trocitos de papel, sin tocarlos. 6. Observe lo que sucede y anótelo en su libreta de campo. Comparta sus resultados en el círculo de estudio.
Química I − Semana 15
261
Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Defino ión, catión y anión. Después de estudiar...
Distingo entre catión y anión. Explico qué es la energía de ionización y qué es la afinidad electrónica y cómo varían en los grupos y periodos. Identifico en una serie de elementos cuál es el elemento o el grupo de elementos que tienen mayor o menor energía de ionización o mayor o menor afinidad electrónica. Ordeno una serie de elementos de forma ascendente o descendente según su energía de ionización y su afinidad electrónica. Predigo datos de un elemento partiendo de su configuración electrónica. Experimento con las cargas negativas y positivas.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
262
IGER − Tacaná
16
Propiedades periódicas (parte II)
Química I − Semana 16
263
Los logros que conseguirá esta semana son: Definir electronegatividad y radio atómico. Reconocer cómo varían las propiedades de electronegatividad y radio atómico en la tabla periódica. Determinar qué elemento o qué grupo de elementos es más o menos electronegativo, según su posición en la tabla periódica. Determinar qué elemento tiene mayor radio atómico, según su posición en la tabla periódica. Ordenar una serie de elementos de forma creciente o decreciente, según su electronegatividad y su radio atómico. Observar cómo varía el radio atómico de los elementos de un mismo grupo en la tabla periódica.
¿Qué encontrará esta semana?
264
¡Para comenzar!
• Esterilizar con energía
El mundo de la química
• Electronegatividad • Radio atómico
¡A la ciencia por la experiencia!
• ¿Cómo es el radio atómico?
IGER − Tacaná
¡Para comenzar! Esterilizar con energía Las propiedades periódicas nos ayudan a deducir cómo se comportan químicamente los distintos elementos. Hemos aprendido dos: • Energía de ionización: energía necesaria para separar un electrón del nivel de valencia de un átomo. • Afinidad electrónica: energía liberada al aceptar un electrón. Leamos una aplicación de la energía de ionización: En el medio ambiente (aire, agua, suelo, etc.) existen microorganismos que contaminan los alimentos aprovechando los nutrientes que encuentran en ellos. La esterilización es un proceso que elimina microbios. Por ejemplo, hervir o clorar el agua para que sea potable son procesos de esterilización. Los científicos desarrollan diferentes procesos de esterilización y utilizan la energía de ionización. La energía que produce el cobalto es una de las alternativas más utilizadas y seguras. Reduce los microbios en alimentos y en otros productos como utensilios de cocina, empaques, etc. La energía de ionización no deja ningún tipo de residuo y es efectiva contra organismos que transmiten enfermedades. Texto tomado y adaptado de www.wikipedia.org
¡A trabajar! 1.
¿Qué es el proceso de esterilización? Responda con sus palabras.
2.
En la lectura se dice que la energía de ionización de algunos metales es una alternativa segura para reducir microbios, ¿qué metal se utiliza como ejemplo?
3.
El método SODIS utiliza la energía del sol como medio para esterilizar el agua. ¿Sabe algo de este método? Lo invitamos a visitar esta página de Internet y a realizar un cartel explicativo para su comunidad. www.oei.es/salactsi/uvalle/gde_tema10.htm
Química I − Semana 16
265
El mundo de la química Esta semana aprenderemos dos propiedades periódicas más: la electronegatividad y el radio atómico.
1. Electronegatividad Cuando una persona es atractiva, decimos en Guatemala que tiene ‟pegue”. La electronegatividad se refiere al ‟pegue” de los átomos. Mide qué tan atractivo es un átomo para los electrones de otro átomo. La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma parte de un compuesto. La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en una fila o periodo y de abajo hacia arriba en un grupo o familia. Esta tendencia se mantiene en todos los elementos, a excepción de los gases nobles (grupo 18) que tienen electronegatividad casi nula.
>
>
>
electronegatividad
> — ¿Para qué necesitamos conocer la electronegatividad de los elementos? — La diferencia entre la electronegatividad de los elementos químicos ayuda a predecir la manera en que se combinarán para formar compuestos: • Los metales tienen electronegatividad menor y ceden sus electrones. • Los no metales tienen electronegatividad mayor y aceptan electrones. Además, la electronegatividad es un concepto que le ayudará a comprender los enlaces químicos y las reacciones químicas que estudiará en el curso de química II.
266
IGER − Tacaná
Veamos un ejemplo de formación de compuestos: El fluoruro de sodio (NaF) es un compuesto que se forma debido a la gran diferencia de electronegatividad que existe entre el Na, metal alcalino, situado a la izquierda de la tabla, y el F, halógeno, que es el elemento más electronegativo que hay. El sodio pierde un electrón y el flúor lo acepta.
F–
Na+
Ejercicio 1 A.
B.
Determine cuál de los elementos es más electronegativo, según su posición en la tabla periódica. Tiene un ejemplo. 0.
Br, Ga, Ca El bromo (Br) porque es un no metal y se ubica a la derecha de la tabla.
1.
Sr, Mo, I
2.
Se, Sr, R
3.
P, S, Cl
Rellene el cuadro de la respuesta correcta. 1.
2.
El cloro (Cl) es un elemento que tiene electronegatividad alta. ¿Con qué elemento será más probable que forme un compuesto? Tome en cuenta que el elemento debe tener una electronegatividad baja.
Sodio (Na)
El potasio (K) es un elemento que tiene electronegatividad baja. ¿Con qué elemento será más probable que forme un compuesto? Tome en cuenta que el elemento debe tener una electronegatividad alta.
Calcio (Ca)
Fluor (F) Mercurio (Hg)
Cromo(Cr) Azufre (S)
Química I − Semana 16
267
2. Radio atómico El radio atómico es otra propiedad periódica y está relacionada con el tamaño de los átomos. Se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo hasta el nivel de valencia.
radio atómico
En general: • Los átomos de los metales son más grandes que los átomos de los no metales. • En los grupos, el radio atómico aumenta de arriba hacia abajo. • En los periodos, el radio atómico disminuye de izquierda a derecha.
> >
1
> 2
13
14
15
16
17
18
He
H B
C
Li
Be
Na
Mg
K
Ca
Ga
Ge
Rb
Sr
In
Cs
Ba
Tl
N
O
F Ne
Al
S
Cl
Ar
As
Se
Br
Kr
Sn
Sb
Te
I
Xe
Pb
Bi
Po
At
Rn
Si
P
radio atómico
>
— ¿Para qué necesitamos conocer el radio atómico de los elementos? — Al igual que las otras propiedades periódicas, el radio atómico sirve para determinar la formación de compuestos. Además, permite predecir la temperatura a la que se funden o se congelan los distintos elementos.
268
IGER − Tacaná
Ejercicio 2 A.
Rellene el cuadro de la opción que responde correctamente a las preguntas. Consulte su tabla periódica. Tiene un ejemplo. 1.
2.
¿A qué término corresponde la definición: ‟distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo del átomo”?
radio atómico
De los siguientes, ¿qué elemento tiene mayor radio atómico?
potasio (K)
electronegatividad energía de ionización
calcio (Ca) flúor (F)
3.
potasio (K)
De los siguientes, ¿qué elemento tiene menor radio atómico?
calcio (Ca) flúor (F)
B.
C.
Determine cuál de los elementos tiene mayor radio atómico, según su posición en la tabla periódica. 1.
Br, Ge, Rb, Sn
2.
H, Li, Na, K
3.
Pd, Ag, Cd, I
4.
Cu, Ag, Au, Rg
Ordene los siguientes elementos en orden creciente de su radio atómico. Puede consultar su tabla periódica. Tiene un ejemplo. 0.
Ar, Al, Mg, P
1.
Na, S, Si, Mg
2.
Ba, Sr, Be, Ra
3.
Zr, Nb, Mo, Rh
4.
Al, Ga, In, Tl
Ar
<
P
<
Al
<
Mg
Química I − Semana 16
269
Resumen 1. Electronegatividad
La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma parte de un compuesto.
En la tabla periódica la electronegatividad: •
aumenta de abajo hacia arriba en un grupo.
•
aumenta de izquierda a derecha en un periodo.
>
>
>
electronegatividad
> 2.
Radio atómico
El radio atómico se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo del átomo.
En la tabla periódica el radio atómico: •
aumenta de arriba hacia abajo en un grupo.
•
disminuye de izquierda a derecha en un periodo.
> >
1
> 2
13
14
15
16
17
18
He
H B Li
Be
Na
Mg
C
N
O
F Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
radio atómico
> 270
IGER − Tacaná
K
Ca
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Autocontrol Actividad 1. A.
Repase la teoría
Defina los siguientes términos. 1. Electronegatividad: 2.
Radio atómico:
B.
Rellene el cuadro del inciso que corresponde a la respuesta correcta. 1.
¿Qué grupo de elementos tiene electronegatividad casi nula?
Halógenos
Gases nobles
Alcalinotérreos
2.
La electronegatividad en los periodos, ¿cómo se comporta?
Aumenta de izquierda a derecha
Aumenta de derecha a izquierda
Disminuye de izquierda a derecha
3.
La electronegatividad en los grupos, ¿cómo se comporta?
Aumenta de abajo hacia arriba
Aumenta de arriba hacia abajo
Disminuye de arriba hacia abajo
4.
En relación a los átomos de los metales, ¿cómo son los átomos de los no metales?
De igual tamaño
Más grandes
Más pequeños Química I − Semana 16
271
5.
El radio atómico en los grupos, ¿cómo se comporta?
Disminuye de arriba hacia abajo
Aumenta de abajo hacia arriba
Aumenta de arriba hacia abajo
6.
El radio atómico en los periodos, ¿cómo se comporta?
Disminuye de izquierda a derecha
Disminuye de derecha a izquierda
Aumenta de izquierda a derecha
Actividad 2. A.
Electronegatividad y radio atómico
Rellene el cuadro de la opción que responde correctamente a las preguntas. Consulte su tabla periódica. 1.
De los siguientes, ¿cuál es el grupo menos electronegativo?
Ba, Ra Se, S Cl, Br
2.
De los siguientes, ¿cuál es el grupo más electronegativo?
K, Rb, Sr y Bi Ca, Mg, Li y Be F, O, Cl y N
B.
C.
Determine cuál de los elementos es más electronegativo, según su posición en la tabla periódica. 1.
Cl, S, Al
2.
Na, K, Cs
3.
Os, Ir, Hg
4.
F, C, B
5.
N, C, O
Explique según la teoría que estudió, ¿por qué los valores de electronegatividad de la familia de los metales alcalinotérreos se esperaría que fuera más pequeña que la de los halógenos?
272
IGER − Tacaná
D.
Escriba la configuración electrónica de los siguientes elementos K, Ca, Ga, Ge, As y Se. Luego, ordénelos en orden creciente (de menor a mayor) de radio atómico y en orden decreciente (de mayor a menor) de electronegatividad. 1. K
Ge
Ca
As
Ga
Se
2.
Orden creciente de radio atómico:
3.
Orden decreciente de electronegatividad:
Actividad 3. A.
Repase las semanas 13 a 16
Dadas las siguientes configuraciones electrónicas: Elemento 1: 1s22s22p63s1
Elemento 2: 1s22s22p4 Indique: a.
Grupo y periodo al que pertenecen los elementos.
Elemento 1
Elemento 2
b.
¿De qué elemento se trata? Escriba el nombre y el símbolo.
Elemento 1
Elemento 2
c.
Indique si la electronegatividad es alta o baja y el radio atómico es pequeño o grande.
Elemento 1
Electronegatividad
Elemento 2
Electronegatividad
Radio atómico
Radio atómico Química I − Semana 16
273
B.
Observe el esquema de la tabla periódica. Las letras no representan los símbolos de los elementos solo le sirven para realizar el ejercicio. 18
1 1
A
3
D
4
E
5
F
6
G
7
U
13
B
C 3
4
5
6
7
8
9
P Z
10
11
14
15
12
16
17
J
L
Q
K
M
R
N
S
W
X
Y
T H
I
Lea cada enunciado y escriba la letra V, si la proposición es verdadera y F, si es falsa. Justifique su respuesta. Tiene un ejemplo. 0.
1.
A y B son los elementos litio (Li) y berilio (Be) y son metales.
F, A y B son elementos metálicos.
2.
N y E son elementos halógenos.
3.
Z pertenece al quinto periodo.
4.
La electronegatividad de L es mayor que la de N.
5.
C es un elemento del segundo grupo.
6.
Los elementos A, D, E, F y G pertenecen al primer grupo.
7.
Los átomos del elemento L tienen mayor electronegatividad que los de A.
8.
A y B son elementos no metálicos.
F
274
2
2
El radio atómico de F es menor que el de B.
IGER − Tacaná
¡A la ciencia por la experiencia!
¿Cómo es el radio atómico? Con esta actividad, lograremos experimentar cómo varía el radio atómico de los elementos de un mismo grupo de la tabla periódica.
¿Qué necesita?
tabla de
elemen
to
datos
número radio atómico atómico (p
m)
compás tabla de datos cartulinas lápiz libreta de campo
¿Qué debe hacer? Para observar la variación del radio atómico, es necesaria la ayuda de un modelo. El procedimiento a seguir es el siguiente: 1. Observe la tabla de datos. Los radios atómicos de los elementos se expresan en picometros (pm). 2. Dibuje en cartulina círculos para cada uno de los radios. Utilice el compás y use el milímetro como unidad de longitud del radio atómico. 3. Escriba sobre cada círculo el símbolo del elemento que representa. Para observar mejor la variación del radio atómico, los círculos se pueden recortar y superponerlos entre sí.
tabla de datos elemento
número atómico
radio atómico (pm)
H
1
78
Li
3
152
Na
11
191
K
19
235
Rb
37
250
Cs
55
272
Analice y responda en su libreta de campo: 1. ¿A qué grupo de la tabla periódica pertenecen los elementos de la tabla de datos? 2. Según el modelo de círculos, ¿qué relación encuentra entre el modelo del radio del hidrógeno comparado con el radio del cesio y con el de los demás elementos? 3. ¿Qué relación encuentra entre el valor del número atómico y el valor del radio atómico de los elementos del mismo grupo en la tabla periódica?
Química I − Semana 16
275
Revise su aprendizaje Marque con un cheque
la casilla que mejor indique su rendimiento.
en no logrado proceso logrado
Después de estudiar...
Defino electronegatividad y radio atómico. Reconozco cómo varían las propiedades de electronegatividad y radio atómico en la tabla periódica. Determino qué elemento o qué grupo de elementos es más o menos electronegativo, según su posición en la tabla periódica. Determino qué elemento tiene mayor radio atómico, según su posición en la tabla periódica. Ordeno una serie de elementos de forma creciente o decreciente, según su electronegatividad y su radio atómico. Observo cómo varía el radio atómico de los elementos de un mismo grupo en la tabla periódica.
Notas: Escriba aquí sus inquietudes, descubrimientos o dudas para compartir en el círculo de estudio.
276
IGER − Tacaná
17
Repaso Semanas 13-16
Química I − Semana 17
277
Los logros que conseguirá esta semana son: Repasar los contenidos de la semana 13 a la 16. Prepararse para la prueba final.
Estimada y estimado estudiante: Se aproxima la evaluación final del primer semestre. Con el objetivo de que usted se prepare bien, vamos a repasar los contenidos de las semanas 13 a la 16. ¡Atención! Es importante que haya memorizado los símbolos y los nombres de los elementos de la tabla periódica. Si aún no lo ha hecho, apréndalos por grupos, así será más fácil ubicarlos en su memoria y en la tabla periódica. Además, esta semana tiene los resúmenes de los temas que hemos visto y ejercicios para que practique lo aprendido. Para aprovechar mejor este repaso le recomendamos: • Leer con atención cada resumen. • Resolver los ejercicios durante la clase radial y después de ella. • Repasar las semanas anteriores, en ellas tiene más explicaciones y ejemplos. • Estudiar un poquito todos los días y resolver sus dudas. Pida ayuda a sus orientadores voluntarios o algún miembro de la comunidad que conozca la materia.
278
IGER − Tacaná
El mundo de la química
1. Clasificación periódica de los elementos 1.
La tabla periódica es una herramienta de la química que ordena los elementos químicos según su número atómico Z. En ella se distinguen tres secciones: metales, no metales y metaloides.
2.
Estructura y organización de la tabla periódica. La tabla periódica se divide en filas o periodos y grupos o familias. 2.1 Filas o periodos: La tabla tiene siete filas o periodos (líneas horizontales) que corresponden a los niveles de energía que ocupan los electrones de cada elemento.
Además, hay dos filas fuera de la tabla periódica que se conocen como ‟tierras raras”.
2.2 Grupos o familias: La tabla consta de dieciocho grupos o familias (columnas) donde se ordenan los elementos con configuraciones electrónicas similares en los niveles de energía externos. Lo que hace que tengan propiedades físicas y químicas similares.
1
1 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 2
H
Hidrógeno
3 3
3
Li Litio
4
5
Be Berilio
6
C
Carbono
7
N
Nitrógeno
6.9
9.0
10.8
12.0
14.0
11
12
13
14
15
Na Mg Sodio Magnesio
4 4
19
20
39.1
40.1
45.0
5 5
37
38
39
K
Potasio
Rb
Rubidio
Ca Calcio Sr
21
Sc
22
Escandio
Y
Estroncio
Itrio
Ti
Titanio
23
V
Vanadio
24
Cr
Cromo
25
Mn
Co
28
Cobalto
Ni
Niquel
29
Cu Cobre
32.1
35.5
39.9
31
32
33
34
35
36
Ga Galio
Ge
Germanio
As
Arsénico
Se
Selenio
Br
Bromo
74.9
79.0
79.9
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Zr
Nb Mo Tc Rutenio Ru Niobio Molibdeno Tecnecio
73
74
75
Hf Hafnio
Ta
Tantalio
W
Volframio
Re Renio
Rh Rodio
Pd
Paladio
Ag Plata
127.6
126.9
131.3
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Os
Osmio
Ir
Iridio
Pt
Platino
Au Oro
192.2
195.1
197.0
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
Hs
Hassio
Mt
Meitnerio
Ds
Darmstadtio
264
277
268
271
272
58
59
60
61
62
63
64
Pr
Nd Prometio Pm Samario Sm
Neodimio
Eu
Europio
Tl Talio
Pb Plomo
Bi
Bismuto
Po
Polonio
At
Rn Radón
Astato
200.6
204.4
207.2
209.0
209
210
222
65
66
67
68
69
70
71
Rg
266
Praseodimio
Hg
Mercurio
Roentgenio
262
Ce Cerio
Xe Xenón
121.8
190.2
261
54
118.7
186.2
Bh Bohrio
I
Yodo
114.8
183.9
Sg
Te
Telurio
112.4
180.9
Seaborgio
Sb
Antimonio
107.9
178.5
Db Dubnio
Sn
Estaño
106.4
138.9
Rf
In Indio
102.9
137.3
Rutherfordio
Cd
Cadmio
Kr
Kriptón 83.8
101.1
132.9
227
31.0
72.6
72
226
28.1
69.7
Circonio
Ar
Argón
27.0
65.3
57
223
18
Cl
Cloro
63.5
56
Ac
17
Azufre
58.7
55
Actinio
S
Ne Neón
20.1
58.9
98
Ra Radio
16
Fósforo
10
19.0
55.8
95.9
Fr
Zn Zinc
F
Flúor
54.9
92.9
Francio
30
16.0
P
9
52.0
91.2
La
27
O
Oxígeno
50.9
88.9
Lantano
Fe
Hierro
Si
Silicio
8
47.9
87.6
Ba Bario
26
Manganeso
85.5
Cs Cesio
Al
Aluminio
24.3
7 7
B
Boro
23.0
6 6
He Helio
4.0
1.0
2 2
18
Gd
Gadolinio
Tb Terbio
Dy
Ho Holmio
Disprosio
Er
Erbio
Tm Tulio
Yb Iterbio
Lu
Lutecio
140.1
140.9
144.3
145
150.4
152.0
157.3
158.9
162.5
164.9
167.3
168.9
173.0
175.0
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
259
262
Th Torio
232.0
Pa
Protactinio 231.0
U
Uranio 238.0
Np
Neptunio 237
Pu Americio Am Cm Curio
Plutonio 214
243
247
Bk
Berkelio 247
Cf
Californio 251
Es
Einstenio 252
Fm Fermio
257
Md
Mendelevio 258
No Nobelio
Lr
Laurencio
Memorice la clasificación de la tabla: metal
metaloide
no metal
Química I − Semana 17
279
Para responder estos ejercicios consulte la semana 13.
Ejercicio 1. Relacione conceptos Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Herramienta de la química que ordena los elementos químicos según su número atómico.
tabla periódica número atómico configuración electrónica
2.
3.
4.
Columnas de la tabla periódica donde se agrupan los elementos con configuraciones electrónicas similares.
filas
Líneas horizontales de la tabla periódica que corresponden a los niveles de energía que ocupan los electrones de cada elemento.
grupos
Nombre propio de los elementos del grupo 18.
anfígenos
familias periodos
familias periodos
halógenos gases nobles 5.
Información de cada elemento que proporciona la tabla periódica.
nombre y símbolo ZyA las dos son correctas
Ejercicio 2. Complete la información Rellene los espacios vacíos con los nombres o los símbolos de los elementos que faltan. elemento
símbolo
elemento
litio
V Mg
rutenio
potasio
Ga Sr
selenio
cesio
Sb Ba
francio
280
IGER − Tacaná
símbolo
astato Po
Ejercicio 3. Reconozca los grupos de elementos en la tabla periódica 1.
Observe el esquema de la tabla periódica. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1 2 3
2
4 5
1
6 7
3
2.
Escriba el número que identifica la zona de la tabla periódica que corresponde a:
Metales
No metales
Metaloides
Ejercicio 4. Complete información Escriba el símbolo de los elementos que faltan. Intente hacerlo de memoria. 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
H Be
B
N
O
3
Na Mg
Al
P
S
K
18
He
2
4
17
Ca
5
Sr
6 7
Ti Y
V
Mn Fe Co
Cu Zn Ga Ge As
Zr
Mo Tc
Rh Pd Ag
Cs Ba
Hf
W Re
Ir
Fr Ra
Rf
Sg
Hs Mt
Pr
Pm Sm Eu Gd
Th
U Np
In Sn
Pt Au Hg Ti
Ne Cl Br Kr
Te
I
Xe
Bi Po At
Rg
Am
Dy Ho Er Bk Cf
Yb Lu
Fm Md No Lr
Química I − Semana 17
281
2. Metales y no metales 1.
Metales y no metales
Aproximadamente el 86% de los elementos de la tabla periódica son metales y el 14% restante son no metales.
2.
Metales
Los metales son elementos que se caracterizan por ceder los electrones de su nivel de valencia durante las reacciones químicas. 3.
No metales
Los no metales son elementos que se caracterizan por ganar electrones e incorporarlos a su nivel de valencia durante las reacciones químicas. 4. Metaloides Los metaloides son elementos que se caracterizan por tener propiedades intermedias entre los metales y no metales. comparación entre las propiedades de los metales, los no metales y los metaloides
propiedades
metales
no metales
metaloides
sólidos, a excepción del mercurio (Hg) que es líquido
pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos
en su mayoría son sólidos, pero también pueden presentarse como gases
dúctiles
no son dúctiles
maleables
no son maleables
duros
blandos
brillante
opaca
pueden ser brillantes u opacos
color
gris, blanco, amarillo o naranja
no tienen un color específico
no tienen un color específico
conductividad eléctrica
buenos conductores de la electricidad
malos conductores de la electricidad
moderada
conductividad térmica
buenos conductores de calor
malos conductores del calor (buenos aislantes térmicos)
moderada
estado
ductilidad maleabilidad dureza apariencia
282
IGER − Tacaná
algunos son dúctiles y otros no algunos son maleables y otros no algunos son duros y otros son blandos
Para responder estos ejercicios consulte la semana 14.
Ejercicio 5. Relacione conceptos Rellene el cuadro que corresponde a la definición de la izquierda. 1.
Elemento que tiende a ceder electrones durante las reacciones químicas.
metal no metal anfígeno
2.
Elemento que tiende a ganar electrones durante las reacciones químicas.
no metal gas noble halógeno
3.
Elementos químicos que tienen características de metal y no metal a la vez.
metaloides halógenos anfígenos
4.
Elementos de la tabla periódica que tienen la configuración más estable.
metaloides gases nobles halógenos
Ejercicio 6. Reconozca propiedades Escriba a la derecha de cada propiedad si corresponde a un metal o a un no metal. propiedad
metal / no metal
la mayoría se presenta en estado sólido. opaco maleable dúctil blando buen aislante del calor mal conductor de la electricidad
Química I − Semana 17
283
Ejercicio 7. Clasifique metales Clasifique cada metal en alcalino, alcalinotérreo o de transición. Escriba una ‟x” en la columna correspondiente. Tiene un ejemplo. metal Rb
alcalino
alcalinotérreo
de transición
x
Co Tl K Sr Ra Al Mg Li Tc
Ejercicio 8. Describa propiedades A.
Lea el texto que describe las propiedades del cobre (Cu) y reescríbalas en la tabla de abajo. El cobre es un metal maleable y dúctil que se presenta en estado sólido. Es de color rojizo y tiene brillo metálico. Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y componentes de aparatos electrónicos. propiedades estado color brillo maleabilidad ductilidad conductividad eléctrica y térmica
284
IGER − Tacaná
descripción
B.
Lea el texto que describe las propiedades del níquel (Ni) y reescríbalas en la tabla de abajo. El níquel es un metal maleable y dúctil que se presenta en estado sólido. Es de color blanco brillante. También es buen conductor del calor y la electricidad. En Guatemala se utiliza en la fabricación de monedas de Q0.50 y Q1.00. propiedades
descripción
estado color brillo maleabilidad ductilidad conductividad eléctrica y térmica
Ejercicio 9. Identifique grupos de elementos en la tabla periódica Identifique los grupos de elementos señalados en la tabla periódica. Tiene un ejemplo.
4.
0. metales alcalinos 3.
1.
He He He He He
HHHHH Be Be Be Be Be LiLiLiLiLi
2.
Mg Na Mg Na Mg Mg Mg Na Na Na
FNe Ne Ne BBBBBCCCCCNNNNNOOOOOFFFFNe Ne Ar Ar SiSiSiPPPPPSSSSSClCl SiSi AlAl AlAlAl Ar Ar Ar ClClCl
Se As Ca Zn Sc Mn Co Cu Ga Ge Ga Cu Zn Ca CrCr FeFe NiNi Zn Se Sc Mn Co Cu As Ca Sc Sc TiTiTiVVVVVCr Cr Cr Mn Mn Fe Fe Co Co Ni Cu Zn As Se Se Ca Ca TiTi Fe NiNi Zn Se KKKKK Sc Mn Co Cu As Ga Ga Kr KrKrKr Kr Ga Br BrBrBr Br GeAs Ge Ge Ge Sb IXe Xe Rb Nb Rh Ag Mo Ru Pd Cd Sn Sn Ag Cd Mo Ru Pd Cd Sb Xe Rb Nb Rh Ag Rb Sr ZrZrZr Nb Nb Mo Mo TcTc TcTcTc Ru Ru Rh Rh Pd Pd Ag Cd InIn InInIn Sn Sn Sb Sb Te TeTeTeI II I Xe Xe SrSrSrYYYYYZrZr Sr Mo Ru Pd Cd Sn Sb Rb Rb Nb Rh Ag Te La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn Cs Ba PbBiBi Hg Au OsIrIrIrIr Pt Os Os TaWW ReOs AuHg Ba HfTa Cs Ba LaLa LaLaHf Hf Hf Ta Ta WWRe Re Re Au Pb Pb BiBiPo Po At Rn Cs Cs Ba PtAu HgTiTiTiTiPb PoAt AtRn Rn Pt Pt Hg Po At Rn Ba Cs
Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg FrFr Ra FrFrFr Ra Ra Rg Ra HsMt Hs Hs AcRf DbSg BhHs MtDs Rg RfDb SgBh Ac Ac Ac Rf Rf Db Db Sg Sg Bh Bh Mt Mt Rg DsRg Ds Ds 5.
Química I − Semana 17
285
3. Propiedades periódicas (parte I) 1.
Iones: cationes y aniones
Un ión es un átomo con carga eléctrica.
Los cationes son átomos que han perdido electrones. Un catión tiene carga eléctrica positiva.
Los aniones son átomos que han ganado electrones. Un anión tiene carga eléctrica negativa.
Para predecir el resultado de las reacciones químicas, es necesario saber si los elementos ganan o pierden electrones y en qué cantidad.
La capacidad de ganar o perder electrones responde a dos propiedades periódicas de los elementos: la energía de ionización y la afinidad electrónica.
2.
La energía de ionización
La energía de ionización se define como la energía necesaria para separar un electrón del nivel más externo del átomo. Los átomos se convierten en cationes cuando pierden sus electrones.
2.
Afinidad electrónica
La afinidad electrónica es la energía que libera un átomo cuando gana o recibe un electrón. Los átomos que ganan electrones se convierten en aniones.
En la tabla periódica, la energía de ionización y la afinidad electrónica varían de la misma manera. Observe la gráfica.
>
>
> energía de ionización y afinidad electrónica
> 286
IGER − Tacaná
Para responder estos ejercicios consulte la semana 15.
Ejercicio 10. Relacione conceptos Rellene el cuadro del concepto que se relaciona con cada definición de la izquierda. 1.
Partícula subatómica con carga eléctrica que resulta de la pérdida o ganancia de electrones.
ión átomo molécula
2.
Tipo de ión que se forma cuando un átomo pierde electrones.
anión catión molécula
3.
Energía que se necesita para separar un electrón del nivel más externo del átomo.
energía de ionización afinidad electrónica electronegatividad
4.
5.
6.
Según su posición en la tabla periódica, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la menor energía de ionización?
Se
Según su posición en la tabla periódica, ¿cuál de los siguientes elementos tiene la mayor energía de ionización?
Cl
El bario (Ba) es un elemento que tiene poca afinidad electrónica, ¿con qué elemento es más probable que pueda formar un compuesto? El elemento debe tener gran afinidad electrónica.
O
Br Li
Hg Ac
Li K
Química I − Semana 17
287
Ejercicio 11. Extraiga y utilice información de la tabla periódica A.
Escriba lo que se le pide según lo que aprendió en la semana 15. Consulte su tabla periódica. 1.
Escriba el elemento del grupo 9 que tiene la energía de ionización más baja.
2.
Escriba el elemento del periodo 3 que tenga la afinidad electrónica más alta.
3.
¿Qué elemento puede convertirse en anión, el bario o el flúor? Justifique su respuesta.
4.
¿Qué elemento puede convertirse en catión, el berilio o el oxígeno? Justifique su respuesta.
5.
¿Qué elemento perdería más fácilmente un electrón, el cromo o el azufre? Justifique su respuesta.
B.
Utilice la tabla periódica para responder a las siguientes preguntas. La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p3 .
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número atómico Z? Sume los electrones para encontrarlo.
b.
¿Es un metal o un no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el símbolo de dos elementos que tengan mayor energía de ionización que él:
288
IGER − Tacaná
4. Propiedades periódicas (parte II) 1. Electronegatividad
La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma parte de un compuesto.
En la tabla periódica la electronegatividad: •
aumenta de abajo hacia arriba en un grupo.
•
aumenta de izquierda a derecha en un periodo.
>
>
>
electronegatividad
> 2.
Radio atómico
El radio atómico se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo del átomo
En la tabla periódica el radio atómico: •
aumenta de arriba hacia abajo en un grupo.
•
disminuye de izquierda a derecha en un periodo.
> >
1
> 2
13
14
15
16
17
18
He
H B Li
Be
Na
Mg
C
N
O
F Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
radio atómico
>
K
Ca
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Química I − Semana 17
289
Para responder estos ejercicios consulte la semana 16.
Ejercicio 12. Repase la electronegatividad y el radio atómico Rellene el cuadro de la respuesta correcta a cada pregunta. 1.
radio atómico
electronegatividad
energía de ionización
2.
¿A qué término corresponde la definición: ‟capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma parte de un compuesto?
radio atómico
electronegatividad
afinidad electrónica
3.
La electronegatividad en los grupos, ¿cómo se comporta?
aumenta de abajo hacia arriba
disminuye de abajo hacia arriba
disminuye de izquierda a derecha
4.
La electronegatividad en los períodos, ¿cómo se comporta?
aumenta de abajo hacia arriba
aumenta de izquierda a derecha
disminuye de izquierda a derecha
5.
El radio atómico en los grupos, ¿cómo se comporta?
aumenta de abajo hacia arriba
aumenta de arriba hacia abajo
aumenta de izquierda a derecha
6.
290
¿A qué término corresponde la definición: ‟distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel de valencia del átomo”?
En relación al radio atómico de los no metales, ¿cómo son los metales?
iguales
más grandes
más pequeños
IGER − Tacaná
Ejercicio 13. Ordene los elementos según su electronegatividad o radio atómico
A.
B.
Determine cuál de los elementos es más electronegativo según su posición en la tabla periódica. 1.
K, Ca, V, Fe
4.
O, S, Se, Te
2.
Mg, Sr, Ba, Ra
5.
Cl, Br, I, At
3.
Ru, Rh, In, Sb
Ordene los siguientes elementos en orden creciente de su radio atómico. 1.
Co, Ni, Cu, Zn
2.
Os, Ir, Hg, Pb
3.
Nb, Mo, Ag, Sn
4.
Ti, V, Fe, Ga
5.
Mg, Si, P, S
Ejercicio 14. Practique los contenidos de la semana 10 a la 16 Dadas las siguientes configuraciones electrónicas: Elemento 1: 1s22s22p63s2
Elemento 2: 1s22s22p63s23p64s1
Indique: a.
Grupo y periodo al que pertenecen los elementos.
Elemento 1
Elemento 2
b.
¿De qué elemento se trata? Escriba el nombre y el símbolo.
Elemento 1
Elemento 2
c.
Indique si la electronegatividad es alta o baja y si el radio atómico es pequeño o grande.
Elemento 1
Electronegatividad
Elemento 2
Electronegatividad
Radio atómico
Radio atómico
Química I − Semana 17
291
Ejercicio 15. Practique los contenidos de la semana 10 a la 16 Utilice la tabla periódica para responder a las siguientes preguntas. 1.
La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p63s23p4
.
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número atómico Z? Sume los electrones para encontrarlo.
b.
¿Es un metal o un no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el símbolo de dos elementos que tengan mayor afinidad electrónica que él:
2.
La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p63s23p63d104s1 .
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número atómico Z? Sume los electrones para encontrarlo.
b.
¿Es un metal o un no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el símbolo de dos elementos que tengan menor electronegatividad que él:
3.
La configuración electrónica de un elemento es
1s22s22p63s23p63d104s24p5 .
Con esta información indique: a.
¿Cuál es su número atómico Z? Sume los electrones para encontrarlo.
b.
¿Es un metal o un no metal?
c.
¿A qué grupo pertenece?
d.
¿Cuál es su símbolo?
e.
Escriba el símbolo de dos elementos que tengan menor radio atómico que él:
292
IGER − Tacaná
Claves
Química I − Claves
293
Semana 1
Semana 2
¡Para comenzar!
¡Para comenzar!
B. 1. Curiosos 2. El estudiante puede responder a cualquiera de las tres preguntas que aparecen en el texto. 3. La respuesta queda a criterio del estudiante.
1. Los alquimistas creían que la piedra filosofal servía para convertir cualquier metal en oro y obtener la inmortalidad. 2. química 3. La respuesta puede variar según el criterio del estudiante.
C. La respuesta queda a criterio del estudiante.
El mundo de la química Ejercicio 1 B. 1. 2 2. 1 3. La redacción variará pero debe mantener las ideas centrales. Los mitos explican los fenómenos a través de relatos fantásticos. La ciencia lo hace por medio de conocimientos comprobables que se han adquirido a través de la observación y de la experimentación.
Ejercicio 2 1. observación 2. hipótesis 3. experimentación 4. conclusión 5. teoría o ley
4. 1.
Au
2.
Cu
3.
4. Zn
5.
Pb
6.
El mundo de la química Ejercicio 1 Orientador voluntario las respuestas pueden variar según el criterio del estudiante. Algunas ideas son: A. 1. ¿De qué está hecho el jugo de limón? 2. ¿Por qué es ácido? 3. ¿Por qué es transparente? 4. ¿Para qué sirve? 5. ¿Qué se puede hacer con él? B. 1. ¿Por qué la sal es salada? 2. ¿Por qué se presenta en forma de granitos? 3. ¿Por qué es blanca? 4. ¿Para qué se usa la sal? 5. ¿Qué otra utilidad puede tener la sal?
0. inorgánica 1. analítica 2. analítica o analítica cualitativa 3. orgánica 4. analítica o analítica cuantitativa
IGER − Tacaná
Fe
5. No, actualmente el agua, el aire y el fuego no se consideran elementos químicos.
Ejercicio 2
294
Hg
Semana 3 ¡Para comenzar!
Ejercicio 4
1. Vista y oído 2. El canto de los grillos y los pájaros, los sonidos que produce el trabajo (martillos, turbinas) el ladrido de los perros, el sonido de la lluvia y la voz de las personas queridas.
B. oro
El mundo de la química Ejercicio 1
propiedades
descripción
color
amarillo brillante
ductilidad
dúctil
dureza
blando
maleabilidad
maleable
B. 1. El agua porque tiene una composición uniforme. 2. El pastel porque sus ingredientes: harina, leche, huevos, azúcar... están mezclados y no se pueden distinguir las sustancias que lo componen. 3. Puede ser: Sustancia pura: oro, plata, sal, azúcar o cualquier elemento químico. Mezcla: agua con aceite, petróleo, sopa, café, una aleación de metales...
Ejercicio 2 B. 1. el lingote de oro 2. el lingote de oro 3. la almohada
Ejercicio 3 naranja propiedades
descripción
color
amarillo o naranja
olor
cítrico
sabor
dulce, algo ácido
textura
porosa y rugosa
brillo
brillante
azúcar propiedades
descripción
color
blanco o café
olor
dulce
sabor
dulce
textura
cristales granulados
brillo
brillante
Química I − Claves
295
Semana 4
Semana 5
¡Para comenzar!
¡Para comenzar!
B. Las respuestas quedan al criterio de los estudiantes.
B. La redacción variará pero debe mantener la idea central. 1. El calentamiento global es el aumento de temperatura en el planeta, producido por la contaminación. 2. La contaminación no permite que el calor salga de la Tierra hacia el espacio. 3. Puede ser: • Sequías • Inundaciones • Escasez de agua • Aumento del nivel del mar • Daños en la forma de vida de plantas y animales • Huracanes y tormentas tropicales 4. Algunas ideas son: • Ahorrar agua • Practicar la regla de las 3r • Evitar quema o rozas, etc.
El mundo de la química Ejercicio 1 1. Energía cinética 2. Energía lumínica 3. Energía calorífica 4. Energía sonora 5. Energía potencial
El mundo de la química Ejercicio 1 A. 1. El hielo 2. Del agua al hielo, porque el calor fluye del objeto con temperatura mayor al que tiene temperatura menor. B. Inicialmente el agua estará caliente y poco a poco el calor del agua hirviendo irá fluyendo hacia el agua fría hasta que el agua fría “gane” calor. Transcurridos unos minutos el agua estará tibia. C. En un día frío, la dirección del flujo de calor es de nuestro cuerpo hacia el ambiente. Este fenómeno provoca que tengamos la sensación de frío.
Ejercicio 2 A. 1. ºC = 5 (ºF – 32) 9 2. ºF = 9 ºC + 32 5
( )
3. ºC = K – 273 4. K = ºC + 273
296
IGER − Tacaná
Semana 6 El mundo de la química
B. 5 1. ºC = (ºF – 32) 9 5 ºC = (80 – 32) 9 5 ºC = (48) 9 240 ºC = 9 ºC = 26.67 80 ºF = 26.67 ºC
( 95 ) ºC + 32 9 ºF = ( 5 )(125) + 32
ºF =
Ejercicio 1 1. 2. 3. 4. 5.
Ejercicio 2 1. Observación 2. Hipótesis 3. Experimentación 4. Conclusión 5. Teoría o ley
2. ºF =
mitos ciencia método científico observación experimentación
Ejercicio 3
1125 5 + 32 ºF = 225 + 32 ºF = 257 125 ºC = 257 ºF
1. 1 2. 2 3. Los mitos explican los fenómenos a través de relatos fantásticos. La ciencia lo hace por medio de conocimientos comprobables que se han adquirido a través de la observación y de la experimentación.
3. ºC = K – 273 ºC = 325 – 273 ºC = 52 325 K = 52 ºC
Ejercicio 4 1. Observación 2. Hipótesis 3. Experimentación 4. Conclusión 5. Teoría o ley
Ejercicio 5 1. 2. 3. 4. 5.
alquimia química química orgánica química analítica química inorgánica
Ejercicio 6 B. La redacción puede variar, pero debe conservar la idea principal. La química es la ciencia que estudia a la materia y sus transformaciones. Según el tipo de materia que le interesa se divide en: orgánica, inorgánica y analítica.
Química I − Claves
297
Ejercicio 7
Ejercicio 14
1. Química analítica 2. Química orgánica 3. Química inorgánica
B. 1. 1 2. Porque la manzana está en reposo. 3. Cinética 4. Se transformó en energía cinética.
Ejercicio 8 1. 2. 3. 4. 5.
materia olor conductividad eléctrica maleabilidad oxidación
Ejercicio 9 La redacción puede variar, pero debe conservar la idea principal. La materia es todo aquello que tiene peso y ocupa un lugar en el espacio.
Ejercicio 10 1. La de aluminio, porque el aluminio es un mejor conductor de calor que el acero. 2. La conductividad térmica
Ejercicio 11 propiedades conductividad eléctrica conductividad térmica dureza maleabilidad color brillo
descripción alta alta moderada muy maleable blanco brillante
Ejercicio 12 La redacción puede variar, pero debe mantener la idea principal. La energía es la capacidad de producir transformaciones en la materia o de producir calor.
Ejercicio 13 1. 2. 3. 4. 5. 6.
298
energía las dos opciones anteriores son correctas potencial cinética calorífica química IGER − Tacaná
C. 1. energía lumínica y energía calorífica 2. energía lumínica D. las respuestas pueden variar según la experiencia del estudiante. Algunas ideas son: Calorífica Cinética Lumínica
Ejercicio 15 1. ºC 2. ºF 3. K
Ejercicio 16 1. 2. 3. 4. 5.
calor temperatura Fahrenheit Celsius termómetro
Ejercicio 17
( 95 ) ºC + 32
1. ºF =
5 (ºF – 32) 9 3. ºC = K + 273 4. K = ºC – 273 2. ºC =
Ejercicio 18 A.
9 (38) + 32 5 ºF = 100.4 38 ºC = 100.4 ºF
K = 38 + 273 K = 311 38 ºC = 311 K
1. ºF=
( 95 )(–40) + 32
ºF = –40 –40 ºC = –40 ºF
3. ºC = 5 (–78 – 32) 9 ºC = –61.11 –78 ºF = –61.11 ºC
K = –40 + 273 K = 233 –40 ºC = 233 K
2. ºF =
4. ºC = 5 (320 – 32) 9 ºC = 160 320 ºF = 160 ºC
( )
9 3. ºF = 5 (125) + 32 ºF = 257 125 ºC = 257 ºF
K = 125 + 273 K = 398 125 ºC = 398 K
4. ºF=
( )
ºF = -198.4 –128 ºC = –198.4 ºF
K = –128 + 273 K = 145 –128 ºC = 145 K
1. ºC = 77 – 273 ºC = –196 77 K = –196ºC 77 K equivalen a –196 ºC. 2. ºC = 5 (136.4 – 32) 9 ºC = 58 136.4 ºF = 58 ºC
B. 1. ºC = 5 (67 – 32) 9 ºC = 19.44 67 ºF = 19.44 ºC
K = 19.44 + 273 K = 292.44 67 ºF = 292.44 K
K = 58 + 273 K = 331 58 ºC = 331 K 136.4 ºF equivalen a 58 ºC y a 331 K.
3. ºF =
2. ºC = 5 (-15 – 32) 9 ºC = -26.11 –15 ºF = –26.11 ºC
K = 160 + 273 K = 433 320 ºF = 433 K
Ejercicio 19
9 5 (–128) + 32
K = –61.11 + 273 K = 211.89 –78 ºF = 211.89 K
( 95 )(3,400) + 32
ºF = 6,152 3,400 ºC = 6,152 ºF 3,400 ºC equivalen a 6,152 ºF
4. K = 25 + 273 K = 298 25 ºC = 298 K 25 ºC equivalen a 298 K.
K = -26.11 + 273 K = 246.89 –15 ºF = 246.89 K
Química I − Claves
299
Semana 7
Semana 8
¡Para comenzar!
¡Para comenzar!
1. Moléculas 2. Fuerzas de cohesión y repulsión 3. Fuerzas de cohesión 4. Fuerzas de repulsión 5. La forma en que se presenta la materia está determinada por el tipo de fuerza predominante.
El mundo de la química
1. Agua, aire, fuego y tierra 2. Tierra 3. Agua 4. La respuesta puede variar. Valore la validez de las ideas. 5. La respuesta puede variar. Valore la validez de las ideas.
El mundo de la química
Ejercicio 1
Ejercicio 1
A. sólido
líquido
gaseoso
separación entre partículas
muy corta media
amplia
forma
constante
variable
variable
volumen
constante
constante
variable
estructura interna (orden de las ordenada partículas)
desordenada desordenada
B. Las respuestas pueden variar. Solo revise que coincidan con lo que se pide en el ejercicio.
A. 0. Ag 1. Au 2. Ca
3. C 4. Cl 5. O
6. H 7. P 8. Na
Ejercicio 2
A. 0. Compuesto 1. Elemento 2. Compuesto 3. Elemento 4. Compuesto 5. Compuesto C. 1. magnesio, potasio 2. es un compuesto porque está formado por dos elementos distintos: C e H. 3. Los elementos son sustancias puras que no pueden separarse en otras más sencillas. Los compuestos están formados por dos o más elementos y sí pueden separarse en sustancias más sencillas.
Ejercicio 2 1. Gaseoso 2. Líquido 3. Sólido
Ejercicio 3 A.
cambio de estado
paso de...
gana o pierde energía
Ejercicio 3
sólido a líquido
fusión
gana energía
líquido a gaseoso
vaporización
gana energía
gaseoso a sólido
sublimación inversa
pierde energía
líquido a sólido
solidificación
pierde energía
B. 1. 1 2. En las mezclas homogéneas no se distinguen las fases, en cambio en las heterogéneas, sí. 3. A criterio del estudiante. Algunas ideas son: refrescos, aguas gaseosas, aire, jabón, etc.
gaseoso a líquido
condensación
pierde energía
C.
B. cambio de estado
ejemplo
estado sólido a estado líquido
hielo que se derrite
estado líquido a estado gaseoso
Puede ser: agua que se convierte en vapor
300
IGER − Tacaná
compuesto
mezcla
composición
fija
variable
manifestación de energía
Sí hay manifestación de energía en su formación.
No hay manifestación de energía en su formación.
propiedades de los componentes
Pierden sus propiedades originales.
Conservan sus propiedades originales.
Semana 9
Semana 10
¡Para comenzar!
¡Para comenzar!
La redacción variará pero las ideas centrales deben permanecer. 1. Según Demócrito todo lo que nos rodea estaba formado por átomos. 2. Porque de ellos estaba formado todo lo que había en la naturaleza. Las respuestas 3 y 4 variarán dependiendo de sus conocimientos previos. Después de finalizar el estudio de la semana, vuelva a leer sus respuestas y compárelas con sus nuevos conocimientos.
Ejercicio 1 • John Dalton: Formuló la teoría atómica moderna • Joseph Thomson • Ernest Rutherford: Propuso un modelo atómico en el que la energía positiva estaba concentrada en el núcleo. • Niels Bohr: Propuso que los electrones se movían de una órbita a otra emitiendo o absorbiendo energía.
número de protones
número de electrones
5
5
80
80
11
11
Total de electrones: 8 Total de electrones: 18
Nivel 4 Subniveles: s, p, d, f cantidad de neutrones
Cl
cloro
35
17
18
Au
oro
197
79
118
plata
107
47
60
47
Total de electrones: 2
Nivel 3 Subniveles: s, p, d
Z
Ag
2. La nube electrónica está formada por siete niveles de energía. El menos energético es el primero, el más cercano al núcleo. El más energético es el último, el más alejado del núcleo.
Nivel 2 Subniveles: s, p
A
108
1. Un nivel de energía es una región de la nube electrónica que se forma por el giro del electrón alrededor del núcleo. Su posición depende de la cantidad de energía que tenga.
nombre
79
El mundo de la química
Nivel 1 Subniveles: s
Ejercicio 3
17 197
Erwin Schrödinger: desarrolló un nuevo modelo de átomo en el que la posición del electrón está determinada por su energía.
Ejercicio 2
Ejercicio 2
35
Werner Heisenberg: propuso el principio de incertidumbre.
Ejercicio 1
El mundo de la química
elemento
Louis De Broglie: propuso que el electrón se comportaba como partícula y como onda.
Total de electrones: 32
Ejercicio 3 1. Flúor a. 9 b. 2 c. 7 2. Magnesio a. 12 b. 3 c. 2
Química I − Claves
301
Semana 11
Semana 12
¡Para comenzar!
El mundo de la química
A. El principio de Aufbau indica que los electrones se acomodan en el átomo a partir del nivel de energía más bajo. B. 1. 14 2. 4 3. 2 4. 4 5. El 1 6. El más alto
sólido
2 1s
2 2s
2p
3s
3p
4s
líquido
gaseoso
separación entre partículas
muy corta
media
amplia
forma
constante
variable
variable
volumen
constante
constante
variable
desordenada desordenada
B. Orientador voluntario las respuestas pueden variar. Solo revise que coincidan con lo que se pide en el ejercico. C. 1. estados de la materia 2. sólido 3. gaseoso 4. solidificación
Ejercicio 1
2. carbono a. 6 b. 6 d. 1s22s22p2
A.
estructura interna (orden de las ordenada partículas)
El mundo de la química 1. berilio a. 4 b. 4 d. 1s22s2
Ejercicio 1
4p
Ejercicio 2 paso de…
3d
4d
4f
2 1s
2
2
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
cambio de estado
gana o pierde energía
0)
sólido a líquido
fusión
gana energía
1)
líquido a gaseoso
vaporización
gana energía
2)
sólido a gaseoso
sublimación
gana energía
3)
gaseoso a líquido
condensación
pierde energía
4)
líquido a e sólido
solidificación
pierde energía
Ejercicio 3
3. magnesio a. 12 b. 12 d. 1s22s22p63s2
A. 4f
B.
2 1s
2
6
2s
2p
IGER − Tacaná
Forma variable Estructura interna desordenada
Ejercicio 4
2
302
Forma constante Volumen constante Separación corta entre moléculas
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
A. 1. Elemento: sustancia pura que no puede separarse en otras más sencillas. 2. Compuesto: sustancia pura que sí se puede separar en otras más sencillas.
B. 1. 2. 3.
Ejercicio 9
mezcla compuestos homogéneas
El átomo está formado por:
Ejercicio 5 1. Elemento 2. Compuesto 3. Compuesto 4. Elemento 5. Compuesto 6. Elemento 7. Elemento 8. Compuesto
compuesto composición manifestación de energía
propiedades de los componentes
nube electrónica
formado por:
formada por:
protones
Ejercicio 6 A.
núcleo
mezcla
fija
variable
Presente en su formación
No hay manifestación de energía en su formación
pierden sus propiedades originales
conservan sus propiedades originales
neutrones
electrones
que son:
que son:
que son:
partículas positivas
partículas neutras
partículas negativas
Ejercicio 10 elemento
número de masa atómica (A)
número atómico (Z)
número de protones (Z)
número de electrones (Z)
número de neutrones (A – Z)
9
4
4
4
9 – 4=5
39
19
19
19
39 – 19 = 20
48
22
22
22
48 – 22 = 26
65
30
30
30
65 – 30 = 35
80
35
35
35
80 – 35 = 45
59
28
28
28
59 – 28 = 31
195
78
78
78
195 – 78 = 117
204
81
81
81
204 – 81 = 123
200
80
80
80
200 – 80 = 120
137
56
56
56
137 – 56 = 81
223
87
87
87
223 – 87 = 136
9
Be 4
39
K 19
48
Ti 22
65
Zn 30
80
B. Las mezclas homogéneas se presentan en una sola fase. En cambio, las mezclas heterogéneas se presentan en más de una fase.
Br 35
59
Ni 28
195
Pt 78
Ejercicio 7
204
Tl
1. compuesto 2. mezcla 3. elemento 4. compuesto 5. mezcla
81
200
Hg 80
137
Ba 56
223
Fr
Ejercicio 8
87
1. átomo: el átomo es la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química. 2. protón: partícula subatómica con carga eléctrica positiva. Se localiza en el núcleo del átomo. 3. neutrón: partícula subatómica con carga eléctrica neutra. Se localiza en el núcleo del átomo. 4. electrón: partícula subatómica con carga eléctrica negativa. Se localiza en la nube electrónica del átomo.
Ejercicio 11 A.
nivel
subnivel
1
s
total de electrones 2
8
s, p
8
3
s, p, d
18
4
s, p, d, f
32 Química I − Claves
303
B. 1. Fósforo (P) Z = 15 a. 15 b. 3 c. 5
2.
2 3 4
1 2
2 p
2
6
2s
2p
3 4
d
d
2
6
1
3s
3p
3d
f
4p
4d
4f
2
2
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
4
a. 10 b. 2 c. 1s22s22p6
2
6 2p
d
2
6
3
3s
3p
3d
f
4p
4d
4f
2
a. 23 b. 4 c. 1s22s22p63s23p63d34s2 4.
s 1
2 1s
s 1 2 3
2
2 1s
p
3
2
6
2s
2p
2
1
3s
3p
3d
f
4s
4p
4d
4f
d
4
a. 13 b. 3 c. 1s22s22p63s23p1
304
IGER − Tacaná
p
2
6
2s
2p
d
2
6
5
3s
3p
3d
f
4p
4d
4f
2 4s
4
p
2s
4s
3
1.
6 2p
1s
s
2
2
a. 21 b. 4 c. 1s22s22p63s23p64s23d1 s 3.
Ejercicio 12
1s
p
2s
4s
3. Cobre (Cu) Z = 29 a. 29 b. 4 c. 1
1
2 1s
2. Hierro (Fe) Z = 26 d. 26 e. 4 f. 2
0.
s 1
a. 25 b. 4 c. 1s22s22p63s23p63d54s2
Semana 13 5. 1
2 1s
2 3 4
¡Para comenzar!
s
1. Dimitri Mendeléiev 2. El orden creciente del número atómico. 3. Una propiedad que se utiliza para agruparlos en un mismo periodo o en una misma familia y que se repite entre los elementos de la tabla periódica.
p
2
6
2s
2p
d
2
6
10
3s
3p
3d
f
4d
4f
2
1
4s
4p
El mundo de la química Ejercicio 1
a. 31 b. 4 c. 1s22s22p63s23p63d104s24p1 s 6. 1
2 1s
2 3 4
1. 7 2. un nivel de energía 3. 18
Ejercicio 2
p
2
6
2s
2p
d
2
6
10
3s
3p
3d
f
2
3
4s
4p
4d
4f
A. 1. nitrógeno 2. S 3. silicio y germanio 4. galio 5. wolframio 6. Hg, mercurio
a. 33 b. 4 c. 1s22s22p63s23p63d104s24p3 7.
B. 1. 1 2. Mg 3. plata 4. 80 5. Ni, 58.7
s 1 2 3 4
2 1s
p
2
6
2s
2p
d
2
6
10
3s
3p
3d
f
4d
4f
2
5
4s
4p
a. 35 b. 4 c. 1s22s22p63s23p63d104s24p5
Química I − Claves
305
Semana 14
Semana 15
¡Para comenzar!
¡Para comenzar!
1. Julio Verne 2. Nife 3. níquel 4. hierro 5. La respuesta queda a criterio del estudiante.
La redacción variará, pero debe mantener la idea central. Le presentamos un ejemplo: 1. Un átomo neutro es aquel que tiene el mismo número de protones y de electrones, es decir que no tiene carga. 2. Un ión es un átomo con carga eléctrica. 3. Un catión es un átomo que ha perdido electrones. Es un ión positivo. 4. Un anión es un átomo que ha ganado electrones. Es un ión negativo.
El mundo de la química Ejercicio 1 propiedades
descripción
color
blanco
El mundo de la química
ductilidad
dúctil
Ejercicio 1
maleabilidad
maleable
A. 0. Li < C 1. Ca < Ge 2. P > Mg 3. I > Sr 4. K < Fe 5. Rb < Br
conductividad eléctrica buen conductor y térmica
Ejercicio 2 A. propiedades
descripción
estado
líquido
color
rojo oscuro
conductividad eléctrica
baja
conductividad térmica
baja
B. propiedades
descripción
estado
sólido
color
negro
dureza
duro
conductividad eléctrica
moderado
conductividad térmica
moderado
306
IGER − Tacaná
B. 0. 1. 2. 3.
Cs menos Hg Li
C. a. Z = 4 b. Es un metal c. Al grupo 2 d. Be e. Puede ser cualquier elemento del grupo 3 al 17.
Ejercicio 2 A. 0. 1. 2.
I K O
B. 0. Ru < Ag < Pd < Cd 1. Rf < Hf < Zr > Ti 2. Pb < Sn < Si < C
Semana 16 C. 1. a. Z = 46 b. Metal c. Al grupo 10 d. Pd e. Puede ser el níquel (Ni) y cualquier elemento del grupo 11 a 17. f. Puede ser el platino (Pt) y cualquier elemento del grupo 1 a 9. 2. a. Z = 9 b. No metal c. Al grupo 17 d. F e. Puede ser cualquier elemento del grupo 1 a 16. 3. a. Z = 11 b. Metal c. Al grupo 1 d. Na e. Puede ser potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) o francio (Fr) f. Puede ser Litio (Li) e hidrógeno (H) o cualquier elemento del grupo 2 al 17.
¡Para comenzar! 1. La redacción variará, pero debe mantener la idea central. Le damos un ejemplo: • Esterilizar es destruir las bacterias que hay o puede haber en los pisos, los instrumentos, la comida, el agua, etc. La esterilización evita la propagación de enfermedades. 2. El cobalto
El mundo de la química Ejercicio 1 A. 0. El bromo (Br) porque es un no metal y se ubica a la derecha de la tabla. 1. El yodo (I) porque es un no metal y se ubica a la derecha de la tabla. 2. El selenio (Se) porque es un no metal y se ubica a la derecha de tabla. 3. El cloro (Cl) porque es un no metal y se ubica a la derecha de la tabla. B. 1. 2.
Sodio (Na) Azufre (S)
Ejercicio 2 A. 1. 2. 3.
radio atómico potasio (K) flúor (F)
B. 1. Rb 2. K 3. Pd 4. Rg C. 0. Ar < P < Al < Mg 1. S < Si < Mg < Na 2. Be < Sr < Ba < Ra 3. Rh < Mo < Nb < Zr 4. Al < Ga < In < Tl
Química I − Claves
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Semana 17 El mundo de la química
Ejercicio 6
Ejercicio 1 1. 2. 3. 4. 5.
propiedad
tabla periódica familias periodos gases nobles las dos son correctas
Ejercicio 2 elemento litio magnesio potasio estroncio cesio bario francio
símbolo Li Mg K Sr Cs Ba Fr
elemento vanadio rutenio galio selenio antimonio astato polonio
símbolo V Ru Ga Se Sb At Po
1
Metaloides 2
1
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
2
Li
Be
B
3
Na Mg
Al
4
K
Ca
Sc
Ti
V
5
Rb
Sr
Y
Zr
Mo Tc
La Ac
Rf
Nb Ta Db
Sg
Bh
Hs Mt
Ce
Pr
Nd
Pm Sm Eu Gd
Th
Pa
U
Cs Ba Fr Ra
Hf
Cr
Mn Fe Co
W Re
Ejercicio 5 1. metal 2. no metal 3. metaloides 4. gases nobles
308
metal
Blando
no metal
Buen aislante del calor
metal
Mal conductor de la electricidad
no metal
alcalino x
alcalinotérreo
de transición x x
x x x x x x x
propiedades 5
14
15
16
17
18
He
7
Dúctil
A.
H
6
metal
Ejercicio 8
Ejercicio 4 2
no metal
Maleable
metal Rb Co Tl K Sr Ra Al Mg Li Tc
No metales 3
1
Opaco
Ejercicio 7
Ejercicio 3 2. Metales
metal / no metal
La mayoría se presenta en estado sólido. metal
IGER − Tacaná
Ru Os
Np
Ni
Pu
Cd
Pt Au Hg
Ds Am
N
O
F
Ne
P
S
Cl
Ar
Se
Br
Kr
Te
I
Xe
Cu Zn Ga Ge As
Rh Pd Ag Ir
C Si
In Sn Ti
Pb
Sb Bi
Po At
Rn
Rg
Cm
estado color brillo maleabilidad ductilidad conductividad eléctrica y térmica
descripción sólido rojizo brillante maleable dúctil buen conductor
B. Tb
Dy Ho Er
Bk Cf
Es
Tm
Yb Lu
Fm Md No
Lr
propiedades estado color brillo maleabilidad ductilidad conductividad eléctrica y térmica
descripción sólido blanco brillante maleable dúctil buen conductor
Ejercicio 9
B. 1. Zn, Cu, Ni, Cu 2. Pb, Hg, Ir, Os 3. Sn, Ag, Mo, Nb 4. Ga, Fe, V, Ti 5. S, P, Si, Mg
0. metales alcalinos 1. metales alcalinotérreos 2. metales de transición 3. halógenos 4. gases nobles 5. metaloides
Ejercicio 14
Ejercicio 10 1. 2. 3. 4. 5. 6.
ión catión energía de ionización Li Cl O
Ejercicio 11 A. 1. Co 2. Cl 3. El flúor porque tiene mayor afinidad y es más electronegativo. 4. El berilio porque tiene mejor energía de ionización. 5. El cromo porque tiene menos energía de ionización que el azufre. B. a. 2 + 2 + 3 = 7 b. no metal c. 15 d. N e. O y F
Ejercicio 15 1. a. Z = 16 b. No metal c. Al grupo 16 d. S e. Orientador voluntario el estudiante puede escribir cualquier elemento que esté a la derecha o arriba del azufre. 2. a. Z = 29 b. Metal c. Al grupo 11 d. Cu e. Orientador voluntario el estudiante puede escribir cualquier elemento que esté a la izquierda del cobre.
Ejercicio 12 1. 2. 3. 4. 5. 6.
a. Elemento 1: grupo 2, periodo 2 Elemento 2: grupo 1, periodo 3 b. Elemento 1: Magnesio (Mg) Elemento 2: Potasio (K) c. Elemento 1 Electronegatividad alta Radio atómico pequeño Elemento 2 Electronegatividad alta Radio atómico pequeño
radio atómico electronegatividad aumenta de abajo hacia arriba aumenta de izquierda a derecha aumenta de arriba hacia abajo más pequeños
3. a. Z = 35 b. No metal c. Al grupo 17 d. Br e. Orientador voluntario el estudiante puede escribir cualquier elemento que esté a la izquierda o arriba del bromo.
Ejercicio 13 A. 1. Fe 2. Mg 3. Sb 4. O 5. Cl
Química I − Claves
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Bibliografía ANAYA. Diccionario Anaya de la Lengua. Anaya, España, 1991. CHANG, R. Química. McGraw-Hill, México, 1995. DAUB, G. y. SEESE, W. Química. Prentice Hall, México, 1996. ESPASA – CALPE. Gran Diccionario de Sinónimos y Antónimos. Espasa-Calpe, España, 1989. MOLINER, M. Diccionario de uso del español. Gredos, España, 1998. MORTIMER, C. Química. Iberoamérica, México. 1983. MOSQUEIRA. Química. Conceptos y problemas. Limusa, México 1997. PEDROZO A. y TORRENEGRA R. Exploremos la química 1. Prentice Hall, Colombia, 2000. RAE. Diccionario de la lengua española. Espasa-Calpe, España, 1992. RAMÍREZ V. Química 1, para bachillerato general. Publicaciones Cultural, México, 2001. RUBIO, F. Diccionario de voces usadas en Guatemala. Piedra Santa, Guatemala, 1982. S.M. Diccionario Clave. Diccionario del uso del español actual. SM, España, 1998. SECO, M. Diccionario de dudas y dificultades de la lengua española. Espasa–Calpe, España, 1988. VARIOS AUTORES. Investiguemos 8. Voluntad, Colombia, 1991. VARIOS AUTORES. Ciencias. Enciclopedias Everest Internacional. Everest, España 2002. VARIOS AUTORES. Nueva Enciclopedia del Estudiante. Océano, España, 2002. VARIOS AUTORES. Objetivo Aprobar física y química. Bruño, España, 2008. VARIOS AUTORES. Química 1. Segundo grado. Limusa, México 1994. VARIOS AUTORES. Química universitaria. Pearson/Prentice Hall, México, 2005.
Páginas Web consultadas: es.wikipedia.org/wiki/Química www.quimicaweb.net/ www.educasite.net/quimica.htm www.galeon.com/filoesp/ciencia/quimica/ recursos.cnice.mec.es/quimica/ descartes.cnice.mec.es/.../4esofisicaquimica/index.htm www.educa.madrid.org/web/cepa.../quimica.htm newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/.../quimica.htm
Química − Bibliografía
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