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Química Estructura, comportamiento y transformaciones de la materia.

Recursos para el docente

Perspectivas

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Perspectivas

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Química Estructura, comportamiento y transformaciones de la materia.

Recursos para el docente Química. Recursos para el docente –Serie Perspectivas– es una obra colectiva creada y diseñada en el Departamento Editorial de Ediciones Santillana, bajo la dirección de Herminia Mérega, por el siguiente equipo: Ricardo Franco

Mónica P. Alegría Mariana B. Jaul

Índice Cuadro de contenidos Herramientas metodológicas Solucionario

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María Sandra Martínez Filomeno y

Fabián De Maio (Herramientas metodológicas) Editora: Edith Morales Editora sénior: Patricia S. Granieri Coordinación editorial: Mónica Pavicich Subdirección editorial: Lidia Mazzalomo

Perspectivas Diagramación: Alejandro Pescatore Corrección: Marta N. Castro Ilustración: Manuel J. Lois Este libro no puede ser reproducido total ni parcialmente en ninguna forma, ni por ningún medio o procedimiento, sea reprográfico, fotocopia, microfilmación, mimeógrafo o cualquier otro sistema mecánico, fotoquímico, electrónico, informático, magnético, electroóptico, etcétera. Cualquier reproducción sin permiso de la editorial viola derechos reservados, es ilegal y constituye un delito. © 2007, EDICIONES SANTILLANA S.A. • Av. L. N. Alem 720 (C1001AAP), Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina. ISBN 978-950-46-1683-2 Queda hecho el depósito que dispone la Ley 11.723. Impreso en Argentina. Printed in Argentina. Primera edición: febrero de 2007.

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Alegría, Mónica Química : libro del docente : serie Perspectivas / Mónica Alegría ; Ricardo Franco ; Mariana B. Jaul - 1a ed. - Buenos Aires : Santillana, 2007. 48 p. ; 28x22 cm. ISBN 978-950-46-1683-2 1. Química-Enseñanza Media. 2. Libro del Docente. I. Franco, Ricardo II. Jaul, Mariana B. III. Título CDD 540.712

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Expectativas de logro

Capítulo

1

El lenguaje de la química

Capítulo

2

Química experimental

Capítulo

3

¿Qué es la materia?

Capítulo

4

Los modelos atómicos y la radiactividad

Contenidos

Delimitar el objeto de estudio de la química. Interpretar el cambio generado desde los alquimistas hasta el concepto de ciencia actual. Reconocer la singularidad de la labor que realizan los científicos como método específico de abordar la ciencia. Comprender los códigos que utiliza la química. Reconocer el carácter interdisciplinar de la química. Transferir los conceptos estudiados a situaciones de la vida cotidiana.

Científicos argentinos que contribuyeron y contribuyen a la química. La química, una ciencia. El método científico. Procedimientos generales del método. La observación científica; la experimentación; los modelos y las analogías. Objeto de estudio de la química. Importancia de su estudio. El lenguaje de la química. El carácter experimental de la ciencia en general y de la química en particular. Química pura y química aplicada. Relación de la química con otras ciencias. Origen y evolución de la química. La alquimia; la iatroquímica; la química moderna. La química en la actualidad. Campos de acción de los químicos.

Caracterizar el material de laboratorio. Utilizar en forma correcta el instrumental. Reconocer el carácter impreciso de las mediciones. Aplicar normas de seguridad y considerar los riesgos asociados con el trabajo experimental. Entender que el trabajo experimental escolar persigue fines distintos de la producción de conocimiento científico. Formular hipótesis y controlar variables a partir de la actividad experimental.

Evolución histórica del laboratorio de química. El laboratorio de química actual. Las drogas y el droguero en el laboratorio. El instrumental en el laboratorio. Uso del instrumental. Las mediciones. Sistema Internacional de Unidades. Instrumentos de medición. Medidas y errores experimentales. Exactitud y precisión. Cifras significativas. Normas de seguridad en el laboratorio. Manipulación de sustancias químicas y de instrumental.

Caracterizar la materia en función de sus propiedades. Diferenciar los cambios físicos de los químicos. Familiarizarse con las leyes que justifican el comportamiento de la materia. Reconocer que la materia está compuesta por átomos. Fundamentar el concepto de mol a partir de las leyes gravimétricas y las hipótesis que las explican.

Antiguas ideas acerca de cómo estaba constituida la materia versus la concepción actual. Características de la materia y de la energía. Propiedades extensivas e intensivas de la materia. Mezclas. Sustancias. Transformaciones de la materia. Cambios físicos y químicos. Ley de conservación de la masa. Conservación de la masa y la energía. Sistema material. Sistemas abiertos, cerrados y aislados. Composición de la materia. El camino a la teoría atómica. Leyes gravimétricas: ley de las proporciones definidas y ley de las proporciones múltiples. Postulados de Dalton. Ley de los volúmenes de combinación. Hipótesis de Avogadro. El concepto de molécula. Magnitudes atómico-moleculares: masa atómica relativa y masa molecular relativa. El concepto de mol y la constante de Avogadro.

Tomar contacto con los modelos y teorías que explican la estructura de la materia reconociendo el carácter provisional del conocimiento científico.

La transmutación de los metales y la radiactividad. La naturaleza eléctrica de la materia. Experimentos que condujeron a la comprensión de la estructura de la materia. Roentgen y Becquerel.

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Cuadro de contenidos

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Capítulo

5

Los elementos químicos y la tabla periódica

Capítulo

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Uniones químicas

Capítulo

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Los compuestos inorgánicos

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Interpretar que el conocimiento de la estructura atómica es la base para entender el comportamiento de la materia. Caracterizar las partículas subatómicas. Escribir la configuración electrónica de un átomo de cualquier elemento. Distinguir entre radiactividad natural y artificial. Explicar las emisiones nucleares. Analizar algunas aplicaciones de los isótopos radiactivos.

Thomson y el descubrimiento del electrón. Rutherford y el núcleo atómico. Los isótopos. Caracterización. Definición de masa atómica relativa. La radiactividad. Tipos de radiactividad. Fisión y fusión. Caracterización de las emisiones. Uso de los isótopos. Modelo atómico de Bohr. El modelo mecánico cuántico del átomo. Configuración electrónica de los átomos.

Valorar la evolución histórica de la tabla periódica. Interpretar la importancia del ordenamiento de los elementos. Ubicar un elemento en la tabla a partir de su configuración electrónica externa. Relacionar las propiedades periódicas de los elementos con su ubicación en la tabla. Distinguir entre elementos naturales y elementos artificiales.

El descubrimiento de los primeros y de los últimos elementos químicos. Ordenamiento de los elementos químicos: antecedentes de la tabla periódica; las tríadas de Döbereiner, las octavas de Newlands, la ley periódica de Meyer, la tabla de Mendeleiev. La ley periódica moderna o ley de Moseley. La tabla periódica actual. Estructura. Grupos y familias de elementos. Configuración electrónica y tabla periódica. Los símbolos de Lewis. Bloques de la tabla periódica. Propiedades periódicas. Radio atómico. Energía de ionización. Afinidad electrónica. Electronegatividad. Los elementos químicos y la vida cotidiana. Elementos naturales y artificiales. Características de los metales, los no metales y los metaloides.

Caracterizar los distintos tipos de uniones. Representar las sustancias por fórmulas de Lewis. Aplicar la TRePEV para predecir las diferentes geometrías moleculares. Evaluar la polaridad de las moléculas. Relacionar las propiedades macroscópicas con las propiedades a nivel cinético-molecular.

Concepto de uniones químicas. Longitud y energía de enlace. Teoría del octeto. Tipos de uniones químicas: iónica, covalente y metálica. Electrones de valencia. Electrovalencia. Teoría del enlace químico. Electronegatividad y enlace covalente. Moléculas polares y apolares. Unión metálica. Modelo del mar de electrones. Características de los compuestos iónicos versus las sustancias moleculares. Geometría molecular. Teoría de la Repulsión de Pares de Valencia. Tipos de disposición molecular. Fuerzas intermoleculares. Fuerzas de Van der Waals. Enlace por puentes de hidrógeno.

Indicar los números de oxidación de los distintos elementos en una sustancia o un ion. Aplicar las reglas de nomenclatura de la IUPAC para nombrar compuestos inorgánicos. Caracterizar sustancias ácidas y básicas en función de su pH. Adquirir nociones de aquellos procedimientos industriales que permiten obtener sustancias simples a partir de otras compuestas.

La química inorgánica. Diferencias entre una sustancia en estado nativo o elemental y un compuesto químico. Concepto de función química y de grupo funcional. Formación de compuestos inorgánicos. Tipos de compuestos: hidruros, óxidos, peróxidos, hidrácidos, oxoácidos, hidróxidos. Características y obtención. Asignación de números de oxidación. Nomenclatura según la forma tradicional, la atomicidad y los numerales de Stock. Característica de los ácidos y de las bases. Concepto de pH. Soluciones ácidas, neutras y básicas. Obtención, nomenclatura y estructura de sales. Metalurgia. Obtención de algunos no metales: hidrógeno, azufre y halógenos.

Cuadro de contenidos

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Expectativas de logro

Capítulo

8

Los compuestos orgánicos

Capítulo

9

Los estados de la materia

Capítulo

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Partículas en dispersión

Contenidos

Interpretar la química orgánica como la química del carbono. Reconocer los distintos tipos de hibridización del átomo de carbono. Distinguir los grupos funcionales y las funciones orgánicas. Aplicar las reglas de la IUPAC para nombrar los compuestos orgánicos. Formular las ecuaciones representativas de algunas reacciones en las que participan compuestos oxigenados y nitrogenados. Identificar isómeros.

Los compuestos orgánicos. Conformación de las moléculas. El enlace covalente en el carbono. Hibridización de orbitales. Fórmulas químicas para representar un compuesto orgánico y funciones orgánicas. Clasificación de los hidrocarburos. Alifáticos y aromáticos. Saturados y no saturados. De cadena abierta y cíclicos. Nomenclatura de los hidrocarburos. Compuestos orgánicos oxigenados: alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres, ésteres. Características, nomenclatura y obtención. Compuestos orgánicos nitrogenados: aminas, amidas y nitrilos. Características, nomenclatura y obtención. Isomería estructural y espacial. Isómeros geométricos e isómeros ópticos.

Relacionar las propiedades macroscópicas, medibles con el comportamiento a nivel molecular. Describir, en términos de la teoría cinético-molecular, las variables que caracterizan el estado gaseoso. Realizar cálculos empleando las leyes y ecuaciones de los gases ideales. Explicar los cambios de estado en función de la teoría cinético-molecular.

Descubrimiento de los componentes del aire. Características de los diferentes estados de agregación de la materia: gaseoso, líquido y sólido. Teoría cinético-molecular y estados de la materia. Distancia entre partículas y fuerzas de atracción. Leyes de los gases ideales: ley de Boyle-Mariotte, ley de Charles, ley de Charles-Gay-Lussac. Ecuación general de los gases ideales. Densidad de un gas. Ley de las presiones parciales. Cambios de estado. Cambios progresivos: fusión, vaporización, volatilización. Cambios regresivos: condensación, solidificación, sublimación. Otros estados de la materia: el plasma.

Clasificar los sistemas materiales. Aplicar métodos que permitan separar las fases que componen un sistema material. Identificar los distintos tipos de soluciones. Utilizar métodos de fraccionamiento para recuperar los componentes de una solución. Expresar la concentración de una solución en diferentes unidades. Predecir la capacidad de disolución de una sustancia en otra a partir de su estructura molecular. Interpretar el efecto que produce disolver un soluto en un solvente sobre el punto de fusión y ebullición. Diferenciar una solución de un sistema coloidal. Transferir los contenidos a la resolución de situaciones problemáticas.

Los sistemas materiales. Sistemas homogéneos y heterogéneos. Diferencia entre mezcla y sustancia. Tipos de mezclas: suspensión, solución y coloide. Características de las suspensiones. Fases. Métodos de separación de fases. Características de las soluciones. Soluto y solvente. Formas de expresar la concentración de una solución. Concepto de solubilidad. Líquidos miscibles e inmiscibles. Interacciones soluto-solvente. Solubilidad de compuestos iónicos y de compuestos moleculares. Condiciones que influyen sobre la solubilidad: temperatura y presión. Métodos de fraccionamiento para separar los componentes de una solución. Propiedades coligativas: descenso crioscópico, disminución de la presión de vapor, ascenso ebulloscópico, presión osmótica. Sistemas coloidales. Tipos de coloides.

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Capítulo

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Características de las reacciones químicas

Capítulo

12

Termoquímica, cinética y equilibrio de las reacciones químicas

Capítulo

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Estequiometría

Reconocer algunos tipos de reacciones. Escribir ecuaciones químicas para representar las reacciones. Balancear ecuaciones por distintos métodos. Utilizar el método del ion-electrón para equilibrar ecuaciones redox. Describir el funcionamiento de dispositivos electroquímicos. Comparar el funcionamiento de una pila convencional y la pila de combustible. Realizar experiencias de laboratorio relacionadas con la electroquímica.

El cambio en la naturaleza de las sustancias. Concepto de reacción química. Reactivos y productos. Criterios para clasificar y clasificación de las reacciones químicas. Ecuaciones químicas. Coeficientes estequiométricos. Balanceo de ecuaciones químicas. Método del tanteo y método algebraico. Reacciones de metátesis. Reacciones de precipitación y reacciones ácido-base o de neutralización. Concepto de ion espectador. Estado de oxidación de una especie química. Reacciones de óxido-reducción o redox. Balanceo de ecuaciones químicas por el método del ion-electrón. Tipos de reacciones redox: desplazamiento, combustión, corrosión, desproporción o dismutación. Electroquímica. Celda voltaica. Celda electroquímica. Galvanoplastia. Sistemas electroquímicos integrados: la pila de combustible. Aplicaciones.

Diferenciar entre cambio, reacción y ecuación química. Asociar la energía que se absorbe o se libera en una reacción química con los efectos producidos en el entorno. Expresar la ley de velocidades de una reacción. Analizar la cinética de una reacción en función de los factores que la modifican. Calcular el valor de la constante de equilibrio de un sistema. Interpretar el significado de Kc. Predecir en qué sentido evolucionará una reacción. Evaluar los factores que influyen sobre un sistema en equilibrio mediante el principio de Le Chatelier. Representar gráficamente la evolución de las concentraciones de reactivos y productos de un sistema. Resolver situaciones problemáticas.

Reducción y oxidación catalítica. Intercambio de energía en las reacciones químicas. Termodinámica. Energía total de un sistema. Los cambios entálpicos. Entalpía estándar de formación de un compuesto. Ley de Lavoisier-Laplace. Ley de Hess. Cinética de las reacciones y termoquímica. Expresión de la velocidad de una reacción química. Ley de velocidades. Teoría de las colisiones. Factores que influyen sobre la velocidad de una reacción: naturaleza de los reactivos, superficie de contacto, concentración de los reactivos, temperatura, catálisis. Características de los catalizadores. Equilibrio químico. Constante de equilibrio. Kc, Kp. Constante de equilibrio en sistemas gaseosos. Evolución de un sistema hacia el equilibrio. Principio de Le Chatelier. Respuesta del sistema frente a un cambio en las concentraciones, la presión y la temperatura. Un ejemplo de síntesis: el amoníaco.

Entender que en una reacción química se cumple la ley de la conservación de la masa. Establecer relaciones entre reactivos y/o productos. Calcular la cantidad de reactivo a partir de una solución. Considerar la pureza de los reactivos y productos. Aplicar el concepto de rendimiento a los cálculos estequiométricos.

El concepto de estequiometría. La estequiometría y la ley de la conservación de la masa. Cálculos estequiométricos. Pureza de los reactivos. Reacciones consecutivas. Reactivos en solución. Titulación. Reactivo limitante. Reactivo en exceso. Método de Job. Proporciones estequiométricas. Rendimiento de una reacción. Cantidad real y cantidad teórica de un producto. Factores que influyen en el rendimiento de una reacción. Mejorías en el rendimiento de una reacción.

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Herramientas metodológicas

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la implementación de transformaciones en el área de Ciencias naturales? Mencionaremos tres obstáculos con los que pueden encontrarse los docentes: La falta de conocimiento acerca del contenido que se tiene que enseñar. No se aborda el conocimiento incidental, aquello que se aprende como producto del pasaje por los distintos niveles del sistema educativo y que impacta fuertemente en la práctica de la enseñanza, por lo general más que el conocimiento aprendido formalmente en las aulas. La falta de incentivo y recompensas –principalmente externas– en la profesión docente, que lleva a los profesionales a sentirse desilusionados, fatigados, desmotivados, y como consecuencia se genera el mencionado malestar.

La profesión docente La superación de las problemáticas planteadas requiere considerar a la docencia como una profesión, en la que resulta fundamental tener en cuenta: la necesidad de una adecuada formación de grado acorde con las demandas de una sociedad caracterizada por el cambio permanente y la incertidumbre; la concientización respecto de la formación permanente, que tome en cuenta las necesidades de los docentes para el desarrollo de una práctica profesional de calidad; la investigación sobre la práctica profesional, que permite, a partir del análisis y la reflexión, la detección de las fortalezas y debilidades que se presentan en el proceso de enseñanza para producir conocimientos que contribuyan a acrecentar los conocimientos de la didáctica de las Ciencias naturales. El concepto de profesión deriva del latín profiteor, que significa el acto de brindar un rol social de reconocimiento público. Lourdes Montero define al

Herramientas metodológicas

Los docentes son los verdaderos artífices del cambio educativo. Las innovaciones sólo podrán impactar en el aula si se tiene en cuenta al educador como el agente promotor por excelencia de ese cambio. Pero para ello es necesario que el propio docente se reconozca en ese rol. La profesión docente se encuentra atravesando una profunda crisis. Y esto se refleja en lo expresado por A. Kornblit y A. Méndez Diz: “Los profesores como grupo social destilan sentimientos contradictorios sobre el sentido mismo del trabajo que realizan. El desconcierto generalizado sobre los objetivos, el contenido y los métodos de su esfuerzo enseñante, unido a la pobre valoración material y a un escaso reconocimiento social de su trabajo, los ha conducido a una exasperación palpable”1. Un indicador de la crisis es que a la escuela, en la actualidad, se le solicita que garantice el acceso, la permanencia y la promoción de los alumnos, lo que ocasiona no pocos problemas a los docentes, ya que en muchos casos no están dadas las condiciones para que se produzca la promoción. Un inconveniente es que, casi siempre, se adjudica al docente casi toda la responsabilidad por no lograr los resultados esperados: la promoción de todos o casi todos los ingresantes en el sistema. Un importante porcentaje de docentes se pregunta hoy cuáles son las funciones que deben cumplir, y en muchas oportunidades llegan a la conclusión de que son tantas que casi no les queda tiempo para enseñar. Esto genera en los educadores lo que se denomina “malestar docente”, definido por J. Esteve como “el saber que algo no funciona bien, pero no somos capaces de definir qué es lo que no marcha y por qué”2. Este fenómeno incide negativamente en su práctica profesional y se convierte en un obstáculo para que las innovaciones impacten en el aula, produciendo una transformación y, por ende, un mejoramiento en la calidad de la educación. Surge, entonces, el siguiente interrogante: ¿cuáles son los obstáculos para

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El docente en la actualidad

Kornblit, A. y Méndez Diz, A. El profesor acosado. Del agobio al estrés, Buenos Aires, Humanitas, 1993, p. 10. Esteve, J. El malestar docente, Barcelona, Paidós, 1998, p. 12.

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Sin lugar a dudas, la enseñanza, objeto de estudio de la didáctica, y definida por Alicia Camilloni como “un proceso diferenciado del aprendizaje, es el objeto propio de conocimiento de esta disciplina”4. Los docentes poseen un conocimiento que otros profesionales no tienen, en el que se distingue la capacidad diagnóstica con el fin de hallar formas de enseñanza adecuadas para promover el aprendizaje de los alumnos con diferentes características, el dominio de los enfoques, modelos y estrategias de enseñanza y la regulación de los intercambios entre los sujetos y de ellos con el conocimiento, para producir aprendizajes significativos. La enseñanza, entonces, requiere el pensamiento y la acción.

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profesional docente como “una persona con una elevada preparación, competencia y especialización, que presta un servicio social importante” o “alguien que recurre al conocimiento extraordinario, experto en situaciones de importancia humana”, o “alguien con capacidad para fundamentar sus decisiones”. La denominación de profesional proporciona además “privilegio, autoridad y reconocimiento social [...]”3. La profesionalización es una cuestión de cualificación, competencia y poder, que se caracteriza por la necesidad de autonomía frente a la sociedad, al poder público, a la comunidad y a otras profesiones. Nos planteamos ahora otro interrogante: ¿Qué diferencia la profesión docente de otras profesiones?

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o sea, encontrar su significado. Para ello será necesario que procese el material que se le presenta en el libro de texto para resolver las actividades; por ejemplo, la resolución de situaciones problemáticas, que requerirán la utilización de las estrategias de adquisición, interpretación, análisis, comprensión y comunicación de la información. Es importante tener en cuenta que la información se transforma en conocimiento cuando el alumno está en condiciones de comunicarla en forma escrita, oral o gráfica. Para ello será necesario que observe y analice cómo construyó el conocimiento que va a dar a conocer, y de esta manera se trabajará lo metacognitivo, esencial para producir aprendizajes profundos y significativos.

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El libro de texto es un recurso imprescindible para el trabajo del docente y del alumno en el contexto educativo, pero según cómo se lo utilice puede promover el desarrollo de aprendizajes superficiales o profundos: El aprendizaje superficial no permite relacionar los nuevos conocimientos con los ya existentes. El alumno tiende a estudiar de memoria y por eso los contenidos pronto se olvidan. Este tipo de aprendizaje se promueve cuando se propone como actividad la resolución de un cuestionario, que sólo requiere que el alumno copie textualmente la respuesta a esas preguntas que podrá extraer sin esfuerzo del libro. El aprendizaje profundo está orientado a que el alumno pueda reestructurar su conocimiento,

Montero, L. La construcción del conocimiento profesional docente, Buenos Aires, Homo Sapiens, 2001, p. 89. Camilloni, A.; Davini, C.; Edelstein, G.; Litwin, E.; Souto, M. y Barco, S. Corrientes didácticas contemporáneas, Buenos Aires, Paidós, 1996, p. 24.

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Obstáculos que enfrenta el profesor de ciencias Antes de enunciar los obstáculos que se presentan a la hora de enseñar química, es imprescindible realizar un breve recorrido a través de los inconvenientes que debe enfrentar, en general, el profesor de ciencias naturales. Al respecto, podríamos decir que las principales dificultades son, según lo expresado por Porlan, Rivero y Martín del Pozo5, :

Rechazo de la visión constructivista del conocimiento: las estrategias de enseñanza que se utilizan son acordes con una visión simplificada del conocimiento y, por ende, de la enseñanza y del aprendizaje. Rechazo de la diversidad: se utilizan rutinas de acción coherentes con la ya mencionada visión simplificada del conocimiento, basadas en una mirada hegemónica del conocimiento científico.

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FRAGMENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO

Manejo de los conceptos propios de la ciencia (ver página siguiente, [2 ]): se dificulta por el nivel de abstracción que poseen algunos de ellos y por la presencia de ideas previas en los alumnos. Estas ideas son muy resistentes al cambio porque fueron adquiridas y aprendidas a través de la observación y les sirven para su desempeño cotidiano, o bien porque fueron mal enseñadas y, entonces, resultan difíciles de desaprender.

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Simplificación y reduccionismo del conocimiento: existe una mirada superficial de los procesos de enseñanza y de aprendizaje que, además, no se consideran objeto de estudios complejos y que llevan a la búsqueda de soluciones parcializadas que no favorecen el desarrollo de una adecuada práctica profesional.

Experiencias en el laboratorio (ver página siguiente, [1 ]): se ven obstaculizadas por la escasez de recursos y por la falta de preparación adecuada para su realización. El número excesivo de alumnos por clase y la presencia de problemáticas sociales complejiza la tarea y hace que los docentes decidan la no conveniencia de utilizar ese ámbito.

Herramientas metodológicas

Fragmentación del conocimiento: la disociación entre la teoría y la práctica, y la falta de articulación entre el conocimiento tácito y el explícito son algunos de los indicadores que caracterizan este aspecto.

Trabajo con resolución de situaciones problemáticas (ver página siguiente, [3 ]): su escasa utilización impide que los alumnos comprueben los conocimientos adquiridos y no favorece la curiosidad, el descubrimiento y el desarrollo de la metacognición.

SIMPLIFICACIÓN Y REDUCCIONISMO DEL CONOCIMIENTO

RECHAZO DE LA VISIÓN CONSTRUCTIVISTA DEL CONOCIMIENTO

OBSTÁCULOS Y DIFICULTADES EN LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS

RECHAZO DE LA DIVERSIDAD

TRABAJO EN EL LABORATORIO

TRABAJO CON RESOLUCIÓN DE SITUACIONES PROBLEMÁTICAS

MANEJO DE LOS CONCEPTOS PROPIOS DE LA CIENCIA

Porlan, R ; García Rivero, A. y Martín del Pozo R. “Conocimiento profesional y epistemología de los profesores I: Teoría, método e instrumentos”. Revista Enseñanza de las Ciencia, No 15, 1997.

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5 Porlan, R. Enseñanza

Las experiencias propuestas en el libro se ajustan al nivel evolutivo de los alumnos y han sido probadas en el ámbito escolar. Por otro lado, más allá de su ubicación (por lo general, en las páginas finales del capítulo), pueden llevarse a cabo en el momento en que el docente lo considere más oportuno. En muchos casos se deja abierta la posibilidad de seguir investigando mediante el planteo de nuevos problemas.

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1

Capítulo 1, página 23.

En el libro encontrará numerosas actividades en las que se propone recuperar las ideas previas de los alumnos, para comenzar a trabajar a partir de ellas. Por ejemplo:

Capítulo 10, página 193.

3

Muchas actividades o textos del libro pueden aprovecharse para encarar la resolución de situaciones problemáticas como estrategia didáctica. Por ejemplo:

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Capítulo 10, página 181.

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Representación de la materia como un todo indiferenciado basado en una concepción estática y continua.

Caracterización de los conceptos “sustancia pura” y “elemento”.

Problemas a la hora de realizar relaciones cualitativas entre conceptos como masa, cantidad de sustancia, etcétera.

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sentido, entonces, será necesario pasar de la mera descripción de las propiedades a la identificación, caracterización y explicación de los procesos para que el alumno pueda comprender el tema “materia” en su elevado nivel de complejidad. Epistemológicas: el estudiante deberá llevar a cabo un cambio en la organización lógica de las teorías con las cuales arriba al conocimiento de la materia. Será necesario que pase del realismo ingenuo basado en los aspectos perceptivos (en cómo percibe el sujeto los fenómenos) a una visión constructivista o relativista en la que el sujeto interpreta la realidad a través de modelos. Conceptuales: es preciso producir un cambio en la concepción del concepto de materia, que implica el pasaje de una visión centrada en los hechos y las propiedades observables a las no observables y a considerar la materia un “complejo sistema en equilibrio”. A continuación se presenta un cuadro donde se indican algunas dificultades en la enseñanza de la química.

Falta de diferenciación entre cambio físico y cambio químico.

DIFICULTADES EN LA ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA

Cuando se hace referencia a la conservación de la materia a partir de un cambio, las explicaciones se basan en los aspectos físicos de las sustancias.

Atribución de propiedades macroscópicas a los átomos y las moléculas.

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Hasta ahora hemos hecho referencia a los obstáculos en la enseñanza de las ciencias en general; ahora, especificaremos los problemas que encuentran los docentes en el momento de enseñar química. Es habitual que los profesores de química se pregunten: ¿por qué a los alumnos les cuesta tanto aprender química? La respuesta es que, para lograr analizar y comprender las propiedades y transformaciones de la materia, los estudiantes deben aprender leyes y conceptos de un elevado nivel de abstracción, utilizar un lenguaje formalizado y simbólico. J. I. Pozo6 señala que para poder enfrentar el nivel de abstracción que le permita comprender lo propuesto en la disciplina el estudiante deberá superar las siguientes limitaciones: Ontológicas: en líneas generales, si el objeto de estudio es la materia, suele suceder que la enseñanza se centra en la descripción de sus propiedades observables y escasamente se hace referencia a los procesos que posibilitan los cambios que ocurren. En tal

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Dificultades en la enseñanza de la química

Problemas para comprender el concepto de sustancia y su utilización.

Problemas para interpretar la significación de la ecuación química.

Pozo, J. I y Gomez Crespo, M. A. Aprender y enseñar ciencias, Madrid, Morata editorial, 1998.

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El constructivismo en la enseñanza de las ciencias

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El manejo de códigos de comunicación muy diferentes, que influye para que, frente a las distintas situaciones que se presentan en el ámbito del aula, la producción de sentido no sea la misma en el docente y en el alumno.

¿Cómo se puede favorecer el aprendizaje? Es necesario diseñar un entorno en donde se puedan crear conflictos en la concepción que poseen los alumnos sobre determinado fenómeno objeto de investigación. Andre Giordan8 señala algunos parámetros para tener en cuenta cuando se desea producir aprendizajes significativos en los alumnos: Es necesario cuestionar a los alumnos, poner en tela de juicio sus conocimientos a través de la formulación de situaciones que generen el conflicto cognitivo, para de esta manera preocuparlos y ocuparlos en el propio proceso de aprendizaje. Las situaciones que se creen para generar el conflicto cognitivo deben posibilitar al alumno su resolución, para que adquiera confianza en sí mismo, en el docente y en la situación de aprendizaje. Se deben producir nexos entre las diferentes ideas o concepciones, así habrá puntos de referencia para poder confrontar con las diferencias. Hay que crear puntos de anclaje, como organizadores previos –esquemas, dibujos, cuadros, etcétera. El aprendizaje requiere la activación de los conocimientos para poder reutilizarlos en diferentes situaciones, sea porque se realiza una nueva acción o porque se decide enseñar a otras personas. Aprender requiere el metaprendizaje [2 ], es decir, la reflexión acerca de los procesos por los cuales se llega a los conocimientos y de los conocimientos en sí. La creación de situaciones que les permitan a alumnos y alumnas reestructurar sus conocimientos deben perturbar las ideas que tienen los educandos, pero no obturarlas. Es imprescindible acompañar al estudiante cuando se le presentan dudas, crear un clima distendido para que éstas se pongan de manifiesto; para ello es necesario crear un vínculo de confianza que permitirá la superación de la incertidumbre.

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En la enseñanza de las ciencias se reconocen por lo menos dos posiciones respecto de cómo se arriba al conocimiento: el constructivismo y el asociacionismo7. Los docentes que adhieren al enfoque filosófico de la enseñanza constructivista se preocupan por comprender cómo se elaboran los conocimientos, es decir, por saber qué sucede en la cabeza del alumno en el proceso de aprendizaje. Los supuestos que sostiene este enfoque son: El alumno aprende a partir de lo que es y sabe; en consecuencia, se sostiene que él mismo, anclándose en lo que conoce y de acuerdo con sus intereses y necesidades, construirá el nuevo conocimiento. Para que el aprendizaje se produzca, es necesario que el docente proponga actividades con el fin de generar el conflicto cognitivo. Éste producirá la disonancia cognitiva y se arribará a la producción de aprendizajes significativos [1 ] . Para este enfoque, el aprendizaje debe considerar los siguientes aspectos: Aprender significa trabajar con los conocimientos espontáneos, los procesos y las actitudes, además de establecer relaciones interactivas para ir en contra de las ideas previas, erróneas y resistentes al cambio. Esto requiere el esfuerzo por parte de quien esté dispuesto a encarar el proceso de aprendizaje, que necesariamente implica el cambio de esas ideas. Además, es preciso comprender que el sujeto no puede aprender todo por sí solo sino que necesita del docente que lo acompañe en dicho proceso. Por último, hay que recalcar que para aprender debe existir el placer y el deseo de querer saber, y para ello se requiere encontrarle sentido al fenómeno objeto de estudio. Aprender no es simple. Para lograr la transformación de las ideas, o sea pasar de un sistema de pensamiento a otro, se requiere la creación de situaciones que despierten la creatividad, el interés, la motivación y el deseo. Para aprender es necesario deconstruir lo aprendido para luego construirlo. Algunos de los problemas que se presentan a la hora de enseñar son: Cuando no se toman en consideración las preguntas de los alumnos o bien se dan respuestas a ellas, no se permite al alumno que vaya construyéndolas por sí mismo.

No se hará referencia al asociacionismo. Giordan, A. “Más allá del constructivismo y de las prisiones intelectuales”, Novedades educativas, Nº 179, noviembre de 2005.

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Las estrategias de aprendizaje en ciencias Los enfoques de enseñanza van a sustentar los modelos, entendidos como el conjunto de estrategias que se persiguen para el logro de una meta de aprendizaje, en tanto que las estrategias son el conjunto de actividades que se llevan a cabo para el logro de aprendizajes significativos. Pozo9 identifica dos formas de aprendizaje: por un

capítulo, en la categoría “Organización de la información”. Es importante tener presente que son los propios alumnos quienes deben trabajar activamente para construir los mapas y las redes conceptuales, siempre contando, claro está, con la mediación y la guía del docente.

Herramientas metodológicas

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Existen diversas estrategias y actividades que favorecen el aprendizaje significativo y desarrollan la metacognición, es decir que apuntan a la reflexión sobre el propio proceso de aprendizaje, entre ellas, los mapas y las redes conceptuales. En el libro podrá encontrar distintas propuestas al final de cada

lado, una más superficial que se sustenta en la asociación, que se puede utilizar para el aprendizaje de hechos y técnicas; la estrategia es el repaso. Por el otro lado, otra forma de aprendizaje más profunda que se orienta hacia los procesos y permite el aprendizaje de conceptos, leyes y teorías, y que incluye las estrategias de elaboración y organización de la información [2 ].

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Capítulo 3, página 56.

En el libro encontrará numerosas actividades, tanto de repaso como de elaboración y organización de la información, pero sobre todo de éstas. En las dos últimas páginas de cada capítulo, las denominadas “actividades finales” apuntan a repasar y recuperar los conceptos clave de la unidad didáctica, y se hallan organizadas en distintas categorías para una mejor planificación de las tareas. Por ejemplo:

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Capítulo 13, página 255.

Capítulo 9, página 174.

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Pozo, J. I. Aprender para comprender y construir el conocimiento, Buenos Aires, Santillana Docentes, 2006.

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El modelo investigativo

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difícil que lo hagan en el ámbito educativo, porque presentan actitudes pasivas, dado que consideran que el docente es la fuente de todo conocimiento y que es el único proveedor de contenidos que les posibilitarán el logro escolar. El docente tiene que garantizar que el alumno pueda identificar problemas, seleccionarlos, proponerlos, desarrollarlos y resolverlos. Ayudar al alumno a que realice estas acciones favorece el establecimiento de la relación de enseñanza y de aprendizaje. Cuando se plantean y eligen los problemas, se debe crear una relación entre las metas que se propone el docente y los intereses de los alumnos; de esta manera se logra el desarrollo de la motivación en la enseñanza. El conocimiento de los intereses de los alumnos favorece la posibilidad del planteamiento de situaciones problemáticas. El siguiente paso que el docente debe tener en cuenta en el modelo de investigación es la elaboración de la hipótesis –respuesta tentativa al problema–, que indica lo que intentamos probar. Debe orientar a los alumnos para que, a partir del problema planteado, puedan proponer una o más hipótesis que sea factible confirmar o no. Éstas deben formularse lo más claramente posible, para que se llegue a comprender aquello que se propone que realicen. Las hipótesis deben reunir los siguientes requisitos: • Relacionarse con el problema objeto de investigación, así el alumno puede comprender y sentirse motivado para llevar a cabo su comprobación. • Formularse en un lenguaje claro y concreto; presentar los aspectos que se investigarán de manera explícita y clara, para comenzar a plantear el diseño experimental que posibilite su confirmación o no. Los alumnos deben lograr, mediante su investigación, determinar si las hipótesis propuestas son confirmadas o no, a través de la realización de diseños experimentales. Los docentes deben brindar a los alumnos estrategias para formular los objetivos de la investigación. Y una vez que los alumnos logran esto, los docentes deben guiarlos para que pueden plantear las preguntas derivadas del problema de investigación. Es preciso que los alumnos justifiquen y fundamenten su investigación; para ello deben recopilar información que les permita confirmar, o no, las hipótesis.

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El modelo investigativo se basa en el supuesto de que el alumno puede construir su conocimiento y, de esta manera, se logran las metas propuestas por el educador. En este modelo, el docente debe proporcionar al alumno los conocimientos y las estrategias para que se pueda realizar la investigación. Se sugiere a los docentes que organicen y secuencien las actividades que deben basarse en un proceso interactivo y no lineal, como generalmente se presenta. La interactividad es una de las características que es necesario tomar en consideración para promover la construcción del conocimiento. El propósito principal de esta metodología investigativa consiste en proporcionar un marco adecuado para que la organización y la secuenciación de actividades posibiliten y fortalezcan los procesos de construcción de conocimientos en los alumnos. Se propone que el aprendizaje de las ciencias es posible si se utiliza la investigación guiada, que parte del planteamiento de situaciones problemáticas generadoras de interés. Es necesario, entonces, que el docente tenga en cuenta la necesidad de describir y caracterizar las etapas de una investigación, que son las siguientes: El docente y los alumnos seleccionan un tema a partir del cual se desprenderá la idea de investigación. Para la formulación de la idea, el docente debe incentivar a sus alumnos a que piensen e indaguen sobre un tema que les interese, siempre en el marco de los contenidos propuestos en el currículo. Una vez expresada la idea, se debe analizar si su realización es viable, para que no se presenten inconvenientes en el proceso de investigación. A partir de la idea se formula el problema, que se define como aquellas situaciones sobre las cuales no se posee una respuesta inmediata; entonces se genera un grado de incertidumbre e interés que promueve el desarrollo de la investigación para poder llegar a la solución. Se trata, por lo general, de una situación abierta que admite varias vías de solución. El docente debe acompañar a los alumnos para que puedan formular posibles problemas a partir de la idea seleccionada. También puede proponer ejemplos que guíen el aprendizaje. En la vida cotidiana, los alumnos se enfrentan con distintas situaciones problemáticas y desarrollan diferentes propuestas para resolverlas, pero por lo general es

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Los alumnos tienen que ser capaces de poder desarrollar un análisis crítico de sus propios resultados. Éste debe centrarse en comprobar en qué medida se confirman o rechazan las hipótesis. Se trata de que los alumnos comparen y analicen los resultados obtenidos por los distintos grupos mediante los experimentos realizados en condiciones rigurosas. De esta manera se resalta el hecho de que no bastan los resultados de un único experimento para dar por confirmada una hipótesis. Una vez completados el análisis de resultados y la exposición de las conclusiones, se plantea la posibilidad de nuevas vías de investigación, de nuevos problemas relacionados con el tema aunque no vayan a abordarse inmediatamente. La cuestión principal es evitar que casi todas las prácticas se reduzcan al mero seguimiento La cuestión principal es evitar casialumnos, todas las estructurado de pasos por parteque de los se reduzcan al de mero seguimiento prácticas sin la formulación problemas, sinestructurado plantear pasos porsin parte de los la alumnos, sin ladeformulación dehipótesis, permitir propuesta posibles problemas, plantear hipótesis, permitir la prodediseños, quesinno posibilitan la sin familiarización posibles diseños, queca. no posibilitan la familiapuesta con lademetodología científi rización con la metodología científica.

Descripción de una experiencia A continuación se describirá un trabajo práctico experimental que tendrá lugar en el laboratorio, ámbito en el que el docente lleva a cabo una experiencia de aprendizaje tomando como referencia el modelo de enseñanza por investigación, incluyendo actividades que responden a la estrategia de resolución de problemas. Inicialmente, el docente divide la clase en grupos de cuatro integrantes y comienza el trabajo.

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Los distintos grupos suponen posibles hipótesis para el problema planteado. Por ejemplo: “de la reacción entre un ácido y un hidróxido”. Sobre la base de la hipótesis, los alumnos fijan los objetivos generales y específicos de la experiencia y proponen preguntas de investigación. Objetivo general: Comprobar la reacción que se produce al combinar un ácido con un hidróxido. Objetivos específicos: Producir una reacción química en forma experimental para obtener cloruro de sodio. Reconocer, mediante indicadores, el carácter ácido, básico o neutro de los reactivos y productos que intervienen en la reacción. Preguntas: ¿Qué es un hidróxido y cómo se lo caracteriza? ¿Qué es un ácido y cómo se lo caracteriza? ¿Qué características posee el cloruro de sodio? ¿Qué ecuación representa la formación de una sal? ¿Para qué puede usarse la fenolftaleína?

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Análisis de los resultados y conclusiones finales

Tema: Química inorgánica. Idea de investigación: Obtención de un compuesto a partir de otros. Problema: ¿Cómo se puede obtener en forma experimental cloruro de sodio?

Herramientas metodológicas

En síntesis: el propósito no es que el docente resuelva la investigación, sino que brinde todas Enherramientas síntesis: no es elposibles propósito queque el docente resuelva las para sus alumnos investigación, sinoa que brinde todas las herramientas la puedan llevarla cabo. Los docentes deben dar para que suslaalumnos puedan llevarla a cabo. posibles a los educandos posibilidad de que desarroLos docentes debendiseños dar a los educandos la posibilidad llen sus propios experimentales y de que que desarrollen sus propios diseños deconstaten su viabilidad, con el finexperimentales de contrastar y que constaten viabilidad,comparando con el fin de contrastar una una misma su hipótesis, los resultahipótesis, comparando obtenidos misma dos obtenidos en cada casolosy resultados analizando su coenherencia. cada caso y analizando su coherencia.

Diseño experimental: Se realizan experiencias mediante las cuales se confirma o se rechaza la hipótesis. Además, se intenta responder algunas de las preguntas planteadas. El docente les proporciona a los alumnos el instrumental de laboratorio necesario para que trabajen experimentalmente y obtengan datos para su posterior interpretación.

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Los materiales que se requieren son: un tubo de ensayo; una gradilla; un gotero; un mechero de Bunsen; una tela metálica; una cápsula de Petri; fósforos; una balanza; una probeta; dos matraces de 250 ml; dos vasos de precipitado; dos varillas de vidrio; hidróxido de sodio; ácido clorhídrico concentrado; dos goteros; solución de fenolftaleína; agua destilada; marcador indeleble. A modo de ejemplo, se sugiere el siguiente procedimiento:

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Preparación de los reactivos Mientras un grupo prepara una solución del hidróxido de sodio, otro se ocupa de preparar una dilución del ácido clorhídrico concentrado (recordemos que lo que se quiere preparar es cloruro de sodio). Solución de hidróxido de sodio: 1.º Pesar 5 g de granallas de hidróxido de sodio en la balanza y colocarlas en un vaso de precipitado (utilizar espátula, no tocar con las manos). 2.º Con la probeta, agregar lentamente 100 ml de agua destilada mientras se agita con la varilla. 3.º Una vez disueltas todas las granallas, trasvasar a un matraz y completar con agua hasta 250 ml. 4.º Rotular.

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A partir de las observaciones realizadas y de los datos obtenidos, los alumnos podrán responder los siguientes interrogantes: a) Para ustedes, ¿qué indica la desaparición del color? b) ¿Cuáles son las ecuaciones de disociación del ácido clorhídrico y del hidróxido de sodio? c) ¿Por qué se dice que lo que acaban de realizar es una reacción química de neutralización? d) ¿Por qué fue necesario calentar la solución de la sustancia obtenida? ¿Qué nombre recibe la transformación física efectuada?

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Solución de ácido clorhídrico diluida: 1.º Con la probeta, colocar 150 ml de agua destilada en un vaso de precipitado. 2.º Agregar con mucho cuidado y muy lentamente 22,5 ml de ácido clorhídrico, mientras se mezcla con una varilla. 3.º Esperar que se enfríe y trasvasar a un matraz. 4.º Agregar agua hasta completar 250 ml. 5.º Rotular.

Formación de la sal Una vez preparados los reactivos, ambos grupos se juntan para proceder de la siguiente manera: 1.º Llenar 1/3 del tubo de ensayo con solución de hidróxido de sodio. 2.º Agregar dos gotas de solución de fenolftaleína. Observar y registrar lo que sucede. 3.º Con el gotero, verter, gota por gota, la solución de ácido clorhídrico sobre la solución de hidróxido. Agitar cada vez. Dejar de agregar ácido cuando el color desaparezca. 4.º Colocar en la cápsula de Petri unas gotas de la solución obtenida. 5.º Mantener al fuego unos instantes, hasta obtener un residuo sólido: el cloruro de sodio.

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Enfoques actuales para la enseñanza de las ciencias

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En la actualidad, la sociedad enfrenta cambios vertiginosos; por eso la escuela debe promover el desarrollo de competencias científicas y tecnológicas que les permitan a los futuros ciudadanos pensar los problemas que se le presentan a la sociedad, de manera reflexiva y crítica, para la toma de decisiones responsables con el fin de lograr el bien común. Surge el siguiente interrogante: ¿Cuándo se considera que una persona se encuentra científicamente alfabetizada? Para responder esta pregunta se tomará lo expresado por Gérard Fourez, quien considera que el ciudadano está científicamente alfabetizado cuando: Maneja los conceptos científicos articulados con los valores para una toma de decisiones responsable frente a los problemas que se presentan en su vida cotidiana. Reconoce que la sociedad ejerce un control sobre las ciencias y la tecnología, y viceversa, por ejemplo, a través de las subvenciones que otorgan las organizaciones que forman parte de ella. Puede delimitar cómo intervienen la ciencia y la tecnología en el progreso del bienestar de los ciudadanos. Conoce las hipótesis, las teorías y los problemas principales que se plantea la ciencia y está en condiciones de utilizarlos cuando sea necesario. Puede reconocer cómo la ciencia y la tecnología estimulan el desarrollo intelectual. Reconoce que la producción del saber científico deviene de las investigaciones realizadas por los científicos. Reconoce las diferencias entre el saber cotidiano y el saber científico. Identifica el origen de la ciencia y reconoce que éste es probabilístico y provisorio. Posee un saber y una experiencia que le permiten valorar la importancia de la investigación y del desarrollo tecnológico. Reconoce las fuentes válidas de conocimientos a las cuales puede recurrir para la toma adecuada de decisiones responsables. Reconoce el desarrollo de las ciencias y las tecnologías en el devenir histórico. La alfabetización científico-tecnológica en la escue-

la se produce cuando se articulan tres dimensiones (las actitudes y los valores, las habilidades y los conceptos acerca de la Naturaleza), porque permite a los educandos desarrollar competencias para la indagación, el análisis, la interpretación y la resolución de los problemas que se plantean a partir de la toma de decisiones responsables. La alfabetización científico-tecnológica en la escuela encuentra algunos obstáculos: la falta de actualización de los contenidos, que genera una fisura entre lo que se enseña en la escuela y lo que acontece en la vida cotidiana, y la escasa motivación e interés por aprender ciencias.

Ciencia, tecnología y sociedad (CTS) El enfoque CTS se origina con el fin de crear conciencia respecto de los efectos negativos que surgen a partir de la utilización de la ciencia y la tecnología sin contemplar el impacto que éstas causan en la sociedad. Para ello hacen falta instituciones que formen expertos para el desarrollo de políticas científico-tecnológicas y para su monitoreo y evaluación. Este movimiento supera el enfoque ACT, porque hace especial hincapié en las necesidades sociales. El propósito de este enfoque es conceptualizar más socialmente la enseñanza de las ciencias. La alfabetización científica se ha convertido en una necesidad para que todo ciudadano pueda desarrollarse satisfactoriamente en la sociedad. Se basa en un enfoque interdisciplinario y se caracteriza porque se incorporan a la enseñanza de las ciencias conceptos provenientes de la historia, la sociología y la filosofía de la ciencia. La utilización de este enfoque en la enseñanza de las ciencias posibilita el desarrollo de la sensibilidad social en relación con los cambios científicos y tecnológicos; de esta manera se logra una regulación democrática de estos cambios. Algunos de los obstáculos con los que se encuentra la enseñanza de la ciencia para el desarrollo de este enfoque en el ámbito educativo son: La fragmentación del conocimiento, que deviene principalmente de una formación de grado y permanente que se centra en lo disciplinar y que obstaculiza la identificación de las interrelaciones entre las diferentes disciplinas que conforman el área de Ciencias naturales.

Herramientas metodológicas

Alfabetización científica y tecnológica (ACT)

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Las creencias de los docentes respecto de la concepción de la ciencia y de los científicos; por ejemplo, todavía se sostiene que la ciencia arriba a verdades absolutas y que es neutra. Una escasa formación profesional adecuada para implementar los cambios que exige la enseñanza de las Ciencias naturales con una mirada social. El carácter conservador del sistema educativo y de algunos docentes que resisten las innovaciones.

El enfoque CTS sostiene que para comprender la ciencia se requiere que los conocimientos sean operativos en los contextos sociales, y esto se logra a través del desarrollo de conductas que se sustentan en conocimientos, procedimientos y actitudes coherentes con el enfoque, que resalta la necesidad de enseñar ciencias desde un punto de vista social.

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Los enfoques ACT y CTS están presentes en el libro desde su misma concepción. Algunas secciones, en particular, dan cuenta de ello: En las aperturas de cada capítulo, una mirada lejana, o atrás en el tiempo, y su mirada cercana o actual para una problemática en particular. Una misma cuestión en diferentes contextos para entrar en tema.

Al final de cada sección, “Nuestra gente”, una entrevista en la que un profesional nos cuenta su trabajo y nos permite reconocer y confirmar que la producción del saber científico deviene de las investigaciones realizadas por los científicos.

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Una sección especialmente dedicada a analizar aspectos generales y particulares relacionados con la estructura y las estrategias argumentativas comunes de distintas fuentes de comunicación científica. Incluye interesantes propuestas de actividades que promueven el desarrollo de ideas adecuadas sobre la ciencia y el conocimiento científico.

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Solucionario Capítulo 1 El lenguaje de la química metabolismo de los hidratos de carbono no hubiera sido posible si alguien antes no hubiera descubierto las características del hígado, de la glucosa, de la insulina y de muchísimos procesos involucrados en estos temas. Asimismo, las investigaciones del Dr. Leloir seguramente resultaron el puntapié inicial para muchas otras. c) En general, el propósito de los hombres y mujeres de ciencia es contribuir al bienestar de la humanidad. Sin embargo, ciertos descubrimientos científicos pueden ser utilizados con fines nefastos para el hombre. Un ejemplo es la energía nuclear que, si bien tiene múltiples usos pacíficos, puede emplearse para construir una bomba atómica (de hecho, así se hizo).

Página 15 2. a) Respecto de la preparación de una limonada, podría pensarse qué componentes tiene el limón para ser ácido, por qué el azúcar se disuelve en agua, si será lo mismo revolver con la cuchara que no hacerlo, si tendrá que ver la temperatura del agua en la disolución del azúcar, etcétera. b) Al leer la etiqueta de una prenda puede verse, por ejemplo, la composición química de las fibras con las que está confec-

cionada; las leyendas “no usar lavandina” o “no planchar” dan cuenta de algunas propiedades físicas y químicas del material con que está hecha la prenda. c) Aquí podemos pensar en la composición química del alimento que está comiendo el perro y en las transformaciones físicas y químicas que ocurren con el alimento durante la digestión.

Solucionario

1. a) Esta respuesta promueve el debate y la reflexión. En términos generales, se espera que los alumnos comprendan que el desarrollo de la actividad científica sirve no solo para comprender los fenómenos que ocurren en la Naturaleza sino también para lograr mejores y más estables condiciones de vida para la población. Esto puede consistir en hallar medios para la cura de enfermedades, obtener adelantos tecnológicos que favorezcan los procesos productivos de un país, etcétera. b) Desde ya que sí, el conocimiento científico es acumulable, un nuevo conocimiento se basa en otros anteriores (recordemos que todas las explicaciones científicas son provisorias y perfectibles). Por ejemplo, el estudio específico que realizó el Dr. Leloir sobre el

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Página 19 3. a) Una especie química (sustancia pura o mezcla de sustancias) que impide el desarrollo de gérmenes en un material vivo, por ejemplo, la piel. Se oponen a su sepsis o putrefacción. En general, tienen baja actividad tóxica sobre los tejidos vivos en los que se aplican. b) Antiguamente, el más utilizado era el cloruro de mercurio. En la actualidad se usa el thimerosal (etil mercurio thiosalicilato de sodio), conocido comercialmente como Merthiolate. c) El cloruro de mercurio (II), conocido antiguamente como “sublimato” porque sublimaba a temperaturas bastante bajas, dejó de usarse porque era sumamente tóxico. Sus vapores producían serias afecciones respiratorias, entre otros daños. d) Si bien todas las aleaciones del mercurio con otros metales (oro, plata, platino, uranio, cobre, plomo, sodio y potasio) reci-

ben el nombre de amalgamas, las amalgamas dentales son de plata-estaño-mercurio. e) El óxido de mercurio (II) y el sulfuro de mercurio (II) se emplean en la fabricación de pinturas. f) El mercurio metálico se utiliza para la fabricación de termómetros, barómetros, tubos fluorescentes, lámparas de mercurio, interruptores automáticos para sistemas de refrigeración, entre otros usos. El cloruro de mercurio se usa como conservante de tejidos y catalizador químico. Los óxidos sirven para hacer baterías secas de larga duración. Las sales oxomercúricas, como el sulfonato de mercurio, se emplean como catalizadores en la síntesis de ácido acético, cloruro de vinilo y metilestireno. El nitrato ácido de mercurio, para taxidermia y tratamientos especiales de pieles. El fulminato de mercurio es detonante de cartuchos, fácilmente absorbible y un cáustico irritante.

Páginas 22-23 4. a) El “camino” lógico o deductivo se basa en la utilización del pensamiento para deducir y analizar algo; de esta manera es posible hallar los principios o leyes que rigen el Universo a partir de otros conocidos. El “camino” empírico o inductivo, en cambio, intenta una explicación del fenómeno mediante su exploración directa. Se basa en la observación y la experimentación. Permite descubrir consecuencias desconocidas de una ley o principio conocido. b) Datos son los que se obtienen por observación directa o mediante la experimentación. Pueden ser datos cualitativos

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(cambio de color, burbujeo, aparición de una nueva sustancia) o cuantitativos (variación de la temperatura, cantidad de sólido formado, volumen obtenido de un líquido). Evidencias son los datos procesados mediante la realización de gráficos, tablas, cálculos y todo lo que sirva para organizarlos. c) La observación siempre es voluntaria e intencional; tiene como fin el conocimiento del objeto que se observa. Permite la captación inmediata del objeto, el entorno en que se encuentra y las relaciones que se establecen entre ambos. La observación

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científica tiene la intención de recolectar información en forma sistematizada, válida y confiable. De esta manera, algunos datos pueden convertirse en evidencias. d) Una hipótesis es una explicación provisoria que intenta responder un interrogante o resolver un problema. Una comprobación permite corroborar o no una hipótesis planteada. e) La analogía trata de encontrar similitud entre algo nuevo o desconocido con algo conocido, algo que te resulte familiar. En ese caso, es altamente probable que se pueda inferir alguna característica del objeto desconocido. El modelo crea una abstracción que tiene por objetivo explicar la realidad. Sustituye al objeto de investigación. 5. Estas respuestas son de elaboración personal, pero para orientar a los alumnos podemos tener en cuenta las siguientes premisas: a) Se refiere a que el “motor” que promueve la investigación científica es la curiosidad y no la obtención de resultados o conclusiones (que siempre son provisorias). b) Se refiere al trabajo cooperativo entre científicos y también al hecho de que la labor de uno o varios científicos se basa siempre en la de otros. c) A medida que la ciencia avanza con sus descubrimientos es posible pensar que puede explicar cada vez más fenómenos naturales. d) Cuantas más relaciones puedan establecerse entre las diferentes disciplinas (las ciencias naturales, por ejemplo), más sencillo resultará explicar un fenómeno natural. e) Observar con atención y utilizar deducciones lógicas son clave en el proceder científico. f) No es que a Newton, al ver caer una manzana se le ocurriera el tema de la gravedad: éste estaba rondando en su cabeza y la observación de la manzana fue clave para que encontrara una explicación. g) La ciencia solo aporta explicaciones provisionales y perfectibles. 6. a) A b) C c)

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c) Disciplina surgida en los siglos xvi y xvii, encargada de utilizar productos químicos en las prácticas médicas. g) Científico nacido en 1766 que, a la luz de las leyes ponderales de la materia, enunció la teoría atómica. 7. La presencia de “datos químicos” en los productos de uso cotidiano es mucho más habitual que lo que pensamos. Ese listado permitirá orientar aun más la investigación: • Composición química de los alimentos. • Composición química de los medicamentos. • Composición química de los productos de limpieza. • Composición química de los cosméticos. • Composición química de las fibras textiles de una prenda. • Leyendas especiales de algunos alimentos, por ejemplo: 0% de grasas, homogeneizado, libre de colesterol, sin azúcar. • Recomendaciones de uso de algunos productos de limpieza, por ejemplo, lavandina. • Términos especiales en algunas etiquetas, por ejemplo, biodegradable. 8. Esta pregunta requiere una elaboración personal, pero la idea es que los alumnos comprendan que en una red de conceptos se señalan las cosas más importantes de un tema. Al “poner” estos conceptos en palabras puede agregarse cualquier detalle que resulte complementario. 9. a) Sí, porque la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos de la reacción. b) Si en la reacción se produjera un gas, se perdería. Éste no es el caso pero, por ejemplo, podría haberse evaporado parte del agua que sirve como medio a la reacción. Entonces, la masa de los reactivos no sería igual que la de los productos y podríamos pensar que no se cumple la ley de conservación de la masa, cosa que no es así.

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Capítulo 2 Química experimental Página 25 1. a) Ambos dispositivos (el alambique y el destilador) sirven para destilar o separar un líquido de una mezcla mediante la vaporización y posterior condensación de ese líquido. El destilador de vidrio y el de acero inoxidable tienen diferencias en lo que respecta al diseño, pero no en cuanto al fundamento de funcionamiento. Entre las diferencias podemos mencionar el material con que están hechos, la forma en que se produce el calentamiento y el suministro de agua. b) En el destilador de vidrio, el recipiente donde se coloca la mezcla es un balón de vidrio, mientras que en el destilador de

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hongo, se trata de un recipiente de acero inoxidable en el que entra permanentemente agua. c) El alambique se calentaba, por lo general, con leña; el destilador, con un mechero de Bunsen; y el destilador eléctrico, con una resistencia eléctrica. d) La respuesta de esta última pregunta es personal. El principal detalle que hay que cuidar respecto del uso de un destilador es evitar que el recipiente donde se coloca la muestra se seque. 2. Esta pregunta requiere una indagación personal y tiende a evaluar ideas previas.

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Página 26 ¿Hay un extinguidor…? Esta pregunta tiene como finalidad familiarizar a los alumnos con los dispositivos de seguridad del establecimiento escolar.

Página 27 3. Esta actividad pondrá de manifiesto las posibles falencias del laboratorio escolar. Será entonces el docente el que evaluará

previamente la conveniencia de realizarla o no (aunque es muy recomendable que sea así).

Página 30 ¿Preparaste alguna vez…? Esta actividad tiene como objetivo familiarizar al alumno con los procedimientos meticulosos que, en general, se siguen cuando se realiza un experimento. Al describir el “paso a paso”, y al intentar leerlo y reproducirlo, se hace evidente si la secuencia propuesta fue correcta o no.

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Página 35 Antes de seguir leyendo… El ámbito de la cocina es quizá, dentro del entorno cotidiano de los alumnos, el que más se parece a un laboratorio, por lo menos en cuanto a seguridad. La idea es, entonces, indagar estos saberes previos. 4. A la hora de cursar esta materia y transitar los laboratorios de química los alumnos adolescentes están en plena rebeldía y se

“ponen en contra”, muchas veces sin razón. Por eso esta actividad tiene por objetivo que ellos mismos se den cuenta de las situaciones peligrosas que pueden ocurrir en el laboratorio y la forma de prevenirlas. 5. Esta pregunta metacognitiva tiene el mismo sentido que la anterior: concientizar desde la reflexión y no desde la imposición.

Solucionario

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¿Usaste alguna vez una balanza…? Esta pregunta indaga conocimientos previos y vivencias cotidianas y apela al sentido común: la elección de recipientes adecuados para realizar una pesada dependerá de la naturaleza de los materiales que se van a pesar. En este caso (líquidos o sólidos pulverizados), hay que usar recipientes de vidrio o de plástico.

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Páginas 36-37 6. a) Un tubo de ensayo. b) Un cristalizador. c) Una pipeta de 10 ml. d) Un erlenmeyer. e) Una bureta. 7. a) Colocar con una pipeta 1 ml de agua en el tubo de ensayo. Sosteniendo el tubo con una pinza de madera y apuntando su boca hacia el lado contrario de la cara, calentar sobre un mechero de Bunsen directamente (sin trípode ni tela metálica). b) Verter la mezcla en un cristalizador y colocarlo sobre una tela metálica apoyada en un trípode. Calentar suavemente con el mechero de Bunsen hasta que se evapore todo el líquido y queden los cristales. Evitar el sobrecalentamiento. c) Trasvasar un poquito de alcohol del envase original a un vasito de precipitado (para evitar la contaminación de la droga). Pipetear desde allí con una propipeta, como se indica en la página 35 del libro del alumno. Verter el contenido de la pipeta en el erlenmeyer, dejando escurrir por las paredes para evitar salpicaduras. d) Depende del líquido y del sólido en cuestión. En general, se recomienda colocar el sólido en el erlenmeyer y agregar con la probeta el líquido a medida que se agita. No acercar la cara a la boca del erlenmeyer. e) Para cargar la bureta, primero es necesario sostenerla firmemente en el soporte correspondiente. Luego se cargará por la parte superior con la ayuda de un embudo, teniendo la precaución de controlar que el robinete se encuentre cerrado. Finalmente, se descargará por el vástago hasta el enrase superior, descartando el líquido excedente. Una vez realizada esta operación, se podrá comenzar la descarga

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gota a gota sobre una muestra. Colocar una mano “abrazando” el robinete y con la otra, agitar el recipiente que recibe el líquido. 8. a) Lo más probable es que no sean exactamente iguales. b) Como las mediciones se realizan con pulgares y pies de adolescentes, es probable que se encuentren algunas diferencias respecto de las mediciones en adultos. Además, pueden establecerse diferencias entre varones y mujeres. 9. a) Una báscula o balanza para camiones. b) Una balanza de cocina o una jarra graduada en ese ingrediente. c) Una jarra graduada para líquidos. d) Un timer o cronómetro. e) Un termómetro corporal. f) Un metro de madera, una cinta métrica o un centímetro de costurera. g) Los mismos instrumentos que en f), porque luego de tomar las dimensiones de la habitación se calcula el volumen (habría que descontarle el que ocupan los muebles, si los hay). h) Un cronómetro. 10. a) Un material no inflamable y resistente a la corrosión, por ejemplo, cerámica o baldosas de granito. b) Para que no queden acumuladas sustancias tóxicas en el desagote. c) Sobre una mesada firme y bien nivelada, en un lugar reparado de las corrientes de aire y del paso de la gente. d) Lo ideal es hacerlos reaccionar con alguna sustancia y obtener productos de la reacción poco corrosivos o tóxicos. Por ejemplo, si tenemos que descartar un ácido, podemos combinarlo con una base o álcali. De esta manera se obtiene una sal que no es tóxica ni corrosiva.

2/8/07 1:28:55 PM

e) Un extinguidor de incendios, un botiquín, una campana para trabajar con gases tóxicos, la señalización adecuada, buena iluminación y ventilación y algunos elementos de seguridad personal, como anteojos protectores. f) Ambos sirven para mantener las drogas y el instrumental de laboratorio ordenado y fuera de las mesadas (donde debe estar estrictamente lo que se va a usar). g) Droguero. Para su organización, conviene guardar las drogas en los estantes ordenadas alfabéticamente, salvo los ácidos, que se ubican en el estante inferior. h) Lo conveniente es hacer una ficha por droga en la que se anoten su nombre, sus características y la cantidad estimada de cada una de ellas. Luego estas fichas se guardan por orden alfabético. 11.

La medición con el cual se realiza una

es un

con el que se determina

Proceso

Comparación

El valor de una magnitud

22

de la

Magnitud desconocida y la conocida o unidad de medida

12. a) Por diferencia entre la “canastita” vacía y la que tiene azúcar. b) Para evitar el error en la pesada, porque una vez que se pone azúcar pueden quedar restos en la “canastita” y el peso registrado no sería el del recipiente vacío. c) Un recipiente de vidrio. 13. a) Esta respuesta es variable, pero la idea es que se den cuenta de que los materiales oleosos y aquellos sólidos que permanecen mucho tiempo “pegados” en los tubos son los más difíciles de limpiar. b) La mezcla sulfocrómica es una solución que se obtiene disolviendo 3 g de dicromato de potasio en 100 ml de ácido sulfúrico concentrado. Para decidir si se usa esta mezcla en la limpieza de un material (luego de haberlo hecho de la manera relatada en la experiencia) puede realizarse la siguiente prueba: secar el recipiente por fuera y llenarlo con agua hasta los bordes; luego, dejarlo escurrir lentamente. Si el agua escurre en forma continua por su superficie interior, sin dejar gotas aisladas, el lavado ha sido correcto.

como

La masa

El volumen

que se miden con

La balanza

Instrumental volumétrico

Capítulo 3 ¿Qué es la materia? Página 43 d) En realidad eran matemáticos. Y fue precisamente la cuantificación de la materia lo que abrió el camino de la química moderna. e) Este enunciado (conocido como ley de conservación de la masa) fue hecho por Lavoisier a fines del siglo xviii. Sirvió para terminar con muchas ideas erróneas, como la teoría del flogisto, en las cuales se afirmaba que la materia “desaparecía”. Permitió establecer que la materia en la naturaleza siempre cumple un ciclo, ya esté formando parte de objetos inanimados o de seres vivos. f) Con esta pregunta se espera mínimamente que los alumnos contesten que la materia está formada por átomos.

Página 44 ¿Estás de acuerdo con…? La idea de esta pregunta es que los alumnos comiencen a comprender que todo el Universo, incluso nosotros mismos, es materia y energía.

Página 45 2. a) Color, textura, punto de fusión (en realidad, la madera antes de fundirse se quema), densidad, flotabilidad, reacción con el oxígeno y con los ácidos.

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1. a) Una de las primeras ideas fue la de Tales de Mileto, quien sostenía que toda la materia era fundamentalmente agua. Luego, Empédocles propuso que la materia estaba formada no solo por agua sino también por aire, fuego y tierra. b) Porque sostenía que toda la materia estaba formada por agua, tierra, fuego y aire, y que sus propiedades se relacionaban estrechamente con las proporciones de estos elementos. c) Significa que es discontinua. Así, un papel puede dividirse en infinitos pedazos, un gas se expande en el espacio de que dispone, un líquido fluye. Si la materia fuera continua, sería muy difícil explicar estos fenómenos.

b) Color, densidad, punto de ebullición, viscosidad, reacción con sustancias ácidas. c) Estado de agregación, punto de fusión, reacción con oxígeno. d) Índice de refracción, punto de fusión, densidad.

Página 49 Para vos, ¿Leucipo y…? Sí, tenían razón, la materia es discontinua y está formada por átomos. Sus predicciones coincidieron con la definición actual de materia. El error fue haber pensado que los átomos eran indivisibles e indestructibles, hecho que no es así (el átomo está formado por partículas subatómicas).

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2/8/07 1:28:57 PM

Página 53 3. a) En 9 g hay 3,01 . 1023 moléculas. En 36 g, 12,04 . 1023 moléculas.

b) Un mol de agua.

c) 64 g. Hay 12,04 . 1023 moléculas.

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Páginas 54-57

Amoníaco →

(19-48) Poli-Química (guía).indd 23

Nitrógeno

+

Hidrógeno

17 g

14 g

3g

34 g

28 g

6g

51 g

42 g

9g

b) Masa de nitrógeno / Masa de hidrógeno = 14 g / 3 g = 28 g / 6 g = 42 g / 9 g. 14. a) El valor de x, que es 1 g, puede ser determinado empleando la ley de conservación de la masa. b)

15. 16.

17. 18. 19. 20.

21.

→

+

Carbono

Hidrógeno

4g

3g

1g

8g

6g

2g

12 g

9g

3g

16 g

12 g

4g

20 g

15 g

5g

100 g

75 g

25 g

c) En 100 g de metano hay 75 g de carbono y 25 g de hidrógeno. Por lo tanto, en el metano hay 75% de carbono y 25% de hidrógeno. Se forman 40 g de hidrógeno. A la ley de las proporciones múltiples. En el primer caso, se trata del dióxido de azufre (SO2) y en el segundo, del trióxido de azufre (SO3). Se requieren 279 g de carbono. Se pueden formar 98 g de monóxido de carbono. a) 1,56 mol de HNO3. c) 0,036 mol de Pb(NO3)2. b) 0,06 mol de FeSO4. d) 0,047 mol de CaBr2. a) 0,005 mol de MnO2 = 0,435 g. b) 1,12 mol de CaH2 = 47,04 g. c) 0,25 mol de C2H12O6 = 33 g. d) 4,61 mol de AlCl3 = 612,7 g. a) Verdadera. e) Falsa. b) Falsa. f) Verdadera. c) Verdadera. g) Falsa. d) Falsa.

23

Metano

Solucionario

4. El último gráfico, abajo a la derecha. La densidad no varía con la masa. 5. a) No, a temperatura ambiente el cloro es gaseoso. Lo que venden es una solución de hipoclorito de sodio, o hipoclorito sólido. b) Yodo: sólido; benceno: sólido; bromo: sólido; amoníaco: líquido. c) No, porque a 4.000 ºC el tungsteno estaría fundido. d) Podemos afirmar que las llamas superaron los 1.064 ºC pero no alcanzaron los 2.054 ºC. e) 38 ºC bajo cero, porque a 39 ºC solidifica. f) Aluminio: sólido; agua: líquido; bromo: líquido; mercurio: líquido; etanol: líquido; nitrógeno: gaseoso. e) Sustancia simple. 6. a) Mezcla. b) Sustancia compuesta. f) Sustancia compuesta. g) Mezcla. c) Sustancia simple. d) Mezcla. h) Sustancia simple. 7. Es a la inversa, A es una sustancia y B, una mezcla (porque cada meseta indica el cambio de estado para cada sustancia). 8. a) Seis: cloruro de amonio, amoníaco, cloruro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno y cloro. b) Simples: nitrógeno, hidrógeno y cloro; compuestas: cloruro de amonio, amoníaco y cloruro de hidrógeno. 9. 1) Sustancia compuesta. 2) Sustancia simple. 3) Sustancia simple. 4) Sustancia compuesta. 5) Mezcla de dos sustancias simples. 6) Mezcla de dos sustancias simples y de una compuesta. 7) Mezcla de dos sustancias simples formadas por el mismo elemento (dos alótropos). 8) Mezcla de dos sustancias compuestas. 10. a) En el primer caso se produce una transformación física, es decir, el hidrógeno se mezcla con los otros componentes del aire. En el segundo, en cambio, hay una combinación del hidrógeno y el oxígeno del aire. Se produjo una transformación química. b) En a, los componentes de la mezcla conservan sus propiedades. En b, los componentes pierden sus propiedades anteriores como consecuencia de una transformación química. 11. a) F; b) F; c) F; d) Q; e) Q; f) Q; g) F; h) F; i) Q; j) Q; k) Q. 12. a) El sistema es cerrado, porque no permite el intercambio de materia entre el medio interno y el exterior. b) Puede preverse que la masa final es igual a la inicial. c) En la ley de la conservación de la masa, enunciada por Lavoisier. Dice que en un sistema cerrado, la masa final después de ocurrir una reacción química es igual a la masa inicial; la cantidad total de materia se conserva. 13. a)

22. puede sufrir cambios

Químicos

Físicos

se clasifica en

Sustancias que pueden ser

Simples

tiene propiedades

La materia

Compuestas

Extensivas

Intensivas

Mezclas que pueden ser

Homogéneas

Heterogéneas

23. a) Un valor de densidad intermedio. b) Porque la densidad del líquido aumenta, y su empuje también. c) Sí, es directamente proporcional.

2/8/07 1:29:00 PM

Capítulo 4 Los modelos atómicos y la radiactividad Página 59 1. a) No. b) Los alquimistas abandonaron las especulaciones y entraron a sus laboratorios para experimentar. Obtuvieron respuestas a preguntas que no se habían planteado, llegaron a descubrir procesos y sustancias mucho más importantes que el oro para la humanidad. Finalmente, la alquimia derivó en la química.

c) Sí, mediante procesos de radiactividad inducida o artificial lograron transmutar un elemento en otro. d) Descubrieron el polonio. e) En la industria en general como trazadores, para prolongar la vida de un alimento, en las radiografías industriales; en medicina como fuente de energía, para las radiografías, para los tratamientos oncológicos.

Página 61 ¿Cómo se llama la especialidad…? Radiología.

Página 62 24

¿Te animás a calcular…? 9,11 . 10-28 g.

Página 64 ¿Cuál es el número atómico…? Protio: Z = 1; A = 1. Deuterio: Z = 1; A = 2. Tritio: Z = 1; A = 3. 2.

14 7

Pág 25 14 7

X

12 6

X

16 7

X

16 8

X

X y 167 X son isótopos del mismo elemento, nitrógeno.

Pág 27

Página 65

3. ArCl = (34,9688 . 75,77 + 36,9659 . 24,23) / 100 = 35,453.

Página 66 4. Radiación

Masa

Penetración

Carga

α

4 uma

Baja

2+

β

0

Más penetrante

1-

γ

0

Máxima

0

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Hay que agregarle las referencias, en el modelo no se ven

Página 68 Nombrá Pág.los 35ejemplos de transformación… Cuando se habla del matrimonio Joliot-Curie se menciona que bombardeaban átomos de aluminio con partículas α y obtenían fósforo 30. También cuando se habla de la radiactividad se menciona la desintegración natural y, al 7. mencionar b) d) e) f) g) h) el uso de los radioisótopos, hace referencia a la transmutación nuclear. CH3

Página 71 C H

2 5

Br

CH3

5. Hay ocho combinaciones posibles. Si n = 2, l puede valer 0 o 1 3 (dos valores). Si l = 0, m = 0 con dos valores posiblesCH para el spin. Si l = 1, m puede ser -1, 0, +1 (seis valores si se considera el valor 13. c) del spin).

6.

Para el silicio: [Ne] 3s23p2; para el azufre: [Ne] 3s23p4.

La fórmula del modelo para mí está OK

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2/8/07 1:29:02 PM

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18.

19. 20. 21.

22.

pared de concreto o de plomo cuyo espesor dependerá de la energía de la fuente. Para calcular esto, se considera la actividad residual que corresponde a la situación: pasaron dos vidas medias, por lo que su edad es de 11.460 años. La muestra tiene 11.460 años, ya que la actividad del carbono 14 se redujo a un 25%, o sea que transcurrieron dos vidas medias. 26 segundos. a) Los neutrones. b) x = 3. c) Sí, porque se producen más neutrones que los empleados en la reacción. d) Sí, en el Sol. e) No, porque se requiere muchísima energía para iniciarla. a) Es limpia y eficiente. b) En lugares aislados y cercanos a cursos de agua. c) Las materias primas son caras y existe riesgo de accidentes. d) Principales accidentes ocurridos en centrales nucleares por orden cronológico (fuente: es.wikipedia.org): • Canadá, 12 de diciembre de 1952. El primer accidente nuclear serio ocurre en el reactor nuclear NRX de Chalk River. • Canadá, 24 de mayo de 1958. Accidente en el reactor NRU, de nuevo en Chalk River. • Estados Unidos, 24 de julio de 1964. Accidente en las instalaciones de Wood River Junction, Charlestown, Rhode Island. • Estados Unidos, 5 de octubre de 1966. Accidente en el reactor de la Central Nuclear Enrico Fermi. • Gran Bretaña, mayo de 1967. Accidente en la central nuclear de Chapelcross, Dumfries and Galloway, Escocia. • Checoslovaquia, 22 de febrero de 1977. Accidente en la central nuclear de Jaslovske Bohunice. • Japón, 1981. Obreros accidentados por recibir una dosis alta de radiación durante las reparaciones de la central nuclear de Tsurunga. • Estados Unidos, 25 de enero de 1982. Accidente en la central nuclear de Rochester, Nueva York. • Argentina, 23 de septiembre de 1983. Muere un operario al recibir una fuerte radiación en un reactor experimental. • Unión Soviética, 26 de abril de 1986. Ocurre el peor accidente nuclear de la historia en la central de Chernobyl, cerca de Kiev, Ucrania. • Alemania, 4 de mayo de 1986. Accidente en un reactor THTR-300 de gas a alta temperatura, localizado en Hamm-Uentrop. • RDA, 1989. Accidente en la central de Greifswald. • España, 19 de octubre de 1989. Accidente en la central nuclear de Vandellós, cerca de Tarragona. • Japón, 30 de septiembre de 1999. Accidente en la central de reprocesado de uranio en Tokai-mura, prefectura de Ibaraki, al noreste de Tokio. • Estados Unidos, 15 de febrero de 2000. Accidente en la central nuclear de Indian Point, en Buchanan, Nueva York. • Japón, 9 de febrero de 2002. Incendio en la central nuclear de Onagawa, prefectura de Miyagi. • Gran Bretaña, septiembre de 2005. Cierre de la central de Dounreay después de un vertido de residuos radiactivos.

Solucionario

7. a) F. Demócrito afirmó lo contrario. b) V. c) F. Los rayos catódicos están formados por electrones. d) F. El tema de las cargas era verdadero y sus estudios fueron valiosos. e) V. f) F. Los isótopos tienen propiedades muy similares. g) V. h) F. Pueden producir peligrosísimas explosiones, además de la contaminación por radiación que se origina no solo cuando ocurren explosiones sino por exposición indebida. i) F. Se llenan por orden de energía creciente. 8. a) R; b) T; c) R; d) B; e) R; f) T; g) B. 9. Los electrones dentro de los átomos son capaces de pasar de un nivel estable a otro de mayor energía cuando se les entrega esta energía en forma de calor, bombardeo de electrones, reacciones químicas que generan calor, etc. Luego, cuando vuelve a su nivel original, libera energía en forma de radiación electromagnética de color característico que depende de los átomos involucrados. 10. a) Se utilizan radiaciones gamma para realizar exámenes internos de piezas industriales no destructivos. Permiten detectar fallas de fabricación, grietas, etcétera. b) Fuente de energía. c) Se obtiene energía a partir de procesos de fisión nuclear usando como combustible isótopos radiactivos. d) Se mide la desintegración del carbono 14 remanente, ya que los organismos vivos incorporan carbono durante toda su vida. 11. a) No. b) Sí. c) AA = 21; AB = 20. d) ZC = 11; ZD = 10. 12. a) 47. b) 47. c) 47. d) Plata. 13. Hidrógeno = 1,008 uma; boro =10,81 uma; sodio = 22,9898 uma; estroncio = 87,62 uma. Pu → 235 U + 24He 14. a) 239 94 92 14 14 b) 6C → 7U + -10e 15. a) 238 U → 234 Th + 24He 92 90 234 234 b) 91Pa → 92U + -10e 16. Si se emiten ambas deben contar por lo menos con una protección de aluminio que detendrá ambas radiaciones. 17. a) Desde el punto de vista biológico, los rayos X pueden producir efectos inmediatos sobre las personas como consecuencia de la muerte celular provocada por alteraciones en el ADN o bien que dichas alteraciones se transmitan a las generaciones futuras. Las radiaciones ionizantes pueden lesionar el organismo en su conjunto, y el daño depende de las dosis y de la parte del organismo irradiada, ya que cada tipo de tejido tendrá una respuesta diferente. Si una mujer embarazada se expone a radiaciones ionizantes, el feto correrá riesgos que van desde anomalías congénitas hasta la muerte. b) La piel es la primera barrera que pone el organismo a las radiaciones ionizantes. Las personas que deben exponerse en forma continuada a dichas radiaciones deberán protegerse con una

25

Páginas 72-75

2/8/07 1:29:03 PM

Pág 25

23. Respuesta abierta. 27. a) Las diferencias son la cantidad de neutrones y su estabilidad. La 24. a) Los rayos gamma son más penetrantes que los X, por lo que semejanza es que los tres poseen la misma cantidad de protones. pueden usarse para irradiar objetos más grandes o densos. b) Porque en un átomo neutro el número de protones y electrones debe coincidir. b) Respuesta abierta. Se recomienda leer con los alumnos la entrevista de la sección que habla sobre este tema. c) Partícula alfa. c) Respuesta abierta. Vale la misma recomendación que para el 28. a) Número de desintegraciones en función de tiempo (o de veces que ocurren las desintegraciones). ítem b. 25. La idea es que el gráfico obtenido por los alumnos sea similar Pág 27ab)uno Modelo mecánico cuántico del átomo de desintegración “de verdad” similar a éste: está formado por

Núcleo

Desintegraciones (N)

Nube electrónica

con

contiene

Neutrones Protones Electrones

Hay que agregarle las referencias, en el modelo no se ven

N0

se disponen según una

Configuración electrónica determinada por

26

Números cuánticos

N0 2

que son el

Principal

Magnético

Secundario

Spin

representan el o la

Nivel de energía

Subnivel de energía

t1/2

Orientación espacial de los orbitales

Sentido del giro del electrón

Tiempo (t)

c) Sí, es más representantivo porque, estadísticamente, cuantas más muestras se tengan, menos error se comete en las determinaciones.

Pág. 35

26. El número cuántico secundario indica

El subnivel

describe la forma de los

d)

Orbitales

dentro del

Nivel de energía

7. b)

e)

f)

g)

h)

CH3

que son

Zonas difusas

C2H5

CH3

Br

con

CH3

donde hay

Electrones

terminada por

13. c)

Las letras s, p, d y f

La fórmula del modelo para mí está OK

Capítulo 5 Los elementos químicos y la tabla periódica

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Formas definidas

Página 77 1. a) Elemento: el componente de toda sustancia simple, sus variedades alotrópicas y las sustancias compuestas en las que interviene. La IUPAC define elemento como integrado por átomos de igual número atómico.

b) Aleaciones. c) Al número atómico. d) La estabilidad. e) Una diferencia es que el ununquadium es sintético y el cobre es un elemento que se encuentra en la naturaleza.

Página 80 Si por cada tipo de óxido… Ocho.

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2/8/07 1:29:06 PM

Página 81 2. La idea de que en la tabla todavía había que ubicar elementos desconocidos hasta ese momento. Mendeleiev predijo, acerca de ellos, sus propiedades y su ubicación en la tabla.

Página 83 Mendeleiev predecía en sus… Sin conocer la estructura del átomo, Mendeleiev estaba diciendo que ésta es la que determina las propiedades de los elementos químicos. Hoy ya sabemos que el ordenamiento periódico de los elementos en la tabla se debe a la configuración electrónica de sus átomos y que los responsables de prácticamente todo el comportamiento de éstos son los electrones periféricos.

Página 84 ¿Cuál es el elemento representativo…? El helio, que presenta dos electrones en su último nivel pero está ubicado en el grupo 18 de los gases nobles y no en el 2.

Página 87 ¿Cómo será la afinidad electrónica...? Alta.

Averiguá qué materiales se utilizan…? Por ejemplo, silicio o germanio, dos metaloides que tienen propiedades semiconductoras.

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Páginas 92-95 3. a) Döbereiner. b) Newlands. c) Moseley. d) Mendeleiev. 4. a) Cuatro. Argón, helio y neón. Bromo, cloro y flúor. Litio, potasio y sodio. Bario, calcio y magnesio. b) De acuerdo con su reactividad química, los elementos dan el mismo tipo de compuestos cuando se combinan con el hidrógeno, el cloro o el oxígeno o, directamente, no se combinan con ninguno de ellos (gases nobles). c) Dan óxidos del tipo R2O e hidruros del tipo RH, donde R es cualquiera de los metales alcalinos. d) Dan óxidos del tipo RO o hidruros del tipo RH2, donde R es cualquiera de los metales alcalino térreos. e) Mendeleiev, cuando encontró que se formaban ocho grupos diferentes de óxidos y, a partir de esto, dedujo que debía haber ocho grupos o familias diferentes de elementos. f) Grupo 18: argón, helio y neón. Grupo 17: bromo, cloro y flúor. Grupo 1: litio, potasio y sodio. Grupo 2: bario, calcio y magnesio. 5. a) Si el primero tiene cuatro niveles de energía, pertenece al período 4, y por tener dos electrones en el último nivel, corresponde al grupo 2 o IIA. El segundo elemento pertenece al período 3 porque tiene tres niveles de energía, y al grupo 15 o VA porque tiene cinco electrones en el último nivel. b) El primero es el calcio y el segundo, el fósforo. c) El calcio pertenece a la familia de los metales alcalino térreos y el fósforo, a la familia del nitrógeno. 6. a) Flúor, oxígeno, cloro, selenio, antimonio, hierro, galio, magnesio y potasio. b) Potasio, magnesio, hierro, galio, antimonio, selenio, oxígeno, cloro y flúor. c) Flúor, oxígeno, cloro, selenio, antimonio, galio, hierro, magnesio y potasio.

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7.

8.

9.

10.

d) Potasio, magnesio, hierro, galio, antimonio, selenio, cloro, oxígeno y flúor. e) Flúor, oxígeno, cloro, selenio, antimonio, galio, hierro, magnesio y potasio. Para los elementos que se encuentran en un mismo grupo el radio atómico aumenta a medida que aumenta el número del período. Esto se debe a que aumenta el número de niveles de energía ocupados y, como la atracción del núcleo sobre los electrones más alejados se debilita, la energía de ionización es menor. En un período, a medida que el Z crece, disminuye el radio atómico y aumenta la atracción nuclear sobre los electrones. a) Correcta. b) Correcta. c) Incorrecta. En un grupo, el radio atómico aumenta de arriba hacia abajo porque aumenta el número de niveles de energía ocupados por electrones. d) Correcta. e) Incorrecta. El sodio pertenece al período 3, mientras que el cobre, el cinc y el selenio pertenecen al período 4. f) Incorrecta. Los no metales tienen muy poca tendencia a perder electrones. g) Correcta. h) Incorrecta. Los no metales tienen alta afinidad electrónica y alta energía de ionización. i) Incorrecta. Los no metales tienen mayor electronegatividad que los metales. j) Correcta. El calor que se libera al encender una lámpara no alcanza para fundir este metal, precisamente porque el tungsteno es el elemento de la tabla que mayor punto de fusión posee. a) Representativos: hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, sodio, azufre, cloro, argón, potasio, calcio, bromo, bario. Transición: hierro, oro. Transición interna: uranio.

Solucionario

27

Página 91

2/8/07 1:29:08 PM

b) Grupo 1: sodio y potasio. Grupo 2: calcio y bario. Grupo 16: oxígeno y azufre. Grupo 17: flúor, cloro y bromo. Grupo 18: helio y argón. c) Período 2: carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor. Período 3: sodio, azufre, cloro y argón. Período 4: potasio, calcio, hierro y bromo. Período 6: bario y oro. d) Gases nobles: helio y argón. Halógenos: flúor, cloro y bromo. Metales alcalinos: sodio y potasio. e) Sólidos: sodio, potasio, calcio, bario, hierro, oro, carbono, azufre y uranio. Líquidos: bromo. Gases: hidrógeno, helio, argón, flúor, cloro, nitrógeno y oxígeno. f) Sodio, potasio, calcio, bario, hierro, oro y uranio. g) Todos los metales. h) El uranio, ya que los elementos están organizados en la tabla periódica según un orden creciente de sus números atómicos.

Elemento

eV

3

Li

5,4

4

Be

9,3

5

B

8,3

6

C

11,3

7

N

14,5

8

O

13,6

9

F

17,4

10

Ne

21,6

13.

11.

28

12.

Cloro

Bromo

Yodo

Masa atómica

35,5

80

127

Estado físico

Gas

Líquido

Sólido

Punto de fusión

-100 °C

-7 °C

113 °C

Punto de ebullición

-35 °C

59 °C

184 °C

Alta

Media

Baja

Reactividad

Tabla periódica actual organizada según el

sus antecedentes fueron

Orden creciente de números atómicos

Döbereiner Newlands Mendeleiev

formada por

Grupos y períodos que dependen de la

Configuración electrónica de los átomos 14. a) Potasio, sodio y litio. b) Potasio. c) En el que contiene solución de hidróxido de potasio. 15. a) Forman precipitados: cloruro de plata, blanco, bromuro de plata, crema, y yoduro de plata, amarillo pálido. b) Si consideramos la reactividad relacionada con la formación de precipitados, el que se forma con menor concentración de ion plata (el menos soluble) es el yoduro de plata.

Uniones químicas Página 97 1. a) La adhesión del pegamento es la fuerza de unión del adhesivo al sustrato. Se produce por la atracción de las moléculas de la superficie del sustrato y las del pegamento. La cohesión es la fuerza interna del adhesivo y se relaciona con las uniones moleculares e intermoleculares entre las moléculas del adhesivo. b) Porque los especialistas en nanotecnología están intentando desarrollar pegamentos basados en la capacidad adhesiva de las patas del gecko.

c) Directamente, intervienen los electrones. Indirectamente, los protones (porque atraen con más o menos fuerza a los electrones y eso define el tipo de unión). d) Hay enlaces internos (iónicos, covalentes, metálicos) dentro de las especies químicas. También entre las moléculas hay fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas. e) Las fuerzas de atracción entre moléculas, como las fuerzas de Van der Waals, son de menor intensidad que las que existen entre los átomos.

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Capítulo 6

Página 100 ¿Qué elementos tienen mayor…? Los metales.

Página 101 De acuerdo con esta definición, ¿cuál…? 2, 5 y 7, respectivamente.

(19-48) Poli-Química (guía).indd 28

2/8/07 1:29:09 PM

Página 102 ¿Cuántos electrones le faltan…? Hidrógeno y bromo: 1; azufre: 2; fósforo: 3; carbono: 4.

Página 103 2. a) Enlace covalente polar. b) Enlace covalente apolar.

Página 104 ¿Cómo explicarías, mediante el modelo…? Al calentar una zona del metal aumentan la energía, la vibración de los cationes y la velocidad de los electrones que, al moverse por toda la red, distribuyen uniformemente el calor por conducción.

Página 109 3. Dipolo transitorio mayor que dipolo-dipolo, mayor que puentes de hidrógeno, mayor que ion-dipolo.

4. Debido a los puentes de hidrógeno que se forman entre moléculas de HF. La mayor energía necesaria para romperlos hace que el punto de ebullición sea más alto.

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Propiedad

Cu

CuSO4

Dureza

Muy alta

Alta

Solubilidad en agua

Alta

Insoluble

Punto de fusión

Muy alto

Alto

Conductividad eléctrica

Nula en estado sólido

Muy buena

Propiedades mecánicas

Muy frágil

Dúctil y maleable

9.

(19-48) Poli-Química (guía).indd 29

Moléculas

Geometría electrónica

Geometría molecular

Enlace covalente

NH3

Tetraédrica

Piramidal

Polar

CH4

Tetraédrica

Tetraédrica

Apolar

HCl

-

-

-

N2

-

-

Apolar

H2O

Tetraédrica

Angular

Polar

10. Cl2 < HI < H2O < NaCl. 11. a)

Solucionario

5. I. c) Conducir la corriente eléctrica en solución acuosa o en estado fundido. II. d) Iónica, covalente polar. III. d) KOH. IV. c) Iónico. V. b) Molecular, molecular, iónico, iónico. VI. b) Hierro, cloruro de sodio y dióxido de carbono. VII. a) CsF. 6. a) A es un metal; B es un compuesto con enlace iónico y C es un compuesto con enlace covalente polar. b) Cuando el compuesto iónico se funde o se disuelve en un solvente polar las fuerzas que mantienen unidos a los iones se debilitan, éstos se mueven libremente, y permite que la corriente circule. 7. a) Covalente simple polar. b) El modelo a. c) Ion-dipolo. 8.

29

Páginas 110-113

Disociación Solvatación

b) Disociación: la interacción entre el extremo negativo (o positivo) de la molécula de agua y los iones de signo opuesto que forman la sal producen la separación de éstos del cristal. Solvatación: los iones, una vez disociados, tienden a rodearse de moléculas de agua, proceso que en particular se denomina hidratación. c) La ausencia de zonas con diferente densidad electrónica no favorece la disociación de la sal. 12. a) Tetraédrica. b) Angular plana. c) Angular plana. d) Triangular plana. 13. a) Las no conductoras son el metanol, el cloro, el hidrógeno, el metano y el naftaleno. Las restantes son conductoras. b) Son conductoras tanto en estado sólido como en estado líquido (fundidas): titanio, cobre, hierro, sodio y plata. Son conductoras en solución acuosa: cloruro de sodio, ioduro de potasio, óxido de magnesio, cloruro de potasio, amoníaco y cloruro de hidrógeno, pero sólo conducen en estas condiciones las dos últimas sustancias. c) Los metales tienen puntos de fusión y ebullición altos o muy altos. Los compuestos con enlace iónico presentan puntos de fusión y ebullición muy altos. Las sustancias con enlace covalente presentan puntos de fusión y de ebullición bajos o muy bajos. Esto puede explicarse en función de la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas las partículas.

2/8/07 1:29:11 PM

tálicos o enlaces iónicos; y las que lo hacen en solución acuosa presentan enlaces iónicos o covalentes polares (estas últimas sólo conducen la electricidad disueltas en agua). Las sustancias no conductoras son aquellas que tienen enlaces covalentes no polares.

d) Las sustancias iónicas y las polares son solubles en solventes polares, por ejemplo, el agua. Las no polares, en solventes no polares, por ejemplo, tetracloruro de carbono. Los metales son insolubles en la mayoría de los solventes. e) Las sustancias conductoras en estado sólido tienen enlace metálico; las que conducen cuando están fundidas, enlaces me14. a) NaCl

Azúcar

CuSO4

KMnO4

Parafina

Solubilidad en agua

Sí

Sí

Sí

Sí

No

Solubilidad en alcohol

No

Sí

No

No

Sí

Funde a baja temperatura

No

Sí

No

No

Sí

Conductividad del sólido

No

No

No

No

No

Conductividad en solución

Sí

No

Sí

Sí

–

Enlace iónico

Sí

No

Sí

Sí

No

30

Propiedad

Capítulo 7 Los compuestos inorgánicos Página 121 1. a) Los primeros usos de la sal se relacionan con la conservación de los alimentos. También se utilizó como medio de pago. b) Se emplea fundamentalmente para saborizar las comidas y en la fabricación de alimentos. También sigue usándose en la conservación, por ejemplo, de las aceitunas o de las anchoas. c) Porque “resuelve” las imperfecciones de los alimentos elaborados: mejora su sabor, evita la rancidez e impide los cambios de color, entre otras cosas. d) Que el consumo de sal per cápita ha aumentado y, en consecuencia, también suben los riesgos de hipertensión arterial y problemas cardíacos.

e) En química, se denomina sal a aquel compuesto iónico que cuando se encuentra como sólido cristalino no conduce la corriente eléctrica pero cuando está en solución, sí lo hace. Puede formarse mediante la reacción química entre un ácido y un hidróxido. f) Las sustancias que se mencionan son el agua, el cloro, el ácido clorhídrico, el hidróxido de sodio, el sodio metálico, el cloruro de amonio, el hipoclorito de sodio y el carbonato de sodio. Las tres últimas son sales, pero las otras, no.

2. a) Óxido perbrómico, heptóxido de dibromo, óxido de bromo (VII). b) Óxido de cinc, monóxido de monocinc, óxido de cinc (II). c) Óxido fosfórico, pentóxido de difósforo, óxido de fósforo (V). d) Óxido de aluminio, trióxido de dialuminio, óxido de aluminio (III). e) Óxido cromoso, dióxido de dicromo, óxido de cromo (III). f) Dióxido de azufre, dióxido de monoazufre, óxido de azufre (IV).

g) Óxido de bario, monóxido de monobario, óxido de bario (II). h) Dióxido de carbono, dióxido de monocarbono, óxido de carbono (IV). 3. a) I: +7; O: +2. b) Pb: +4; O: +2. c) Br: +5; O: +2. d) Li: +1; O: +2.

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Página 125

Página 126 ¿Te animás a escribir…? P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4 NO + H2O → H2NO2 CO2 + H2O → H2CO3

(19-48) Poli-Química (guía).indd 30

4. A partir del amoníaco: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O 2 NO + O2 → 2 NO2 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO, etc.

A partir del nitrógeno: 2 N2 + 3 H2 → 2 NH3 2 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O 2 NO + O2 → 2 NO2 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO, etc.

2/8/07 1:29:13 PM

Página 127 ¿Cómo será la fórmula…? HBr.

¿Te animás a nombrar…? H2SO3 Sulfato de hidrógeno (IV) H2SO4 Sulfato de hidrógeno (VI) H3PO2 Fosfato de hidrógeno (I) H3PO3 Fosfato de hidrógeno (III) H3PO4 Fosfato de hidrógeno (V) HClO Clorato de hidrógeno (I) HClO2 Clorato de hidrógeno (III) HClO3 Clorato de hidrógeno (V) HClO4 Clorato de hidrógeno (VII)

Página 128 ¿Cuántos hidróxidos…? Hidróxido de berilio y de aluminio: tres iones hidróxidos cada uno.

Página 129 c) Mayor que 7.

d) Menor que 7.

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Páginas 134-137 6. a) Falso. Los hidróxidos son compuestos ternarios. b) Falso. Se denominan hidrácidos y oxoácidos. La nomenclatura haloideo se reserva para las sales. c) Falso. Existen otras posibilidades, por ejemplo, a partir de un óxido metálico y un ácido. d) Falso. Pueden ser anfóteros. e) Verdadero. f) Falso. Disminuye porque se forma el hidróxido de calcio (una base). 7. a) Óxido de calcio, CaO: básico; trióxido de azufre, SO3: ácido. CaO + H2O → Ca(OH)2 SO3 + H2O → H2SO4 b) Monóxido de carbono, CO: ácido; óxido de sodio, Na2O: básico. CO + H2O → H2CO2 Na2O + H2O → 2 NaOH c) Trióxido de dinitrógeno, N2O3: ácido; óxido de bario, BaO: básico. N2O3 + H2O → 2 HNO2 BaO + H2O → Ba(OH) 2 d) Óxido de potasio K2O: básico; monóxido de azufre, SO: ácido. K2O + H2O → 2 KOH SO + H2O → H2SO2 8. b) Un hidróxido. 9. a) 2 SO2 + O2 → 2 SO3 SO3 + H2O → H2SO4 b) Es el ácido sulfúrico. c) Ternario. 10. b) Clorhídrico. 11. La leche de magnesia es el hidróxido de magnesio; el ácido muriático, el clorhídrico y la soda cáustica, el hidróxido de sodio. Dos son hidróxidos y uno, hidrácido. 12. (a) CO2 (e) Presente en el jugo gástrico. (b) H2O2 (c) Presente en las cremas dentales. (a) Usado para gasificar el agua. (c) NaF (d) CaO (d) Empleado como desinfectante. (e) HCl (d) Usado como material de construcción. 13. a) Carbonato de bario, carbonato (IV) de bario (II). Sal. b) Ácido sulfuroso, sulfato (IV) de hidrógeno. Ácido. c) Óxido permangámico, dióxido de monomanganeso, óxido de manganeso (IV). Óxido. d) Hidróxido de sodio, hidróxido de sodio (I). Hidróxido.

(19-48) Poli-Química (guía).indd 31

14.

15.

16. 17. 18. 19.

20.

21.

e) Peróxido de nitrógeno, dióxido de mononitrógeno, óxido de nitrógeno (I). Peróxido. f) Fluoruro de potasio. Sal. g) Nitrato de sodio, nitrato (V) de sodio. Sal. h) Bicarbonato de sodio, carbonato ácido de sodio, hidrogenotrioxocarbonato (IV) de sodio. Sal. i) Sulfuro de hidrógeno. [no metal] –uro de hidrógeno. a) Magnesio, Mg. Aluminio, Al. b) El óxido de magnesio, MgO. c) MgO + H2O → Mg(OH)2 d) El hidróxido de magnesio, Mg(OH)2. e) 2 HCl + Mg(OH)2→ MgCl2 + 2 H2O f) Sulfato de magnesio: MgSO4. g) H2SO4. + Mg(OH)2→ MgSO4. + 2 H2O h) H2SO4. + MgCl2→ MgSO4. + 2 HCl a) Ácido clorhídrico. b) El ácido clorhídrico es el cloruro de hidrógeno en solución. Lo que aparece en el aire es, entonces, este gas. c) Hidróxido de sodio. Una base neutraliza un ácido; una sal, no. Son posibles a y b. Es correcta a. Se completa como el cuadro de la página 122. Al colocar hielo dentro del vaso, el dióxido de carbono se combina con el agua para formar ácido carbónico, de allí el cambio en el indicador. CO2+ H2O → H2CO3 a) La diferencia se debe a que en el agua se disuelve el trióxido de azufre y se obtiene ácido sulfúrico. b) S + O2 → SO2 2 SO2 + O2 → 2 SO3 SO3+ H2O → H2SO4 c) Porque los vapores formados son tóxicos. d) Evitar que se acumulen gases. a) MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O b) Evitar que se mezclen los productos de reacción. c) Cl2 + 2 KI → I2 + 2 KCl d) El cloro tiene propiedades decolorantes o blanqueadoras sobre la tinta.

31

b) Menor que 7.

Solucionario

5. a) Mayor que 7.

2/8/07 1:29:14 PM

Capítulo 8 Los compuestos orgánicos Página 139 1. a) En la oscuridad. b) El cis-retinal se isomeriza a trans-retinal y cambia la forma. Por eso se desacopla de la molécula de opsina. c) Se generan impulsos nerviosos que viajan a lo largo del nervio óptico hasta el cerebro y nosotros los percibimos como signos visuales.

d) Son moléculas orgánicas que tienen la misma estructura química y las mismas propiedades físicas, pero se diferencian por la ubicación en el espacio de sus átomos. Ambas moléculas son imágenes especulares que no se pueden superponer. e) Sí, porque pueden tener receptores específicos para cada uno en la membrana de las células olfativas.

Página 140 ¿Cuántas uniones covalentes...? Dos.

Página 141 32

2.

Carbono primario Carbono secundario Carbono terciario Carbono cuaternario

Página 144 3. CH3–CH(CH3)–(CH2)2–CH3. CHCl–CH2–CH(C2H5)–(CH2)2–CH3 CH2=CH–(CH2)2–CH(CH3)–CH3

4. 4-etil-2-metilheptano.

Página 147

Página 150 En las figuras 8-39, 8-40 y 8-41 se presentan... C4H10; C3H8O; C4H8O.

Páginas 151-155 5.

a) F

b) S U L c) C E

f) E

B O N

I

C O

k) C

I

T

I

C O

A

R

T A N O L

h) É

T E

R

i) S

I M P

p)

L

E

P

R

O

B

O

X

l)

H

I

m) G

A

N O N

A

I

L

O

D

R

Ó

X

I

D O

A

S

E

O

S

O

R

E

S

É

S

ñ) N

I

T

R

I

L

O

o) B

E

N

Z

A

L

D

E

H

Í

D O

S

C

U

N

D

A

R

I

A

q) A

L

D

E

H

Í

D O

E

r) A M

I

D

T

P

n)

L O

T A N O L

g) M E

(19-48) Poli-Química (guía).indd 32

F Ú R

T O N A d) A C É

e) C A R

j)

E N O L

A

E

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Los aldehídos y las cetonas... Sí, porque son moléculas polares que pueden formar puentes de hidrógeno con la molécula de agua.

S

2/8/07 1:29:18 PM

Hay que agregarle las referencias, en el modelo no se ven

Pág 27

Hay que agregarle

6. a) Carbono. las referencias, en b) Saturadas. c) Isomería.el modelo no se ven d) Sustituyentes. Hay que agregarle e) Un orbital s y tres orbitales p. las referencias, f) 1s2 2(sp3)3. en el modelo no se ven g) Doble. h) Hibridación. Pág.p.35 i) Orbitales Hay que agregarle j) Terciario. b) d) e) las referencias, en 7. 7.a) CH –CH2–CH(C2H5)–CH2–CH(C2H5)–CH Cl–CH2–CH2–CH2–CH3 3 el modelo no se ven b) CH3 C2H5

d)

C2H5

CH3

mí está OK e) La fórmula del f ) modelo para g) e) CH3

h)

CH3

f) g) h) La fórmula del modelo para mí OK CHestá 3 CH3

g)

h)

CH3está OK ula del modelo para mí

h)

CH3

ara mí está OK

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CH3

r

8. Isómeros estructurales de posición. 9. a) C4H8 f) C3H8O b) C5H10O g) C6H12 c) C3H8O h) C2H4O2 d) C5H10O i) C5H12 e) C6H12 j) C4H6 El b y el d son isómeros estructurales de posición. El c y el f son isómeros estructurales de función. El i y el e son isómeros estructurales de cadena. 10. a) En general, la nafta común tiene hasta 92 octanos, la súper, entre 92 y 95 y la de calidad superior, más de 95. b) Sí, tienen varios aditivos y dependen de las marcas. c) En general, la más vendida es la nafta súper, pero este dato debe ser corroborado por los alumnos. d) Las naftas con bajo índice de octanos se queman más rápidamente y detonan con facilidad. Esto provoca una mayor liberación de contaminantes al ambiente.

(19-48) Poli-Química (guía).indd 33

g) Saturados

g)

CH3

g)

f)

h) Cíclicos

No saturados

CH3

Alcanosh)

con doble enlace

con triple enlace

Alquenos

Alquinos

12. a) Br

Br

Br

Alifáticos que pueden ser

CH3

f)

f)

Aromáticos

d)

13. c) e)

f)

13. C2H5 c) Br e) f) g)CH3 La fórmula del modelo para mí está OK

d)

C2H5

e)

formados por

Carbono e hidrógeno

13. c)

CH3

5

se clasifican en

Br

c) CH3–CHBr–CH(C3H7)–CH(C3H7)–CH3

CH3

Pág. 35

n 7. b)

d)

Hidrocarburos

Características

h)

Eteno

Etino

Un orbital s y tres Orbitales formados orbitales p por la hibridación del segundo entre: nivel de energía

Un orbital s y dos orbitales p del segundo nivel de energía

Un orbital s y un orbital p del segundo nivel de energía

Orbitales híbridos

3

2

Tipo de enlace que Simple forma

Doble

Triple

Característica del enlace

Puede rotar sobre su eje

No puede rotar sobre su eje

No puede rotar sobre su eje

Ángulo de enlace

109º

120º

180º

Pág 35

Etano

4

33

que agregarle Pág. 35 eferencias, en odelo no se ven7. b)

11.

Solucionario

Pág 27

13. c)

b) Para tener una idea más concreta de la estructura de una molécula. 13. a) A medicamento para los dolores musculares. b) Es un agente deshidratante. c) OH

OH COOH

+

H2SO4

COOCH3

CH3OH

d) Ácido butanoico o butírico, etanol y ácido sulfúrico concentrado como catalizador.

2/8/07 1:29:22 PM

Capítulo 9 Los estados de la materia Página 161 1. a) Es una mezcla de gases. b) Al dióxido de carbono. c) Sí. El dióxido de carbono es uno de los principales contaminantes que ha incorporado el hombre a la atmósfera. Contribuye al efecto invernadero y al calentamiento global. Durante millones de años su concentración en la atmósfera fue estable

(alrededor de 280 ppm). Hoy supera las 300 ppm y seguirá en aumento. d) Los gases son fácilmente compresibles. Los líquidos son parcialmente compresibles y los sólidos no son compresibles. e) Dependerá de la presión, de la temperatura y del número de moles del gas.

Página 162 a) Sí. b) Se comprueban la compresibilidad y la expansibilidad en función de la temperatura.

34

¿Recordás tres características…? Los gases son fluidos, son compresibles y ocupan todo el volumen disponible. 2. En contacto con agua caliente el volumen del gas contenido en el interior del globo tenderá a aumentar. En contacto con el hielo tenderá a disminuir.

Página 164 3. a) Las moléculas de un gas se mueven continuamente al azar y en línea recta, chocando entre sí o contra las paredes del recipiente que las contiene.

b) Se llama agitación térmica. c) La presión aumentará.

Página 169 4. a) Sabemos que en CNPT un mol de nitrógeno ocupa 22,4 L (volumen molar) y tiene una masa molar relativa (Mr) de 28 g. Entonces planteamos una regla de tres simple: 22,4 L — 28 g 1.000 L — 28 g . 1.000 L/ 22,4 L = 1.250 g Mil litros de nitrógeno tienen una masa de 1.250 g, muy poca si

la comparamos con la masa de 1.000 L de agua que es de 106 g. Esto quiere decir que el nitrógeno es mucho menos denso que el agua. b) 1,25 g/L. Se puede deducir del punto anterior llevando el valor obtenido a 1 L o bien aplicar la fórmula: δ = P . Mr / R . T

Página 171

Página 172 Observá la figura 9-24… Para alcanzar el punto de ebullición de un líquido la presión de vapor en el interior del líquido debe igualar la presión externa. Cuanto menor sea la presión externa (en este caso, la presión atmosférica) menor será la temperatura a la cual se produzca la ebullición.

Con la olla a presión el andinista logra aumentar la presión en el medio ambiente del alimento que se cocina (dentro de la olla), con lo que la ebullición del agua ocurrirá a mayor temperatura y el alimento se cocinará.

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Desde el punto de vista químico… Significa que las fuerzas de cohesión que existen entre las partículas que forma la sustancia son muy altas. Se necesita suministrar mucho calor para que la energía cinética de las partículas alcance un valor lo suficientemente alto como para anular estas fuerzas de cohesión.

Páginas 174-177 5. a) Un gas ideal cumple siempre con la ley de los gases ideales (P . V = n . R . T). Los gases reales se desvían de este comportamiento ideal. El gas ideal no existe, los distintos gases que existen se desvían más o menos de este comportamiento ideal, y para calcular los parámetros es necesario introducir coeficientes de corrección en la fórmula de los gases ideales, distintos para cada gas. b) Un gas es una sustancia cuyo estado de agregación a determinadas condiciones responde siempre a las características de

(19-48) Poli-Química (guía).indd 34

los gases. Se llama vapor al gas que se desprende de un líquido cuando éste llega a su punto de ebullición y se produce la vaporización. El vapor está en equilibrio con el líquido y fácilmente vuelve al estado líquido si varían las condiciones. 6. a) Verdadero. Se explica con la teoría cinético molecular. b) Verdadero. Si mantenemos el volumen y la temperatura constantes, habrá una masa de gas mayor en el recipiente al introducir aire. Cuanto mayor es la masa más partículas habrá y, por lo tanto, mayor número de choques.

2/8/07 1:29:24 PM

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10.

11. 12.

13.

14.

15.

16.

P (atm)

T (ºC)

10

93

15

276

20

459

35

9.

i) Si trabajamos en CNPT, la temperatura es de 273 ºK siempre. j) 0,85 mol. a) No, se le oxidan hasta los botones del traje. b) 21%, sigue siendo la misma. a) Diez metros cúbicos (10 m3) son 10.000 litros, 10.000 dm3, 10.000.000 ml o 10.000.000 cm3. b) n2 es menor que n1, por lo que el segundo globo es más liviano y ascenderá más. c) 296 globos. d) 36,031 g. e) La temperatura estará comprendida entre –50 ºC y –55 ºC. Los gráficos I, III y IV corresponden a procesos isotérmicos. El II y el V, a procesos isobáricos. a) Las dos partes rectas del gráfico muestran los cambios de estado, ya que éstos ocurren a temperatura constante. En el punto que representa 0 grados se señala el pasaje del estado sólido al estado líquido (punto de fusión) y en el punto que representa 100 grados, el pasaje del estado líquido al gaseoso (punto de ebullición). b) A presión constante. a) En la intersección de los tres colores. b) La presión y la temperatura. c) A: sublimación. B: fusión. C: ebullición. a) En una nube, el agua se encuentra principalmente en estado líquido pero también, en pequeña proporción, se encuentra en estado gaseoso y en estado sólido (en forma de cristales muy pequeños). b) Siempre hay una pequeña cantidad de vapor de agua en equilibrio con el líquido. Si la presión ambiente disminuye, habrá más vapor de agua a menor temperatura. c) Escala Reamar. d) En la soga, la ropa se seca por evaporación al exponerla al calor del sol. En el secarropas, al llegar la temperatura a 105 ºC la ropa se seca por ebullición. e) El helio contiene mayor número de partículas de gas en la misma masa de gas porque es menos denso. f) La presión dentro de la cabina de los aviones se aumenta artificialmente respecto de la presión externa del avión, ya que a la presión existente a la altura a la que vuelan los aviones la presión no alcanza para permitir la respiración. a) Al enfriarse el aire dentro de la botella disminuye su volumen. Cuando se la lleva nuevamente a temperatura ambiente el aire comienza a aumentar su volumen y presiona sobre las paredes de la botella de plástico, produciendo su expansión y ruido. b) No, porque el aire más caliente del exterior entraría inmediatamente a la botella. Pág. 36 a) A volumen constante: 1,5 L.

Solucionario

c) Verdadero. La presión total de una mezcla de gases es la suma de todas las presiones parciales de los gases que forman la mezcla. d) Verdadero. Si consideramos a los dos gases como gases ideales. e) Verdadero. Al disminuir el volumen disponible para el gas contenido en el tanque por el ingreso de agua aumenta la presión. f) Falso. Al aumentar la presión a temperatura constante el volumen tiene que disminuir para mantener la igualdad de los términos de la ecuación P0 . V0 = P1 . V1 g) Falso. Si aumenta la temperatura a presión constante, el volumen aumentará. 7. I. a) Incorrecto. Si bien los dos recipientes contienen el mismo número de partículas, la masa correspondiente en cada caso depende de la masa molecular relativa de cada gas; en este caso es distinta. b) Correcto (en el caso de que consideremos un comportamiento ideal de los dos gases). c) Incorrecto. La molécula de hidrógeno es biatómica, mientras que la del helio, como la de todos los gases nobles, es monoatómica; por lo tanto, es de esperar que haya el doble de átomos de hidrógeno. d) Incorrecto. La masa de la molécula de hidrógeno es 2 uma, mientras que la del helio es 4 uma. e) Incorrecto. Si en los dos recipientes tenemos el mismo número de partículas, la misma temperatura y los dos recipientes tienen el mismo volumen, la presión en ambos tiene que ser la misma (considerando un comportamiento ideal para los dos gases). II. a) Incorrecto. Las masas moleculares relativas son distintas: 32 uma para el oxígeno y 4 uma para el helio. b) Incorrecto. La molécula de helio es monoatómica y la de oxígeno, biatómica. c) Incorrecto. Los dos volúmenes deben sumarse para que la presión y la temperatura no cambien así que el volumen de la mezcla para continuar en CNPT debe ser de 50 litros. d) Incorrecto. Para que la presión permanezca constante el volumen final debe ser de 50 litros. Si el volumen final es de 25 litros, la presión debe ser el doble de la original. e) Correcto. En el caso de que consideremos un comportamiento ideal de los dos gases, el mismo volumen de dos gases distintos a la misma presión y temperatura debe tener el mismo número de moléculas. III. a) Correcto. No puede calcularse si no conocemos el volumen y la presión al principio o al final de la operación y el número de moles. b) Incorrecto. c) Incorrecto. d) Incorrecto. 8. a) 3,22720784 mol. b) 10,71 L. c) 22,909 L. d) 1,78125 g/L. e) 61,09 L. f) El vapor de agua es agua en estado gaseoso, por lo que tiende a ocupar todo el volumen disponible en la habitación, es decir 64 m3 que son 64.000 litros (no importa la masa de agua, ocupa todo el volumen disponible). g) 1,357 L de hidrógeno. 0,679 L de oxígeno. h) 35,5 atm.

500

500

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400 300

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Equilibrio

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1

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Pág. 36

b) A presión constante: 15 atm.

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T (ºC)

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2

c) A temperatura constante: -29 ºC. 500Pág

42

15

20

25

P (atm) V (dm3)

300

1

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2

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4 NO2 2,5

ConcentraciÛn

36

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0

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Equilibrio quÌmico

0,5

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5

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10 N O 1 2 4 0

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2

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10 12

17. a) Por sobrefusión. Al colgar la bolsa con arena se produce una presión sobre el hielo que permite que sin variar la temperatura 12 se produzca la fusión del hielo. 10 b) A medida que el hilo va pasando por el bloque de hielo, por 8 encima de él ya no existe el aumento de presión y el hielo restan6 te otorga la temperatura necesaria para que se produzca nue4 vamente la solidificación. Por encima del hilo se van formando 2 nuevas capas de hielo que permiten mantener la integridad del bloque de hielo. 0 18.0a) Para que solo tengo vapor en el interior del 2 4estar6 seguro 8 10de 12 matraz en equilibrio con el agua. b) El vapor se condensa sobre las paredes del matraz y el tapón es empujado hacia el interior. Al enfriar el gas por aplicación del trapo húmedo el volumen que ocupa es menor y, por lo tanto, disminuye la presión en el interior del recipiente, con lo que ocurre el pasaje del agua del estado gaseoso al líquido y se produce vacío en el recipiente. c) No. El punto de ebullición es una propiedad de la materia que no varía si no cambian las condiciones. Lo que variamos son las condiciones, con lo que llegamos a un nuevo punto de ebullición. d) En estado gaseoso, las partículas se mueven a mayor velocidad y ocupan todo el volumen del recipiente que las contiene. Al variar las condiciones la sustancia pasa al estado líquido, en el cual las partículas se encuentran más ordenadas y tienen menor movilidad.

Equilibrio quÌmico ConcentraciÛn

Equilibrio quÌmico

N2O4

Capítulo 10 NO2

Partículas en dispersión Página 179

NO2

1. a) Ambos son lagos salados; sin embargo, en el Mar Muerto la salinidad es altísima y se incrementa con el tiempo mientras que N2OMar 4 en la laguna Chiquita se modifica bastante. La región en la que se encuentra el Mar Muerto es muy árida, mientras que Mar Chiquita NO cuenta con una gran biodiversidad en sus alrededores. 2

Equilibrio quÌmico

ConcentraciÛn

N2O4

quÌmico 2. Respuesta abierta. 3. Sí, por ejemplo, la leche formada por una solución acuosa de sales y algunos nutrientes (como lactosa), mezclada con partículas de lípidos que forman una suspensión, entre otros componentes. NO

NO2

N2O4

ConcentraciÛn

2 4

4. Soda con cubitos: tres fases, gaseosa, sólida y líquida, y dos componentes, agua y dióxido de carbono (considerando que el gas de la soda es el único gas disuelto). Aceite y vinagre: dos fases líquidas y dos componentes (aceite y vinagre). Agua con tinta: dos fases, líquida y sólida, y dos componentes, agua y negro de humo.

Página 184NO2 Buscá otros ejemplos para… Respuesta abierta. Equilibrio

Página 186quÌmico

NO2

5. 25% v/v y 6 M. 6. a) El orden que resulta es el mismo en el cual se prepararon las soluciones. La primera será la más diluida y la última, la más concentrada.

Equilibrio quÌmico

Pág 43

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Página 181Equilibrio

N2O4

b) Son mezclas formadas por un componente líquido mayoritario, el agua, y una serie de sólidos disueltos o mezclados en ella. c) Las sales limitan el crecimiento de la flora y el desarrollo de la fauna.

b) Es la cantidad de cucharaditas de sal que contiene el recipiente anterior al que precipita. Cuando queda sal sin disolver a una temperatura dada, se dice que la solución está saturada en ese soluto.

Página 187 N2O4 NO2 Equilibrio quÌmico

Indicá cuáles de los siguientes compuestos… Cloruro de etilo y hexano: ambas sustancias son apolares y entre las moléculas (ya sea de cloruro de etilo como de hexano) solo existen interacciones de London, que son muy débiles, mientras que entre las moléculas de agua existen interacciones de London, dipolo-dipolo y puente de hidrógeno. Para ser solubles en agua, las fuerzas entre partículas de soluto y de solvente deben ser de intensidad similar.

0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0

0

200

400

600 800

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2/8/07 1:29:28 PM

Página 187 7. a) Espuma (gas en líquido). b) Aerosol (líquido en gas). c) Sol o gel (sólido en líquido).

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Páginas 192-195

13. 60 ml de etanol. 14. a) 150 g de NaCl en 850 g de agua. b) 75 g de CuSO4 en 175 g de agua. c) 75 g de glucosa.

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0,5866 M. 10 ml de H2SO4 y 990 ml de agua. 72 g de oro. 3.744 g de sal. Cada litro de agua potabilizada tendrá 6 mg de cloro. 200 tazas. 1% m/v. a) 200 microgramos. b) 0,075% m/v. c) Aproximadamente 267 ml de leche. 22. a) Decantación. b) Centrifugación y decantación. c) Extracción con solventes con agua tibia. d) Cromatografía. e) Destilación fraccionada. 23. Al abrir la botella la presión disminuye y con ella la solubilidad del dióxido de carbono, que escapa de la botella. 24.

Sistema en estudio observación a simple vista

Una fase

Dos o más fases

37

15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

Solucionario

8. a) Falso. Depende de la afinidad entre las partículas que se mezclan, es decir, de la intensidad de las interaccciones. El tamaño de las partículas de soluto puede variar (si se muele o disgrega). Otro factor que influye es la cantidad de soluto, ya que no debe sobrepasar la solubilidad. b) Verdadero. c) Falso. Las propiedades de la mezcla tienen los mismos valores en toda su extensión. Solo al separar los componentes volveremos a obtener sus propiedades individuales. d) Verdadero (hielo en agua líquida). e) Verdadero. f) Falso. Las mezclas gas-gas siempre son soluciones. g) Verdadero. h) Verdadero. i) Falso. Cualquier forma de expresión es aplicable, aunque en la práctica pueda resultar más conveniente utilizar un modo u otro según el tipo de solución. j) Falso. Será mayor por el ascenso ebulloscópico. 9. a) Porque si no el principio activo queda depositado en el fondo y su concentración será muy baja en las primeras porciones y muy alta en las últimas, ya que se trata de mezclas heterogéneas. b) Las sustancias colorantes de la remolacha son solubles en agua, y esta solubilidad aumenta con el calor. c) Al principio se formará una mezcla heterogénea (solución saturada), ya que a 20 ºC esa concentración es mayor que la que corresponde a la solubilidad a esa temperatura. Al calentar a 80 ºC el soluto en exceso se disuelve completamente, ya que la concentración es menor que la solubilidad. d) Saturada. e) Por la presión osmótica. El agua tiende a pasar por la membrana exterior del vegetal hacia la zona donde hay menor concentración de agua y mayor concentración de sal, por lo tanto, el vegetal pierde su rigidez. 10. a) Los peces se mueren por falta de oxígeno, ya que la solubilidad del oxígeno disminuye al aumentar la temperatura y se habrá escapado durante el hervor. b) La botella caliente perderá el dióxido de carbono con más rapidez. c) Al aumentar la cantidad de calor aumenta la temperatura y con ella la solubilidad. Con la presión no varía la solubilidad. 11. a) La solubilidad del cloruro de sodio prácticamente no varía con la temperatura. La solubilidad del nitrato de sodio aumenta con la temperatura. La solubilidad del dióxido de carbono (gas) disminuye con la temperatura. b) 10,4 g. 12. 25% v/v. El alcohol etílico es el soluto y el agua es el solvente.

observación con ultramicroscopio

Una fase

Dos o más fases

Un componente

Dos o más componentes

Sustancia

Solución

Un componente Coloide Sustancia en dos estados

Dos o más componentes Suspensión

Investigación 25. Para poder trabajar este tema, se reproducen las normas codex para las aguas minerales naturales y los requerimientos para varones y mujeres de los principales minerales. Definición de agua mineral natural El agua mineral natural es un agua que se diferencia claramente del agua potable normal porque: • se caracteriza por su contenido de determinadas sales minerales y sus proporciones relativas, así como por la presencia de oligoelementos o de otros constituyentes; • se obtiene directamente de manantiales naturales o fuentes perforadas de agua subterránea procedente de estratos acuíferos, en los cuales, dentro de los perímetros protegidos, deberían adoptarse todas las precauciones necesarias para evitar que las calidades químicas o físicas del agua mineral natural sufran algún tipo de contaminación o influencia externa; • su composición y la calidad de su flujo son constantes, teniendo en cuenta los ciclos de las fluctuaciones naturales menores; • se recoge en condiciones que garantizan la pureza microbiológica original y la composición química en sus constituyentes esenciales;

2/8/07 1:29:30 PM

38

• se embotella cerca del punto de emergencia de la fuente, adoptando precauciones higiénicas especiales; • no se somete a otros tratamientos que los permitidos por esta norma. Límites de determinadas sustancias en relación con la salud El agua mineral natural embotellada no deberá contener, de las sustancias que se indican a continuación, cantidades superiores a las siguientes: • Antimonio 0,005 mg/L • Arsénico 0,01 mg/L, calculado como As total • Bario 0,7 mg/L • Borato 5 mg/L, calculado como B • Cadmio 0,003 mg/L • Cromo 0,05 mg/L, calculado como Cr total • Cobre 1 mg/L • Cianuro 0,07 mg/L • Fluoruro. Véase la sección 6.3.2 • Plomo 0,01 mg/L • Manganeso 0,5 mg/L • Mercurio 0,001 mg/L • Níquel 0,02 mg/L • Nitrato 50 mg/L • Nitrito 0,02 mg/L • Selenio 0,01 mg/L

26. a) Plomo: 0,015 ppm; arsénico: 0,05 ppm; cadmio: 0,01 ppm. b) Depende de la zona. Nunca deben superar los valores permitidos. c) Las zonas del país son las provincias de Buenos Aires, Santiago del Estero y parte de Santa Fe. La patología es el hidroarsenismo. 27. a) 100 ml ----------- 10 g NaOH 500 ml ------------- x = 50 g NaOH b) Para la solución al 3% m/v: 300 ml. Para la solución al 1%: 100 ml. Volumen total: 400 ml de solución madre. c) 50 ml . 10% = 1.000 ml . x x = 0,5% 28. a) Depende de las tintas elegidas. b) Las tinturas al agua “corren” mejor cuando se usa como fase móvil de la cromatografía este líquido. Las tinturas al solvente lo hacen al usar solventes orgánicos. c) La solubilidad de las tinturas al agua será, justamente, mayor en agua que en otros solventes. Para las tinturas al solvente será a la inversa. d) Depende de la actividad experimental. 29. a) Porque el agua es polar y el aceite, no. b) Es tensioactivo. c) Los jabones tienen una estructura en la que hay dos zonas nítidamente diferenciadas, la cabeza polar y la cola no polar. La parte no polar tiene afinidad por la grasa, mientras que la polar tiene afinidad por el agua. Cuando lavamos los platos el agua arrastra la parte polar, ésta, la parte no polar y en el proceso se elimina la grasa.

Requerimientos de minerales Edad (años)

Calcio (mg)

11 - 14

1.200

1.200

15 - 18

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19 - 24

Varones

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Hierro (mg)

Cinc (mg)

Yodo (µg)

Selenio (µg)

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+ 51

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Mujeres

Fósforo (mg) Magnesio (mg )

2/8/07 1:29:32 PM

Capítulo 11 Características de las reacciones químicas bique poroso constituido por el cartón humedecido en solución salina permite el pasaje de los electrones entre ambos metales. Se puede establecer un paralelo entre la reacción que ocurre en la pila de Volta y la que ocurre entre el oxígeno y el hidrógeno en la pila de combustible. En la pila de combustible el hidrógeno gaseoso se oxida en el ánodo a H+ y el oxígeno se reduce en el cátodo tomando los electrones que cede el hidrógeno y reaccionando con los H+ formando agua. Como se menciona en el texto, ambos están separados por un electrolito iónico conductor. En el ánodo de ambas se produce la oxidación y en el cátodo, la reducción y los electrones circulan a través del electrolito. e) Sí, el agua dulce (la que usa el ser humano) es un recurso en peligro de agotamiento. El agua ha sido considerada comúnmente como un recurso renovable, cuyo uso no se veía limitado por el peligro de agotamiento que afecta, por ejemplo, a los yacimientos minerales. Consideremos que el 2,53% del agua en la Tierra es agua dulce y el resto, agua salada. El consumo de agua en el planeta se duplica cada veinte años debido a los excesos de consumo de los países desarrollados y del crecimiento demográfico. En 2003, se realizó el tercer foro mundial del agua en Japón y se declaró Año Internacional del Agua Dulce, atendiendo a la preocupación por el exceso de consumo. Se puede recomendar el ingreso a esta página o al Protocolo de Kyoto.

Solucionario

1. a) Volta interpretó de manera distinta el experimento con los electrodos de bronce y hierro, donde no había aparentemente una fuente de electricidad externa al tejido, y Galvani atribuyó el origen de la contracción muscular a electricidad venida del tejido mismo. Para Volta, el origen de la electricidad estaba en la unión bimetálica, en el gancho de bronce sujeto al hierro. Anticipándose al concepto de potencial de electrodo, Volta supuso que cada metal posee una cantidad característica de electricidad y concluyó que si un material orgánico humedecido se pone en contacto entre dos metales diferentes, fluirá una corriente eléctrica al cerrar el circuito. Esa corriente, de vuelta, estimulará el músculo entre ambos electrodos; es el principio de la pila. b) La evidencia es que se enciende el foco de luz. Eso indica que en el interior de la pila ocurren reacciones químicas redox espontáneas que generan electricidad. c) Sí. Por ejemplo, las linternas, que también tienen un foco, funcionan con pilas que pueden ser de Ni/Cd o una pila alcalina, que no son pilas de combustible, y el foco también se enciende, lo que indica que hubo reacciones redox producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones. d) Las sustancias que reaccionan en la pila de Volta son el cobre, que se reduce en el cátodo pasando de Cu2+ a Cu(s) metálico, y el cinc que se oxida en el ánodo, pasando de Zn(s) a Zn2+. El ta-

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Página 204 Mencioná reacciones químicas… Respuesta abierta, pero se puede sugerir: combustión de una vela, corrosión de los metales expuestos al aire libre, cocción de los alimentos, las que atañen a los procesos biológicos (respiración, digestión), etcétera. 2. El verde de la cúpula del Congreso se debe a la formación de una pátina de cobre. El cobre, comparativamente inactivo, se corroe lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles, como la disolución de dióxido de carbono en agua (que posee propiedades ácidas); se produce, entonces, carbonato básico de cobre, verde y poroso. Los productos de corrosión verdes, conocidos como cardenillo o pátina, aparecen en aleaciones de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales. El proceso de

formación de la pátina comienza con la oxidación del cobre a óxido cuproso (cuprita), que tiene generalmente colores rojizos. Éste rápidamente se convierte en óxido cúprico (tenorita), que es marrón oscuro o negro. Con la humedad del ambiente y la presencia de CO2 se produce el carbonato de cobre. Es una reacción del óxido de cobre, no del cobre, y sólo se formará sobre los óxidos de cobre marrones o rojos. Como el óxido de cobre es más estable que el carbonato de cobre, a veces se puede quitar solo el verde dejando la pátina original de color rojo o marrón. Cu + O2 → Cu2O Cu2O + Aire húmedo → [Cu(OH)]2CO3 3. Inorgánicos: oxígeno, dióxido de carbono y agua. Orgánicos: metano.

Página 207 4. Na2S + 2 AgNO3 → 2 NaNO3 + Ag2S(s) Ésta es una reacción de metátesis, más precisamente de precipitación.

Página 212 5. Ecuación iónica: K+ + ClO3– + K+ + I– + H2O → K+ + Cl– + K+ + HO– + I2 Hemirreacción de reducción: 6 e– + ClO3– + 3 H2O → Cl– + 6 HO– Hemirreacción de oxidación: 3 (2 I– → I2 + 2 e–) ClO3– + 3 H2O + 6 I– → Cl– + 6 HO– + 3 I2

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2/8/07 1:29:33 PM

Página 214 6. 12 OH– + Br2 → 2 BrO3– + 6 H2O + 10 e– 7. La especie química que dismuta es el azufre. Pasa de estado de oxidación 0 a +6 y -2 en el tiosulfato y -2 en el sulfuro. Las hemirreacciones son: 24 OH– + S8 → 4 S2O32– + 12 H2O + 16 e– 16 e– + S8 → 8 S2–

Página 216 ¿Por qué en la electrólisis del agua…? Porque al descomponerse el agua, el hidrógeno y el oxígeno se liberan en la proporción en que integran la molécula de agua.

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Páginas 218-221

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d) Fe3+(aq) + e– → Fe2+(aq) Reducción. e) Pb4+(aq) +4 e– → Pb0 Reducción. 13.1 e) A y B. 13.2 b) La acción del cloro sobre el yoduro de potasio indica que el cloro es más oxidante que el yodo y tiene la capacidad de desplazarlo de sus compuestos. 14. a) Para poder recubrir el tenedor lo tendremos que usar de cátodo. Allí, el ion Ag+ se reduce a Ag0 y se deposita en el tenedor. b) Galvanoplastia o electroplateado. 2 (H2(g) + 2 OH–(aq) → 2 H2O(l) + 2 e–) O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e– → 4 OH–(aq)

15. a)

2 H2(g) + 4 OH–(aq) + O2(g) + 2 H2O(l) → 4 H2O(l) + 4 OH–(aq) b) Ecuación molecular: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) Ecuación iónica total: 2 H2(g) + 4 OH–(aq) + O2(g) + 2 H2O(l) → 4 H2O(l) + 4 OH–(aq) c) Oxidación: Reducción:

2 H2(g) + 4 OH–(aq) → 4 H2O(l) + 4 e– O2(g) + H2O(l) + 4 e– → 4 OH–(aq)

16. a) Ácido base y precipitación. b) Desplazamiento y redox. c) Redox. d) Redox y combinación. e) Descomposición. f) Precipitación. g) Redox y combustión. 17. a) Cr2O72– + 14 H+ + 6 e– → 2 Cr3+ + 7 H2O 3 (2 I– → I2 + 2 e–)

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8. a) El clorato de potasio. b) El cloruro de potasio y el oxígeno. c) Se produjeron dos moles de cloruro de potasio. d) El oxígeno se desprende en estado gaseoso. e) El oxígeno es una molécula diatómica. f) Una descomposición. 9. a) Sí. b) No. c) Sí. d) No. 10. a) Ecuación molecular: NH3(aq) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq) Ecuación iónica total: NH3(aq) + H+(aq) + NO3–(aq) → NH4+(aq) + NO3–(aq) Ecuación iónica neta: NH3(aq) + H+(aq) → NH4+(aq) b) Ecuación molecular: 2 H3PO4(aq) + 3 Ca(OH)2(aq) → Ca3(PO4)2(s) + 6 H2O(l) Ecuación iónica total: H3PO4(aq) + 3Ca2+(aq) + 6 OH– → Ca3(PO4)2(s) + 6 H2O(l) La ecuación iónica total coincide con la ecuación iónica neta. c) Ecuación molecular: 2 HNO3 (aq) + Mg(OH)2(s) → Mg(NO3)2 + 2 H2O Ecuación iónica total: 2 H+(aq) + 2 NO3– (aq) + Mg2+(aq) + 2 OH−(aq) → Mg2+(aq) + 2 NO3– (aq) + 2 H2O Ecuación iónica neta: H+(aq) + OH– (aq) → H2O 11. a) Falsa. Actúan como oxidantes porque oxidan el hierro. Falsa. No actúan ni como oxidantes ni como reductores, pues ni el nitrógeno ni el oxígeno cambian su estado de oxidación. Falsa. Actúa como reductor pues reduce a los iones Ag+ a Ag metálica. Verdadera. Aumentó su número de oxidación. Verdadera. Disminuyó su número de oxidación. b) Verdadera. c) Falsa. Son de precipitación o ácido-base. d) Falsa. El resultado de esta reacción produce una solución ácida. 12. a) Zn(s) → Zn2+ (aq)+ 2 e– Oxidación. b) 2 Cl– (aq) → Cl2(g) + 2 e– Oxidación. c) MnO2(s) + 2 H2O → MnO4– (aq) + 4 H+ + 3 e– Oxidación.

Cr2O72– + 14 H+ + 6 I– → 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 I2 Ecuación molecular: K2Cr2O7 + 6 HI + 8 HClO4 → 2 Cr(ClO4)3 + 2 KClO4 + 3 I2 + 7 H2O b) 2 IO3– + 12 H+ + 10 e– → I2 + 6 H2O 5 (2 I– → I2 + 2 e–) 2 IO3– + 12 H+ + 10 I– → I2 + 6 H2O + 5 I2 Ecuación molecular: 2 KIO3 + 10 KI + 6 H2SO4 → 6 I2 + 6 K2SO4 + 6 H2O

2/8/07 1:29:35 PM

3 (I2 + 6 H2O → 2 IO3– + 12 H+ + 10 e–) 10 (NO + 4 H+ + 3 e– → NO + 2 H2O)

c) La sustancia que usan generalmente los plomeros para eliminar el sarro es ácido clorhídrico diluido. Disuelve el carbonato de calcio y transforma la sal insoluble en cloruro de calcio soluble.

– 3

3 I2 + 18 H2O + 10 NO3– + 40 H+ → 6 IO3– + 36 H+ + 10 NO + 20 H2O Eliminando H+ y H2O: 3 I2 + 10 NO3– + 4 H+ → 6 IO3– + 10 NO + 2 H2O Ecuación molecular: 3 I2 + 10 HNO3 → 10 NO + 6 HIO3 + 2 H2O

de uno o más

MnO + 8 H + 5 Fe → Mn + 4 H2O + 5 Fe +

2+

2+

3+

5 (Br2 + 2 e− → 2 Br–) Br2 + 12 OH– → 2 BrO3– + 6 H2O + 10 e– 5 Br2 + Br2 + 12 OH–→ 10 Br–+ 2 BrO3– + 6 H2O

8 MnO4– + 16 H2O + 3 NH3 + 27 OH– → 8 MnO2 + 32 OH– + 3 NO3– + 18 H2O Eliminando OH– y H2O: 8 MnO4– + 3 NH3 → 8 MnO2 + 5 OH– + 3 NO3– + 2 H2O Ecuación molecular: 8 KMnO4 + 3 NH3 → 3 KNO3 + 8 MnO2 + 5 KOH + 2 H2O 18. a)

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ZnSO4

-

Pb No ocurre

NiSO4

Ocurre

No ocurre

Ocurre

-

No ocurre

CuSO4

Ocurre

Ocurre

Ocurre

Ocurre

-

Mg(NO3)2

No ocurre

No ocurre

-

No ocurre

No ocurre

Pb(NO3) 2

Ocurre

-

Ocurre

Ocurre

No ocurre

Ocurre

Ni No ocurre

Cu No ocurre

b) Mg, Zn, Ni, Pb y Cu. 19. a) Reacción de combinación. b) Una reacción de precipitación. Se forma carbonato de calcio sólido (sarro).

(19-48) Poli-Química (guía).indd 41

se clasifican en

Combinación Ecuaciones químicas

Desplazamiento Descomposición

que se ajustan por el método de

Productos

Metátesis Óxido-reducción

Algebraico

Tanteo

41

f) 8 (MnO4– + 2 H2O + 3 e– → MnO2 + 4 OH–) 3 (NH3 + 9 OH– → 8 e– + NO3– + 6 H2O)

Metales Mg

de uno o más

Ion-electrón

Ecuación molecular: 6 Br2 + 12 KOH → 10 KBr + 2 KBrO3 + 6 H2O

Zn

se representan mediante

Reactivos

Ecuación molecular: KMnO4 + 5 FeCl2 + 8 HCl → MnCl2 + 5 FeCl3 + KCl + 4 H2O e)

Reacciones químicas se definen como

Transformación

d) MnO4– + 8 H+ + 5 e– → Mn2+ + 4 H2O 5 (Fe2+ → Fe3+ + e–) – 4

20.

21. a) Una reacción química genera corriente eléctrica. Los electrones pasan, a través de un hilo conductor, desde el ánodo en donde se produce la oxidación hacia el cátodo en donde ocurre la reducción. Si en el circuito de los electrones interponemos el LED, la diferencia de potencial hará que éste se encienda. b) El ácido acético que hay en el vinagre es el electrolito. Los electrodos son el hierro (ánodo) y el cobre (cátodo). c) Ánodo: Cu → Cu2++ 2 e– Cátodo: Fe2+ + 2 e– → Fe d) En el ánodo se produce la oxidación y en el cátodo se produce la reducción. 22. a) Ánodo, oxidación: 2 I– → I2(g) + 2 e– Se observa la aparición de color pardo debido a la formación de yodo molecular. Cátodo, reducción: 2 H2O (l) + 2 e– → 2 OH–(aq) + H2(g) b) Al agregar las gotas de fenolftaleína al tubo 1, como la solución es básica, el indicador vira de incoloro a fucsia. En el tubo 2, comprobamos la presencia de iones hidróxido producto de la reducción que, al combinarse con el hierro, forman un precipitado color pardo de hidróxido de hierro (III). FeCl3 + 3 KOH → 3 KCl + Fe(OH)3 (s) c) En el tubo 1, el yodo queda adsorbido en la estructura compleja de la amilopectina, que es uno de los componentes del almidón. En el tubo 2 se produjo una extracción con solvente.

Solucionario

c)

2/8/07 1:29:37 PM

Pág. 36

Capítulo 12

500

500

400

400

Termoquímica, cinética y equilibrio de las reacciones químicas 300 Página 223

300 200

200

d) Es un dispositivo cuya función es actuar sobre tres gases con- 100 1. a) Un catalizador modifica la velocidad de una reacción sin consumirse. Los primeros en utilizarlos fueron los egipcios cuando taminantes (NOx, CO 100y HC sin consumir), entre los muchos que 0 se desechan a través del escape, transformarlos en N2, N2O y CO2 realizaban la fermentación de las uvas para obtener el vino. -100 0 el impacto ambiental. y reducir de esta manera b) Según Berzelius, “se ha probado que algunas sustancias sim0 5 10 20 25 0 15 ples o compuestas, solubles o insolubles, tienen la propiedad e) Catalizador de dos vías: elimina CO y HC. Es un catalizador de oxi500 12 500 dación, necesita exceso de oxígeno para su buen funcionamiento. de ejercer sobre otras sustancias un efecto muy diferente de la 400sin toma de aire: elimina los tres contaminan- 10 afinidad química. A través de este efecto 400 ellas producen desCatalizador de tres vías composición en los elementos de esas sustancias y diferentes tes principales, CO, HC, y NOx. Todos los vehículos fabricados en la 300 8 actualidad están equipados con este tipo de catalizador. Los catalizarecombinaciones de esos elementos, de los300 cuales ellas perma200todos sonda lambda para la precisa regulación 6 necen separadas [...]. Esta nueva fuerza desconocida hasta hoy dores de tres vías llevan 200 es común a la naturaleza orgánica e inorgánica [...]. Yo la llamaré de la mezcla aire-combustible, por lo que es imprescindible que los 100 4 fuerza catalítica y llamaré a la descomposición de sustancias por vehículos lleven sistemas de inyección gestionados electrónicamente. 100 Equilibrio 2 esta fuerza catálisis”. Catalizadores de tres 0vías con toma de aire:quÌmico eliminan CO, HC se ha utilizado en los vehículos americanos. c) Porque se interrumpe la acción catalítica 0del fermento con y NOx. Solamente-100 0 0 que 0,5elimina 1 los NO 1,5x y una 2 segunda 0 5 10el 15 Consta 20 25 de una primera etapa el objetivo de conservar restos azucarados que 0le confieran 500 500sabor dulce característico. etapa que actúa como un catalizador de dosNO vías.2 500 500 12

Pág. 36

0,5

1

1,5

2

8

10 12

Pág 42

ConcentraciÛn

Pág. 36

400

400

Página 227

400

300

0

20

25

-100

ConcentraciÛn

15

3. a) Si v = k [A] entonces no afecta. b) Si v = k [A]1 la velocidad se duplica. c) Si v = k [A]2 la velocidad se cuadruplica. 0

0

0,5

100 2

quÌmico

1

1,5

2

0 0 0 0 5 2 104

NO2

N2O4

NO2

N2O4

0,02

0,00140 0,00280 0,00452 0,00452

0,0172 0,0243 0,0310 0,0310

NO2 0,03 0,04 N2O40,00

Experimento 2

NO2

ConcentraciÛn

ConcentraciÛn

NEquilibrio 2O 4 quÌmico

Experimento 4

0

0,5

1

NO2

Equilibrio N2O4 quÌmico

N2O4 NO2 NO2

ConcentraciÛn ConcentraciÛn

ConcentraciÛn

ConcentraciÛn

NO2

-100

820 1025 12

NO2 NO2

N2O4

N2O4

(19-48) Poli-Química (guía).indd 42

NO2

Experimento 3 Equilibrio quÌmico

N2O4

N2O4

Equilibrio N2O4 quÌmico ConcentraciÛn ConcentraciÛn

Equilibrio quÌmico

Equilibrio quÌmico

Equilibrio quÌmico

N2O4

N2O4

NO2

ConcentraciÛn

0,00 0,00 0,00 0.02

6 15

0

Experimento 1 Molaridad (M) en el equilibrio ConcentraciÛn

ConcentraciÛn

1 2 3 4

300

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N2O4

6

Pág 42

Representá gráficamente cómo… Experimento

4

400

quÌmico

4. a) Verdadera, porque las energías cinética y térmica están relaNO2 NO2 cionadas. N2b) O4Falsa, porque al aumentar la temperatura, aumenta la cantidad de partículas en condiciones de producir choques efectivos.

Página Pág232 42 Molaridad (M) Equilibrio en el estado quÌmicoinicial

2

300 la [B] aparece en la ley de velocidades. 2. a) Verdadera, porque b) Falsa, k es función de6la temperatura y del tipo de reacción. 200 200 porque la [B] está elevada a la segunda c) Falsa, se cuadruplica 4 100 potencia. Equilibrio Equilibrio

Pág 42

10

N2O4

8

300 Balanceá las ecuaciones... Un gas: 200 NH4+ (aq) + NO2–(aq) → N2(g) + 2 H2O(l) 200 Un precipitado: ya está equilibrada. 100 Un color: MnO4–(aq) + 8 H+ (aq) + 5 e– → Mn2+(aq) + 4 H2O(l) 100 0 Página 2295 0

10

ConcentraciÛn

42

Pág. 36

Pág 43

NO2 2/8/07 1:29:40 PM

1,5

2

Equilibrio quÌmico ConcentraciÛn

N2O4 NO2

N2O4

Página 233 ConcentraciÛn

Otra forma de lograr el mismo efecto... Eliminando el producto a medida que se forma, disminuye la concentración de amoníaco. Por el NO2 principio de Le Chatelier, el sistema tenderá a reponerlo, para lo cual consumirá los reactivos que aún no reaccionaron.

Página 234

Equilibrio quÌmico

5. a) Con exceso, porque hace que se desplace el sistema hacia la formación de más producto. b) La concentración de hidrógeno, porque se encuentra elevada al cubo en la expresión de Kc y el efecto es mayor sobre N2la O4concentración de producto. c) Por enfriamiento, ya que el amoníaco tiene punto de NOebulli2 ción más alto que el hidrógeno y el nitrógeno debido a que es una sustancia polar y entre sus moléculas existen interacciones Equilibrio de London, dipolo-dipolo y puente de hidrógeno. También quÌmico se puede disolver en agua, ya que por las propiedades mencionadas es soluble en agua y los reactivos no lo son. ConcentraciÛn

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Tiempo (s) 0 50 100 150 200 300 400 500 800 10.000

Velocidad promedio (M/s) 1,90 . 10-4 1,70 . 10-4 1,58 . 10-4 1,40 . 10-4 1,22 . 10-4 1,01 . 10-4 0,80 . 10-4 0,56 . 10-4

Pág 43

c) Tiempo (s) 0 50 100 150 200 300 400 500 800 10.000

Concentración de C4H9Cl (M) 0,1000 0,0905 0,0820 0,0741 0,0671 0,0549 0,0448 0,0368 0,0200 0,0000

43

6. a) Verdadera. Como Qc se determina por la relación [productos]/ [reactivos], un valor bajo implica mucho mayor concentración de reactivos que de productos. Esto implica un valor muy bajo de Qc. b) Falsa. La reacción de equilibrio se refiere a reacciones químicas incompletas o reversibles en donde los reactivos se transforman en productos y a su vez los productos se transforman en reactivos. Existe una reacción directa y una inversa. En el estado de equilibrio, cada sustancia está en el sistema con una concentración determinada e invariable. La concentración no varía, pero sí reaccionan los reactivos y los productos. c) Verdadera. Si la reacción directa es exotérmica ΔH < 0. Cuando se enfría el sistema, éste cambiará de modo tal que restituya dicha energía. Como consecuencia se formará más producto a expensas de la desaparición de reactivos y dado que Kc = [P]/[R], su valor será mayor que el que tenía en las condiciones iniciales. d) Falsa. Kc no depende de los cambios ocurridos en las concentraciones, solo es función de la modificación de la temperatura. 7. ΔHof (l) = ΔHof (g) + ΔHocond ΔHof (l) = (–167,88 kJ/mol) + (–28,9 kJ/mol) ΔHof (l) = –196,78 kJ/mol 8. a) 2 O3(g) → 3 O2(g) b) O (oxígeno naciente o atómico). c) Para el primer paso: 1 y para el segundo: 2. d) v = k [O3] [NO] 9. Velocidad de formación del CO2 es 0,200 M/s y del H2O, 0,400 M/s. 10. a) C4H9Cl(l) + H2O(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq) b)

0,12

Solucionario

Volviendo al ejemplo de la síntesis del amoníaco… Sí, porque el aumento en la presión produce un desplazamiento del sistema en el sentido de la disminución del número de partículas, que en este caso ocurre hacia la formación de productos. Se sabe que la síntesis del amoníaco… Teniendo en cuenta consideraciones exclusivamente termodinámicas, convendría trabajar a temperaturas bajas porque esto obliga al sistema a generar calor, lo cual sucede simultáneamente con la formación de productos. Sin embargo, si consideramos cuestiones cinéticas, veremos que cuando la temperatura se reduce demasiado, la velocidad de la reacción es muy lenta. Por eso debe trabajarse a una temperatura intermedia que optimice ambos aspectos.

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0

0

200

400

600 800

d) Sí, ya que en función de los datos experimentales se observa una disminución en el valor de la velocidad a medida que decrece la concentración del reactivo. 11. Si se duplica la [B] manteniendo la [A] constante, la velocidad no se modifica, pero si se duplica la [A] manteniendo la [B] constante, la velocidad resulta cuatro veces mayor. Esto indica que la ley de velocidades será v = k . [A]2. Como conclusión podemos afirmar que la velocidad no depende de la concentración de ambos reactivos sino solo de uno de ellos. En particular, el orden de la reacción es 2. 12. a) Equilibrio

[CO] 0,01 – 2x

[O2] 0,2 – x

[CO2] 2x

[N2] 0,1 – x

[H2] 0,1 – 3x

[NH3] 2x

[H2] 2x

[O2] x

[H2O] 0,3 – 2x

b) Equilibrio c) Equilibrio

2/8/07 1:29:42 PM

44

decir que al elevar la temperatura se favoreció la descomposición del producto. 21. a) N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) b) Que la reacción sea exotérmica implica que libera calor. Si la temperatura del sistema disminuye, éste reaccionará para disminuir la perturbación, aumentando la temperatura. El sistema se desplaza hacia los productos liberando más calor y formando más cantidad de amoníaco para contrarrestar la disminución de la temperatura. c) Si se agrega hidrógeno, manteniendo constante la temperatura, el sistema se desplaza hacia los productos para disminuir la perturbación. Aumenta la concentración de producto y disminuye la concentración del otro reactivo (N2), dado que se mantiene constante el valor de Kc. d) El valor de la constante cambia en b porque Kc depende solo de la temperatura. 22. a) Dado que ambas reacciones son endotérmicas, se favorecerá la formación de productos utilizando altas temperaturas, lo cual coincide con las usadas en el proceso para ambas etapas. b) Como en ambas reacciones hay más moles de productos que de reactivos se debe esperar que la formación de productos se produzca a bajas presiones. El motivo de trabajar a altas presiones es que cuando se produce el hidrógeno gaseoso generalmente se utiliza en la fabricación de amoníaco y una presión alta favorece la formación de amoníaco. 23. a) ¿Qué efecto tendrá... …aumentar la presión?

Respuestas Disminuye

…disminuir la [Cl2]?

Disminuye

…disminuir la [Cl2]?

Aumenta

…aumentar la [Cl2]?

Nada

b) Por Le Chatelier o Qc. 24. Respuesta abierta. 25. a) Es experimental. b) C25H52(g) + 38 O2(g) → 25 CO2(g) + 26 H2O(g) c) El agua se calienta por el calor liberado durante la combustión de la parafina. d) Dicha variación de entalpía está asociada con la masa de vela quemada, para hallar el valor para 1 g se debe dividir por dicha masa.

Capítulo 13 Estequiometría Página 241 1. a) Dalton considera que sólo existen átomos simples o compuestos, por eso su teoría fracasa cuando se aplica a otras sustancias diferentes del agua. Los experimentos de Gay-Lussac demuestran el error en la teoría de Dalton y Avogadro define “átomo” como la parte más pequeña de un elemento químico y “molécula” como la parte más pequeña de una sustancia simple o compuesta con existencia individual estable.

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13. a) Kc= [SO2]2 [O2] / [SO3]2 b) Kc= [O2]3 / [O3]2 c) Kc= [NO2]2 / [N2O4] d) Kc= [H2O]2 [Cl2]2 / [HCl]4 [O2] 14. Kp = p2 Cl / pCl2 = (2,97 .10-2)2 / 1 = 8,82 . 10-4 15. n NO = 8,62 g / 30,0 g . mol-1 = 0,287 mol n N2 = 43,0 g / 28,0 g . mol-1 = 1,54 mol n O2 = 48,4 g / 32,0 g . mol-1 = 1,51 mol Kc = [NO]2 / [N2] [O2] = (0,287 / V)2 / 1,54 / V . 1,51 / V = 0,0354 El dato del volumen no es necesario porque es una reacción equimolecular y el volumen se anula. 16. Qc = 0,049, porque la concentración de productos es menor que la correspondiente al equilibrio. Habrá reacción, es decir el PCl5 (pentacloruro de fósforo) se descompone para formar PCl3 (tricloruro de fósforo) y Cl2 (cloro). 17. a) Llamaremos 1, 2 y 3 respectivamente a las ecuaciones planteadas en el problema. Como queremos partir de una reacción que contenga sólo C y H como reactivos y CH4 como producto, debemos invertir la ecuación 3 para obtener el metano como producto de la reacción. A la ecuación invertida la numeramos como 4: 1. C(grafito) + O2(g) → CO2(g) ΔHºrxn= –393,5 kJ 2. 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ΔHºrxn= –571,6 kJ 4. CO2(g) + 2 H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ΔHºrxn= + 890,4 kJ Si luego sumamos miembro a miembro 1, 2 y 4, obtendremos: C(grafito) + 2H2(g) → CH4(g) ΔHºrxn = –74,7 kJ Todas las especies innecesarias (O2 , CO2 y H2O) se cancelan en esta operación. b) Se aplica la ley de Hess. 18. La b. Una vez que se alcanza el equilibrio prácticamente se consumieron los reactivos, en forma total. 19. a) Hacia reactivos. b) Hacia reactivos. c) No se puede responder sin el dato de entalpía de reacción. 20. La reacción es endotérmica. Si Kc disminuye es porque ha disminuido la concentración de productos para formar reactivos, es

b) Porque reflejan la abundancia isotópica. c) Porque la masa de los electrones es invariable independientemente del átomo del que provengan, cosa que no ocurre con los iones, que dependen del átomo que los genera. Además, es la más pequeña dentro de las partículas subatómicas más frecuentes y conocidas. d) Porque el valor de la masa atómica relativa se calcula como la masa promedio de la mezcla natural de los diferentes isótopos.

Página 244 2. 2694,26 kJ.

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2/8/07 1:29:43 PM

Página 247 3. 2,64 L.

Página 251 4. a) 2 HBr + H2SO4 → H2SO3 + Br2 + H2O b) El reactivo limitante es el H2SO4. El rendimiento es del 90,0%.

5. Costo de combustible necesario para llenar el tanque = 40 L. $1,99/L = $79,6. Se desperdicia: 0,75 . $79,6 = $59,7.

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15. a) 2 C2H5OH +O2 → 2 CH3COOH + 2 H2O b) CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O c) Se gastaron 20,5 ml de NaOH 0,1 M nNaOH = V . M = 2,05 mmol = n (ácido) = n (etanol) La masa (etanol) = n . M (etanol) = 2,05 mmol . 46 mg/mmol = 94,3 mg El volumen (etanol) = m / ∂ = 0,0943 g / 0,79 g/ml = 0,119 ml de etanol que se oxidó a etanoico. En 25 ml de solución diluida que provienen de 5 ml de vino, es decir: 5 ml de vino _________ 0,119 ml de etanol oxidado. 100 ml de vino _________ x = 2,38 ml de etanol oxidado. Como la cantidad normal de etanol en el vino es el 12% v/v, el porcentaje de picado es: 2,38 . 100 / 12 = 19,83%. 16. a) 1.º El magnesio está puro y la cantidad de HCl se calcula en función de los datos de volumen y concentración de la solución. 2.º Se determina el reactivo limitante. 3.º Se halla la masa teórica de MgCl2. 4.º Con los datos de la masa de sal teórica y real se calcula el rendimiento. b) No, porque de existir reactivo limitante, los cálculos se deben basar en él. c) Verdadera. Se justifica por medio de los siguientes cálculos: 24,3 g de magnesio puro corresponden a 1,00 mol de magnesio, que es la cantidad que se combina con 2,00 mol de HCl (correspondiente al número de moles que hay en 2,00 L de solución, 1,00 M de dicho ácido), por lo tanto están en proporción estequiométrica. La masa teórica de MgCl2 será 95,3 g y el rendimiento: R = 76,24 g / 95,3 . 100 = 80%. Falso. Están en proporción estequiométrica. Falsa. En los datos del enunciado se dice que el magnesio está puro. 17. Alfred Nobel organizó varias plantas de explosivos en Suecia, basadas principalmente en la manufactura de la nitroglicerina líquida, sustancia detonante descubierta por el italiano Ascanio Sobrero en 1846. Con sus hermanos Ludwig (1831-88) y Robert (1829-96), perfeccionó la destilación del petróleo y explotó los yacimientos rusos de Bakú. En Heleneborg (Suecia), trabajó en una fábrica tratando de desarrollar un método seguro para manipular la nitroglicerina, después de que en una explosión en 1864 fallecieran su hermano y otras personas. En el año 1867 redujo la volatilidad de la nitroglicerina mezclándola con un material poroso absorbente (la tierra de diatomeas), consiguiendo un polvo que podía ser percutido e incluso quemado al aire libre sin que explotara. La mezcla resultante solo explotaba cuando se utilizaban detonadores eléctricos o químicos. Había nacido la dinamita. Esto le dio ganancias que le permitieron crear una fundación y dar los conocidos premios todos los años, en diferentes áreas de la ciencia. 18. a) Respuesta abierta. b) Respuesta abierta. 19. a) C6H4OHCOOH + (CH3CO)2O → C6H4OCOCH3COOH + 2 H2O b) Es experimental. c) Actúa como catalizador y deshidratante.

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6. a) S(s) + O2(g) → SO2(g) b) Reacción de síntesis, redox o combustión. c) En este caso, la M del S es 32 g/mol = MO2 la reacción, además de ser mol a mol es gramo a gramo, o sea; si se combinan 1 g de S con 1 g de O2, se obtendrán 2 g de SO2; reacción de síntesis. 7. a) mFe = 55,85 g Fe. 1.000 kg Al / 54 g Al = 1.034 kg Fe (teóricos) mFe (real) = 0,92 . 1.034 kg = 951 kg b) ΔHteórico = 198 kcal . 1.000 kg Al / 54 g Al = 3667 kcal ΔHreal = 0,92 . 3.667 kcal = 3.374 kcal 8. mAg recuperada por el Hg = 107,86 g Ag / 200,59 g Hg = 0,538 g mAg recuperada por el Hg = 107,86 g Ag / 196 g NaCN = 0,550 g 9. nCO2 = 12 mol . 1.000 g nitroglicerina / 227 g nitroglicerina = 52,86 mol nO2 = 1 mol . 1.000 g nitroglicerina / 227 g nitroglicerina = 4,40 mol nN2 = 6 mol . 1.000 g nitroglicerina / 227 g nitroglicerina = 26,43 mol nH2O = 10 mol . 1.000 g nitroglicerina / 227 g nitroglicerina = 44,05 mol ntotales = 127,74 mol V = 127,74 mol. R. 773 K / 500 / 760 atm = 12.307 L 10. mnafta = 0,72 g/mL . 1.000 mL = 720 g mPb en Pb(C2H5)4 = 10 g Pb(C2H5)4 . 207,19 g Pb / 265,19 g = 7,81 g Pb m Pb en nafta = 7,81 g Pb . 1012 g nafta / 720 g nafta = 1,08 . 1010 g 11. a) El Al2O3; la masa que no reacciona es igual a masa inicial pura menos masa que reaccionó. 6 mol HCl _____ 102 g Al2O3 3,6 mol HCl _____ x = 61,2 g Al2O3 Masa de Al2O3 en exceso: 40,8 g. b) 6 mol HCl _____ 267 g AlCl3 3,6 mol HCl _____ x = 160 g Al2O3 Masa de AlCl3 real: 115,2 g. 12. a) mAg teórica = 36 g .100 g / 90 g = 40 g 40 g Ag ________ 10,74 g aldehído 2 . 108 g Ag ________ x = 58,0 g CH3CH2COH b) 216 g Ag ________ 250 g AgOH 40 g Ag ________ x = 46,3 g 13. a) 11,16%. b) nCO2 = 16 mol. Teóricos, si se quemara completamente el mol de nafta, pero sólo se quema el 88,84% (porque se debe descontar el porcentaje de nafta que arde para dar CO). nCO2 = 14,21 mol reales. 14. El reactivo limitante es la hidracina porque reaccionan 64 g con 92 g de tetróxido de dinitrógeno: 64 g N2H4 ________ 92 g N2O4 32 g N2H4 ________ x = 46 g N2O4 Por lo tanto, los gases que quedan después de la reacción son: N2, H2O y N2O4, y los moles de cada gas serán: nN2= 3 mol . 1 mol hidracina / 2 mol hidracina = 1,5 mol. nH2O= 4 mol . 1 mol hidracina / 2 mol hidracina = 2,0 mol. nN2O4= 1 mol inicial – 0,5 mol que reaccionó = 0,5 mol. pN2= 1,5 mol . R . 523 / 30 = 2,14 atm. pH2O= 2,0 mol . R . 523 / 30 = 2,86 atm. pN2O4= 0,5 mol . R . 523 / 30 = 0,714 atm. ptotal= 5,71 atm.

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Página 270 a) Buscar la página en un buscador no es la única posibilidad; es importante hacer ver a los estudiantes que se accede a ella también a través de las páginas de los organismos de los cuales depende el INQUIMAE, es decir, la FCEyN y el CONICET. b) En la página recomendada se puede encontrar: una nómina del personal, fotos y currículos de los investigadores, proyectos de investigación en curso, referencias a publicaciones, una breve historia de la institución, los servicios que presta a la “comunidad”, un catálogo on-line de la biblioteca del Instituto, etcétera. c) Para encontrar otras instituciones, se puede navegar en páginas de otras universidades públicas argentinas: Universidad Nacional de La Plata: www.unlp.edu.ar Entrar a “Unidades académicas”, de allí a “Facultad de Ciencias Exactas”, y de allí al Departamento de Química (se abre una nueva ventana: http://www.quimica.unlp.edu.ar). Una vez allí, cliquear, sobre el menú de la izquierda, en “Centros de Investigación”.

Universidad Nacional de Córdoba: www.unc.edu.ar Entrar a “Organización institucional”, cliquear en “Facultades”. Al ingresar a la página de la Facultad de Ciencias Químicas se abre una nueva ventana: http://www.fcq.unc.edu.ar. Hay que cliquear arriba, sobre el nombre de la Facultad, para llegar a http://www. fcq.unc.edu.ar/site/todo.htm. Abajo a la izquierda dice “Institutos del CONICET en FCQ”. Universidad Nacional del Litoral: www.unl.edu.ar En la barra horizontal, entrar a “Investigación”. A la izquierda, al cliquear sobre “Institutos, centros y laboratorios”, se despliega un menú de facultades (identificadas por sus iniciales). Sirven la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB) y la de Ingeniería Química (FIQ). Allí solo se listan los institutos, con poca información sobre ellos. En la página de la Facultad de Ingeniería Química (http://www.fiqus.unl.edu.ar) hay forma de acceder a información similar, muy escueta.

Página 271 1 y 2. Atención. Conviene tomarse un tiempo para chequear la calidad de estos recursos. Es importante también trabajar en clase, con los y las estudiantes, el tema de la confiabilidad de la información que aparece en Internet (ver la actividad).

Página 273 9.º En general no se respetan el tamaño, la proporción, la textura, el color y el movimiento de los objetos representados. Casi siempre se usan esferas para representar objetos como protones,

electrones o átomos. Es difícil representar la energía, la luz o las radiaciones. Hay que usar elementos auxiliares para sostener a los electrones en órbita o a los iones dentro de un cristal.

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