Física y Química 2º ESO

DEMO

INCLUYE

PROYECTO DIGITAL BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL

2 ESO

A C I S FÍ A C I M Í U Q Y oral A . M .ª M

, o nzález o G z e aldean ch G l í s V o . b M o J. al G. Vill

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SUMA

piezaS

ASÍ ES

tu libro Apertura de unidad

1

LA MATERIA La decantación

os de Roma

del agua en tiemp

LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD

mente, que conocían demostraron, sobrada n concep­ Los ingenieros romanos materia, al aplicar con correcció des de la an técnicas de algunas propieda , y que dominab arse presión o densidad tos como los de ión. Ello puede comprob de como la decantac ejemplos separación de mezclas construcciones; o sus increíbles . observando y analizand Segovia o el de Nimes (Francia) de to acueduc se limita­ estas son el civilización romana se pensó que la almente tiempo, tradicion mucho que s Durante en los grandes depósito concluían ba a almacenar agua de las ciudades donde agua de las proximidades n para recoger el se encontraban en en los que se construía a) o la de Teodosio los acueductos o de Monturque (Córdob ado que el lluvia, como la cisterna estudios recientes han demostr , s depósitos (Estambul). Sin embargo Así, estos inmenso las era muy distinto. a fin de separar ores, propósito de estos decantad actuarían como junto con la presumiblemente el agua. Este hecho, to (re­ suspendidas en partículas sólidas interiores del acueduc recubría las paredes una función pintura rojiza que que le atribuyen la civi­ han emitido hipótesis ia otorgada por cientemente se ), evidencian la relevanc fungicida y da bacterici agua. al saneamiento del lización romana

Cada unidad comienza con un breve texto que pretende acercar al alumnado las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad a través de algún hecho relevante relacionado con los contenidos que se van a desarrollar.

on los or visual c Organizad lacioigitales re recursos d ado. cada apart n a d o s co n

TACIÓN PRESEN

LA MATERIA

VÍDEO

La decantación del agua en tiempos de Roma

TACIÓN PRESEN

Objetivos de desarrollo sostenible.

Qué necesitas saber.

DOCUM

ENTO

Cómo aplicar la técnica: «Mesa redonda».

1

ENTOS DOCUM

TACIÓN PRESEN

Clasificación de la materia.

3

Cómo aplicar las técnicas: «Cadena de consecuencias» y «El espejo».

Disoluciones en estado líquido

VÍDEO

Técnicas de separación de mezclas

Material de laboratorio utilizado para preparar una disolución.

Disoluciones.

CIÓN SIMULA

5

ENTO

Concentración de una disolución.

Suspensiones y coloides

Organizador gráfico: diagrama de Venn.

DOCUM

Compromiso ODS. Actividades para reflexionar en grupo y proponer acciones para alcanzar las metas de desarrollo sostenible propuestas en cada una de las unidades.

DOCUMENTO

Textos expositivos.

4

TACIÓN PRESEN

la cali­ que pretendan mejorar antes iniciativas actuales 1 Busca en la web de elementos contamin reducir la cantidad dad del agua y/o . mares u océanos en pantanos, ríos, n roma­ para la civilizació ya era una prioridad texto. comentadas en el 2 El acceso al agua ran las construcciones personas de millones na, como demuest 2 000 después aun existen y sanea­ Pero 2000 años básicos de agua acceso a los servicios la meta que carecen de es el vídeo sobre en anayaeducacion. para la miento. Consulta r el acceso al agua que persigue garantiza una lista de acciones 6.4 de los ODS, n mundial y haz en la població la de busca irlo (ayuda: mayor parte para ayudar a consegu acciones que puedes hacer el documento «170 rás ONU sobre los ODS , en el que encontra página web de la ar nuestro mundo» diarias para transform algunas ideas).

Medida del volumen de un sólido irregular.

2 Sustancias puras y mezclas

ENTOS DOCUM

DOCUM

VÍDEO

Propiedades de la materia

Cómo aplicar las técnicas: «Piensa y comparte en pareja», «Círculo de puntos de vista» y «Folio giratorio».

COMPROMISO ODS

Material para medir volúmenes de líquidos.

NTO DOCUME

ENTO

Cómo aplicar la técnica: «Cabezas pensantes».

Ciencia recreativa ¿Sólido o líquido viscoso?

Organizador gráfico: diagrama jerárquico.

ENTOS DOCUM

NTO DOCUME

Trabajo práctico ¿Disolución, coloide o suspensión?

Cómo aplicar las técnicas: «Comprobamos» y «Asamblea de ideas».

ENTOS DOCUM

Consejos para elaborar tu potfolio

«Para estudiar» y «Aprende jugando».

Trabaja con lo aprendido

Cómo aplicar las técnicas: «Rueda lógica», «1-2-4», «Grupo nominal» e «Interpretación compartida».

Y ADEMÁS… Soluciones de todas las actividades numéricas

consulta la presentación estudiar esta unidad, Antes de empezar a . en anayaeducacion.es «Qué necesitas saber»

Desarrollo de los contenidos y actividades 1

Dos tipos de actividades:

ä 1.1 ¿Qué es la fuerza?

FUERZAS

Las personas podemos ejercer fuerzas sobre los objetos que nos rodean, y lo hacemos para deformarlos o para cambiar su movimiento, es decir, ponerlos en movimiento, pararlos, o desviarlos de su trayectoria. Así, la fuerza se define en función de sus efectos: Fuerza es toda causa que tiene como efecto, bien cambios en el estado de movimiento de un cuerpo, bien una deformación del mismo.

No solo las personas podemos ejercer fuerzas. Otros cuerpos también pueden hacerlo, como los imanes entre sí o con trozos de hierro, los planetas con el Sol, o las rocas al chocar entre sí o con el suelo, entre otros ejemplos.

Así, en Física, una fuerza es algo que un objeto ejerce sobre otro y consigue deformarlo o cambiar su movimiento. Por tanto, los cuerpos no «tienen» fuerza, sino que la «ejercen».

Los efectos de una fuerza dependen de hacia dónde se aplique. Te será fácil comprobar que si ejerces una fuerza sobre la mesa, en la vertical y hacia abajo, la mesa no sufre cambios apreciables. Sin embargo, si la ejerces hacia podrás levantarla, y si lo haces en cualquiera de las direcciones horizontales, se desplazará hacia donde la empujes (siempre que se ejerza fuerza suficiente).

Debido a ello, para representar la fuerza que un cuerpo ejerce sobre otro se utilizan segmentos orientados, llamados vectores, que indican la dirección y sentido en el que se aplica la fuerza (figura inferior), así como la intensidad de la misma, proporcional a la longitud del segmento.

Trabaja con las imágenes

Comprende, piensa, investiga… Actividades para afianzar el aprendizaje y relacionar conocimientos. gen. on la ima Trabaja c paa c ará tu Desarroll ión c a rv e obs cidad de tación. e interpre

Unidad

Representa gráficamente la fuerza que se ejerce en todas las situaciones descritas en esta página.

La intensidad de una fuerza, en el SI, se mide en newton (N).

Representación gráfica de fuerzas

6

ä 1.2 Efectos de las fuerzas Cambios en el estado del movimiento Que un cuerpo cambie su estado de movimiento significa que cada vez se desplaza más rápido, o cada vez más lento, o que va curvando durante su movimiento.

Cuando se observa alguno de estos tres cambios es porque hay fuerzas que lo están produciendo. Por tanto, si sobre un cuerpo no se ejercen fuerzas, este mantiene su estado de movimiento, lo que significa que, si el cuerpo estaba parado, continuará en reposo, o si estaba moviéndose, mantendrá su movimiento con la misma rapidez y en línea recta, sin curvar.

De esto deducimos, que: El estado natural de los cuerpos es mantener, sin cambios, su estado de movimiento.

En la vida cotidiana no observamos esto, ya que en la superficie de la Tierra, siempre hay fuerzas actuando sobre los cuerpos. Pero en el espacio exterior, cualquier objeto se moverá para siempre en línea recta sin acelerar ni frenar, a menos que alguna fuerza modifique su estado de movimiento.

Deformaciones

3

Comprende, piensa, investiga…

1 Propón dos ejemplos en los que se

ejerzan fuerzas para cambiar el estado de movimiento de algún cuerpo, y otros en los que el efecto principal sea la deformación.

2

¿Qué te hace decir eso? La Luna describe un movimiento casi circular alrededor de la Tierra. ¿Podemos afirmar que actúan fuerzas sobre ella? Razona tu respuesta.

ä 3.2 Ley de las proporciones definidas

Cuerpos plásticos y elásticos

ä 3.3 Velocidad de una reacción química

CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

En una reacción química, la materia ni se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. Por tanto, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción.

• El enunciado de esta ley está basado en múltiples experiencias en las que se midió la masa de los reactivos y los productos de diferentes re­ acciones químicas. Se trata, pues, de una ley extraída de la experiencia; es una ley empírica.

F

• La comprobación experimental de esta ley en las reacciones en las que hay un reactivo o un producto en estado gaseoso era técnicamente complicado en esa época, y supuso un gran avance en el conocimiento de las transformaciones de la materia.

Se representan mediante segmentos orientados que indican la dirección, sentido e intensidad de la fuerza.

Esta ley empírica fue explicada posteriormente por la teoría atómica que propuso Dalton entre 1803 y 1808.

Los muelles son ejemplos de cuerpos elásticos. Otros ejemplos pueden ser las gomas o la lycra.

La masa de los reactivos y el ma­ terial de laboratorio es igual a la masa de los productos obtenidos y ese mismo material. Para llevar a cabo la experiencia, el recipiente debe tener un volumen adecua­ do para que el CO2 producido no haga saltar el tapón.

122

Los iconos incluidos en algunas actividades sugieren la clave del proyecto que puede aplicarse en cada caso.

Unidad

Hay algunas características importantes de las reacciones químicas. En El otro efecto de las fuerzas se relaciona con las deformaciones. En fun3 Propón un relacionadas ejemplo de material plás- de reactivos y este curso estudiaremos dos leyes con la masa tico y otro de material elástico, difeción de cómo reaccionan los cuerpos, o sistemas, ante la acción de las productos, y el concepto de velocidad de una reacción química. rentes a los nombrados en el texto, y fuerzas, se clasifican en elásticos y plásticos. explica por qué son de este tipo.

Un cuerpo elástico es aquel que recupera su forma cuando la fuerza que ä de elásticos masa recu4 Los materiales lo deforma cesa. Por el contrario, un cuerpo plástico es aquel 3.1 que Ley quedade conservación peran su forma la fuerza deformado cuando deja de actuar la fuerza. Cuando se ejerce una fuerzaarena y sal, Si mezclamos la masa de lacuando mezclacesa es igual a la suma de las que los Pero ¿cumplen esto¿Qué ocurrirá sobre un cuerpo, este siempre se deforma, aunque a veces es inapreciable. masas de sus componentes; es deforma. decir, la masa se conserva. cuando se aplican fuerzas muy gransi, en de una mezcla, al juntar dos sustancias se produce un cambio En ocasiones se habla de cuerpos rígidos como aquellos que no vez se defordes? Busca información y resúmela químico nuevas sustancias? ¿Se conservará la masa? man ante la acción de una fuerza. Pero lo que ocurre en realidad es en queellaque se generan en pocas líneas. deformación es muy pequeña para apreciarla.

A esta pregunta, como ya hemos visto, dio respuesta A. Lavoisier en 1789, químico francés que enunció la ley de conservación de la masa.

Destacamos dos aspectos de esta ley y las circunstancias en las que se enunció:

Según cómo se apliquen, las fuerzas pueden producir movimientos (izquierda) o deformaciones (derecha).

Los ejercicios resueltos permiten el aprendizaje de procesos de razonamiento y estrategias de resolución de problemas.

Las plastilina es un ejemplo de material plástico. Otros ejemplos pueden ser la arcilla húmeda o el papel de aluminio.

Comprobación de la ley de conservación de la masa Vinagre (contiene ácido acético)

Dióxido de carbono

Ponemos en contacto los reactivos

Agua H2O

Ácido acético CH3COOH

Bicarbonato de sodio NaHCO3

123

Disolución acuosa de acetato de sodio

Bicarbonato de sodio

Acetato de sodio CH3COONa

108

Dióxido de carbono CO2

A nivel microscópico, obser­ vamos que los átomos que forman los reactivos se reorga­ nizan formando las nuevas sus­ tancias, los productos, por eso la masa no cambia durante una reacción química.

5

En relación con la masa, otra de las leyes que cumple una reacción quími­ ca es la ley de las proporciones definidas.

En una reacción química, las masas de los reactivos y las masas de los productos guardan entre sí una proporción constante.

Esta ley está relacionada con el hecho de que las entidades elementales de cada sustancia que intervienen en una reacción tienen diferente masa, y siempre se combinan en la misma proporción numérica. Estudiaremos con mayor detalle esta ley en el siguiente curso.

Existen reacciones químicas extremadamente lentas, como la formación de minerales en la corteza terrestre, o muy rápidas, como una explosión o la combustión del metano que ya hemos estudiado. Existen varios facto­ res de los que depende la velocidad de un cambio químico. Destacamos los que se exponen a continuación: • Temperatura. De forma general, podemos observar que, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de una reacción química.

• Concentración de los reactivos. Cuanto mayor sea la concentración de los reactivos, mayor es la velocidad de la reacción.

Ejercicio resuelto

Comprende, piensa, investiga…

1 En la reacción de 30 g de nitrógeno con hidrógeno

10 Busca información sobre la reacción química entre

Para calcular la masa de hidrógeno que ha reacciona­ do, aplicamos la ley de conservación de la masa:

a) ¿Cuáles son los reactivos y los productos de esa reacción?

se obtienen 170 g de amoníaco. ¿Qué masa de hidrógeno ha reaccionado? ¿Qué masa de amoníaco se formaría si reaccionan 90 g de nitrógeno?

el vinagre y el bicarbonato que te hemos propuesto para comprobar la ley de conservación de la masa, y responde a estas preguntas:

masa de los reactivos = masa de los productos

b) ¿Es el vinagre una sustancia pura?

Así, la masa de hidrógeno será la diferencia que haya entre la masa de amoníaco y la de nitrógeno:

c) ¿Por qué el resultado de la reacción es una disolu­ ción acuosa?

masa hidrógeno = 170 g – 30 g = 140 g

d)

Calculamos la masa de amoníaco que se forma a partir de la ley de las proporciones definidas; así, partir de 90 g de nitrógeno obtenemos: 30 g de nitrógeno 90 g de nitrógeno = x 170 g de amoníaco

11 Si al reaccionar 224 g de hierro con oxígeno se for­

90 $ 170 x= = 510 g de amoníaco 30 Podemos representar esta reacción como:

man 320 g de óxido de hierro, ¿qué cantidad de óxi­ do de hierro se formará a partir de 112 g de hierro?

12 ¿Por qué crees que en la mayoría de las técnicas de

3 H2

cocinado se aumenta la temperatura de los alimentos?

+ N2

Piensa y comparte en pareja. Explica por qué esta experiencia sirve para comprobar que los gases tienen masa.

e) Explica, utilizando la TCM, qué ocurriría si hiciéra­ mos el experimento a una temperatura mucho ma­ yor que la temperatura ambiente.

2 NH3

13

Justifica el hecho de que para conservar los ali­ mentos estos se almacenen en frigoríficos.

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es.

109

Las claves

del proyecto

ODS Compromiso ODS

Plan Lingüístico

Desarrollo del pensamiento

Aprendizaje cooperativo

Descubre los Objetivos de Desarrollo Sostenible y forma parte activa de nuestro compromiso para lograr un mundo más igualitario y habitable.

Pon en práctica tus destrezas comunicativas en los diferentes tipos de texto que te proponemos. El lenguaje siempre está presente, ¡comunícate!

Trabaja estrategias de pensamiento: reflexiona sobre los contenidos que estás aprendiendo, genera ideas, organízalas, priorízalas, arguméntalas, exponlas…

Implícate en tu aprendizaje y participa en el de todo el grupo; comprobarás que cooperar mejora el rendimiento y la convivencia en clase.

TALLER DE CIENCIAS Dentro del taller de ciencias se ofrecen entretenidos experimentos de ciencia recreativa que se pueden realizar con materiales sencillos y de forma autónoma por nuestros estudiantes.

TALLER DE CIEN

Unidad

CIAS

Ciencia recreativa pegamento casero

En el experimento que te proponemos tienen lugar una serie de reaccio­ nes químicas, que provocan la aparición de nuevas sustancias; entre ellas, la aparición de una sustancia sólida y el desprendimiento de un gas. Para acelerar el proceso, utilizaremos una fuente de calor.

• Levadura química (bicarbonato sódico).

• Experiencia A: comprobaremos la reacción química que tiene lugar entre los metales y el ácido clorhídrico.

• Experiencia B: utilizaremos una barra luminiscente para comprobar cómo afecta la temperatura a la velocidad de reacción.

• Una cuchara de madera.

• Vierte de nuevo a la sartén, añade una cucharada de levadura química y un poco de agua. Calienta y remueve la mezcla. Al principio observa­ rás un burbujeo. Continúa calentando y agitando hasta que la mezcla bulla.

MATERIAL • Barras luminiscentes • Vaso de precipitados • Hielo • Agua • Sal • Virutas metálicas • Disolución de ácido clorhídrico diluida • Disolu­ ción de ácido clorhídrico algo más concentrada.

• Una taza.

• Retira la mezcla de la fuente de calor y continúa agitando.

• Un colador.

• Por último, trasvásala a un recipiente y tápalo. Podrás utilizarlo como pegamento cuando esté frío y hasta un máximo de dos días, antes de que se estropee.

• Una cuchara sopera.

• Una fuente de calor.

Al añadir la levadura química (bicarbonato sódico) y agua al cuajo, se observa el desprendimiento de un gas. Se trata del dióxido de carbono, que es el resul­ tado de la reacción química entre el vinagre y el bicar­ bonato; de esta forma, eliminamos el exceso de ácido (vinagre), porque se consume durante la reacción quí­ mica. En esta reacción, se obtienen otros productos, como el acetato de sodio, que tiene múltiples aplica­ ciones industriales.

REFLEXIONA Al añadir el vinagre a la leche, has separado la caseí­ na, el cuajo, del suero, el resto de la leche. Cuando se forma el cuajo, proteínas y grasas, se solidifica y se aglomera por la acción de un ácido (en este caso, el vi­ nagre), y se obtienen unos grumos que se separan con el colador. Las propiedades de la caseína como pega­ mento se conocen desde la Antigüedad. Actualmente, se utiliza en la fabricación de colas y pegamentos.

Responsabilidad

NUESTRA PROPUESTA Realizaremos dos experiencias:

• Separa el cuajo obtenido del resto líquido colando tu mezcla.

• Una sartén.

Creatividad

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. OBJETIVO El objetivo de esta práctica es tener una evidencia de un cambio químico, y observar cómo afectan la temperatura y la concentración de los reactivos a la velocidad de reacción.

PRELIMINARES Elabora un plan para detectar cambios químicos, y para observar cómo afectan la temperatura y la concentración de los reactivos a la velocidad del cambio químico.

EXPERIMENTA • Vierte en una sartén una taza y media de leche y tres cucharadas de vinagre. Calienta, con la ayuda de un adulto, un poco la mezcla, a la vez que remueves con cuchara de madera. Observarás la formación de unos grumos; se trata del cuajo de la leche.

• Vinagre.

• Un recipiente para mezclar

Las experiencias del apartado Trabajo práctico permiten recordar y aplicar lo estudiado en la unidad inicial del libro y, a la vez, trabajar sobre los contenidos desarrollados en la unidad.

TRABAJO PRÁCTICO reacciones químicas

INTRODUCCIÓN Como hemos estudiado, si al mezclar varias sustancias aparecen otras nuevas, diremos que ha ocurrido un cambio químico.

NECESITAS • Leche.

5

PRECAUCIONES El ácido clorhídrico es un líquido muy corrosivo. Sigue las normas de segu­ ridad para no sufrir ningún percance.

Motivación

ORIENTACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LA EXPERIENCIA EXPERIENCIA A • Vierte un poco de agua en un vaso de precipitados y añade las virutas metálicas.

EXPERIENCIA B • Prepara un vaso de precipitados con agua caliente, y otro con una mezcla de agua, hielo y sal.

• Repite la experiencia anterior, utilizando ahora la diso­ lución diluida de ácido clorhídrico.

• Flexiona dos barras luminiscentes para provocar que comience la reacción química en su interior.

• Realiza la experiencia anterior, pero utilizando la diso­ lución algo más concentrada de ácido clorhídrico.

• Introduce una de ellas en el vaso con agua caliente, y la otra en el vaso con la mezcla de hielo, agua y sal.

• Observa y anota lo que ocurre en los tres casos.

• Anota las diferencias que observes en cada caso.

Planificación de tareas

Extrae conclusiones...

1 ¿Cómo explicas las diferencias observadas en el primer

4 Busca información sobre el funcionamiento de las barras

2 ¿Qué reacción química ocurre al mezclar un metal con

5 Explica las diferencias observadas entre la barra intro­

paso y el tercer paso de la experiencia A?

ácido clorhídrico? ¿A qué se debe el burbujeo?

3 ¿Cómo explicas las diferencias observadas entre los dos

últimos pasos de la experiencia A? ¿Qué factor está in­ fluyendo sobre la velocidad de reacción?

Organización en equipo

luminiscentes y sobre sus aplicaciones.

ducida en agua caliente y la introducida en el vaso con hielo. ¿Qué factor influye en la velocidad de reacción?

6 Busca información sobre por qué se añade sal al agua con hielo. ¿Qué aplicaciones tiene en la vida cotidiana?

116

117

Trabaja con lo aprendido nar el material .

Recuerda seleccio unidad para tu portfolio de esta de trabajo

Organizador visual de los contenidos

Unidad

APRENDIDO

TRABAJA CON LO

ORGANIZO MI MENTE

Calor. Efectos del calor

Mapa conceptual sistémico

1 Resume información en un dibujo. Explica los mecanismos de propagación del calor ayudándote con dibujos.

2 Mapa conceptual. Completa el siguiente mapa conceptual y amplíalo con otros contenidos de la unidad.

relacionada con se debe a

intercambia

mide

agitación

mediante

? ................................

ondas electromagnéticas

1 ¿Qué tiene más energía térmica, un clavo al rojo vivo o el mar Mediterráneo? ¿Y más temperatura? Razona tus respuestas.

Interpretación compartida. Estás preparando un trabajo sobre las escalas termométricas y encuentras esta ilustración en Internet. Decides repasarla y ves en ella varios errores. ¿Cuáles son?

Cuestiones sobre los aspectos esenciales de la unidad, con las que podrás hacer tu propio resumen.

100 ºC

1-2-4. Observa la siguiente imagen: ¿qué piensas que no se ha hecho bien en estas vías de tren?

40 ºC 30 ºC

273 K

17 ¿Qué material conduce mejor el calor, el aluminio o la madera? ¿Cuál es, por tanto, mejor aislante?

4 Habrás observado que en los días fríos es muy fácil que los cristales de un automóvil se empañen con el vaho. Explica este hecho y por qué desaparece con aire caliente.

5

Cabezas pensantes. En la imagen se muestra la energía térmica de un cuerpo A y de otro B antes de ponerlos en contacto térmico y aislados del exterior. Y también, después, cuando se ha alcanzado el equilibrio térmico.

Antes 200 J

300 J

A

Después

86 ºF 76 ºF

0 ºC

Kelvin

B

30 ºF

Celsius

3 Un cuerpo está a 36 °C, y otro, a 309 K. ¿En cuál de ellos las partículas tienen mayor agitación?

178

180 J

X

B

Responde razonadamente:

Farenheit

15 ¿Mediante qué mecanismo de propagación calienta el Sol el agua de los mares? Explica tu respuesta.

16 Cuando nos ponemos un abrigo en invierno lo hacemos (señala las frases verdaderas): a) Para evitar perder calor corporal. b) Para que nos proporcione calor. c) Para aislar nuestro cuerpo del frío del ambiente. d) Para calentarnos. e) Para no perder energía.

zar s para afian Actividade do n a z li ti do u lo estudia s de estrategia diferentes trabajo.

18 Describe brevemente las franjas del espectro electromagnético. ¿Cuáles de ellas percibimos de algún modo?

10 Solemos decir de algunos alimentos que tienen muchas calorías. ¿Qué queremos decir? ¿Significa que están «calientes»?

11 En el etiquetado de un paquete de 150 g que contiene 20 galletas aparece esta información: Valor energético por cada 100 g: 434 kcal Calcula la energía que proporciona una galleta. Expresa el resultado en unidades del SI. Propagación del calor

313 K 293 K

14 Indica a qué mecanismo de transferencia de calor corresponde cada frase: a) No hay transporte de materia. b) No necesita un medio material. c) Hay transporte de materia.

Ondas electromagnéticas. Luz

A

212 ºF

? ................................

por conducción

en forma de

Energía térmica y temperatura

373 K

9

? ................................

de

? ................................

2

8 Escribe de forma correcta las siguientes frases que utilizamos en la vida cotidiana: a) En verano hace más calor que en invierno. b) El hielo está más frío que el agua líquida. c) La temperatura es de 36 grados.

se

? ................................

Mapa conceptual, etc…

¿Qué te hace decir eso? «Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico, la cantidad de calor que almacenan es la misma». ¿Es esta frase correcta?

7 Explica el significado de la frase: «Un cuerpo puede absorber o recibir energía térmica y no por ello tiene que cambiar su temperatura».

Energía térmica

Línea de tiempo

6

8

13 Explica por qué los radiadores de calefacción se instalan en la parte baja de una habitación y los aparatos de aire acondicionado en la parte alta.

a) ¿Qué cuerpo estaba inicialmente a mayor temperatura? b) ¿Con cuánta energía térmica habrá quedado el cuerpo B? c) ¿Qué cuerpo tendrá una mayor temperatura final?

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es.

12

19

Mesa redonda. Si con una lupa concentramos los rayos de luz sobre un papel, ¿por qué crees que arde? ¿A qué franja del espectro se debe?

20 Clasifica las reflexiones siguientes en especulares o difusas: sobre un espejo, sobre un automóvil, sobre las aguas de un lago en calma, sobre una pared.

21 ¿Cómo se forma el arcoíris? ¿Cómo se llama el fenómeno que lo provoca?

22 ¿Cuántas refracciones se producen en la siguiente imagen?

Lápices al centro. Razona la veracidad o la falsedad de estas afirmaciones: a) En la convección se propaga calor en los líquidos sin que haya transporte de materia. b) El calor y el trabajo son dos formas de energía. c) La temperatura indica el nivel térmico de un cuerpo. d) La temperatura en el espacio exterior puede llegar a alcanzar los –280 °C.

anayaeducacion.es Consulta los apartados «Para estudiar» y «Aprende jugando» en el banco de recursos.

179

imágenes para que trabajes la observación y la interpretación.

Educación emocional

Cultura emprendedora

TIC

académica y profesional

Evaluación

Aprende a conocerte; identifica las situaciones que te generan emociones bloqueantes y gestiónalas con experiencias de autoafirmación constructiva.

Confía en tus aptitudes y conocimientos, desarrolla la creatividad, adáptate a las situaciones cambiantes y ten una actitud proactiva y responsable.

Aprende a obtener información, seleccionarla y aplicarla; a planificar, gestionar y elaborar trabajos; a colaborar en Red de forma ética y segura.

Valora tus capacidades personales, descubre y despierta tu vocación, entrénate en la toma de decisiones y aprende a orientarte entre distintas opciones.

Descubre diversas estrategias para analizar qué has aprendido y cómo lo has aprendido; entrénate para asumir compromisos o superar dificultades.

Orientación

ASÍ ES

el proyecto

digital www.anayaeducacion.es

libro digital Banco de recursos

Regístrate en www.anayaeducacion.es. Solo necesitas tener un correo electrónico, el código que se indica en la primera página de este libro y el permiso de tu padre, madre, tutor o tutora legales. Así podrás acceder al banco de recursos y descargar el libro digital.

Una versión digital de tu libro, que podrás usar en condiciones offline y online, con acceso a los recursos digitales tanto agrupados por tipologías como asociados a los contenidos de cada unidad.

Un espacio con recursos, técnicas y actividades, diseñado para afianzar tus conocimientos.

Más sobre las claves

Recursos relacionados con LAS CLAVES del proyecto ODS

Compromiso ODS, con microvídeos que te ayudarán a conocer cuáles son las metas para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible trabajadas en el proyecto.

Plan Lingüístico, con infografías que te darán las pautas para abordar el trabajo por medio de distintos tipos de textos (descriptivo, narrativo, expositivo, etc.).

Desarrollo del pensamiento, donde se incorporan explicaciones sobre cómo aplicar las distintas estrategias de pensamiento planteadas en el proyecto.

Aprendizaje cooperativo, que incluye la descripción de las técnicas de aprendizaje cooperativo propuestas en el proyecto.

Educación emocional, con orientaciones para superar la inquietud generada en diferentes situaciones de tu proceso de aprendizaje (inicio del curso, enfrentarte a un examen, etc.).

TIC, mediante fichas que reforzarán tu uso saludable, correcto y seguro de las tecnologías de la información y la comunicación.

Orientación académica y profesional, con información sobre diferentes profesiones vinculadas a los contenidos tratados en la asignatura.

0:40/1:33

Evaluación, se presentan orientaciones para hacer tu portfolio, así como rúbricas y dianas que facilitan tu autoevaluación.

Recursos DESTACADOS de la materia Contenidos autonómicos Qué necesitas saber Para estudiar Aprende jugando Laboratorios virtuales y simulaciones Vídeos Presentaciones Autoevaluaciones Soluciones

Recursos clasificados por unidades

Todos los recursos clasificados para que puedas localizar fácilmente los relacionados con cada apartado de tu unidad.

ASÍ SON

LOS contenidos del curso LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA

Pág. 8

¿Hipótesis de un desquiciado o de un pionero? ........

1. Conocimiento científico ....................................................

2. Cambios físicos y químicos ..............................................

3. Magnitudes físicas. Unidades y medida ......................

4. El lenguaje de la ciencia ....................................................

5. Material de laboratorio. Normas y seguridad ...........

6. Ciencia, tecnología y sociedad .......................................

8 10 11 12 16 18 22

Ciencia recreativa.

Informe científico. El muñeco de nieve ............................ 24 Trabajo práctico. Los errores de medida ........................ 25 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 26

1

LA MATERIA

Pág. 28

3

EL ÁTOMO

Pág. 66

Ciencia recreativa. ¿Sólido o líquido viscoso? ..................................................... 42

Vivir sin internet ...................................................................... 66 1. Primeras ideas sobre el átomo ....................................... 68 2. De la naturaleza eléctrica de la materia al primer modelo atómico ................................................ 70 3. De la radiactividad al modelo nuclear del átomo ... 72 4. El núcleo del átomo ............................................................ 74 5. Clasificación de los elementos químicos .................... 76 6. La corteza del átomo ......................................................... 78 7. Radiactividad ........................................................................ 80

Trabajo práctico. ¿Disolución, coloide o suspensión? ................................... 43

Ciencia recreativa. Construimos átomos ........................ 82 Trabajo práctico. Discontinuidad de la materia .......... 83

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 44

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 84

La decantación del agua en tiempos de Roma ....................................................................................... 28 1. Propiedades de la materia ............................................... 30 2. Sustancias puras y mezclas ............................................. 34 3. Disoluciones en estado líquido ......................................... 36 4. Técnicas de separación de mezclas .............................. 38 5. Suspensiones y coloides ................................................... 40

2

ESTADOS DE AGREGACIÓN

Pág. 46

4

LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS

Pág. 88

Gases de efecto invernadero .............................................. 46 1. Características de los estados de agregación .......... 48 2. La teoría cinética de la materia ...................................... 50 3. Presión de los gases ........................................................... 52 4. Leyes de los gases .............................................................. 54 5. Los cambios de estado ..................................................... 58 6. Gráficas de cambios de estado ...................................... 60

La agricultura moderna ......................................................... 88 1. Sustancias simples y compuestas ................................. 90 2. Los átomos se unen ............................................................ 92 3. Enlace químico ..................................................................... 94 4. Moléculas y cristales ........................................................... 96 5. Fórmulas químicas .............................................................. 98 6. Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas ... 100

Ciencia recreativa. Cubitos de aceite .............................. 62

Ciencia recreativa.

Memorización de los elementos químicos ...................... 102

Trabajo práctico.

Ebullición en una mezcla ....................................................... 63 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 64

Trabajo práctico. Discontinuidad de la materia (II) .... 103 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 104

5

LAS FUERZAS Y LOS MOVIMIENTOS

Pág. 108

7

ENERGÍA TÉRMICA

Pág. 148

Cautivados por el universo .................................................. 108 1. Fuerzas .................................................................................... 110 2. Estudio del movimiento .................................................... 114 3. Deformaciones elásticas. Ley de Hooke ..................... 119 4. Máquinas simples ................................................................. 120 5. Fuerzas cotidianas .............................................................. 122 6. La gravitación del universo .............................................. 124

El descubrimiento de las ondas de radio ...................... 148 1. Energía térmica y temperatura ...................................... 150 2. Calor y equilibrio térmico ................................................. 152 3. Efectos del calor .................................................................. 154 4. Propagación del calor ........................................................ 156 5. Ondas electromagnéticas ................................................ 158 6. Luz ............................................................................................. 160

Ciencia recreativa.

El factor tiempo en las fuerzas ............................................ 126

Ciencia recreativa.

Disco de Newton ....................................................................... 164

Trabajo práctico.

Deformaciones elásticas. Ley de Hooke .......................... 127

Trabajo práctico.

Propagación del calor ............................................................. 165

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 128

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 166

6

LA ENERGÍA. ENERGÍA MECÁNICA

Pág. 130

8

FUENTE DE ENERGÍA

Pág. 168

Terremoto ¿Catástrofe natural o castigo divino? ....... 130 1. Energía ..................................................................................... 132 2. Manifestaciones de la energía ........................................ 134 3. Intercambios de la energía ............................................... 138 4. Ondas mecánicas ................................................................. 140 5. Sonido ...................................................................................... 142

El camino correcto .................................................................. 168 1. Fuentes de energía ............................................................. 170 2. Principales usos de la energía ........................................ 172 3. Problemáticas derivadas del uso energético ............ 174 4. Posibles soluciones al problema energético ............. 176 5. Desarrollo sostenible .......................................................... 178

Ciencia recreativa.

Teléfono de hilo ......................................................................... 144

Ciencia recreativa.

Energías eólica e hidráulica .................................................. 180

Trabajo práctico. ¿De qué depende la energía mecánica? .................................................................................... 145

Trabajo práctico.

Máquinas térmicas .................................................................... 181

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 146

Trabaja con lo aprendido ...................................................... 182

4

LAS Sustancias químicas La agricultura moderna

Habitualmente, cuando escuchamos el término «contaminación» lo primero que se nos ocurre es la liberación de gases de efecto invernadero a la atmósfera o de fluidos tóxicos a los ríos, mares y océanos.

Sin embargo, rara vez ponemos en primer plano la contaminación del suelo.

La agricultura moderna, basada en los modelos de producción actuales (producir más, en menos tiempo y con menos coste), se ha adentrado en un círculo vicioso. Desde la invención y la extensión del uso de los fertilizantes a finales del siglo xix, la agricultura mundial empezó a centrarse en el monocultivo en lugar del policultivo y en la explotación intensiva frente a la extensiva.

Esta nueva tendencia agraria nos ha llevado a registrar, año tras año, mayores índices de contaminación en el suelo y, también, en las aguas subterráneas. El abuso de fertilizantes, herbicidas y pesticidas ha dado lugar a que los suelos de uso agrario cada vez sean menos productivos, aumentando la dependencia de la industria química en el sector agrícola.

COMPROMISO ODS Contestad a las siguientes cuestiones en grupo:

1

Considerar todos los factores. Debatid los factores que determinaron el círculo vicioso descrito en la lectura, relacionando los efectos producidos con los ODS y sus metas.

2

Esquema a cuatro bandas. Teniendo en cuenta vuestro debate anterior, elaborad un esquema en el que sinteticéis las implicaciones de la agricultura moderna en la consecución de los ODS, además de aportar posibles alternativas para subsanar los aspectos negativos de esta.

3 ¿Conoces alguna alternativa para promover un desarrollo agrario sostenible?

Antes de empezar a estudiar esta unidad, consulta la presentación «Qué necesitas saber» en anayaeducacion.es.

88

LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD PRESENTACIÓN

LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS VÍDEO

Qué necesitas saber.

Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Producción y procesado de productos agrícolas

1

INTERACTIVO

Sustancias simples y compue

stas

DOCUMENTO

Cómo aplicar la técnica: «Veo, pienso, me pregunto».

2

Visualizador de moléculas: Sustancias moleculares.

VISOR

Visualizador de moléculas: Cristales iónicos.

DOCUMENTO

Cómo aplicar la técnica: «El espejo».

DOCUMENTO

Como aplicar la técnica: «Pienso y comparto en pareja».

Textos argumentativos.

VISOR

Visualizador de moléculas: Cristales metálicos.

Enlace químico

VISOR

4

Visualizador de moléculas: Cristales covalentes.

Moléculas y cristales

5

DOCUMENTO

Fórmulas químicas

Organizador gráfico: «Esquema».

6

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas

VÍDEO

Nanotubos de carbono.

Ciencia recreativa Memorización de los elementos químicos Trabajo práctico Discontinuidad de la materia

«Para estudiar» y «Aprende jugando».

DOCUMENTO

Los átomos se unen

3 VISOR

Tabla periódica.

DOCUMENTO

(II)

Consejos para elaborar tu portfolio.

VÍDEO

Trabaja con lo aprendido

Y ADEMÁS… Soluciones de todas

Objetivos de Desarrollo Sostenible.

las actividades numéricas 89

1 SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS

ää 1.1 Los ladrillos de la materia Hemos estudiado que la materia está compuesta de átomos, y los distintos tipos de átomos se ordenan según su número atómico en el sistema periódico de los elementos. Muchos de estos elementos químicos se conocen desde la Antigüedad y otros fueron descubiertos una vez que la química alcanzó la entidad de ciencia. Pero ¿cómo fue posible descubrir distintos tipos de átomos antes de conocer siquiera su existencia?

Para responder a la pregunta anterior, es necesario acudir a una clasificación de las sustancias en función de su composición y determinar si es posible o no descomponer la sustancia: • Sustancias simples, si las unidades que las componen están formadas por átomos del mismo elemento químico. Por tanto, este tipo de sustancias no se descomponen en otras más sencillas.

• Sustancias compuestas, o compuestos, si están formadas por la unión de átomos de diferentes elementos químicos. Las sustancias compuestas se pueden descomponer en sustancias simples; por ejemplo, el agua puede descomponerse en dioxígeno y dihidrógeno.

Trabaja con las imágenes

ää 1.2 Elementos naturales y artificiales

Observa la imagen inferior izquierda, en la que cada esfera representa un átomo. ¿Cuál dirías que es la entidad elemental que forma cada una de las sustancias?

Vuelve sobre esta pregunta al finalizar la unidad.

De forma general, se puede afirmar que los elementos químicos cuyo número atómico es inferior o igual al del uranio (Z = 92) corresponden a átomos que se encuentran en la corteza terrestre formando sustancias simples o compuestas. Su descubrimiento pasó necesariamente por aislar las sustancias simples formadas por cada uno de ellos.

El resto de los elementos químicos conocidos se han obtenido por medio de la desintegración radiactiva de otros o en aceleradores de partículas.

Su descubrimiento no ha implicado aislar la sustancia simple, sino observar directamente el átomo.

Sustancia simple o compuesto Sustancia pura

2

¿Se puede descomponer en otras sustancias por procesos químicos?

5

115

113 Sí

No

26

Fe

44

Nh Co Ni 28

27

NIHONIO

46

45

29

Cu

47

77

108

109

Os

Compuesto

Sustancia simple

Tanto los compuestos como las sustancias simples están formados por unidades idénticas entre sí. La diferencia es que los compuestos están formados por dos o más átomos diferentes.

90

Hs

Ir

Mt

13

Al

McGa

30

Zn

31

MOSCOVIO

C

7

N

14

15

32

33

Si

Ge

117 P

8

O

16

9

F

17

S 118 Cl

10

Ne

18

Ar

Ts Br OgKr 34

35

As Se TENESO

36

OGANESÓN

49

50

51

52

53

82

83

84

85

86

114

115

116

117

118

In

78

79

80

81

110

111

112

113

Pt

6

48

Ru Rh Pd Ag Cd

76

B

He

Au Hg

Tl

Ds Rg Cn Uut

Sn Pb

Sb Bi

Te

Po

I

At

54

Xe

Rn

Fl Uup Lv Uus Uuo

Los nuevos elementos químicos descubiertos en los últimos Busca información años ya tienen nombre y símbolo. sobre los nombres de los nuevos elementos químicos. ¿Qué criterios se establecen para nombrarlos?

Unidad

ää 1.3 Elementos químicos y sustancias simples Es importante tener presente que la denominación «elemento» puede referirse tanto al tipo de átomo con el mismo número de protones (es decir, con el mismo número atómico), o bien a la sustancia simple formada por átomos de este tipo. Para evitar que haya confusión, en muchas ocasiones, en este libro utilizaremos el término «elemento químico» para denominar al tipo de átomos y no a la sustancia simple. Por ejemplo, el hierro (sustancia simple) es el formado por átomos del elemento químico hierro.

4

Grupo del hidrógeno

HH

ENO

HIDRÓG

ää 1.4 Grandes grupos en el sistema periódico De forma complementaria a la agrupación de los elementos químicos en familias o grupos, y en períodos, y atendiendo a ciertas propiedades, podemos clasificar los elementos químicos en:

¿A qué grupo pertenece el hidrógeno? ¿Presenta las mismas propiedades que los metales?

• Metales. La mayoría de los elementos químicos (los representados en color azul en la imagen inferior) son metálicos. Los átomos metálicos pierden electrones con facilidad y, por tanto, forman cationes.

• No metales. Al contrario de lo que puede parecer por su nombre, los elementos químicos que se denominan «no metales» no son todos aquellos que no son metales, sino que se trata tan solo de los diez elementos representados en amarillo. Estos átomos forman aniones.

• Semimetales. Las sustancias simples formadas por estos elementos químicos comparten con los metales ciertas propiedades, pero presentan también propiedades de las sustancias no metálicas. Son los elementos químicos representados en color verde en la tabla inferior.

• Gases nobles. Se trata de los elementos del grupo 18 de la tabla periódica. Las sustancias formadas por estos elementos químicos son gaseosas y están formados por átomos que no están unidos entre sí. Estas características permiten explicar la carga de los iones y la forma en la que el resto de los elementos químicos se unen entre sí.

Semimetales

Gases nobles

Metales

Comprende, piensa, investiga…

No metales

1 Explica la diferencia entre sustancia He

H Be

B

C

N

O

F

Ne

Na Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Ga Ge

As

Se

Br

Kr

Ru Rh Pd Ag Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe Rn

Li

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr Mn Fe

Rb

Sr

Y

Zr

Nb Mo Tc

Cs

Ba La

Hf

Ta

Re Os

Ir

Pt

Au Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Fr

Ra Ac

Rf

Db Sg Bh Hs

Mt

Ds Rg Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

W

Co

Ni

Cu

Zn

simple y elemento químico. Pon un ejemplo de cada uno.

2 ¿Cuántas filas y columnas tiene el sis-

tema periódico de los elementos químicos?

3 Indica si los elementos químicos siguientes son metales, no metales, gases nobles o semimetales: a) Fósforo, cloro y carbono.

Lantánidos

Ce

Pr

Actínidos

Th

Pa

Nd Pm Sm Eu Gd Td U

Np Pu Am Cm Bk

Dy Ho Cf

Er

Tm Yb

Lu

Es Fm Md No

Lr

En anayaeducacion.es dispones de una tabla periódica interactiva donde podrás consultar las propiedades de todos sus elementos.

b) Magnesio, calcio y cinc. c) Argón, xenón y radón. d) Boro, silicio y germanio

91

2

ää 2.1 El enlace químico

LOS ÁTOMOS SE UNEN

Las sustancias simples, como el dicloro, Cl2, y las compuestas, como el amoníaco, NH3, están formadas por entidades elementales que son el resultado de la unión entre átomos, unión que se denomina enlace químico y se produce porque los átomos enlazados son más estables que los átomos aislados, salvo en el caso de los gases nobles, como veremos a continuación.

Un enlace químico es el resultado de la fuerza de atracción que une dos átomos.

ää 2.2 Gases nobles y regla del octeto Si los átomos de los gases nobles no se unen es porque son estables aislados. Observando las características de estos átomos podemos concluir que su estabilidad proviene del número de electrones de su última capa: • El helio (Z = 2), primer gas noble, tiene dos electrones en su última capa.

Como esa capa es la única que tiene, esta estará llena.

Trabaja con la imagen

• El resto de los gases nobles poseen ocho electrones en su última capa, pero no todos tienen su último nivel lleno. De todos ellos, solo el neón tiene su última capa de electrones completa.

Explica el diferente color utilizado para ilustrar los electrones de los gases nobles de la imagen.

2

He HELIO

A partir del neón, los gases nobles no tienen su última capa al completo debido al orden en el llenado de las capas, que se estudiará en otros cursos.

Configuración electrónica de los gases nobles

10

Ne NEÓN

El helio y el neón tienen su última capa de electrones completa; sin embargo, el argón y el kriptón no tienen esta capa completa, aunque sí poseen ocho electrones en ella.

92

18

Ar

ARGÓN

36

Kr

KRIPTÓN

En siguientes cursos verás que esta es una primera aproximación a la regla del octeto, que como veremos, es la regla que predice la formación de uniones entre átomos.

Unidad

4

Las observaciones anteriores se resumen en la regla del octeto: Los átomos se unen entre sí de tal modo que, como resultado de la unión, posean ocho electrones en su última capa, salvo el H, Li y Be que se quedan con dos electrones.

Un átomo puede adquirir la configuración electrónica de gas noble al unirse con otro, lo que quiere decir que como resultado de esa unión el átomo tendrá tantos electrones como un gas noble. Los iones también se forman para tener el mismo número de electrones que un gas noble.

ää 2.3 Formas de alcanzar la configuración Al estudiar la corteza del átomo vimos que un átomo neutro puede ceder o ganar electrones, dando lugar a un ion. El número de electrones que cede o gana no es cualquiera, sino el necesario para que su última capa tenga los mismos electrones que el gas noble más próximo (dos en el caso del helio y ocho para el resto de gases nobles).

Pero hay átomos muy alejados de un gas noble en el sistema periódico, por lo que tendrían que ceder o ganar un número excesivo de electrones.

En estos casos ocurre que dos o más átomos comparten electrones entre sí, para cumplir la regla del octeto.

Formas de conseguir ocho electrones

A partir de estas dos formas de conseguir ocho electrones en la capa de valencia se obtienen tres tipos de enlace químico diferentes: covalente, iónico y metálico.

Investiga acerca de los tipos de enlace químico y asigna cada uno de ellos en la parte adecuada del esquema.

Trabaja con la imagen

de gas noble

Los átomos adquieren espontáneamente estabilidad

pueden ser estables como los de

Gases nobles

cediendo electrones

ganando electrones

Cationes

Aniones

que tienen

compartiendo electrones

para adquirir Ocho electrones en su última capa

Comprende, piensa, investiga…

4 Haz un esquema de la corteza de los átomos de los tres primeros períodos del grupo 17 de la tabla periódica. ¿Qué conclusiones extraes?

5

Los globos de helio flotan en el aire, ya que este gas es menos denso que la mezcla de gases que forman el aire. ¿Crees que es conveniente lanzar globos de helio en un evento sobre medioambiente? Explica tu postura al respecto mediante una redacción.

6

«Los gases nobles […] normalmente se encuentran en la naturaleza en forma aislada pues su capacidad para reaccionar con otros elementos y formar compuestos es muy reducida. Pero no nula y en el laboratorio se ha estudiado un buen número de moléculas formadas por gases nobles». Agencia SINC, diciembre, 2013.

Busca el origen de esta información y analízala.

93

3

ää 3.1 Cargas eléctricas de los iones

ENLACE QUÍMICO

Mediante la regla del octeto se puede justificar que los iones de ciertos elementos químicos tengan una determinada carga eléctrica. Por ejemplo, el aluminio forma cationes Al3+; el bario, Ba2+; el cloro, aniones Cl–, y el azufre, S2–. Esto es así porque, de este modo, estos elementos alcanzan la configuración electrónica del gas noble más cercano.

Podemos conocer la carga del ion aplicando esta secuencia: • A partir del grupo del sistema periódico deducimos el número de electrones en la última capa.

• Conociendo el número de electrones de la última capa, sabremos cuántos le faltan o le sobran para tener los mismos que el gas noble más próximo y, con ello, la carga del ion que se forma.

ää 3.2 Enlace iónico Hemos visto, en cursos anteriores, que una de las formas en que la materia adquiere carga eléctrica es mediante el intercambio de electrones entre los átomos que la forman. Por tanto, para que se forme un anión es necesario que simultáneamente se forme un catión, produciéndose el intercambio de electrones entre ambos.

Un enlace iónico es el Cuando este intercambio ha ocurrido, exisresultado de la fuerza ten dos iones de cargas contrarias, lo que da de atracción entre lugar a la atracción eléctrica entre ambos. cationes y aniones por Veremos, a continuación, que el enlace ióniser las cargas de estos co no se produce en dos iones aislados, sino de signo contrario. entre un gran número de ellos.

Trabaja con la imagen

Carga de iones a partir de su posición en el SI 1 1

2

H

2

HIDRÓGENO

3

Li

LITIO

11

16 8

4

Be

OXÍGENO

BERILIO

16

12

Na Mg SODIO

19

K

POTASIO

37

Rb

RUBIDIO

3

MAGNESIO

20

Ca

CALCIO

38

Sr

ESTRONCIO

O

21

Sc

ESCANDIO

39

Y

ITRIO

S

AZUFRE

34

Se

SELENIO

52

Te

TELURO

17 9

F

FLÚOR

17

Cl

CLORO

35

Br

BROMO

53

I

YODO

18

He

N.º electrones valencia

Ceden o ganan

Carga del ión

1

1

Ceden

+1

2

2

Ceden

+2

13

3

Ceden

+3

16

6

Ganan

–2

17

7

Ganan

–1

HELIO

10

Ne NEÓN

18

Ar

ARGÓN

36

Kr

KRIPTÓN

54

Xe

XENÓN

Los elementos de los grupos más próximos al grupo 18 (gases nobles) ceden o ganan un número de electrones igual o inferior a cuatro, formando iones. De esta manera consiguen tener el mismo número de electrones que el gas noble más cercano. Así, el flúor ganará un electrón, formando F–, y el magnesio perderá dos, dando lugar a Mg2+.

94

Grupo

Lo expuesto aquí sirve para conocer la carga de los iones de los elementos de los grupos de esta tabla.

Para el resto de elementos del sistema periódico, pues también hay elementos que forman iones, la deducción de la carga no es tan sencilla, como verás en cursos superiores.

Unidad

ää 3.3 Uniones de átomos compartiendo electrones

Algunos átomos se unen a otros compartiendo electrones entre ellos, lo que puede dar lugar a dos tipos de uniones, o enlaces, totalmente diferentes: el enlace covalente y el enlace metálico.

Las sustancias que presentan enlace covalente tienen propiedades físicas y químicas muy diferentes a las de las sustancias con enlace metálico.

• Enlace covalente. Es la unión entre dos átomos de elementos del grupo de los no metales, que pueden ser del mismo elemento químico o de elementos químicos diferentes; los cuales comparten pares de electrones.

Los electrones que se comparten pertenecen a la vez a ambos átomos, ya que son atraídos por cada uno de los núcleos de los dos átomos enlazados. Se trata de un tipo de unión muy estable, y por tanto muy difícil de separar.

• Enlace metálico. Es la unión de los átomos de un mismo metal resultado de que todos ellos comparten de forma colectiva algunos de sus electrones.

4

Ejercicios resueltos 1 Indica qué tipo de ion formará el berilio a partir de

la información sobre su ubicación en el sistema periódico. ¿A qué gas noble corresponde la corteza electrónica del ion formado?

El berilio está en el segundo grupo y segundo período, por lo tanto su capa de valencia es la segunda y tiene dos electrones. Formará un catión Be2+ al perder estos dos electrones y quedar con la misma distribución de electrones en su corteza que el helio.

2 Utilizando el método que hemos aprendido para justificar la carga de iones, indica qué tipo de ion forma el hidrógeno.

El hidrógeno tiene un electrón en su capa de valencia, por lo que puede: – Ganar un electrón y que su corteza quede como la del helio, formando H–.

–P erder un electrón y quedar sin electrones, formando H+. Este ion del hidrógeno se conoce también como protón.

Estructura del enlace covalente y el enlace metálico

El agua, H2O, está formada por un átomo de oxígeno que está unido a dos átomos de hidrógeno, compartiendo con cada uno de ellos un par de electrones.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

El enlace metálico se basa en la atracción de cada uno de los átomos cargados de la red con los electrones que ceden al conjunto.

Comprende, piensa, investiga…

7 Deduce qué carga tendrán los iones de los elementos si-

guientes, refiriéndolos al gas noble más cercano en el sistema periódico: a) Cloro. b) Potasio. c) Boro. d) Oxígeno.

8 Indica si es posible que las siguientes parejas de átomos

se unan, atendiendo a la carga de los iones que forman: a) Cloro y flúor. b) Sodio y litio.

95

4 MOLÉCULAS Y CRISTALES

Las entidades elementales que componen las sustancias pueden ser átomos individuales o agrupaciones de dos o más átomos. El calificativo elemental se utiliza porque estas entidades representan la menor porción posible de una sustancia, ya sea simple o compuesta. Las entidades elementales formadas por varios átomos pueden ser moléculas o cristales.

ää 4.1 Moléculas La mayoría de las sustancias están formadas por moléculas. Estas entidades elementales son el resultado de la unión de átomos de elementos no metálicos, compartiendo los electrones, es decir, son el resultado de enlaces covalentes.

Una molécula es una entidad elemental formada por átomos unidos entre sí mediante enlace covalente.

Los átomos que forman una molécula pueden ser del mismo o de diferentes elementos químicos. El número de átomos que componen una molécula determinada no es variable, sino que todas las moléculas de una sustancia tienen el mismo número y tipo de átomos.

Existen moléculas muy sencillas, como el dicloro, el ozono o el agua; otras algo más complejas, como los ácidos grasos o la glucosa, y moléculas de una complejidad estructural notable, como las proteínas, cuya función en el organismo está determinada por su estructura tridimensional.

Trabaja con las imágenes

ää 4.2 Cristales En los modelos moleculares, la unión entre átomos se representa por barras y los átomos por esferas. ¿Cuántos átomos tiene una molécula de glucosa? ¿A cuántos átomos está unido cada nitrógeno (esfera azul) en una molécula de amoníaco?

Moléculas de amoníaco.

96

En el estado sólido, las partículas presentan un orden tridimensional.

Esta estructura se denomina cristal.

Existen sólidos que no están formados por cristales, se denominan sólidos amorfos.

Un cristal es una estructura tridimensional que mantiene un orden regular en las unidades que la forman.

Modelos para representar las moléculas

Moléculas de agua.

Molécula de glucosa.

En anayaeducacion.es dispones de un visor donde encontrarás modelos de multitud de sustancias moleculares.

Unidad

Los cristales se clasifican según la entidad elemental que se repita en su estructura: cristales iónicos, metálicos o covalentes.

4

Tipos de cristales

• Los cristales iónicos están formados por cationes y aniones que se unen como resultado de la atracción de cargas eléctricas de signo contrario; es decir, como resultado de enlaces iónicos.

• Los cristales metálicos están formados por átomos del mismo metal, que comparten sus electrones. Los electrones de la red metálica se mueven libremente por la misma, con mayor o menor facilidad en función del elemento metálico que forme la red.

• Los cristales covalentes son resultado de la unión de átomos de elementos no metálicos mediante enlace covalente. Por ello, los electrones en estas redes no se mueven libremente.

Los aniones (verde) y los cationes (violeta) de la sal común (NaCl) se unen formando un cristal iónico.

Esta variedad de uniones entre los átomos que forman cada tipo de cristal da como resultado propiedades muy diferentes entre sí.

• Las sustancias formadas por cristales iónicos, llamadas sales, son frágiles y solubles en agua, como el cloruro de sodio.

• Las sustancias formadas por cristales metálicos, llamadas metales, son conductoras de la electricidad, flexibles, dúctiles y maleables. Se trata de sustancias simples como el hierro.

• Los sólidos covalentes, que es como se denomina a las sustancias formadas por cristales covalentes, son duros, no conducen la electricidad y son muy estables. Un ejemplo es el diamante.

Comprende, piensa, investiga…

9

En los metales, los electrones se comparten de forma colectiva, y tienen libertad de movimiento.

Haz un esquema en el que se relacione la información de las uniones entre átomos con el tipo de entidades elementales que pueden tener las sustancias.

10 Explica cuáles son las diferencias entre un cristal iónico, uno metálico y uno covalente.

11

A partir de lo estudiado, propón un método para identificar los distintos tipos de cristales.

12

Veo, pienso, me pregunto. Investiga sobre el material que se ubica en la parte alta de una central termosolar para la generación de corriente eléctrica.

13

Busca información sobre el cuarto tipo de cristal que no está mencionado en este texto, el cristal molecular, y explica cómo está constituido, así como algunas de sus características.

En anayaeducacion.es podrás visualizar los distintos tipos de cristales: iónicos, metálicos y covalentes.

El diamante es una red cristalina covalente de átomos de carbono. Es la segunda forma más estable del carbono.

97

5 FÓRMULAS QUÍMICAS

ää 5.1 Fórmulas químicas A partir del nombre común de una sustancia, por ejemplo el amoníaco, sin otra información adicional, no es posible saber si se trata de una sustancia simple o de un compuesto. Sin embargo, si disponemos de la fórmula química sí podremos deducir de qué tipo de sustancia se trata.

Sustancias simples

Compuesto

Fórmula

Nombre

Fórmula

Nombre

Fe

Hierro

Al2O3

Óxido de aluminio

Cl2

Dicloro

NH3

Amoníaco

En el caso de la sustancia simple formada por cloro, su nombre puede ser dicloro, dando así información sobre el subíndice de la fórmula, o simplemente cloro. En este último caso se puede confundir la denominación de la sustancia con la del elemento químico que la forma.

ää 5.2 Interpretación de fórmulas químicas Las fórmulas químicas ofrecen información de dos clases: • Cualitativa, puesto que indican cuáles son los elementos químicos cuyos átomos forman las entidades elementales de la sustancia.

• Cuantitativa, a través de los subíndices de cada símbolo químico. En el caso de que el subíndice sea el valor «1», este no se escribe.

Interpretación de una fórmula química Número de símbolos químicos Uno

Tipo de elementos que la componen Sustancia simple

Metal

Cristal

Al

No metal

Cristal covalente

C

Molécula

Cl2

Fórmula química

Varios

Compuesto

Metal + No metal

No metal + No metal

98

Ejemplo

Cristal

Molécula

Explicación

El subíndice 1 (que no se escribe) indica que solo existe ese elemento en el cristal.

El subíndice indica el número de átomos que forma cada molécula.

Al2O3

Los subíndices indican la proporción de cada ion en el cristal.

CH4

Los subíndices indican el número de átomos de cada elemento presentes en la molécula.

Unidad

ää 5.3 Masa molecular y masa de la unidad

4

Molécula de butano

fórmula

Las propiedades de una sustancia química están determinadas por las de la entidad elemental que las compone. Una de estas características es la masa molecular o la masa de la unidad fórmula.

Se denomina masa molecular de una sustancia a la masa de su molécula, que se obtiene a partir de su fórmula química, sumando las masas atómicas de los átomos que componen dicha molécula. m (CH4) = 1 · m (C) + 4 · m (H)

En el caso de las sustancias simples moleculares, la masa molecular tiene en cuenta el número de átomos que forman la molécula.

Cristal de fluoruro de bario

En sustancias formadas por cristales, la masa de su entidad elemental se denomina masa de la unidad fórmula.

La masa de la unidad fórmula de una sustancia pura es la suma de las masas de los átomos que se representan en la fórmula de la sustancia.

Para cuantificar la masa de una unidad de una sustancia formada por cristales, por ejemplo el fluoruro de bario, BaF2, que es un cristal iónico, utilizamos la fórmula del compuesto. Así, la masa de su unidad fórmula es la masa de un átomo de bario, Ba, y dos de flúor, F.

m (BaF2) = m (Ba) + 2 · m (F)

Ejercicios resueltos 3 Calcula la masa de la unidad fórmula del óxido de alumi-

nio a partir de esta información: un cristal de óxido de aluminio contiene dos átomos de aluminio por cada tres átomos de oxígeno; m (Al) = 27 u, m (O) = 16 u.

La fórmula del compuesto es: Al2O3.

La masa de la unidad fórmula será: m (Al2O3) = 2 · m (Al) + 3 · m (O) Sustituyendo: m (Al2O3) = 2 · 27 u + 3 · 16 u = 102 u

4 Calcula la masa molecular del agua oxigenada (H2O2).

¿Será mayor o menor que la masa molecular del agua?

La masa molecular será: m (H2O2) = 2 · m (H) + 2 · m (O)

A partir de los valores de masa atómicas del sistema periódico: m (H2O2) = 2 · 1,008 u + 2 · 15,999 u = 34,014 u Este valor es mayor que la masa molecular del agua, que tiene un átomo menos en su molécula.

Comprende, piensa, investiga…

14 Calcula la masa molecular de las sustancias cuyas fórmulas son: a) SO3, b) N2O3, c) FeS, d) Na2O. ¿Es correcto hablar de masa molecular en todos estos casos? ¿Por qué?

15

El hipoclorito de sodio se utiliza como agente desinfectante en la potabilización de aguas. Busca la fórmula química de este compuesto y calcula la masa de su unidad fórmula.

16 Indica si las siguientes sustancias están formadas por

moléculas o cristales. Calcula la masa de la unidad fórmula o la masa molecular, utiliza para ello la información del anexo de formulación: a) Óxido de bario.

d) Amoníaco.

b) Hidruro de cinc.

e) Cloruro de bario.

c) Arsano.

f) Óxido de aluminio.

99

6 APLICACIONES INDUSTRIALES, BIOMÉDICAS Y TECNOLÓGICAS

Multitud de sustancias químicas, simples o compuestas, sirven de base para la fabricación de productos de alto valor añadido.

Algunas de las áreas de investigación en química consisten en el diseño de nuevas sustancias, o el descubrimiento de nuevos usos en sustancias conocidas. Según sea el ámbito de uso o aplicación de las sustancias químicas, podemos citar aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas.

ää 6.1 Aplicaciones industriales Los compuestos químicos de mayor relevancia en la industria sirven, a su vez, de materia prima para otros productos, entre ellos destacan: • Ácido sulfúrico (H2SO4). Es el compuesto químico más producido en el mundo. La producción de este ácido se considera un indicador de la capacidad industrial de un país, puesto que sirve de materia prima para la fabricación de otros productos. La mayor parte de la producción de ácido sulfúrico se destina a la fabricación de fertilizantes.

• Amoníaco (NH3). El proceso de fabricación del amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno supuso en su día una gran revolución, puesto que se conseguía obtener fertilizantes de forma artificial y no depender de las fuentes naturales. Los abonos son sustancias de origen natural o artificial que poseen nutrientes que pueden ser asimilados por las plantas.

• Ácido clorhídrico (HCl). El ácido clorhídrico se utiliza en procesos de tratamiento de aguas residuales, en la producción de alimentos y en la fabricación de otros productos químicos. Además, se utiliza para eliminar el óxido y las impurezas de acero antes de su procesado.

ää 6.2 Aplicaciones biomédicas La biomedicina engloba las ciencias que estudian el desarrollo de nuevos fármacos, o principios activos, y la comprensión a nivel molecular de los mecanismos que causan las enfermedades. Los dos objetivos de la biomedicina están íntimamente relacionados, pues conocer las interacciones entre moléculas en las enfermedades es el punto de partida para desarrollar nuevos fármacos, o proponer nuevas aplicaciones de los principios activos ya existentes.

Producción de ácido sulfúrico Producción de ácido sulfúrico en la CEE Bélgica y Luxemburgo 12 % Reino Unido 18 % Alemania 17 % Francia 12 %

España 15 %

Italia 9 % Finlandia 9 % Grecia 4 % Noruega 4 % Suecia 4 %

Países bajos 6 %

Los países más industrializados son los mayores productores de ácido sulfúrico.

100

Los procesos industriales de obtención de ácido sulfúrico requieren de instalaciones de gran complejidad.

Unidad

4

Avances en biomedicina

Recientemente se ha descubierto que el magnesio puede estar implicado en la resistencia que algunas bacterias presentan ante ciertos antibióticos.

El desarrollo de nanopartículas capaces de hacer llegar fármacos hasta el interior de los tumores es una faceta prometedora de la investigación en biomedicina.

La acción de la quinolina sobre los glóbulos rojos afectados por malaria es uno de los últimos descubrimientos en biomedicina.

ää 6.3 Aplicaciones tecnológicas El diseño de nuevos materiales con aplicaciones electrónicas ha permitido un avance exponencial de la tecnología en las últimas décadas. En este avance han tenido un gran protagonismo los semiconductores, como el silicio, y materiales como el grafeno. En los últimos años, la investigación sobre muchos materiales con aplicaciones prometedoras ocupa un espacio destacable en la innovación y el desarrollo de la química.

Nuevos materiales +

+

+

+

+

+

+

+

+

– –

–

– –

El grafeno es un material formado por una capa de átomos de carbono con multitud de aplicaciones; como los nanocircuitos de grafeno.

–

–

–

– –

El antimonene, un nuevo material bidimensional de espesor monoatómico compuesto por átomos de antimonio, presenta prometedoras propiedades en el almacenaje de energía.

Comprende, piensa, investiga…

17

Busca el pictograma de seguridad de las sustancias que se nombran en la página anterior y enumera cuáles son los riesgos de su manejo.

trabaja en equipos con expertos de otras áreas haciendo uso de las tecnologías más punteras.

18

El espejo. Busca información sobre el antimonene y el grafeno y enumera las similitudes entre estos materiales y las ventajas de uno frente al otro.

Para llegar al campo profesional de la bioquímica, puedes optar por ciclos formativos de la familia química, o una gran variedad de grados universitarios relacionados con las ciencias y las ciencias de la salud.

19

El campo de la bioquímica está muy relacionado con ámbitos como la medicina o la farmacología, y se

Nombra tres profesiones que combinen la química con otra rama de conocimiento.

Además del grafeno, el carbono es capaz de formar estructuras como los nanotubos. En anayaeducacion.es puedes ver un vídeo de su estructura.

101

TALLER DE CIEN

CIAS

Ciencia recreativa MEMORIZACIÓN DE LOS elementos químicos

INTRODUCCIÓN El Sistema Periódico contiene mucha información útil sobre los elementos químicos. Por ello, es necesario empezar por memorizar su nombres y sus símbolos. Hagámoslo a través de un concurso.

EL CONCURSO Vamos a preparar un concurso en el que habrá que inventar pala-

bras o frases que contengan los símbolos de los elementos químicos.

Por ejemplo: Fantásticas Clases doy aBrumada por Inteligentes Atentos.

Libre Bestia Busca Comida en la Noche Fría de la Nebulosa.

En el primer ejemplo, la frase tiene los elementos del grupo 17 y en el segundo, los elementos del segundo período. ¿Empezamos?

PREPARACIÓN El primer paso es sentar las bases de la competición:

PARTICIPANTES Dividiremos la clase en tres tipos de participación:

• Modalidad de participación: individual o en grupos.

• Organizadores: elaboran las bases del concurso, los plazos, distribuyen el trabajo, recogen el material elaborado y guían la exposición oral.

• Categorías del concurso: – Frases que contengan todos los elementos de un grupo.

Además, deben proveerse de los recursos que necesiten para su labor, pidiendo la colaboración del departamento didáctico, el AMPA, la asociación de alumnos y alumnas, etc.

– Frases con todos los elementos de un período.

– Palabras compuestas de símbolos químicos.

– Categoría libre.

• Comité de evaluación: personas encargadas de juzgar los productos presentados en cada categoría.

• Plazos de participación.

• Premio. Para ello, contaremos con la colaboración del profesorado.

• Concursantes: estudiantes que compiten.

EJEMPLOS

Categoría: Frase con todos los elementos de un grupo

Flúor

9

18,998

F

FLÚOR

Cloro

17 35,453

Cl

CLORO

Elementos del grupo 27

35 79,909

Bromo

Br

BROMO

Fantásticas Clases doy aBrumada por Inteligentes y Atentos alumnos

Yodo

53 126,90

I

YODO

85

Astato

(210)

At

ASTATO

102

Categoría: Frase con todos los elementos de un período Elementos del segundo período 3

6,939

Li

LITIO

4

9,012

Be

BERILIO

5

10,811

B

BORO

6

12,011

C

CARBONO

7

14,007

N

NITRÓGENO

8

15,999

O

OXÍGENO

9

18,998

F

FLÚOR

10 20,183

Ne NEÓN

Libre Bestia Busca Comida en la Noche Oscura, Fría y Nevada

Unidad

4

TRABAJO PRÁCTICO DISCONTINUIDAD DE LA MATERIA (II)

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. OBJETIVO El objetivo de esta práctica es relacionar las propiedades de una sustancia, en concreto la conductividad eléctrica, con el hecho de que esté formada por moléculas o cristales.

PRELIMINARES Una corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas. Si una disolución contiene iones, estos podrán moverse y conducir la electricidad.

Una pila, material conductor de la electricidad, y una bombilla, constituyen un circuito eléctrico elemental.

NUESTRA PROPUESTA ¿Conduciría la electricidad una disolución acuosa de una sustancia molecular? ¿Y la de una sustancia formada por cristales iónicos?

Montaremos un circuito eléctrico en el que uno de los elementos conductores sea una disolución; en un caso contendrá una sustancia molecular (azúcar) y en otro, una sustancia formada por cristales iónicos (sal común).

MATERIAL • Pila • Soporte para pila • Bombilla • Cable de cobre • Vaso de precipitados • Dos electrodos • Sal • Azúcar • Agua.

ORIENTACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LA EXPERIENCIA

Extrae conclusiones...

• Para llevar a cabo esta práctica, ten cuidado de no mojar los cables de cobre con el agua, ya que al conectarlos con la pila podrían dar un chispazo.

1

• Además, el voltaje de la pila debe ser el adecuado para que la bombilla luzca sin fundirse.

2 A pesar de que su aspecto es muy parecido, las dos

• Con los materiales, diseña un montaje como el de la fotografía.

• Si haces la práctica con agua del grifo, comprueba previamente, aunque sea de modo cualitativo, cuál es la intensidad de la luz que se obtiene utilizando solo agua. Esta será nuestra referencia.

Piensa y comparte en pareja. ¿Para qué realizas una práctica con agua del grifo? A partir de este resultado, extrae conclusiones. sustancias utilizadas son muy diferentes en sus propiedades. ¿Cuál de ellas está formada por cristales iónicos? Razona tu respuesta.

3

Utiliza la simulación que puedes encontrar en https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/sugarand-salt-solutions para explicar los fenómenos que has observado en la realización de este trabajo práctico.

• Prepara varias disoluciones de sal en agua y de azúcar en agua que tengan concentraciones diferentes y comprueba, utilizando el montaje, qué ocurre al hacer pasar una corriente eléctrica a través de ellas.

• Registra en una tabla tus resultados, relacionando la sustancia utilizada (sal común o azúcar), la concentración de la disolución y una valoración cualitativa de la intensidad de la luz que has obtenido.

103

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O AP T R A B A JA C O N L

RENDIDO

ORGANIZO MI MENTE

Mapa conceptual jerárquico

1 Añade en el esquema inferior los siguientes conceptos: sustancias simples y compuestos.

2

Haz otro mapa conceptual en el que resumas todos los contenidos de la unidad.

Los átomos se unen

para ganar estabilidad

Cediendo/ganando electrones

Compartiendo electrones

formando

formando

Enlace iónico

Enlace metálico

dando lugar a

Átomos del mismo elemento químico

Átomos de distinto elemento químico

Enlace covalente

que pueden ser

Moléculas

que constituyen

que constituyen

? ................................

? ................................

Sustancias simples y compuestos 1 Busca información sobre la fórmula de las sustancias siguientes: metano, etano, propano y butano. a) ¿Son sustancias simples o compuestos? b) ¿Se podrían descomponer en otras sustancias más sencillas?

2 El nombre de algunos elementos químicos hace referencia a un científico, al que se honra de esta forma.

Por ejemplo, el meitnerio se llama así en honor a Lisa Meitner, codescubridora de la fisión nuclear. Indaga a quién se honra con el nombre de los elementos químicos de número atómico 104, 107, 96, 99, y busca una referencia sobre su aportación a la ciencia.

3 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica por qué: a) Los metales son buenos conductores de la electricidad, pero malos conductores del calor.

104

Entidades elementales

compuestas por

Cristales

b) Los metales tienden a formar cationes, ganando electrones. c) Los metales son quebradizos y frágiles. d) Se pueden fabricar hilos y láminas hechos de metales.

4 Busca el nombre y el año de descubrimiento de los elementos de número atómico 113, 115, 117 y 118.

5 Clasifica los siguientes elementos en metales, no metales, semimetales y gases nobles: sodio, calcio, plata, argón, nitrógeno, helio, fósforo y silicio.

Metales No metales Semimetales Gases nobles

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es.

Unidad

6 Indica si estos elementos químicos son naturales o artificiales y escribe su símbolo químico: escandio, rutenio, americio, laurencio y wolframio.

4

14 Indica si el esquema de la corteza de un átomo de la imagen puede pertenecer a un gas noble, a un catión o a un anión. En el caso de los iones, indica de qué elemento químico son:

Los átomos se unen 7 ¿Cuáles son los únicos elementos que se encuentran en la naturaleza como átomos aislados? ¿A qué grupo del sistema periódico pertenecen?

8 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Todos los átomos de los gases, sin excepción, tienen completa su última capa. b) En cada átomo de helio se pueden albergar hasta seis electrones más en su capa más externa. c) Todos los átomos de los gases nobles tienen ocho electrones en su última capa.

9 Indica los dos mecanismos según los cuales pueden unirse los átomos. ¿Cuántos electrones deben quedar en su última capa para que la especie química sea estable? ¿Cómo se conoce esta regla?

10 Recuerda el modelo de capas que hemos estudiado para la estructura de la corteza del átomo y elabora una tabla con el número que corresponde a cada capa, la letra que se utiliza para denominarla y el número máximo de electrones que se pueden albergar en cada una de ellas.

11 Indica si las siguientes parejas de elementos químicos se pueden unir compartiendo electrones o como el resultado de que uno de ellos ceda electrones y el otro gane electrones. a) Sodio y flúor. b) Azufre y oxígeno. c) Magnesio y oxígeno. d) Azufre y calcio. e) Carbono y oxígeno. f) Hidrógeno y sodio.

–

+ –

15 Explica si los siguientes iones son estables o no: a) Li–.

e) Ca2+.

b) Cl3+.

f) O2–.

c) B–.

g) Al2+.

d) Ar2+.

h) S2–.

16 El hidrógeno puede formar un catión o un anión. Deduce la carga de cada uno de ellos y razona sobre su estabilidad.

17 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica por qué: a) La unión entre un átomo de carbono y uno de hidrógeno corresponde a un enlace iónico. b) En un enlace metálico los electrones no quedan asociados a ninguna pareja de átomos. c) Átomos de distinto elemento metálico se pueden unir entre sí. d) El calcio puede formar aniones o cationes, ganando o cediendo dos electrones indistintamente.

18 Completa la tabla en tu cuaderno.

N.º de electrones por capa K

L

M

N

Ion que se formará

2

8

7

–

Cl–

Elemento

Cl (Z = 17)

Enlace químico

F (Z = 9)

12 Basándote en la regla del octeto, indica la carga de los iones estables de estos elementos químicos: berilio, calcio, sodio y azufre.

K (Z = 19)

13 ¿Cuántos electrones tiene en su última capa un ion Li+ (número atómico del litio 3)? ¿Incumple la regla del octeto? Explica tu respuesta.

B (Z = 5)

Mg (Z = 12)

O (Z = 8)

105

O AP T R A B A JA C O N L

RENDIDO

19 ¿Es posible que se forme un enlace iónico entre dos átomos? ¿Y si se trata de un enlace covalente?

20 Indica cuáles de los iones siguientes tienen los mismos electrones que un gas noble y escribe el nombre del gas noble. +

3+

2–

a) Li .

c) Al .

e) S .

b) Na+.

d) K+.

f) N3–.

Moléculas y cristales 21 Atendiendo a estas características indica de qué tipo de sustancias se trata: a) Sólido, soluble en agua que conduce la electricidad en estado líquido. b) Red cristalina no soluble en agua y no conductora de la electricidad. c) Sólido que conduce la electricidad. d) Gas monoatómico.

22 Razona acerca de la veracidad o la falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Una molécula está formada por un número indeterminado de átomos. b) En las moléculas, cada átomo se une a los demás compartiendo sus electrones con el resto de los átomos de la moléculas. c) Las moléculas pueden tener un máximo de diez átomos. d) En una molécula cada átomo está unido a uno o varios átomos. Los electrones se comparten entre parejas de átomos.

23 Escribe las fórmulas químicas de los siguientes compuestos teniendo en cuenta que el rojo representa oxígeno, el negro carbono, el blanco hidrógeno y el amarillo azufre.

106

a)

c)

b)

d)

24 Indica cuántas uniones entre átomos hay en las moléculas del ejercicio anterior. Estas uniones, ¿son el resultado de ceder o ganar electrones, o bien de compartirlos?

25 Indica si las afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Un cristal es una estructura ordenada formada por átomos. b) Los compuestos con estructura cristalina suelen ser sólidos en condiciones ambientales. c) El número máximo de entidades elementales en un cristal es 1023. d) El número máximo de entidades elementales de un cristal depende del compuesto de que se trate. e) En una red cristalina metálica los electrones se mueven libremente. f) Los cristales iónicos tienen carga eléctrica neta distinta de cero.

26 Explica por qué los metales conducen la electricidad y, sin embargo, los cristales iónicos y los cristales covalentes no.

27 Explica el significado de las fórmulas químicas de estos compuestos iónicos: a) MgCl2.

c) CaF2.

b) KI.

d) Na2O.

28 Explica qué mantiene unidas las unidades elementales de cada tipo de cristal.

29 La imagen muestra una de las estructuras del óxido de silicio (SiO2). Explica por qué en la fórmula química de este compuesto corresponde un subíndice uno para el silicio y dos para el oxígeno.

Unidad

Fórmulas químicas 30 Clasifica las sustancias siguientes en la tabla del enunciado, copiándola en tu cuaderno.

Fórmula H2O

Tipo de sustancia

Tipos de elementos

Molécula

Fe2O3 CaO

a) K2S.

b) BaS.

c) BaCl2.

d) KCl.

Utiliza para ello las masas atómicas promedio del sistema periódico del libro de texto.

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas 35 Una de las sustancias representadas en la actividad 23 aparece en las diversas transformaciones que constituyen el proceso de síntesis del ácido sulfúrico; indica cuál es y qué efectos medioambientales tiene.

HCl Na2S N2 NH3

36

C2H6 CCl4 CO2 C3H8 NaCl

31 Explica la diferencia entre masa molecular y masa de la unidad fórmula. Pon un ejemplo de una sustancia para la que es adecuado hablar de masa molecular y otro de una sustancia para la cual es preciso usar la masa de la unidad fórmula.

32 A partir de los datos de masas atómicas promedio, calcula la masa molecular de estas sustancias: a) H2.

34 Calcula la masa de la unidad fórmula de los compuestos siguientes:

Entidad elemental

Compuesto No metal-no metal

4

b) CH4.

c) NH3.

d) C2H6O.

Elemento

Masa atómica

Hidrógeno

1,01 u

Carbono

12,01 u

Oxígeno

16,00 u

Nitrógeno

14,01 u

La malaria es una enfermedad causada por un parásito que se transmite por la picadura de un mosquito anofeles infectado. La enfermedad ataca estructuras fundamentales para el funcionamiento del organismo. Investiga sobre esta enfermedad que constituye un problema de salud mayor en muchos países tropicales y subtropicales. A partir del enunciado de la actividad y del vídeo sobre la meta 3.3 de los ODS, responde al cuestionario. a) ¿Qué estructura del organismo es dañada por la malaria? b) ¿Cuáles son los síntomas de esta enfermedad? c) ¿Qué tipo de tratamiento requiere? d) ¿Cuáles son las formas de prevención de la malaria? e) ¿Qué papel juegan los pesticidas en la extensión de esta enfermedad?

37 Uno de los tratamientos clásicos de la malaria es la quinolina, cuyo mecanismo se ha desvelado recientemente. A partir de la figura:

33 Relaciona cada una de las fórmulas del ejercicio anterior con la representación de su molécula e indica si se trata de sustancias simples o compuestos: a)

b)

c)

d)

a) Escribe la fórmula de este compuesto, sabiendo que el negro representa al carbono, el blanco al hidrógeno y el azul al nitrógeno. b) Indica cuántas uniones entre átomos hay y de qué tipo de enlace se trata. c) ¿Es la quinolina una molécula o un cristal?

anayaeducacion.es Consulta los apartados «Para estudiar» y «Aprende jugando» en el banco de recursos.

107

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