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Bachillerato

Química 2 Víctor Manuel Mora González

desarrolla COMPETENCIAS


Esta caricatura es la interpretación del artista Omar Mena acerca de la química. La química, como cualquier otra ciencia, es un arma de dos filos. Está en nuestras manos usarla para el beneficio del planeta y de todos los seres que vivimos en él.


Química 2

Mora González, Víctor Manuel Química 2. Bachillerato / Víctor Manuel Mora González; il. Miguel Cabrera, José Salazar. – 3a ed. – México: ST Editorial, 2012. 208 pp.: il.; 28 cm. Bibliografía: p. 207. En la cubierta: Desarrolla competencias ISBN 978 607 508 026 0 1. Química – Estudio y enseñanza (Superior). 2. Química – Problemas, ejercicios, etc. I. Cabrera, Miguel, il. II. Salazar, José, il. III. t. 540-scdd20

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2012 Primera edición: Estado de México, enero de 2010 Segunda edición: Estado de México, diciembre de 2010 Tercera edición: México, df, diciembre de 2011 Primera reimpresión de la tercera edición: México, df, diciembre de 2012

En química, una molécula es una partícula neutra formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces. Cuando se tienen moléculas complejas, como las que estudia la química orgánica, no es suficiente la fórmula química para representar un compuesto y es necesario emplear una fórmula estructural, que nos muestre de forma gráfica cómo están dispuestos espacialmente los grupos funcionales que la integran. Aquí se aplica muy bien aquello que dice: “Una imagen vale más que mil palabras”, pues gracias a estas representaciones podemos comprender las estructuras de las sustancias, su comportamineto y demás características de los compuestos biológicos.

© 2012 Víctor Manuel Mora González ISBN: 978 607 508 026 0

Presidente: Alonso Trejos Director general: Joaquín Trejos Publisher: Giorgos Katsavavakis Coordinación editorial: Ana Laura Saucedo Edición: María Laura Sessa Asistente editorial: Daniel Rendón Director de arte: Miguel Cabrera Coordinadora de producción: Daniela Hernández Portada: Monfa Ilustraciones: Miguel Cabrera, José Salazar Asistentes de producción: Alicia Pedral y Milagro Trejos Fotografías: Stockxchange, archivo ST Editorial Prohibida la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico. Química 2, tercera edición, de Víctor Manuel Mora González, se terminó de imprimir en diciembre de 2012 en los talleres de Javic, con domicilio en Poniente 140, #671, colonia Industrial Vallejo, Delegación Azcapotzalco.

muestras digitales por el ambiente

issuu.com/steditorial

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presentación al segundo semestre de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems) de la Dirección General de Bachillerato (dgb), la cual promueve, en sus planes curriculares, el enfoque de competencias para lograr el desarrollo integral del estudiante en los ámbitos personal, social, académico y laboral. Además, sus contenidos están desarrollados bajo un marcado enfoque teórico, metodológico y pedagógico constructivista, con un manejo adecuado de los niveles de enseñanza: • Descriptivo: manejo teórico de los temas. • Metodológico: forma circular de la exposición de los temas. • Epistemológico: nivel del saber que se desea obtener en los estudiantes (comprensivo y reflexivo). • Didáctico: tipo de actividades diseñadas (pedagogía constructivista).

La química es una ciencia que se encarga del estudio de la estructura y las propiedades de la materia, así como los procesos que pueda presentar. Para ello toma como referencia la composición atómica de cada una de las sustancias que convierte en su objeto de estudio. Química 2 toma como punto de partida los conocimientos desarrollados en el libro Química 1, por lo que es importante tenerlos bien claros y definidos. El libro se compone de varias secciones que facilitan la labor del docente en el aula y fomentan la adquisición de competencias en los alumnos. Las lecturas, las imágenes, las actividades (grupales e individuales), el glosario, los mapas conceptuales, las evaluaciones, las prácticas y experimentos de laboratorio, los infográficos, los juegos didácticos y el desarrollo tanto de conocimientos, y habilidades como de actitudes y valores, permitirán a los estudiantes tener en sus manos una herramienta didáctica para poder entender cuáles son los procesos químicos y repercusiones ambientales que pueden surgir como resultado de cualquier actividad cotidiana e industrial sobre el entorno.

Este enfoque permite a los estudiantes identificar problemas de su entorno inmediato y reflexionar sobre posibles soluciones a estos, siempre con una postura valorativa, crítica y comprensiva. De antemano, se agradece cualquier comentario o sugerencia por parte de los lectores que sirva para mejorar esta obra; se pueden enviar al autor a la siguiente dirección electrónica: comentarios@st-editorial.com

SO2

SO2

P

Mg

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SO2

H2O

C6H8O7

H2O

H2O

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OO C12HH222 11

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3

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·H 2O O 11 C 12H 22

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O 6.0221 × Cl1023 O

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+7° +6° +5° +4° +3° +2° +1°

O

9 7 5

3

C 12

CH

8

C

12

As

Está estructurado en cinco bloques, tal como vienen expresados en el programa de estudios de Química 2 que corresponde


CONTENIDO Secciones del libro Reconoce tus competencias

6 7

Bloque 1

Para comenzar... 11 Reto 13 Tema 1. Mol 15

Tema 3. Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos Determinación del reactivo limitante Rendimiento teórico, rendimiento real y % de rendimiento de una reacción La estequiometría y su implicación en la industria, en la economía y en la ecología Evaluación sumativa

19 20 24 27 28 29 29 31 32 35

Tema 1. Clasificación de la materia 73 Elemento 73 Compuesto 73 Mezcla homogénea y heterogénea 74 Sustancias puras y mezcla de dos o más sustancias que forman la materia 76 Tema 2. Sistemas dispersos Disoluciones, coloides y suspensiones

Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo Para comenzar... 41 Reto 43 Tema 1. Contaminación del agua, del aire y del suelo Contaminación del agua Contaminación del aire Contaminación del suelo

45 45 46 47

Tema 2. Origen de los contaminantes Contaminantes antropogénicos primarios Contaminantes antropogénicos secundarios Reacciones químicas Contaminantes del agua de uso industrial y urbano

50 50 51 52 56

Tema 3. Inversión términa, esmog y lluvia ácida 59 Inversión térmica 59 Esmog 60 Lluvia ácida 61 64

78 80

Tema 3. Métodos de separación de mezclas 88 Filtración 88 Destilación 99 Cromatografía 90 Cristalización 90 Centrifugación 90 Decantación 91 Sublimación 91 Tamizado 91 Magnetismo 92 Tema 4. Unidades de concentración de los sistemas dispersos Tipos de concentración Modos de calcular la concentración de una disolución

Bloque 2

Evaluación sumativa

Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos Para comenzar... 69 Reto 71

Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Tema 2. Leyes ponderales Ley de la conservación de la masa o de Lavoisier Ley de las proporciones definidas o de Proust Ley de las proporciones múltiples o de Dalton Ley de las proporciones recíprocas o de Richter-Wenzel

Bloque 3

94 94 96

Tema 5. Ácidos y bases Teoría de Arrhenius Teoría de Brönsted-Lowry Teoría de Lewis Grados de acidez o de basicidad de la solución

103 104 104 104 116

Evaluación sumativa

108

Bloque 4 Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y tu vida diaria Para comenzar... 113 Reto 115 Tema 1. Configuración electrónica y geométrica molecular del carbono Configuración electrónica Geometría molecular

117 117 120


Tema 2. Tipos de cadena e isomería Tipos de cadenas

123 123

Tema 3. Características, propiedades físicas y nomenclatura general de los compuestos orgánicos

126

Alcanos 127 Alquenos 133 Alquinos 135 Hidrocarburos aromáticos

136

Alcoholes 139 Éteres 142 Aldehídos 143 Cetonas 144 Aminas 145 Ácidos carboxílicos

146

Ésteres 148 Amidas 149 Halogenuros de alquilo

150

Tema 4. Importancia ecológica y económica de los compuestos del carbono

151

Evaluación sumativa

153

Bloque 5 Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas Para comenzar... 159 Reto 161 Tema 1. Macromoléculas, polímeros y monómeros

163

Tema 2. Macromoléculas naturales 165 Carbohidratos 165 Lípidos 176 Proteínas 181 Ácidos nucleicos 185 Tema 3. Macromoléculas sintéticas Polímeros de adición Polímeros de condensación

188 188 190

Evaluación sumativa

192

Sección final Prácticas de laboratorio Evaluación final Para terminar. Autoevalúa tus competencias Fuentes consultadas

196 202 206 207


Secciones del LIBRO  conoce tus Re competencias Se explica de forma resumida el significado de las competencias y se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas y las competencias disciplinares respectivas.

Introducción al bloque mapa conceptual Introducción objetos de aprendizaje a química orgánica estudia los compuestos del carbono, su estructura, sus propiedades y la forma en que se pueden ser L texto sintetizados. De manera muy especial dedica gran parte Se incluyen un introductorio

Objetos de aprendizaje

de su investigación a los compuestos que integran la estructura y permiten el funcionamiento de los seres vivos. Si bien la industria ha desarrollado un amplio conocimiento y permitido la elaboración de distintos productos derivados del carbono, también es necesario que el investigador adopte una posición responsable para predecir el impacto que puede tener la producción de materiales sintéticos. A continuación encontrarás un mapa conceptual donde se muestran de forma esquemática los principales temas del bloque y sus relaciones.

con una breve explicación de lo que se estudiará y un mapa conceptual con los temas más importantes del bloque. Además, se agregan los objetos de apendizaje que se cubrirán a lo largo del desarrollo de cada bloque.

Configuración electrónica y geometría molecular del carbono Tipos de cadena e isomería

Características, propiedades físicas y nomenclatura general de los compuestos orgánicos

incorporan

Inicio

 mpetencias Co a desarrollar

grupos funcionales

I. Para sigue2las instrucciones. Bloque Bloque 1 completar el cuadro siguiente, Bloque 3 1. Después de leer las preguntas escribe tus respuestas en la primera columna. 2. Una vez concluido el estudio de los temas que incluye el bloque vuelve a este cuadro y anota tus respuestas.

¿En qué grupo y en qué periodo de la tabla periódica se ubica el carbono? ¿Cuáles son las razones por las que los compuestos de carbono son tan numerosos?

se forman cadenas

alcanos alquenos alquinos aromáticos

Para comenzar...

la isomería puede ser

de cadena de posición de función

lineal trigonal plana tetraédrica

Evalúa los conocimientos previos, las habilidades, actitudes y valores que tiene el estudiante para enfrentar los temas.

Explicar, utilizando tablas de propiedades de los hidrocarburos la variación que presentan éstas propiedades con el cambio en el número de átomos de carbono.

¿Cuáles tipos de hibridación puede presentar el átomo de carbono?

Explicar los diversos tipos de fórmulas para los compuestos orgánicos, pasando de un tipo de fórmula a otro.

¿Qué es un hidrocarburo? ¿Cuáles son sus tipos principales? ¿Cómo se distinguen?

Exponer, con apoyos visuales, los tipos de hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos), su nomenclatura y sus características.

¿Qué es un grupo funcional? ¿Cómo se nombran?

Lluvia de ideas en la que se expongan los usos y aplicaciones de productos que presentan alguno de los grupos funcionales por analizar.

117

IDENTIFICAS LA IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLÉCULAS NATURALESY SINTÉTICAS

Conclusiones

Explica las razones por las masa.

Vayamos más lejo

Busca en tu casa o en tu es vación de la masa. Realiza propuestas para m ideas con tus compañeros

Práctica de laboratorio 1

Ley de la conservación de la masa

Con este cuadro el estudiante podrá autoevaluar las competencias genéricas adquiridas al finalizar el curso.

Tema 1

Tema 2 Objetivo

Macromoléculas, Tema previo polímeros y monómeros

Problema naturales

Tema 3 3 Tema 4 Tema Comprobar la ley de la conservación de la masa en el desarrollo de una reacción química. Macromoléculas Macromoléculas Tema actual Tema posterior Tema posterior sintéticas ¿La masa de los productos es exactamente la misma que la masa de los reactivos luego de una reacción química?

Materiales • Embudo

Práctica de laborato

¿Qué características indican quehilo unaresistente cierta sustancia es una macromolécula • Rollo de • Dos estos botellas de refresco limpias yque secas natural? ¿Cómo se aplican criterios para afirmar la celulosa, el almidón Gancho parapor colgar la ropa y la mantequilla están•constituidos macromoléculas?

Separación de

• Globo de tamaño mediano • 5 g de bicarbonato de sodio • 10 ml de vinagre blanco • Agua limpia

Objetivo

Procedimiento

Problema

Aplicar algunos métodos físicas de las sustancias qu

1. Construye una especie de balanza con el gancho. Con la ayuda de los hilos, cuelga en los extremos del gancho las dos botellas vacías, las cuales deben anudarse por su parte media, para que las bocas queden libres.

2. Cuelga de algún soporte el sistema que acabas de construir y a continuación, utilizando el embudo, transfiere el vinagre a unaCarbohidratos de las botellas. Las macromoléculas naturales forman parte de Vacía el bicarbonato de sodio del globo. une elformadas orificio del globo con la boca de la boLos dentro carbohidratos sonLuego moléculas por los procesos vitales del3.ser humano. La estrucque contiene el vinagre. Es muy importante que no cuya caigafórmula absolutamente nada del bicarbonato carbono, hidrógeno y oxígeno, getura de cada una de ellastella permite que cumplan en el vinagre. una función que las diferencia de las otras. neral es Cx(H2O)y. 4. Con la ayuda del embudo deposita en lase otra botella que sea necesaria para nivelar el gancho O Entre ellos puede citarelaagua la glucosa C6H Se habla de tres grandes tipos: carbohidratos, 12 6 forma que adopte lo6,más perfectamente lípidos y proteínas. Estas de sustancias pueden seruna oposición la fructosa C5H10O5horizontal. o C5(H2O)5 y la C6(H2O) 5. A continuación, sin quitar el globo, vacía su contenido sobre el vinagre y observa lo que sucede. encontradas en los alimentos que el ser humano sacarosa C12H22O11 o C12(H2O)11. Anota tusprocesos observaciones. Originalmente estos compuestos se clasificaconsume diariamente, y mediante metabólicos en el interior del organismo pueden ser ron como carbohidratos o hidratos de carbono Registro de observaciones descompuestas en moléculas más sencillas con el precisamente por su particularidad: el carbono se sistema antes de que entre en el vinagre el bicarbonato presenta concontacto moléculas de agua ycomo si se trata-y cuando ya se haya efecobjetivo de brindar la Dibuja energíaelnecesaria para el tuado la reacción química. Anota observaciones sobre el equilibrio del sistema antes de comenzar ra de tus moléculas inorgánicas hidratadas. funcionamiento del cuerpo.

Evaluación Serie de ejercicios que evalúan conocimientos y habilidades que el estudiante adquirió o reforzó al finalizar el estudio del bloque (evaluación sumativa) y del curso (evaluación final).

la reacción y una vez que ha concluido.

Cuestionario

Lípido. Tipo de biomolécula, aislada de fuentes vegetales o animales mediante extracción con disolventes orgánicos Glosario 1. ¿Cuál es el enunciado de la ley de la conservación de la masa? ¿Qué científico la formuló? no polares, como éter dietílico y acetona.

2. ¿Qué tipo de reacción se desarrolla cuando entran en contacto el bicarbonato de sodio y el vi-

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nagre? ¿Cuáles son los productos de la reacción?

3. ¿Hay algún reactivo en exceso y algún reactivo limitante? Justifica tu respuesta.

200

Bloque 2

Ilustraciones infográficos

Información complementaria y de reflexión donde se vincula lo que el estudiante va construyendo con el entorno inmediato.

COMPLEMENTARIAS

InfográfIco 1. PrIncIPales contamInantes del suelo

acidificación. Causada por vertidos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a base de amoniaco (NH3) y la acumulación de residuos orgánicos, entre otros. Los efectos de la acidificación del terreno son principalmente la liberación de metales y la degradación del terreno, lo cual limita su utilidad como área de cultivo

fertilizantes. Dentro de estos contaminantes hemos de considerar tanto al fósforo como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos pueden conducir al terreno a un proceso de salinización.

Glosario

Retrato

contaminantes metálicos. Principalmente metales pesados (Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, V y Mo) que se acumulan en el terreno por vertidos industriales, actividades mineras, residuos, tráfico de vehículos, etc.

La contaminación atmosférica se entiende como cualquier sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. De forma natural, muchas de las sustancias contaminantes están presentes en la atmósfera debido a los procesos biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un volcán, por ejemplo, lanza a la atmósfera grandes cantidades de partículas y gases tóxicos nocivos; sin embargo, los vientos y la lluvia ayudan a dispersarlos, de tal modo que el nivel de concentración disminuye por el desplazamiento. Los seres humanos producimos desechos que se acumulan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la extinción de cualquier ser viviente.

Contaminación del suelo

El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente la economía. Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado de una larga serie de procesos físicos, químicos y biológicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama roca madre. Su composición y naturaleza depende de varios factores, entre los cuales se destacan el clima, la composición de la roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de materiales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orgánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; y agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, según el tipo de suelo. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola causa, más bien se produce por la intervención de actividades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno.

Se incluye información relevante sobre algunos de los personajes clave en el desarrollo de los temas de cada materia.

Se incluye la definición de términos relevantes que aparecen en cada página.

Pesticidas. Son sumamente peligrosos en función de su permanencia en el suelo y toxicidad, así como su bioacumulación, es decir, su concentración en las especies vegetales que forman los cultivos.

contaminantes orgánicos. Extremadamente variados, complejos y reactivos, considerándose entre ellos, principalmente, a los productos derivados del petróleo.

salinización. Consiste en la acumulación de sales solubles o fáciles de solubilizar en el suelo, tales como NaCl, Na2SO4, CaCO3 y MgCO3, entre otras. Este fenómeno se da principalmente en las regiones áridas en las que las aguas subterráneas tienen altas concentraciones de estas sales y la tasa de transpiración del terreno es muy alta. La salinización influye en la permeabilidad del suelo, dado que los poros se bloquean; de esta manera el agua no se absorbe adecuadamente sino que escurre por la superficie.

2

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E l mundo que te rodea Por mucho tiempo se consideró que el agua de lluvia era la más limpia que podía encontrarse, dado que en el ciclo hidrológico acuerdo informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la se eliminaban muchos de los contaminantes aDe través del con proceso mayoría deIndustrial las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los de evaporación. Sin embargo, a partir de la Revolución productos asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es esta concepción ha cambiado drásticamente; diferentes industrias importante conocer la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por y centrales térmicas utilizan combustibles fósiles baja qué de crees quecalidad en las industrias no se toman los recaudos necesarios? en sus procesos, lo cual envía a la atmósfera cantidades importantes de óxidos de azufre y nitrógeno, con el consecuente efecto en la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y de niLa contaminación atmosférica se entiende como cualquier InfográfIco 1. PrIncIPales trógeno reaccionan con la humedad atmosférica (figura 9); este sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca contamInantes del suelo proceso de reacciones produce distintos ácidos. daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. acidificación. Causada por vertidos SO2 + H2O → H2SO3 industriales, lluvia ácida, fertilizantes a SO3 + H2O → H2SO4 base de amoniaco (NH3) y la acumulación 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2de residuos orgánicos, entre otros. Los de la acidificación del terreno son 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3 efectos principalmente la liberación de metales y

la degradación del terreno, lo cual limita su

utilidad como área de cultivo Conviene saber que la lluvia normal es ligeramente ácida, debido a que contiene ácido carbónico, que se forma cuando el CO2 del aire fertilizantes. Dentro de estos contaminantes se disuelve en el agua que cae. hemos de considerar tanto al fósforo

CO2 + H2O → H2CO3

como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos pueden conducir al terreno a un proceso de salinización.

El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, contaminantes el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 ometálicos. 4, y en Principalmente algunas zonas metales pesados (Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, V donde la niebla es ácida, puede llegar sersede 2 o 3,eneseldecir, y Mo)aque acumulan terrenosimilar por vertidos industriales, actividades mineras, al del jugo de limón o al del vinagre. residuos, tráfico de vehículos, etc. desarrolla competencias

actividad individual Pesticidas. Son sumamente peligrosos en función de su permanencia en el suelo y

toxicidad, así comoosu bioacumulación, es 1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas procesos industria-

decir,región su concentración enconsecuencias las especies les aumentan el riesgo de que una sufra las vegetales que forman los cultivos. de una lluvia ácida. 2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas por la acción de la lluvia ácida. 3. Entrega un informe escrito con los criterios de calidad que estacontaminantes orgánicos. Extremadamente blezca tu profesor. variados, complejos y reactivos, considerándose entre ellos, principalmente, a los productos derivados del petróleo.

desarrolla competencias

actividad grupal

Reunidos en equipos de cinco integrantes, realicen las siguientes acsalinización. Consiste en la acumulación tividades. de sales solubles o fáciles de solubilizar en el suelo, tales como NaCl, Na2SO4, CaCO3 y

1. Busquen estadísticas acerca del incremento de laEste contaminación MgCO3, entre otras. fenómeno se da ambiental en México.

principalmente en las regiones áridas en

las que las aguas subterráneas tienen altas 2. Ubiquen gráficos que se refieran a la presencia de sales enfermedades concentraciones de estas y la tasa

asociadas a dicha contaminación hagan undel debate clase. deytranspiración terrenoen es muy alta. salinizaciónlos influye en la permeabilidad 3. Definan cuáles medidas podríanLadisminuir efectos negativos en del suelo, dado que los poros se bloquean; la naturaleza y discútanlas con el de laelclase. deresto esta manera agua no se absorbe adecuadamente sino que escurre por la 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y efectúen una exposición oral. superficie. st-editorial.com

2

Materiales

• Papel filtro (en su defecto • Vasos desechables • Cuchara • Imán • Agua • Arena • Limadura de hierro • Sal de mesa

Procedimiento

1. Efectúa las siguientes m a. Agua y arena. b. Arena y limadura de c. Sal y agua. 2. Aplica el método de sep

Registro de obser

Dibuja las fases del experi

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ActúA pArA disminuir lA contAminAción del Aire, del AguAy del suelo

Lluvia ácida

De acuerdo con informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la mayoría de las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los productos asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es importante conocer la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por qué crees que en las industrias no se toman los recaudos necesarios?

¿Cómo determinar el méto

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Bloque 2

El mundo que te rodea En la web

E l mundo que te rodea

Refuerzan y abordan los contenidos de manera creativa y explicativa, como una estrategia visual y efectiva para el proceso de aprendizaje.

Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Para terminar.  Autoevalúa tus competencias

Actividades individuales o grupales con las que se pretende que el estudiante desarrolle sus competencias de forma integral.

¿Qué es la hibridación?

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Requieren material accesible y su objetivo es motivar a los estudiantes y guiarlos a la investigación experimental.

 esarrolla D competencias

carbono en tu entorno

y tu vida Ejercicios en losdiaria que se clasifique el tipo de cadena de diversas moléculas orgánicas.

Bloque 5

Continúa st-editorial.com

 rácticas P de laboratorio

Al comienzo del tema, se incluye una actividad en la cual el estudiante reflexionará acerca de su realidad y su entorno.

Explicar, utilizando modelos tridimensionales los tipos de cadena Valoras los la importancia que presentan compuestos de los compuestos del orgánicos.

Ejercicios que permitan identificar, a través de las fórmulas estructurales, a los isómeros y sus tipos.

¿Cuáles son las formas alotrópicas del carbono?

geometría molecular

Construcción de modelos moleculares tridimensionales que representen los tipos de hibridación Bloque 4 del carbono.

Analizar la variación de las propiedades de los compuestos químicos y sus isómeros.

¿Qué es un alótropo?

configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp2, sp3)

Explicar, a partir de la configuración electrónica del carbono los modelos de hibridación de orbitales y cómo estos permiten justificar la estructura molecular de sus compuestos con enlaces sencillos, dobles y triples.

• Elige las fuentes de información interrelación entre la ciencia, la en contextos históricos y social • Fundamenta opiniones sobre lo en su vida cotidiana, asumiendo compartimientos y decisiones, p y ética en la vida de su comunid • De manera individual o colabora de carácter científico y plantea • Utiliza las tecnologías de la info registrar y sistematizar la inform a preguntas de carácter científi • Aplica normas de seguridad en y equipo en la realización de ac las dificultades que se le presen fortalezas y debilidades.

Explicar utilizando modelos moleculares el fenómeno de la isomería y sus tipos más comunes.

distingue

abiertas o acíclicas cerradas o cíclicas

 ecuencia S de los bloques

116

Conocimientos

reconocen

Se agregan actividades de enseñanza que el docente puede emplear para abordar cada uno de los temas que aparecen ven el programa de estudios.

Se incluyen todos los bloques del libro y se destaca gráficamente el que se estudiará.

y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio.

estructura molecular de los compuestos del carbono

Es una lista de las competencias genéricas con algunos de sus atributos que se busca que los alumnos desarrollen en cada bloque.

Actividad de apertura

Actividades

se dividen en

alcohol éter aldehído cetona amina ácido carboxílico éster amida

adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder

presentan

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA como

que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has

tipos de cadena e isomería

incluyen

hidrocarburos

Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

Para que puedas comprender los temas de este

Competencias a

• Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología química en la contaminación ambiental. Actividades • Propone estrategias de prevención de enseñanza de la contaminación del agua, del suelo y del aire. bloque, es necesario

Actúas para disminuir la Aplicas la nociónlasderespuestas mol la dudas. utilidad 3. Comparte con tus compañeros y consulta a Comprendes tu profesor las contaminación del aire, en la cuantificación de los sistemas dispersos del agua y del suelo de procesos químicos Mi respuesta antes Mi respuesta después Preguntas en tu entorni de estudiar el bloque de estudiar el bloque

Compuestos del carbono

Importancia ecológica y económica de los compuestos del carbono

Desempeños del estudiante

Bloque 2 Para comenzar...

De forma natural, muchas de las sustancias contaminantes están presentes en la atmósfera debido a los procesos biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un

volcán, ejemplo,dellanza a la atmósfera Figura 1. La por contaminación agua provoca la muerte grandes cantidapartículas tóxicos dedes grande cantidad de pecesy ygases especies marinas,nocivos; además sin embargo, los devientos trastornos y diversasaenfermedades en los y infecciosos la lluvia ayudan dispersarlos, de tal modo que el seres humanos. nivel de concentración disminuye por el desplazamiento.

Los seres humanos producimos desechos que se acumulan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la extinción de cualquier ser viviente.

Contaminación del suelo

El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente la economía. Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado de una larga serie de procesos físicos, químicos y biológicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama roca2.madre . Figura La contaminación del aire afecta más a un determinado grupo, como losyniños, los ancianos y las Su composición naturaleza depende de varios factores, personas que padecen entre los cualesdeseenfermedades destacan respiratorias el clima, crónicas. la composición de la roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de materiales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orgánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; y agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, según el tipo de suelo. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola causa, más bien se produce por la intervención de actividades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno. 3

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Lluvia ácida

Por mucho tiempo se consideró que limpia que podía encontrarse, dado se eliminaban muchos de los contam de evaporación. Sin embargo, a partir esta concepción ha cambiado drástica y centrales térmicas utilizan combus en sus procesos, lo cual envía a la atm tes de óxidos de azufre y nitrógeno, c la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando l trógeno reaccionan con la humedad proceso de reacciones produce distin SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Conviene saber que la lluvia norma a que contiene ácido carbónico, que se se disuelve en el agua que cae. CO2 + H2O → H2CO3

El pH de la lluvia normal suele estar con la atmósfera contaminada por los el pH de la lluvia alcanza valores de h donde la niebla es ácida, puede llegar a al del jugo de limón o al del vinagre. desarrolla competencias

1. Investiga cuáles circunstancias clima

les aumentan el riesgo de que una r de una lluvia ácida.

2. En un mapa indica cuáles zonas de M por la acción de la lluvia ácida.

3. Entrega un informe escrito con los blezca tu profesor.

desarrolla competencias

Reunidos en equipos de cinco integran tividades.

1. Busquen estadísticas acerca del increm biental en México.

2. Ubiquen gráficos que se refieran a l

asociadas a dicha contaminación y h

3. Definan cuáles medidas podrían dism

la naturaleza y discútanlas con el res

4. Tomen fotografías que evidencien l efectúen una exposición oral.

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RECONOCE TUS COMPETENCIAS Las competencias son capacidades que una persona desarrolla en forma gradual durante el proceso educativo, que incluyen conocimientos, habilidades, actitudes y valores, en forma integrada, para dar satisfacción a las necesidades individuales, académicas, laborales y profesionales. Existen principalmente tres tipos de competencias: genéricas, disciplinares y laborales.

Las competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él y aportar lo propio para transformarlo en niveles superiores. Por su parte, las competencias disciplinares engloban los requerimientos básicos –conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes­– que se necesitan en

cada campo disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida. Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo.

COMPETENCIAS GENÉRICAS

A continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas. B4 / p. 131. Actividad grupal

Conocerse, valorarse y abordar los problemas y retos a partir de objetivos.

B2 / p. 56. EN LA WEB

Aprender por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

B3 / p. 92. Retrato

Ser sensible al arte, apreciarlo e interpretarlo en todas sus expresiones.

B5 / p. 187. Actividad de Lee

Elegir y practicar estilos de vida saludables.

B1 / p. 18. Actividad grupal

B1 / p. 30. Act. INDIVIDUAL Inciso 1

Escuchar, interpretar y emitir mensajes pertinentes en distintos contextos, mediante la utilización de herramientas y medios apropiados.

B3/ p. 145. Actividad grupal

Participar y colaborar de manera efectiva en trabajos de equipo.

Participar con una conciencia cívica y ética en la vida de la comunidad, de la región, de México y el mundo.

B4 / p. 115. RETO

B4 / p. 114. ACTITUDES Y VALORES

Desarrollar innovaciones y proponer soluciones a problemas a partir de un método seleccionado.

B2 / p. 56. Act. GRUPAL Inciso 1 Mantener una actitud respetuosa hacia la diversidad de culturas, creencias, valores, ideas y prácticas sociales de otras personas.

Mantener una postura personal sobre temas de interés y considerar otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

B2 / p. 42. Actitudes y valores

Contribuir al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES

A continuación se muestran las competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias naturales que deben manejarse en esta materia, como lo señala el programa de estudios. B5 / p. 189. Retrato

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

B4/ p. 121. Actividad individual

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

B5 / p. 175. Actividad grupal

Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

B2 / p. 43. RETO

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

B5 / p. 81. Actividad grupal

Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos.

B2 / p. 47. El mundo que te rodea

B4 / p. 120. ACT. GRUPAL INCISO 2

B3 / p. 77. Act. INDIVIDUAL Inciso 2

B2 / p. 58 Act. INDIVIDUAL Inciso 3

B4 / p. 125. Act. GRUPAL Inciso 2

B5 / p. 175. ACTIVIDAD INDIVIDUAL

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o un experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

B1 / p. 24. Actividad grupal

B3 / p. 102. ACTIVIDAD LEE

Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.


Desempeños del estudiante • Aplica el concepto de mol al interpretar reacciones que se realizan en diferentes ámbitos de su vida cotidiana y en la industria. • Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales. • Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

Bloque 1 Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno Bloque 1

Bloque 2

Bloque 3

Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos


Competencias a desarrollar • Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente, en contextos históricos y sociales específicos. • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

Bloque 4

Bloque 5

Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

• Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos. • Diseña, aplica y prueba la validez de modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece asumiendo las consecuencias de sus comportamientos y actitudes. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando las dificultades que se le presentan y siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.


Bloque 1

Introducción

Objetos de aprendizaje Mol Leyes ponderales Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

L

os hallazgos arqueológicos nos demuestran que desde la aparición de las primeras civilizaciones la necesidad de contar o medir ha estado siempre presente. El ámbito de aplicación

de la química no es la excepción, dada la importancia de poder cuantificar –con la mayor exactitud– la cantidad de productos que se pueden obtener a partir de la materia prima que se ingresa a un determinado proceso. Solo de esta manera puede hacerse más eficiente la labor de todas las empresas que desarrollan procesos químicos o se benefician de ellos. En la cuantificación de estos procesos, la noción de mol desempeña un papel crucial, tal como lo entenderás al desarrollar los temas y actividades de este bloque, que puedes apreciar en el mapa conceptual que aparece a continuación.

Noción de mol en la cuantificación de los procesos químicos

argumenta la importancia de

conoce

noción de mol

leyes ponderales

para efectuar

incluyen

conversiones

por ejemplo

masa-volumen mol-volumen masa-mol

10

cálculos estequiométricos

en

incluye

ecología

rendimiento

industria

reactivo limitante

economía

ley de la conservación de la masa

ley de las proporciones definidas

ley de las proporciones recíprocas

ley de las proporciones múltiples

enunciada por

propuesta por

enunciada por

cuyo autor es

Lavoisier

Proust

Richter-Wenzel

Dalton

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Para comenzar...

Actividades de enseñanza

Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario

que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio.

Conocimientos I. C  ompleta el siguiente cuadro con el nombre o el símbolo del elemento químico que corresponda.

Nombre

Símbolo

Nombre

Símbolo

Hidrógeno

Nombre

Br

Berilio

Ne

Flúor

Cl

Escandio

Fr

Circonio

Símbolo

Se

Calcio

Si

Vanadio

C

Fe

II. Completa el cuadro con el nombre o la fórmula apropiada. Nombre

Fórmula

Nombre

Óxido de hierro (II)

Fórmula HClO2

Fe2O3

Sulfato de amonio (NH4)2S

Nitrato de manganeso (II) Mg(NO2)2

Ácido sulfúrico H2S

Ácido clorhídrico

III. C  oloca los coeficientes que permitan el ajuste correcto de las siguientes ecuaciones químicas.

1.

C2H5OH +

2.

Al +

3.

HNO3 +

O2

Fe2O3 Ca(OH)2

CO2 + Al2O3 +

Fe H2O

IV. De los siguientes conceptos, registra tu nivel de dominio y marca una X donde corresponda. Al final, suma las X de cada columna. Concepto

Nada

Solicitar la elaboración de modelos tridimensionales de los átomos o moléculas que participan en reacciones químicas. Dirigir las exposiciones de los modelos. Presentar y explicar ejercicios de aplicación práctica donde se efectúen cálculos estequiométricos que involucren las relaciones masamasa, volumen-volumen y mol-mol. Diseñar un listado de ejercicios tipo para su resolución y análisis, en los que se incluyan reacciones que se verifican en su entorno y/o del interés de los alumnos. Explicar, con ejemplos de la vida cotidiana y con ejercicios de aplicación práctica los conceptos de reactivo limitante, reactivo en exceso y rendimiento de reacción. Enfatizar la importancia de la realización de cálculos químicos sobre las repercusiones económicas y ecológicas por la utilización de sustancias químicas en las reacciones que se realizan en la vida diaria a nivel personal y/o en la industria. Coordinar la realización de una actividad experimental que permita identificar al reactivo limitante. Presentar, con apoyos visuales, una reseña histórica sobre los personajes, contextos y aplicaciones de las leyes ponderales en la vida cotidiana.

H2O

Ca(NO3)2 +

Explicar los conceptos de: mol, masa fórmula, masa molar y volumen molar.

Poco

Bastante

Presentar ejercicios de aplicación práctica de las leyes ponderales en cálculos masa-masa, volumenvolumen y mol-mol. Explicar los conceptos de fórmula mínima y fórmula molecular.

Elemento Compuesto Masa atómica Molécula Enlace iónico Enlace covalente

Presentar ejercicios tipo de determinación de las fórmulas mínima y molecular. Continúa

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Bloque 1

Concepto

Nada

Poco

Bastante

Reacción química Reactivos Productos Ley de la conservación de la masa Balanceo redox Balanceo por tanteo Total

Habilidades I. Realiza en tu cuaderno un mapa mental con el tema “Química: una herramienta para la vida”. Piensa en siete o diez palabras que permitan justificar esta afirmación y cuáles serían los campos de aplicación. Recuerda utilizar colores, símbolos, dibujos, etc.

II. Integra un equipo y realicen una lluvia de ideas con el grupo de clase sobre algunos de estos temas: • • • • •

Propiedades de la materia. Fuerzas intermoleculares. Características de los puentes de hidrógeno. Conceptos de oxidación y reducción. Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas.

Actitudes y valores Medita sobre las preguntas siguientes. Es recomendable que compartas con el profesor tus ideas para que el curso que estás iniciando cumpla tus expectativas.

1. ¿Qué te ha parecido el curso de Química 1? Justifica tu respuesta.

2. ¿Qué esperas del curso de Química 2? Para lograrlo, ¿a qué te comprometes?

3. ¿Cómo vas a aplicar lo que aprendas en este curso?

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Reto Esta actividad te ayudará a aplicar la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos en tu entorno. Uno de los principales propósitos de las ciencias experimentales, como la Química, es encontrar aplicaciones útiles para la vida cotidiana de los seres humanos. Desde ese punto de vista, los temas que estudiarás en este bloque abordan conocimientos que pueden aplicarse en los fenómenos que te rodean.

I. R  eúnanse en equipo y realicen las diferentes etapas que deberán cumplir conforme avancen en el estudio de los temas.

1. Identifiquen fenómenos en los que existan una o más reacciones químicas involucradas con los

que tengan contacto frecuente. En su cuaderno, elaboren una lista de los fenómenos y de las razones por las que consideren que incluyen reacciones químicas. Decidan cuál fenómeno observarán. De las siguientes actividades, distribuyan las responsabilidades entre los miembros de su equipo para que el reto se cumpla en tiempo y forma. 2. Investiguen cuál es la reacción química principal del fenómeno elegido, escríbanla y efectúen el balanceo, soliciten a su profesor la ayuda necesaria y su valoración en el cumplimiento de este paso. 3. Indaguen, utilizando los medios que tengan a su alcance, cuál es la cantidad en masa o volumen de los reactivos y de los productos presentes en la reacción que están estudiando. 4. Efectúen cálculos estequiométricos masa-masa, mol-mol o volumen-volumen tomando como base la cantidad de reactivo determinado en el punto anterior. Comparen los resultados teóricos con los datos que obtuvieron del punto anterior. Analicen las diferencias que encuentren y escriban en su cuaderno las conclusiones sobre sus causas. Soliciten la ayuda de su profesor para mejorar la calidad de sus conclusiones. 5. Con apoyo de su profesor, diseñen una experiencia de laboratorio en la reproduzcan la reacción química que están estudiando. Midan cuidadosamente una cantidad igual para cada reactivo. Lleven a cabo la reacción. Observen atentamente y determinen lo siguiente: a. ¿Cuál de los dos reactivos se agotó totalmente? ¿Cuál quedó en exceso? b. ¿Qué cantidad, en masa, se obtuvo de cada uno de los productos? c. Efectúen los cálculos estequiométricos para la reacción tomando como base la cantidad de reactivos que “cargaron” a la reacción y determinen cuál es el reactivo limitante, el reactivo en exceso y la cantidad de productos que, teóricamente, deberían producirse. d. Comparen lo observado con lo calculado y traten de explicar las diferencias encontradas. Consulten con su profesor para recibir apoyo.

6. Elaboren el reporte final de la experiencia describiendo sus observaciones, consignando los cálculos realizados y las conclusiones que elaboraron. Por último, realicen una reflexión y argumenten la importancia de los cálculos estequiométricos en su entorno, en cuanto a la economía y ecología.

Coevaluación Observa el desempeño de tus compañeros de equipo y asigna para cada categoría un puntaje, tratando de ser objetivo e imparcial. Categoría Aplicación del concepto de mol al interpretar reacciones químicas que se presentan en su entorno.

4 Todos los integrantes del equipo identifican reacciones químicas en fenómenos de su entorno y pueden anotar la ecuación química correspondiente ya balanceada

3 La mayoría de los integrantes del equipo identifican reacciones químicas en fenómenos de su entorno y pueden anotar la ecuación química correspondiente ya balanceada.

2 Solo algunos integrantes del equipo pueden identificar reacciones químicas que suceden en su entorno. Algunas veces no saben cómo anotar la ecuación química y tienen problemas para el balanceo, por lo que requieren ayuda.

1 Solo uno o dos de los miembros del equipo logran identificar, escribir y balancear las reacciones químicas presentes en su entorno. Todos los demás requieren de apoyo constante para hacerlo. Continúa.

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Bloque 1

3

2

1

Realización de cálculos estequiométricos en los que aplican las leyes ponderales.

Categoría

Sin excepción, todos los integrantes del equipo logran efectuar de forma correcta los cálculos estequiométricos.

4

La mayoría de los integrantes del equipo logran efectuar de forma correcta los cálculos estequiométricos, pero uno o dos requieren ser apoyados.

Solo algunos integrantes del equipo logran efectuar correctamente los ejercicios. A casi todos les cuesta trabajo y necesitan que alguien les ayude.

Solo uno o dos de los miembros del equipo pueden efectuar los cálculos. Todos los demás no saben cómo hacerlo o requieren asistencia permanente para llegar a los resultados.

Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

Todos los integrantes del equipo logran sustentar argumentos que toman como base lo observado en el fenómeno estudiado y en los cálculos efectuados.

La mayoría de los integrantes del equipo logran sustentar argumentos que toman como base lo observado en el fenómeno estudiado y en los cálculos efectuados.

Solo algunos de los integrantes del equipo logran sustentar argumentos que toman como base lo observado en el fenómeno estudiado y en los cálculos efectuados.

Solo uno o dos de los integrantes del equipo logran sustentar argumentos que toman como base lo observado en el fenómeno estudiado y en los cálculos efectuados. Los demás requieren asesoría para realizar la tarea.

Responsabilidad

Asiste puntualmente a todas las reuniones y lleva los materiales de trabajo.

Asiste a todas las reuniones, pero falla su puntualidad y algunas veces no lleva el material de trabajo.

Falta a algunas reuniones de trabajo o es impuntual y no cumple en ocasiones con el material acordado.

Falta a la mayoría de las reuniones o llega siempre con impuntualidad. Casi nunca lleva el material de trabajo.

Participación

En todas las reuniones de trabajo o en las actividades asignadas, participa con entusiasmo y compromiso.

Asiste a todas las reuniones de trabajo, pero en ocasiones se muestra apático y no cumple con lo asignado.

Solo en algunas reuniones de trabajo o en algunas actividades participa con entusiasmo.

La mayoría de las veces no participa en las actividades de trabajo.

Compromiso con la función asignada

Asume su función durante todo el trabajo realizado.

Generalmente cumple con la función que le fue asignada.

Solo en algunas ocasiones cumple con su asignación.

No cumple con el rol asignado.

Autoevaluación Marca con una X según corresponda a tu desempeño durante la actividad. Aspecto

Siempre

Casi siempre

Muchas veces

Algunas veces

Casi nunca

Mostré entusiasmo y responsabilidad en las actividades que se me asignaron. Mi participación fue importante para la realización del producto final. Todos los materiales que aporté fueron de buena calidad y mejoraron el producto obtenido.

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Para comenzar...

Tema 1

Tema 2

Tema 3

Mol

Leyes ponderales

Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

Como ya sabes por tus estudios anteriores, el metro es una medida de longitud; el kilogramo, de masa; el segundo, de tiempo; el amperio, de intensidad de la corriente eléctrica, pero... ¿y el mol?, ¿qué piensas que puede medir?

La estequiometría, palabra que se deriva del griego stoicheion, que significa “elemento”, y metron, “medida”, es la rama de la química que se encarga del estudio de las relaciones cuantitativas entre elementos y compuestos dentro de una reacción química (figura 1). El estudio de estas relaciones tiene como base el mol, que es la unidad básica del Sistema Internacional de Unidades (si), definida como la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales –átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas– como átomos hay exactamente en 12 g de carbono 12. A partir de numerosos cálculos y experimentos, los científicos han logrado determinar la cantidad de átomos, moléculas, iones, electrones o partículas presentes en un mol. Tal cantidad es aproximadamente igual a 6.0221 × 1023, valor que se conoce como número de Avogadro (NA) en honor al físico italiano Amadeo Avogadro (1776-1856), quien lo determinó mediante experimentos con gases. Otra noción de mol indica que cuando se tiene una cantidad de sustancia igual a la masa atómica st-editorial.com

–en el caso de un elemento– o a la masa molar –cuando se trata de un compuesto–, habrá un mol del elemento o del compuesto en cuestión (figura 2). Esto implica que si se pesan cuidadosamente en la balanza 63.5 g de cobre puro, se tiene un mol de cobre; asimismo, si se pesan 18.0 g de agua (cantidad igual a su masa molar), se tiene un mol de agua. 1 mol de Cu = 63.5 g de Cu 1 mol de H2O = 18.0 g de H2O Para efectuar los cálculos estequiométricos conviene utilizar el método de factores de conversión, que consiste en expresar la igualdad en forma de fracción, donde la unidad a eliminar se encuentra en el denominador y la unidad a la cual se está convirtiendo se coloca en el numerador. Por ejemplo, la primera igualdad se puede escribir de dos maneras: 1 mol de Cu 63.5 g de Cu

o

63.5 g de Cu 1 mol de Cu 15


Bloque 1

¿Cómo saber cuál factor de conversión usar para darle solución a un problema? Si se requiere convertir masa a moles, se utiliza la expresión 1 mol de Cu / 63.5 g de Cu; por el contrario, si se pide cambiar de moles a masa, se utiliza 63.5 g Cu / 1 mol de Cu [Ej. 1].

Ejemplo 1 Calcula la cantidad de moles presentes en las siguientes muestras: Figura 1. Es necesaria la medición de los reactivos iniciales que entran en reacción para determinar el resultado final que se intenta obtener.

a. 75 g de hierro (Fe) b. 200 g de sulfato de aluminio (Al2(SO4)3)

Solución e-

La tabla periódica, que aparece en la página 34 de este bloque, indica que la masa atómica del hierro es igual a 55.84 g/mol. Como se trata de una conversión de masa a mol, se utiliza un factor de conversión donde aparece el mol en la parte superior y la masa en la parte inferior, con lo cual se cancelan los gramos y se obtiene como unidad resultante el mol de hierro. 1mol de Fe

a. n = 75.0 [ g de Fe × 55.84 g de Fe = 1.34 moles de Fe [ b. Se calcula en primera instancia la masa molar del sulfato de aluminio: Figura 2. De acuerdo con la noción de mol, la masa atómica de diferentes elementos contiene el mismo número de átomos.

• Al: 2 × 26.98 = 53.96 g de Al • S: 3 × 32.06 = 96.18 g de S • O: 12 × 15.99 = 191.88 g de O

Masa molar = 342.02 g/mol de Al2(SO4)3 A continuación, para obtener el total de moles, se usará un factor de conversión con el dato recién calculado: n = 200 [ g de Al2(SO4)3 ×

1mol de Al 2 ^SO 4h3 342.02 [ g de Al 2 ^SO 4h3

= 0.58 mol de Al2(SO4)3

Por un procedimiento similar, se puede calcular la masa a partir de los moles de un elemento o compuesto [Ejs. 2 y 3].

Ejemplo 2 Calcula la masa de las siguientes muestras: a. 0.05 mol de calcio (Ca) b. 1.5 mol de nitrato de plata (AgNO3)

Solución El factor de conversión para obtener la solución deberá tener la masa en el numerador y el mol en el denominador. a. m = 0.05 mol de Ca ×

40.08 g 1 mol de Ca

= 2.00 g de Ca

b. El nitrato de plata (AgNO3) tiene una masa molar de 169.84 g/mol, se calcula de la siguiente manera: 16

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

R etrato

• Ag: 1 × 107.87 = 107.87 g de Ag • N: 1 × 14.00 = 14.00 g de N • O: 3 × 15.99 = 47.97 g de O

Masa molar = 169.84 g/mol de AgNO3 En consecuencia, la masa de 1.5 mol del compuesto se calcula de la siguiente manera: m = 1.5 mol de AgNO3 ×

169.84 g de AgNO 3 1 mol de AgNO 3

= 254.76 g de AgNO3

Ejemplo 3 Averigua el total de partículas (átomos o moléculas) en las siguientes muestras: a. 0.005 g de zinc (Zn) b. 1 × 10-3 g de óxido de plomo IV (PbO2) c. 0.03 mol de sulfato de cobre II (CuSO4)

Solución El procedimiento que se efectúa es distinto en cada caso. Se debe prestar atención si se está trabajando con mol o con gramos y si la muestra es de un elemento químico simple o de un compuesto. a. Se convierten los gramos de zinc a moles y se multiplican por el número de Avogadro (figura 3): n = 0.005 [ g de Zn ×

Amadeo Avogadro. Los conocimientos de Avogadro se extendieron al análisis de la cinética de partículas gaseosas. En sus conclusiones, este físico y químico italiano recurrió a experimentos cuyas principales variables eran la modificación de la presión y la temperatura, de esta manera se evidenció que las partículas en estado gaseoso adquirían distintas energías cinéticas según las condiciones presentes en la prueba. Formuló entonces la denominada ley de Avogadro, que dice que volúmenes iguales de gases distintos (bajo las mismas condiciones de presión y temperatura) contienen igual número de partículas.

1mol de Zn = 7.64 × 10-5 mol de Zn 65.41[ g de Zn

(7.64 × 10-5 mol de Zn) ×

]6.022 # 10 23 moléculas de Zng 1 mol de Zn

= 4.600 × 1019 átomos de Zn

b. Una vez calculada la masa molar del óxido de plomo IV (PbO2), se convierte la masa a moles y posteriormente se calcula el total de moléculas en la muestra: Masa molar del PbO2 = 239.18 g/mol g de PbO2 × n = 1 × 10-3 [

1mol de PbO 2 = 4.18 × 10-6 mol de PbO2 239.18 [ g de PbO 2

(4.18 × 10-6 mol de PbO2) × de PbO2

^6.022 # 10 23 moléculas de PbO 2h 1 mol de PbO 2

= 2.517 × 1018 moléculas

Figura 3. El número de Avogadro indica el total de partículas (átomos, moléculas, iones) presentes en un mol de cualquier sustancia.

c. Para el último caso, puesto que ya se conoce el número de moles de la muestra, solamente se necesita multiplicarlo por el número de Avogadro: 0.03 mol de CuSO4 ×

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^6.022 # 10 23 moléculas de CuSO 4h 1 mol de CuSO 4

= 1.806 × 1022 moléculas de CuSO4

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Bloque 1

Desarrolla competencias

actividad individual

1. Investiga sobre las unidades fundamentales del Sistema Internacional (si) y completa el cuadro siguiente: Magnitud física

Unidad básica

Símbolo de la unidad

Descripción

Longitud Segundo kg Flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material

Ampere Temperatura

K Mol

mol

Candela

2. R  ealiza en tu cuaderno un cuadro sinóptico con los conceptos de mol, masa fórmula, masa molar y volumen molar.

3. Efectúa en tu cuaderno las conversiones que se solicitan para que apliques los conocimientos adquiridos. Puedes anotar aquí la respuesta. a. Convierte 82 g de azufre (S) a mol. b. Convierte 0.02 mol de sodio (Na) a gramos. c. Calcula el total de moléculas presentes en 0.08 mol de ácido clorhídrico (HCl). d. Calcula la masa en gramos que equivale a 6.023 x 1023 átomos de hierro (Fe).

II. Responde en tu cuaderno estas preguntas acerca de tu desempeño en la actividad. 1. ¿Qué fue lo que aprendiste de esta actividad?, ¿cómo lo aprendisté? 3. ¿Cómo valorarías tu desempeño en esta actividad?, ¿qué te gustaría saber con más claridad?

Desarrolla competencias

actividad grupal

Aplica el concepto de mol al interpretar reacciones que se realizan en diferentes ámbitos de su vida cotidiana y en la industria.

I. ¿Qué tan grande es un mol? Reunidos en equipos, utilicen la calculadora para desarrollar los cálculos que

se solicitan. Cada uno de los casos les ayudará a comprender la dimensión de un mol si lo trasladamos a escala macroscópica.

1. Supongamos que el volumen de un huevo es de, aproximadamente, 7 x 10-5 m3. Asimismo, consideraremos que una gallina ponedora puede producir unos 250 huevos al año y la granja tiene 1 000 gallinas ponedoras. Con esta información, respondan: a. ¿Cuál es el volumen de un mol de huevos? b. ¿Cuántos años tardarán las 1 000 gallinas en producir un mol de huevos?

2. Los estudiantes de cierta escuela, preocupados por el deterioro ambiental, se han propuesto reunir un mol de latas de refresco para que puedan reciclarse. El volumen aproximado de cada lata de refresco es de 3 x 10-4 m3 y participarán en la tarea 3 000 alumnos. a. ¿Qué volumen ocupará un mol de latas de refresco? b. ¿Cuánto tiempo tardarán los 3 000 alumnos en reunir un mol de latas de refresco, si se considera que cada uno de ellos puede recolectar 10 latas por día? Comparen sus resultados con los obtenidos por otros equipos y escriban en su cuaderno las conclusiones.

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Tema 1

Tema 2

Tema 3

Mol

Leyes ponderales

Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

La palabra ponderal se refiere a algo perteneciente o relativo al peso. Al conjunto de leyes que tienen como objetivo el estudio del peso relativo de las sustancias en una reacción química se les llama leyes ponderales. ¿Eres capaz de mencionar alguna de ellas?

El estudio de los procesos químicos puede realizarse tanto de manera cualitativa como cuantitativa. En el primer caso, solamente se describe lo que sucede tomando en cuenta los aspectos más visibles o la aplicación de modelos teóricos para explicar un determinado fenómeno. Una descripción cuantitativa, por su parte, implica establecer con precisión las cantidades de reactivos o productos implicados en una reacción química. En los primeros tiempos de la química, la mayoría de los fenómenos estudiados solo se describían indicando cuáles reactivos eran necesarios y cuáles productos se esperaban de una reacción. Con el paso de los siglos y la aparición del método científico experimental, se fue haciendo necesario medir, contar y calcular con la mayor exactitud posible cuáles productos y en qué cantidad podían obtenerse de unos determinados reactivos. st-editorial.com

Para el conocimiento químico, fue determinante conocer qué relación existe entre las cantidades de los cuerpos que intervienen en una reacción, además de pasar de lo puramente cualitativo a lo cuantitativo. El hallazgo de un instrumento de medición, la balanza, y su aplicación de forma sistemática a la investigación de las transformaciones químicas por parte del químico francés AntoineLaurent de Lavoisier (1743-1794), propiciaron el descubrimiento de las leyes de las combinaciones químicas y el establecimiento de la química como ciencia. Las leyes ponderales, que serán el tema de estudio de esta sección, son una expresión clara de esa necesidad de encontrar las regularidades en los fenómenos y utilizar este conocimiento para aprovechar mejor las reacciones químicas. 19


Bloque 1

Ley de la conservación de la masa o de Lavoisier

Figura 4. El ser humano fue especializándose en el uso del fuego y en su empleo para producir energía y cambios en la materia.

E l mundo que te rodea

En los cálculos estequiométricos, el factor de conversión debe colocarse de tal manera que las unidades que se desean eliminar se coloquen en posiciones opuestas, esto hace posible la obtención de la unidad solicitada. Los volúmenes iguales de gases diferentes medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura contienen igual número de moléculas. Esta es la base para definir la noción de volumen molar en las reacciones químicas.

Glosario

20

La combustión ha sido uno de los fenómenos más observado por los seres humanos desde el descubrimiento del fuego hace más de un millón de años (figura 4). El Homo ergaster llegó a conocerlo por casualidad y buscó cómo preservarlo. En primera instancia lo importante era la utilidad material del fuego, pero luego trascendió como objeto de conocimiento humano a nivel de la cosmología. Hace 2 500 años los griegos se planteaban preguntas como: ¿por qué razón algunos cuerpos pueden arder mientras que otros no lo hacen? Ellos suponían que todo lo que podía entrar en combustión llevaba dentro de sí el elemento fuego y que este se liberaba bajo condiciones apropiadas. Los alquimistas, antecesores del conocimiento químico, pensaban de manera semejante: para ellos las sustancias combustibles poseían el “principio de azufre” que les permitía tal capacidad. En el año 1702, Georg Ernest Stahl (1660-1734), prestigioso médico y químico alemán, presentó la denominada teoría del flogisto para explicar el proceso de la combustión. De acuerdo con esta teoría, el flogisto o principio inflamable era una sustancia imponderable, misteriosa, que formaba parte de los cuerpos combustibles. Fue Lavoisier quien demostró la inexistencia del flogisto mediante experimentos donde cuidadosamente midió la masa de las sustancias antes, durante y después de la combustión. Con sus experimentos sentó las bases de la química moderna al incorporar a la observación herramientas para medir cuidadosamente lo que sucede durante el proceso de los fenómenos químicos. Fruto de sus observaciones logró enunciar la importante ley de la conservación de la masa, que se expresa de la siguiente manera: en toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.

Relaciones estequiométricas y la ley de la conservación de la masa

Hay tres tipos de relaciones estequiométricas en las que aplicamos directamente la ley de la conservación de la masa: relaciones mol-mol, relaciones masa-masa y relaciones volumen-volumen. Relaciones mol-mol. Proporcionan los moles que se obtienen de una sustancia a partir de los moles de otra según la ecuación química balanceada [Ej. 4]. Relaciones masa-masa. A partir de la masa de una sustancia se calcula la masa de un reactivo o de un producto [Ej. 5]. Relaciones volumen-volumen. A partir del volumen de una sustancia se determina el volumen de otra; se toman en cuenta las condiciones de presión y temperatura en las que se desarrolla la reacción [Ej. 6].

Homo ergaster. Homínido –individuo perteneciente al orden de los primates superiores, con una constitución física muy semejante a la del ser humano actual– que apareció aproximadamente hace unos 2 millones de años en África, y desapareció hace 1 millón de años. Cosmología. Conocimiento del orden del mundo.

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Ejemplo 4 El sulfato de sodio (Na2SO4), compuesto que se utiliza en algunas etapas del proceso de fabricación del papel y que sirve para obtener compuestos resistentes al fuego, se puede producir por la reacción entre el ácido sulfúrico (H2SO4) y el hidróxido de sodio (NaOH) (figura 5): H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O Si se suministran a la reacción 4 moles de NaOH, ¿cuántos moles de Na2SO4 se obtendrán?

Solución En primera instancia, la ecuación química debe cumplir con la ley de la conservación de la masa, es decir, debe estar balanceada, por lo cual se colocan los coeficientes necesarios: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

Figura 5. El NaOH, que se utiliza en la fabricación de jabones, es un fuerte corrosivo y cuando reacciona libera gran cantidad de calor.

Los coeficientes de una ecuación balanceada representan los moles de cada una de las sustancias participantes. En este ejemplo se tiene que 1 mol de H2SO4 reacciona con 2 moles de NaOH para producir 1 mol de Na2SO4 y 2 moles de H2O. De acuerdo con esto, la relación de moles de NaOH y Na2SO4 se puede expresar de la siguiente manera: 1 mol de Na2SO4 se obtiene a partir de 2 moles de NaOH. Para resolver el problema conviene expresar la relación anterior de la siguiente manera: 1mol de Na 2 SO 4 2 moles de NaOH

Al utilizar el dato del problema, la solución se escribe así: 4 moles de NaOH ×

1mol de Na 2 SO 4 2 moles de NaOH

= 2 moles de Na2SO4

Ejemplo 5 El hipoclorito de sodio (NaClO), ingrediente activo de muchos blanqueadores comerciales, puede obtenerse mediante la reacción controlada entre el hidróxido de sodio y el cloro elemental: 2NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O De acuerdo con la reacción, ¿cuántos gramos de NaOH son necesarios para obtener 500 g de NaClO?

Solución Se aplica la siguiente estrategia: a. Convertir los gramos de NaClO a moles utilizando su masa molar. g de NaClO × n = 500 [

1mol de NaClO = 6.72 moles de NaClO 74.42 [ g de NaClO

b. Establecer la relación de moles a partir de la ecuación balanceada y calcular los moles de NaOH. 6.72 moles de NaClO × st-editorial.com

2 moles de NaOH 1 mol de NaClO

= 13.44 moles de NaOH 21


Bloque 1 c. Por último, cambiar los moles de NaOH a gramos utilizando su masa molecular, con lo cual se obtiene el resultado pedido. 13.44 moles de NaOH ×

40.08 g de NaOH 1 mol de NaOH

= 538.67 g de NaOH

Observa que el proceso requiere convertir gramos a moles, establecer la relación molar y cambiar de moles a gramos. Esto puede hacerse mediante una sola operación, como se muestra enseguida: 1 mol de NaClO

2 moles de NaOH

500 g de NaClO ×   ×  74.42 [ g de NaClO 1 mol de NaClO NaOH

×  

40.08 g de NaOH 1 mol de NaOH

= 538.67 g de

El resultado se obtiene multiplicando todas las cantidades que se encuentran en los numeradores y dividiendo posteriormente este resultado entre el producto de todos los denominadores:

]500g] 1 g] 2 g]40.08g ]74.42g] 1 g] 1 g

= 538.67 g de NaOH

Ejemplo 6 La reacción entre el monóxido de nitrógeno (NO) y el oxígeno (O) da como resultado la formación del dióxido de nitrógeno (NO2), sustancia que participa en la producción del esmog fotoquímico (figura 6). 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) Si la reacción se desarrolla en condiciones estándar de temperatura y presión, ¿cuántos litros de oxígeno se necesitan para reaccionar con 150 L de monóxido de nitrógeno?

Solución En las condiciones estándar de temperatura y presión (T = 0°C y 1 atm), un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.4 L. Al tomar como punto de partida esta información, se procede con la siguiente estrategia: a. Convertir los litros de NO a moles. b. Establecer la relación molar que proporciona la ecuación balanceada. c. Transformar moles de O2 a litros. L de NO × 150 [

1 mol de NO 22.4 [ L de NO

×

1 mol de O 2 2 mol de NO

×

22.4 L de O 2 1 mol de O 2

= 75 L de O2

Figura 6. La exposición a largo plazo a niveles bajos de óxido de nitrógeno puede ser causante de alteraciones irreversibles en el tejido pulmonar de las personas. 22

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Desarrolla competencias

actividad individual

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

1. Para resolver un cálculo estequiométrico de relación masa-masa se sigue, básicamente, un proceso de varios pasos. Elabora un mapa conceptual del proceso en tu cuaderno.

2. Actualmente el amoniaco (NH3) se produce con el proceso Haber-Bosch, el cual hace reaccionar el hidrógeno (H2) y el nitrógeno (N2): 3H2 + N2 → 2NH3 Si se suministra a la reacción 100 g de H2, responde:

a. ¿Cuántos moles de NH3 se producen?

b. ¿Cuántos moles de N2 se necesitan para completar la reacción?

c. ¿Cuánta masa (g) se obtiene de NH3?

3. El clorato de potasio (KClO3) es un compuesto que se utiliza en la elaboración de fósforos, en la industria

pirotécnica y de fuegos artificiales. En el laboratorio, una de sus aplicaciones principales es la producción de oxígeno cuando es sometido a descomposición mediante calentamiento: 2KClO3 → 2KCl + 3O2

a. ¿Cuántos gramos de KClO se necesitan para obtener 200 g de O2?

b. ¿Cuántas moles de KCl pueden producirse a partir de 245 g de KClO?

Práctica de laboratorio El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en la práctica de laboratorio “Ley de la conservación de la masa” (p. 196) que se encuentra en la Sección final. st-editorial.com

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Bloque 1

Ley de las proporciones definidas o de Proust

Esta ley fue formulada por Joseph Louis Proust (1754-1826), destacado químico francés, considerado uno de los padres de la química moderna, y su enunciado es el siguiente: cuando dos o más elementos se combinan para formar un determinado compuesto lo hacen en una relación en peso constante, independientemente del proceso seguido para formarlo. Tomemos como ejemplo al metano (CH4), el hidrocarburo más sencillo, que se produce naturalmente por la putrefacción anaeróbica de las plantas o por descomposición de materia orgánica en los pantanos; en la industria se obtiene a partir de la destilación fraccionada del petróleo. En ambos casos, la composición del metano (ya sea “natural” o “sintético”) siempre es la misma: un átomo de carbono por cuatro átomos de hidrógeno, con las mismas características y propiedades.

Composición porcentual Figura 7. Un nivel excesivo de concentración de una sustancia química puede causar daños a los consumidores.

Uno de los problemas cotidianos que enfrentan los investigadores de esta ciencia consiste en determinar la clase y cantidad de elementos químicos que forman parte de una muestra analizada y en qué cantidad lo hacen (figura 7). Los resultados del análisis químico se reportan como porcentajes de cada elemento presente en la muestra. En este sentido se habla de composición porcentual. El cálculo de la composición porcentual a partir de la fórmula molecular es muy sencillo. Basta averiguar la masa molar y dividir entre ella la masa de cada elemento presente en la fórmula. Al multiplicar el resultado por cien se obtiene el porcentaje [Ej. 7].

Ejemplo 7 Determina la composición porcentual del sulfato de calcio (CaSO4).

Solución La masa molar del CaSO4 se calcula de la siguiente manera: a. Ca: 40.08 × 1 = 40.08 g de Ca b. S: 32.06 × 1 = 32.06 g de S c. O: 15.99 × 4 = 63.96 g de O Masa molar = 136.10 g/mol de CaSO4. La composición porcentual se determina así: a. Ca:

40.08 × 100% = 29.45% de Ca 136.10

b. S:

32.06 × 100%= 23.55% de S 136.10

c. O:

63.96 × 100%= 47.00% de O 136.10

La comprobación se efectúa sumando los porcentajes obtenidos. El resultado debe ser muy cercano o igual a 100%.

Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

Desarrolla competencias

actividad grupal

En equipos de dos o tres integrantes analicen por qué es importante mantener un control riguroso de los porcentajes de combinación de los elementos o compuestos de una sustancia. ¿Qué sucedería si se combinan elementos sin saber cuáles son sus propiedades? Expongan los resultados al resto de la clase. 24

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Fórmula mínima y fórmula molecular Si se conoce la composición porcentual de un compuesto puede determinarse la fórmula mínima, también denominada fórmula empírica [Ej. 8]. Para ello se utiliza el siguiente procedimiento: 1. Se transforman los porcentajes en masa, a partir del supuesto de que la muestra en cuestión tiene una masa de 100 g. 2. A continuación se calculan los moles de cada uno de los elementos químicos al dividir la masa entre su masa atómica. 3. De los resultados obtenidos en el paso número 2 se elige el de menor valor y entre este se dividen todos y cada uno. Si al terminar los cálculos se obtienen números fraccionarios, entonces estos se multiplican por una cantidad que los transforme en enteros. 4. Se construye la fórmula utilizando los resultados del paso 3 como subíndices.

Ejemplo 8 La estricnina es un veneno muy peligroso y se usa como raticida. Su composición es: C (75.45%), H (6.587%), N (8.383%), O (9.581%). Con estos datos, encuentra su fórmula empírica.

Solución Se supone que la muestra tiene una masa de 100 g, con lo cual los porcentajes se transforman directamente a gramos. Al seguir los pasos explicados, la solución se encuentra de la siguiente manera: Elemento

Masa (g)

Masa atómica (g/mol)

Moles de cada elemento

Relación molar

C

75.45

12.011

75.75 = 6.306 12.011

6.306 = 10.5 0.598

H

6.587

1.008

6.587 = 6.535 1.008

6.535 = 10.9 ` 11.0 0.598

N

8.383

14.007

8.383 = 0.598 14.00

0.598 = 1.0 0.598

O

9.581

15.999

9.581 = 0.598 * 15.999

0.598 = 1.0 0.598

*Indica el menor valor que se situará como denominador en la columna de la relación molar.

En una primera aproximación, la fórmula empírica queda así: C10.5H11N1O1. Sin embargo, la fórmula mínima o empírica requiere que se tengan números enteros para todos los átomos participantes. Para lograrlo se multiplican, en este caso, todos los subíndices por 2 y se tiene la solución al problema: C21H22N2O2.

La fórmula mínima o empírica muestra las relaciones de números enteros más simples, mientras que en la fórmula molecular o verdadera se tiene la correcta relación de átomos que conforman un compuesto determinado [Ej. 9]. Para obtener la fórmula molecular conviene utilizar esta secuencia de pasos: 1. Calcular la fórmula mínima o empírica. 2. Calcular la masa molecular de la fórmula mínima o empírica. 3. Dividir la masa molecular verdadera (normalmente, un dato del problema) entre la obtenida en el paso 2; de este modo se obtiene un factor. 4. Multiplicar los subíndices de la fórmula mínima o empírica por el factor obtenido en el paso 3. st-editorial.com

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Bloque 1

Ejemplo 9 La cafeína está formada por 57.8% de C, 6.1% de H, 16.9% de N y 19.3% de O (figura 8). Encuentra su fórmula molecular si su masa molar es de 166.166 g/mol.

Solución Debe aplicarse la secuencia de pasos para obtener la fórmula molecular: 1. Se determina la fórmula mínima o empírica de la cafeína con el método que se acaba de revisar. Veamos: Figura 8. La cafeína elimina iones de sodio y moléculas de agua del organismo a través de la orina.

E n la web

Elemento

Masa (g)

Masa atómica (g/mol)

Moles de cada elemento

Relación molar

C

57.8

12.011

57.8 = 4.8 12.011

4.8 =4 1.2

H

6.1

1.008

6.1 = 6.0 1.008

6.0 =5 1.2

N

16.9

14.007

16.9 = 1.2 14.00

1.2 =1 1.2

O

19.3

15.999

19.3 = 1.2 * 15.999

1.2 =1 1.2

*Indica el menor valor que se situará como denominador en la columna de la relación molar.

Para conocer más sobre los temas de este bloque, te recomendamos visitar las siguientes páginas, donde encontrarás información y actividades para reforzar tu aprendizaje: • h tt p : / / w w w. v i s i o n l e a r n i n g . com/library/module_viewer. php?c3=&mid=53&ut=&l=s •h  ttp://www.oei.org.co/fpciencia/ art08.htm • http://genesis.uag.mx/edmedia/ material/qino/T6.cfm • http://depa.pquim.unam.mx/qg/ eq.htm

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

De este modo se obtiene la fórmula mínima o empírica C4H5N1O1. 2. La masa molar de la fórmula mínima es igual a 83.083. (Omitimos el cálculo con el fin de que lo realices en tu cuaderno.) 3. S  e divide la masa molar de la fórmula molecular entre el dato recién calculado para obtener un factor por el que se multiplican los subíndices de la fórmula mínima. 166.166 =2 83.083

4.  Se multiplican por 2 todos los subíndices, y la fórmula molecular es: C8H10N2O2. (Si calculas la masa molar encuentrarás que es exactamente 166.166 g/mol, tal como se dice en el ejemplo.)

Desarrolla competencias

actividad individual

Aplica lo aprendido y resuelve en tu cuaderno de notas lo que se propone a continuación.

1. El mercurio (Hg) forma un compuesto con el cloro (Cl); ambos elementos se

unen en una composición porcentual de 73.9% de Hg y 26.1% de Cl. ¿Cuál es la fórmula empírica? 2. Al analizar una cierta sustancia, se pudo precisar que contiene 39.82% de cobre (Cu), 20.09% de azufre (S) y 40.09% de oxígeno (O). Asimismo, se logró saber que la sustancia tiene una masa molecular de 159.56 g/mol. ¿Cuál es la fórmula empírica? ¿Cuál es la fórmula molecular? 3. La testosterona –hormona sexual masculina– contiene 79.19% de carbono (C), 9.72% de hidrógeno (H) y 11.10% de oxígeno (O). Su masa molecular es de 288.17 g/mol. ¿Cuál es su fórmula empírica? ¿Cuál es su fórmula molecular? 26

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Ley de las proporciones múltiples o de Dalton

CUADRO 1. Óxidos del bromo El eminente naturalista, químico, matemático y meteorólogo británico John Dalton (1766Masa de Masa de Masa de oxígeno/ Relación de átomos Compuesto 1844) dedicó su vida tanto a la enseñanza bromo oxígeno Masa de bromo de oxígeno como al estudio de diversos fenómenos, lo que 159.82 15.99 0.10005* 0.10005 / 0.10005 = 1 Br2O a la postre le permitió postular algunas leyes y proponer uno de los primeros modelos atómi159.82 47.97 0.30015 0.30015 / 0.10005 = 3 Br2O3 cos que se conocen. Dalton, después de trabajar sobre algunas 159.82 79.95 0.50025 0.50025 / 0.10005 = 5 Br2O5 experiencias de Proust, enunció en 1803 la ley de las proporciones múltiples, que se ex159.82 111.93 0.70035 0.70035 / 0.10005 = 7 Br2O7 presa de la siguiente manera: las cantidades * Se toma el número más pequeño como divisor de todos los demás. de un mismo elemento que se unen con una cantidad fija de otro elemento, para formar en cada caso un compuesto distinto, están en una relación de números enteros sencillos. El bromo, dada su peculiar configuración electrónica, puede formar varios óxidos: Br2O, Br2O3, Br2O5, Br2O7 (cuadro 1). Si calculamos la masa del bromo y del oxígeno para cada compuesto y se establece una relación entre ellas, los resultados que arroja permiten comprobar la aplicación de la ley de las proporciones múltiples.

Desarrolla competencias

actividad grupal

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

1. Organizados en equipos, apliquen un proceso similar al mostrado en el cuadro 1 y analicen si se cumple o no la ley de las proporciones múltiples en cada uno de los casos siguientes:

a. CO y CO2

b. Ag2O y AgO

c. C2H2, C2H4 y C2H6

d. VO, V2O3, VO2 y V2O5

e. FeH2 y FeH3

2. Basándose en los resultados obtenidos, respondan: a. ¿Cuál es la razón principal de que en algunos casos no se cumpla esta ley? b. ¿ Qué características deben tener los compuestos para ajustarse a la ley de las proporciones múltiples?

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Bloque 1

Ley de las proporciones recíprocas o de Richter-Wenzel

En las matemáticas existe un principio de identidad que, palabras más, palabras menos, afirma que cuando dos cosas son iguales a una tercera, entonces son iguales entre sí. En la química, la ley enunciada por el químico alemán Jeremias Richter (1762-1807) y comprobada plenamente por W. Wenzel, se conoce como ley de las proporciones recíprocas, que determina que las masas de diferentes elementos, que se combinan con una misma masa de un elemento dado, dan la relación de masas de estos elementos cuando se combinan entre sí o bien múltiplos o submúltiplos de estos pesos. ¿Cuál es el significado de esta ley, en palabras más sencillas? Consideremos los siguientes compuestos: FeO, FeCl2, FeS, FeH2. En los cuatro casos hay solo un átomo de hierro que se combina con uno o dos átomos de otro elemento. Es un hecho que los otros cuatro elementos pueden combinarse entre sí y la relación que guardarán las fórmulas de los compuestos resultantes se puede

Desarrolla competencias

deducir de la forma en que se combinaron con el hierro. Así, por ejemplo, si se combinan el oxígeno y el hidrógeno, la fórmula resultante tendrá dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; si el azufre se combina con el hidrógeno, el compuesto resultante tendrá dos átomos de hidrógeno y un átomo de azufre. Por otra parte, si se combinan el hidrógeno y el cloro, la relación será 2:2 o, simplificando 1:1, lo cual se cumple en el HCl. Utilicemos otro ejemplo tomando algunos compuestos del aluminio AlH3, Al(NO3)3 y AlN, para los cuales indicamos la proporción entre este metal y el otro átomo o el ion poliatómico: AlH3 1:3

Al(NO3)3 1:3

AlN 1:1

Al combinarse el H y el grupo NO3, lo harán en una proporción 1:1 (porque la relación original 3:3 se simplifica) y se tiene, en consecuencia, la formación del ácido nítrico: HNO3. Si se combinan el hidrógeno y el nitrógeno, la relación será 3:1, lo

actividad individual

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

cual efectivamente sucede al formarse el ácido nitrhídrico: H3N.

A la luz de la ley de las proporciones recíprocas, realiza un análisis similar al mostrado para cada conjunto de compuestos.

1. Na2O, Na2S

2. KCl, Cl2O, K2O

3. MgO, MgH2, H2O

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Tema 2 Leyes ponderales

Tema 3 Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

El origen etimológico de la palabra estequiometría se compone de dos raíces: stoicheion, que significa “elemento”, y metron, “medida”. A partir de esta definición, ¿puedes imaginarte para qué son útiles los cálculos estequiométricos y cómo influyen en la actividad industrial?

En la industria, numerosas empresas utilizan las relaciones estequiométricas para predecir con la mayor exactitud posible la cantidad de materia prima necesaria para alcanzar la producción requerida de una sustancia en particular. De esta forma se reducen costos y la producción se maximiza. Por esta razón la función de la química es fundamental en las actividades económicas del mundo actual, pues da respuestas exactas a hechos concretos. En los procesos químicos, las sustancias presentan propiedades particulares. La velocidad de estos procesos puede acelerar o disminuir por intervención de catalizadores, pero otro aspecto a considerar es el hecho de que las sustancias que reaccionan pueden mezclarse de modo que a nivel productivo st-editorial.com

alguna de ellas se agote; cuando esto sucede la reacción se detiene. La sustancia que se agota primero en estos procesos de reacciones químicas se conoce como reactivo limitante (figura 9). Esta particularidad es importante para que una empresa alcance los niveles productivos que ha contemplado desde el inicio de las reacciones.

Determinación del reactivo limitante

Aunque a veces se piensa que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos, en la práctica lo más corriente suele ser que se emplee un exceso de uno o más reactivos, para lograr que reaccione la mayor cantidad posible de estos. [Ej. 10]. 29


Bloque 1 Vaso de precipitados

Solución Ya que la ecuación se encuentra balanceada, se calcula cuántos moles equivalen a los 200 g de SO3 y los 200 g de H2O que entran en reacción. Condensador

g de SO3 × 200 [

200 [ g de H2O × Beaker

1mol de SO 3 = 2.499 mol de SO3 80.03 [ g de H 2 O 1mol de H2O 18.01 g de H 2 O

= 11.1 mol de H2O

A partir de estos resultados se calcula la cantidad de ácido sulfúrico que se produce, primero con un reactivo y luego con el otro. El reactivo limitante es aquel cuya producción sea menor.

Mechero Bunsen

1 mol de H 2 SO 4

98.08 g de H 2 SO 4

1 mol de H 2 SO 4

98.08 g de H 2 SO 4

# 2.499 mol de SO3 × 1 mol de SO 3 1 mol de H 2 SO 4 = 245.09 g de H2SO4

Figura 9. El rendimiento teórico es el producto que debería formarse si todo el reactivo limitante se consume en la reacción.

11.1 mol de H2O × # 1 mol de H 2 O 1 mol de H 2 SO4 = 1088.63 g de H2SO4

Ejemplo 10

El reactivo limitante en este caso es el trióxido de azufre (SO3), dado que solo produce 245.09 g de H2SO4, y el agua es el reactivo en exceso.

La última etapa para la producción del ácido sulfúrico se realiza mediante la reacción entre el trióxido de azufre (SO3) y el agua (H2O).

En resumen, para poder determinar cuál es el reactivo limitante se procede de la siguiente manera: 1. Se calculan los moles de cada reactivo involucrado en el problema.

SO3 + H2O → H2SO4 Si se suministran 200 g de SO3 y 200 g de H2O a la reacción, ¿cuántos gramos de H2SO4 se obtendrán? ¿Cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso?

Desarrolla competencias

2. A partir de los resultados obtenidos se calculan los moles del producto deseado. El reactivo limitante es el que está produciendo en menor cantidad.

actividad individual

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

Resuelve en tu cuaderno estas situaciones donde se presentan reactivos limitantes.

1. Una persona ha recibido visitas y necesita preparar 11 emparedados. Cuenta para ello con 30 rebanadas de pan, 9 de jamón y 11 de queso.

a. ¿Cuál es para ella el reactivo limitante? ¿Y el reactivo en exceso? b. ¿Cuántos emparedados podrá preparar? c. ¿En qué otras situaciones puedes sacar provecho de la teoría del reactivo limitante? 2. Una planta embotelladora tiene 5 350 botellas con una capacidad de 355 ml, 4 925 tapas y 1 700 L de

bebida refrescante. ¿Cuántas botellas pueden llenarse y taparse? ¿Cuánto sobra de cada contenedor y contenido? ¿Qué componente limita la producción? 3. A través de la siguiente reacción es posible efectuar la reducción del óxido de hierro III (Fe2O3) para obtener hierro metálico (Fe): Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe Considera que se suministran 240 g de (Fe2O3) y 168 g de monóxido de carbono (CO).

a. ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Y el reactivo en exceso? b. ¿Cuántos gramos de hierro puro se obtendrán? 30

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Rendimiento teórico, rendimiento real y % de rendimiento de una reacción

Pudiera llegarse a pensar que una reacción química progresa hasta que se agota totalmente el reactivo limitante, sin embargo en la realidad esto no sucede siempre ni en todos los casos, por múltiples razones. Una de ellas es que existe la posibilidad de que no toda la materia prima reaccione; es posible también que existan reacciones laterales que no lleven al producto deseado o –lo que también sucede– que no pueda recuperarse totalmente el producto formado, lo cual ocasiona una merma en la producción. Atendiendo a todo esto se han establecido las nociones de rendimiento teórico y rendimiento real. Rendimiento teórico. Cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción. Rendimiento real. Cantidad de producto efectivamente formado en una reacción.

De manera evidente, esto conduce a una desigualdad, puesto que en la práctica, el rendimiento real es igual o menor al rendimiento teórico. Rendimiento real ≤ Rendimiento teórico Si esto lo traducimos a una fórmula, podemos encontrar el porcentaje de rendimiento de una reacción [Ej. 11]: rendimiento real × 100 rendimiento teórico Los investigadores trabajan frecuentemente modificando todas las variables de temperatura, presión, concentración, catalizadores, etc., para llevar a los procesos del rendimiento real hasta el rendimiento teórico en la medida de lo posible. % de rendimiento =

Ejemplo 11 Se preparó sulfato de calcio al hacer reaccionar 200 g de fluoruro de calcio con la cantidad adecuada de ácido sulfúrico. Calcula el rendimiento porcentual si se obtuvieron 200 g de sulfato de calcio. CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF

Solución Calculamos en primera instancia el rendimiento teórico, mediante la determinación de los gramos de CaSO4 que se pueden formar. 1 mol de CaF2

^200 Y g de CaF2hc 78.06 g de CaF m d 2 Y

1 mol de CaSO 4 1 mol de CaF2

nd

136.10 g de CaSO 4 1 mol de CaSO 4

n=

348.7 g de CaSO 4

El rendimiento teórico es, pues, de 348.7 g de CaSO4, y como solamente se obtuvieron 200 g, el porcentaje de rendimiento se calcula así: % de rendimiento =

b

Rendimiento real l # 100 = Rendimiento teórico

Desarrolla competencias

c

200 Y g de CaSO 4 m # 100 = 57.35% 348.7 Y g de CaSO 4

actividad individual

Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

Aplica lo aprendido y resuelve los problemas que aparecen a continuación.

1. Una reacción típica de desplazamiento simple es la que se produce entre el zinc metálico y el ácido sulfúrico:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 Al suministrar 150 g de Zn a la reacción junto con la cantidad adecuada de ácido sulfúrico, ¿cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción si se obtuvieron 100 g de sulfato de zinc?

2. El cloruro de plata (AgCl) es un compuesto insoluble en agua, sensible a la luz, que se utiliza en fo-

tografía para capturar la imagen en el negativo. El AgCl puede obtenerse en el laboratorio mediante la reacción entre el nitrato de plata y el cloruro de sodio:

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción si al suministrar 250 g de AgNO3 se obtuvieron 125 g de AgCl? st-editorial.com

31


Bloque 1

La estequiometría y su implicación en la industria, en la economía y en la ecología

La industria química, sin duda, tiene características peculiares, puesto que su objetivo es, principalmente, efectuar la transformación de unas sustancias –que sirven como materia prima– en productos específicos: alcoholes, plásticos, ácidos, medicamentos, pinturas, asfalto, barnices, gomas y gasolinas, entre muchos otros. Para ello se vale de su conocimiento acerca de la estructura y las propiedades de las sustancias, de las condiciones de presión, temperatura y, en su caso, de los catalizadores necesarios para conducir los procesos hasta la meta esperada. En tal escenario la estequiometría desempeña un papel esencial. Sin ella difícilmente podría saberse la cantidad exacta de reactivos para obtener el o los productos finales en la cantidad deseada. Sin la estequiometría, los procesos complejos difícilmente podrían ser controlados oportunamente en caso de requerirse; y se podría correr el riesgo de obtener sustancias diferentes a las deseadas, con el riesgo de provocar graves problemas a los usuarios finales. De manera muy específica, la estequiometría se utiliza en las industrias dedicadas a la síntesis de compuestos orgánicos, donde un error en el proceso puede acarrear graves perjuicios en dinero y tiempo, o accidentes que impliquen la pérdida de vidas humanas (ver el siguiente infográfico).

Las empresas químicas trabajan en la actualidad con altos estándares de calidad, y la estequiometría hace posible un control de calidad mucho más estricto, puesto que con frecuencia se toman muestras del producto y se analiza para determinar si cumple con los requisitos establecidos. Una de las preocupaciones más graves en la industria química es el deterioro ambiental y a este se dedica una gran cantidad de recursos, tanto para prevenirlo como para impedirlo. El deterioro ambiental tiene múltiples causas, entre las cuales podemos señalar el uso irresponsable de ríos, lagos y mares, utilizados como vehículo de desecho de productos químicos altamente contaminantes. Lugares que hasta hace pocos años se mantenían como una reserva para la fauna y la flora, hoy se encuentran prácticamente devastados. Añadamos a esto el uso indiscriminado de combustibles fósiles y el aumento de los gases de efecto invernadero que influyen en el calentamiento global. La química es una ciencia que debe tener como primordial preocupación disminuir la incidencia de los problemas antes mencionados, fomentar el desarrollo sostenible del planeta y emplear la estequiometría como herramienta valiosa para determinar los mayores focos de contaminación, cuantificar la cantidad de emisiones y precisar cuáles medidas podrían utilizarse para detener este apremiante problema.

Infográfico. Los cálculos Estequiométricos en la industria minera En la industria minera resulta importante, en ocasiones, conocer la masa de determinado elemento (metal) que se puede obtener de un compuesto (mineral). Esto se debe a que los minerales contienen al metal en forma de un mineral. La razón de ser del proceso es la extracción del metal. Por razones económicas los procesos siempre deben realizarse con el menor desperdicio posible.

Por ejemplo, la calcopirita (CuFeS2), el principal mineral del cual se extrae el cobre, contiene además otro metal, el hierro, y un no metal, el azufre. Veamos un caso determinado. Si de una mina se sacan 4.5 x 103 kg de mineral, ¿se puede saber cuánto cobre y cuánto hierro se puede extraer? Por supuesto que sí. Con la fórmula del compuesto sabemos la proporción de cobre y hierro que tenemos, y podemos calcular el porcentaje en masa de estos elementos en el compuesto. En este caso es posible determinar la masa molar del compuesto, la del cobre y la del hierro. Entonces, ¿te animas a hacer los cálculos?

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Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Desarrolla competencias

actividad grupal

Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

En equipos, realicen las siguientes actividades.

1. Busquen dos empresas que desarrollen procesos químicos como parte fundamental de sus actividades. Soliciten una entrevista con alguno de los encargados y planteen las siguientes preguntas u otras parecidas: a. ¿Cuál es el producto principal que elabora esta empresa? b. ¿De qué manera controlan el proceso para obtener los resultados deseados? c. ¿Utilizan cálculos estequiométricos para conocer la cantidad de reactivos que necesitan y la cantidad de productos que obtendrán? d. ¿Tienen, en su proceso, un rendimiento del 100%? Si no es así, ¿cuáles son las causas principales en la disminución del rendimiento?

2. Elaboren un reporte de la entrevista con los datos de la empresa y del entrevistado. Para obtener conclusiones, compartan el resultado del trabajo con el profesor y los compañeros. 3. Agreguen a su reporte sus respuestas a las siguientes preguntas: a. ¿Qué fue lo que aprendieron de esta actividad?, ¿cómo lo aprendieron? b. Cómo valorarían su desempeño en esta actividad c. ¿Qué mejorarían de su trabajo?

Lee ¿Tienes fuego? El tabaco proviene de la planta Nicotiana tabacum, nativa de América. La contaminación que se produce al fumar, además de afectar el ambiente, daña la salud, ya que impide el paso de 10% de oxígeno en la hemoglobina. El hábito de fumar puede originar mal aliento, cáncer, enfermedades coronarias, problemas en las vías respiratorias y el aparato circulatorio. Los cigarrillos contienen nicotina, una molécula de estructura similar al neurotransmisor acetilcolina que eleva los niveles de concentración del neurotransmisor dopamina, el cual, para beneficio de los fabricantes, produce estados de placer, de ahí que sea

un compuesto útil para generar una población adictiva a un hábito que ocasiona altos índices de mortalidad. La nicotina es un alcaloide que se une a los receptores de la acetilcolina que forman parte del sistema nervioso central y se encargan de estimular las reacciones musculares, pero ante la disfuncionalidad que surge por la presencia de la nicotina, las respuestas a los estímulos del entorno se ven alteradas. La dependencia revela que en su práctica el sujeto sufre una privación de la dicción, dificultad de hacer una palabra oral debido al sostenimiento de un objeto adictivo sobre su boca.

Una opción para evitar el consumo de cigarros son parches de nicotina, pero deben usarse siguiendo una prescripción médica. El chicle de nicotina es peligroso, pues puede provocar cáncer en la mandíbula. La nicotina es tan adictiva como la cocaína y la heroína. Uno de sus mayores males radica en que al consumirla el cuerpo aprende a tolerar la ingesta de esta sustancia, de ahí que luego el cuerpo demande más de ella para poder alcanzar un estado de satisfacción. En altas concentraciones es un veneno aniquilante que se utiliza en los insecticidas para detener todas las actividades metabólicas de las plagas que atacan los productos de la agricultura.

Analiza la lectura y saca tus propias conclusiones. Responde a las preguntas en tu cuaderno.

1. ¿A qué se llama “fumador pasivo”? 2. Además de contaminar el aire, ¿qué otros efectos produce la nicotina en el ambiente? 3. ¿ Cuáles de las personas de tu círculo más cercano fuman? ¿Padecen de alguna enfermedad o carencia asociada a este mal hábito?

4. ¿ Por qué en algunas películas y telenovelas aparecen los protagonistas fumando y “lucen interesantes”? ¿A qué se debe esto?

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33


34

7

6

5

4

3

2

1

H

+1

K

Sodio 22.991

Na

Litio 6.940

Li

1

1

1

Rb

1

Cs

1

Fr

1

2

2

Ca

Sr

2

2

Y

La

Ac

3

Zr

4

Hf

Rf

4

4

Ce

3,4

3,4

Torio 232.04

Th

Cerio 140.12

5,4,3,2

V

Nb

Ta

4

Pr

3,4

Pa

4,5

Protactinio 231.04

91

Praseodimio 140.907

59

Dubnio 262

Db

105

Tantalo 180.948

73

5

3,5

Niobio 92.906

41

Vanadio 50.941

23

6,3,2

Cr

4,5,6

Mo

4,5,6

W

Sg

Nd

3

3,4,5,6

U

Uranio 238.03

92

Neodimio 144.24

60

Seaborgio 263

106

Wolframio 183.85

74

Molibdeno 95.94

42

Cromo 51.996

24

2,3,4,7

Mn

4,6,7

Tc

Bh

Pm

3,4,5,6

Np

Neptunio 237.05

93

Prometio 144.91

61

Bohrio 264

107

Tierras raras

No metales

# Actínidos

Otros metales (bloque p)

* Lantánidos

3

4,6,7

Re

Renio 186.207

75

Tecnecio 97.907

43

Manganeso 54.938

25

Semimetales o metaloides

90

58

Rutherfordio 261

104

Hafnio 178.49

72

Circonio 91.224

40

4,3

7 VIIB

Gases nobles

Actinio 227.03

89

Lantano 138.905

57

#

89-103

*

57-71

3

3

Itrio 88.9059

39

Ti

Titanio 47.80

22

6 VIB

Aún no sintetizados

2

2

3

5 VB

Metales alcalinotérreos

#

*

Radio 226.02

Ra

Bario 137.33

Ba

Sc

Escandio 44.96

21

4 IVB

Metales alcalinos

88

56

Estroncio 87.62

38

Calcio 40.08

20

Magnesio 24.32

Mg

Be

Berilio 9.013

12

4

3

IIIB

Fe

2,3,4

Ru

2,3

2,3,4

Os

2,3

Sm

3,4,5,6

Pu

Plutonio 244.06

94

Samario 150.36

62

Hassio 269.13

Hs

Osmio 190.2 108

76

Rutenio 101.07

44

Hierro 55.847

26

VIIIB

8

Co

2,3

3,4,5

Rh

Eu

2,3

3,4,5,6

Am

Ni

Pd

2,4

2,3

Pt

2,4

Gd

2,3

96

Curio 247.07

Cm

3

Gadolinio 157.25

64

Darmstadtio (271)

Ds

110

Platino 195.08

78

Paladio 106.42

46

Níquel 58.69

28

10 VIIIB

1,3

Tb

3,4

Bk

3,4

Berkelio 247.07

97

Terbio 158.925

65

Roentgenio (272)

Rg

Oro 196.97

Au

Ag

Plata 107.87

1

1,2

Cobre 63.546

Cu

111

79

47

29

11 IB

Preparados sintéticamente

Líquido

Gaseoso

Sólido

Colores de símbolos según su estado:

Americio 243.06

95

Europio 151.96

63

Meitnerio 266

Mt

Iridio 192.22

2,3,4,6

Ir

Rodio 102.90

109

77

45

Cobalto 58.933

27

VIIIB

9

Elementos de transición

Metales de transición

Francio 223.02

87

Cesio 132.905

55

Rubidio 85.4678

37

Potasio 39.100

19

11

3

Hidrógeno 1.00797

1

2

IIA

1

IA

Metales

tabla periódica de los elementos químicos

Cd

Zinc 65.39

Zn 2

2

Hg

1,2

Dy

3

Cf

3

Californio 251.08

98

Disprosio 162.50

66

Ununbio 277

Uub

112

Mercurio 200.59

80

Cadmio 112.41

48

30

12 IIB

Al

Boro 10.811

B 3

3

Ho

Es

3

3

C

2,±4

Si

2,+4

Ge

2,4

Sn

2,4

Fermio 257.08

Fm

Er

Erbio 167.26 100

68

Flerovio 289

Fl

3

3

2,4

Plomo 207.2

Pb

114

82

Estaño 118.71

50

Germanio 72.59

32

Silicio 28.0855

14

Carbono 12.011

6

14 IVA

Masa atómica

Símbolo

Número atómico

Einstenio 252.09

99

Holmio 164.93

67

Ununutrio

Uut

Talio 204.38

Tl

1,3

1,2,3

Indio 114.82

In

Galio 69.723

1,2,3

Ga

113

81

49

31

Aluminio 26.981

13

5

13 IIIA

P

±3,5

+3,5

As

+3,5

Sb

Bi

+3,5

2,3

2,3

6

-1,±2

O S

2,4,6

2,4,6

Se

-2,4,6

Te

-2,4,6

Po

Lv

Yb

2,3

C

2+4

Nobelio 259.10

2,3

No

102

Iterbio 173.04

70

Livemorio (293)

116

Polonio 208.98

84

Telurio 127.60

52

Selenio 78.96

34

Azufre 32.066

16

Oxígeno 15.999

8

16 VIA

Carbono 12.011

Mendelevio 258.09

Md

Tulio 168.93

Tm

101

69

Ununpentio

Uup

115

Bismuto 208.98

83

Antimonio 121.75

51

Arsénico 74.921

33

Fósforo 30.974

15

Nitrógeno 14.007

N

7 ±2,±3,4,5

VA

15

No metales

I

Lu

Lr

3

3

Ar

Neón 20.179

Ne

Helio 4.003

He

Kr

Xe

2

0

Ununoctio

Uuo

Radón 222.02

Rn

118

86

2

2,4

Xenón 131.29

54

0

0

Criptón 83.80

36

Argón 39.948

18

10

2

18 VIIIA

Nombre

Número de oxidación

Laurencio 262.11

103

Lutecio 174.04

71

Ununseptio

Uus

117

Astato 209.98

At

85 ±1,3,5,7

Yodo 126.90

53 ±1,3,5,7

Bromo 79.904

Br

Cloro 35.453

Cl

-1

±1,3,5,7

Flúor 18.998

F

35 ±1,3,5,7

17

9

17 VIIA

Gases nobles

Bloque 1

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Evaluación sumativa Heteroevaluación Describe, con tus propias palabras, el significado de los siguientes términos. Luego entrega las respuestas a tu profesor.

1. Mol

2. Masa molar

3. Volumen molar

4. Ley de la conservación de la masa

5. Ley de las proporciones definidas

6. Ley de las proporciones múltiples

7. Ley de las proporciones recíprocas

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Autoevaluación I. Calcula la masa molar de las siguientes sustancias. Fórmula

Masas atómicas

Cálculos

Masa molar (g/mol)

Ca2SO4 · 10H2O

Al2(SO4)3

Mg(NO3)2

II. Completa el cuadro siguiente; realiza para ello los cálculos necesarios en tu cuaderno. Sustancia Cu

KOH

Masa

Moles

100 g

0.75 mol

3.011 x 1023 moléculas

NaHCO3

Al2(SO4)3

Partículas

2 moles

III. Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno. 1. Determina las fórmulas mínimas o empíricas en los casos siguientes. a. Un compuesto contiene 5.93% de hidrógeno (H) y 94.06% de oxígeno (O). b. Un compuesto que tiene 35.18% de hierro (Fe), 44.66% de Cl y el resto de oxígeno (O). c. U  n compuesto que tiene 63.50% de plata (Ag), 8.25% de N y 28.25% de oxígeno (O). 2. Algunas estadísticas muestran que cada uno de los vehículos automotores produce al día 0.035 kg

de dióxido de carbono (CO2). Si el parque vehicular en una ciudad mediana es de 150 000 automóviles, ¿cuántos kilos de CO2 se vierten diariamente a la atmósfera? ¿Cuánto en un mes? ¿Qué cantidad en un año?

3. D  e acuerdo a la reacción: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, si se suministran 40 g de metano (CH4): a. ¿Cuántos gramos de oxígeno (O) se necesitan, teóricamente, para llevar a cabo la reacción? b. ¿Qué cantidad de moles de dióxido de carbono (CO2) se obtendrán? c. Si se obtienen tan solo 36 g de agua (H2O), ¿cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción?

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IV. Es momento de entregar tu reporte del reto inicial a tu profesor, según las especificaciones que él considere pertinentes.

V. Responde lo que se te pide a continuación en tu cuaderno. Después responde la rúbrica de autoevaluación:

¿Cuáles son tus logros al concluir este bloque? ¿Cuál es tu nivel de desempeño en cada uno de los objetos de aprendizaje en los que trabajaste?, ¿En cuáles aspectos debes mejorar y qué debes hacer al respecto? Precisa tu nivel de desempeño ayudándote del cuadro que aparece a continuación: Aspecto

Siempre

La mayoría de las veces

Algunas veces

Casi nunca

Explico con fluidez el concepto de mol y la relación que tiene con el número de Avogadro y las masas molares. Aplico de forma correcta y precisa el concepto de mol en la solución de diversos problemas estequiométricos. Puedo explicar el sentido de cada una de las leyes ponderales y sé de qué manera deben aplicarse en los cálculos estequiométricos. Soy capaz de resolver los ejercicios propuestos por mi profesor, explicando el procedimiento e interpretando los resultados obtenidos. Durante los trabajos realizados en equipo he mantenido una actitud de respeto y colaboración con mis compañeros procurando conseguir buenos resultados. Investigo en los medios a mi alcance para mejorar mi comprensión de lo revisado en clase. Describo, con argumentos bien sustentados, las implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos.

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Química 2 Este libro está estructurado en cinco bloques, los cuales se basan en los contenidos del programa de Química II, que corresponde al primer semestre de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems) de la Dirección General de Bachillerato (dgb).

destinadas a desarrollar las competencias que les permitan crear su propio conocimiento, a partir de la comprensión de cada objeto o fenómeno que ocurre en el universo, ya que en todos participa, de una u otra forma, la química. Todo esto con la finalidad de que los estudiantes resuelvan los problemas cotidianos y comprendan racionalmente su entorno inmediato.

Busca desarrollar en los alumnos competencias genéricas y disciplinares. Presenta novedosas secciones

Colección

Sobre el autor

Bachillerato

Víctor Manuel Mora González. Es ingeniero químico industrial (ipn) y profesor de bachillerato con más de 20 años de experiencia. Participó en la revisión de los programas de Química 1 y Química 2 de la reforma curricular de la dgb y en la elaboración de los programas de 2009 (riems). Colabora en la formación de docentes a nivel de bachillerato.

Esta colección tiene como propósito cubrir las necesidades surgidas a raíz de la riems, a través de la cual se plantea el enfoque de competencias para este nivel educativo. Los libros de esta colección se encuentran totalmente apegados a los programas de estudio de la dgb.

VALORES AGREGADOS

¿Qué es un alótropo?

configuración electrónica del carbono e hibridación 2 3 (sp, sp , sp )

Ejercicios que permitan identificar, a través de las fórmulas estructurales, a los isómeros y sus tipos.

¿Cuáles son las formas alotrópicas del carbono?

lineal trigonal plana tetraédrica

¿Qué es la hibridación?

Explicar, utilizando tablas de propiedades de los hidrocarburos la variación que presentan éstas propiedades con el cambio en el número de átomos de carbono.

¿Cuáles tipos de hibridación puede presentar el átomo de carbono?

Explicar los diversos tipos de fórmulas para los compuestos orgánicos, pasando de un tipo de fórmula a otro.

¿Qué es un hidrocarburo? ¿Cuáles son sus tipos principales? ¿Cómo se distinguen?

PARA COMENZAR...

Evalúa los conocimientos previos, las habilidades, actitudes y valores que tiene el estudiante para enfrentar los temas.

Lluvia de ideas en la que se expongan los usos y aplicaciones de productos que presentan alguno de los grupos funcionales por analizar.

a continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas. B3 / p. 95. ACTIVIDAD DE APErTurA

Práctica de laboratorio 1

PARA TERMINAR. AUTOEVALÚA TUS COMPETENCIAS Con este cuadro el estudiante podrá autoevaluar las competencias genéricas adquiridas al finalizar el curso.

ACTIVIDADES

Tema 1 Macromoléculas, Tema previo polímeros y monómeros

Tema 2 Objetivo

Tema 3 3 Tema 4 Tema Comprobar la ley de la conservación de la masa en el desarrollo de una reacción química.

• Embudo

Práctica de laboratorio 2

Separación de mezclas Aplicar algunos métodos de separación de mezclas a partir de la identificación de las características físicas de las sustancias que las integran.

Procedimiento

Problema

Objetivo

1. Construye una especie de balanza con el gancho. Con la ayuda de los hilos, cuelga en los extremos del gancho las dos botellas vacías, las cuales deben anudarse por su parte media, para que las bocas queden libres.

¿Cómo determinar el método apropiado para separar una mezcla?

Materiales

Secciones del libro Refuerzan y complementan los contenidos del programa, a la vez que los hacen más atractivos para los jóvenes. Serie de ejercicios que evalúan conocimientos y habilidades que el estudiante adquirió o reforzó al finalizar el estudio del bloque (evaluación sumativa) y del curso (evaluación final).

la reacción y una vez que ha concluido.

Cuestionario

Lípido. Tipo de biomolécula, aislada de fuentes vegetales o animales mediante extracción con disolventes orgánicos Glosario 1. ¿Cuál es el enunciado de la ley de la conservación de la masa? ¿Qué científico la formuló? no polares, como éter dietílico y acetona.

2. ¿Qué tipo de reacción se desarrolla cuando entran en contacto el bicarbonato de sodio y el vi-

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Bloque 2

EL MUNDO QUE TE RODEA EN LA WEB

nagre? ¿Cuáles son los productos de la reacción?

3. ¿Hay algún reactivo en exceso y algún reactivo limitante? Justifica tu respuesta.

De acuerdo con informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la mayoría de las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los productos asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es importante conocer la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por qué crees que en las industrias no se toman los recaudos necesarios?

Información complementaria y de reflexión donde se vincula lo que el estudiante va construyendo con el entorno inmediato.

InfográfIco 1. PrIncIPales contamInantes del suelo

acidificación. Causada por vertidos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a base de amoniaco (NH3) y la acumulación de residuos orgánicos, entre otros. Los efectos de la acidificación del terreno son principalmente la liberación de metales y la degradación del terreno, lo cual limita su utilidad como área de cultivo

fertilizantes. Dentro de estos contaminantes hemos de considerar tanto al fósforo como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos pueden conducir al terreno a un proceso de salinización.

GLOSARIO

RETRATO

contaminantes metálicos. Principalmente metales pesados (Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, V y Mo) que se acumulan en el terreno por vertidos industriales, actividades mineras, residuos, tráfico de vehículos, etc.

Se incluye la definición de términos relevantes que aparecen en cada página.

La contaminación atmosférica se entiende como cualquier sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. De forma natural, muchas de las sustancias contaminantes están presentes en la atmósfera debido a los procesos biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un volcán, por ejemplo, lanza a la atmósfera grandes cantidades de partículas y gases tóxicos nocivos; sin embargo, los vientos y la lluvia ayudan a dispersarlos, de tal modo que el nivel de concentración disminuye por el desplazamiento. Los seres humanos producimos desechos que se acumulan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la extinción de cualquier ser viviente.

Contaminación del suelo

El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente la economía. Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado de una larga serie de procesos físicos, químicos y biológicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama roca madre. Su composición y naturaleza depende de varios factores, entre los cuales se destacan el clima, la composición de la roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de materiales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orgánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; y agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, según el tipo de suelo. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola causa, más bien se produce por la intervención de actividades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno.

Se incluye información relevante sobre algunos de los personajes clave en el desarrollo de los temas de cada materia. Pesticidas. Son sumamente peligrosos en función de su permanencia en el suelo y toxicidad, así como su bioacumulación, es decir, su concentración en las especies vegetales que forman los cultivos.

contaminantes orgánicos. Extremadamente variados, complejos y reactivos, considerándose entre ellos, principalmente, a los productos derivados del petróleo.

salinización. Consiste en la acumulación de sales solubles o fáciles de solubilizar en el suelo, tales como NaCl, Na2SO4, CaCO3 y MgCO3, entre otras. Este fenómeno se da principalmente en las regiones áridas en las que las aguas subterráneas tienen altas concentraciones de estas sales y la tasa de transpiración del terreno es muy alta. La salinización influye en la permeabilidad del suelo, dado que los poros se bloquean; de esta manera el agua no se absorbe adecuadamente sino que escurre por la superficie.

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Procedimiento

1. Efectúa las siguientes mezclas: a. Agua y arena. b. Arena y limadura de hierro. c. Sal y agua. 2. Aplica el método de separación de mezclas que consideres más adecuado en cada caso.

Registro de observaciones

Dibuja las fases del experimento. Copia y completa el siguiente cuadro en tu cuaderno.

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Por mucho tiempo se consideró que el agua de lluvia era la más E l mundo que te rodea limpia que podía encontrarse, dado que en el ciclo hidrológico se eliminaban muchos de los contaminantes aDe través del con proceso acuerdo informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la de evaporación. Sin embargo, a partir de la Revolución mayoría deIndustrial las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los productos industrias asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es esta concepción ha cambiado drásticamente; diferentes importante la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por y centrales térmicas utilizan combustibles fósiles de bajaconocer calidad qué crees que en las industrias no se toman los recaudos necesarios? en sus procesos, lo cual envía a la atmósfera cantidades importantes de óxidos de azufre y nitrógeno, con el consecuente efecto en la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y de niLa contaminación atmosférica se entiende como cualquier trógeno reaccionan con la humedad atmosférica (figura 9); este InfográfIco 1. PrIncIPales sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca proceso de reacciones produce distintos ácidos. contamInantes del suelo daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. De forma natural, muchas de las sustancias contaminanSO2 + H2O → H2SO3 acidificación. Causada por vertidos tes están presentes en la atmósfera debido a los procesos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a SO3 + H2O → H2SO4 base de amoniaco (NH3) y la acumulación biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2de residuos orgánicos, entre otros. Los Figura 1. Lapor contaminación agua provoca la muerte grandes cantidavolcán, ejemplo,dellanza a la atmósfera 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3 efectos de la acidificación del terreno son dedes grande cantidad de pecesy ygases especies marinas,nocivos; además sin embargo, los principalmente la liberación de metales y partículas tóxicos la degradación del terreno, lo cual limita su de trastornos infecciosos y diversas enfermedades en los vientos y la lluvia ayudan a dispersarlos, de tal modo que el utilidad es como área de cultivoácida, debido Conviene saber que la lluvia normal ligeramente seres humanos. nivel de concentración disminuye por el desplazamiento. a que contiene ácido carbónico, que se forma cuando el CO2 del aire fertilizantes. Dentro de estos contaminantes Los seres humanos producimos desechos que se acumuse disuelve en el agua que cae. hemos de considerar tanto al fósforo lan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la CO2 + H2O → H2CO3 pueden conducir al terreno a un proceso extinción de cualquier ser viviente. de salinización. El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas Contaminación del suelo con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 ometálicos. 4, y en Principalmente algunas zonas contaminantes metales pesados Cr, Pb, similar Ni, V los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se donde la niebla es ácida, puede llegar a ser de 2(Mn, o 3,Zn,esCu,decir, y Mo) que se acumulan en el terreno por desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas al del jugo de limón o al del vinagre. vertidos industriales, actividades mineras, residuos, tráfico de vehículos, etc. luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al actividad individual desarrolla competencias parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera Pesticidas. Son sumamente peligrosos en riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente función de su permanencia en el suelo y 1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas procesos industriala economía. toxicidad, así comoosu bioacumulación, es decir,región su concentración enconsecuencias las especies les aumentan el riesgo de que una sufra las Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado vegetales que forman los cultivos. de una lluvia ácida. de una larga serie de procesos físicos, químicos y bioló2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas gicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama por la acción de la lluvia ácida. Figura La contaminación del aire afecta más a un roca2.madre . 3. Entrega un informe escrito con los criterios de calidad que estadeterminado grupo, como los niños, los ancianos y las Su composición y naturaleza depende de varios factores, contaminantes orgánicos. Extremadamente blezca tu profesor. personas que padecen de enfermedades respiratorias crónicas. variados, complejos y reactivos, entre los cuales se destacan el clima, la composición de la considerándose entre ellos, principalmente, roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan a los productos derivados del petróleo. actividad grupal e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde desarrolla competencias que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de mateReunidos en equipos de cinco integrantes, realicen las siguientes acriales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orsalinización. Consiste en la acumulación tividades. gánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; de sales solubles o fáciles de solubilizar en y el suelo, tales como Na2SO4, CaCO3 amy agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del 1. Busquen estadísticas acerca del incremento de laNaCl, contaminación MgCO3, entre otras. Este fenómeno se da suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, biental en México. principalmente en las regiones áridas en las aque aguas subterráneas tienen altas 2. Ubiquen gráficos que se refieran lalas presencia de enfermedades según el tipo de suelo. concentraciones de estas sales y la tasa asociadas a dicha contaminación hagan undel debate clase. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola deytranspiración terrenoen es muy alta. 3. Definan cuáles medidas podríanLadisminuir efectos negativos en salinizaciónlos influye en la permeabilidad causa, más bien se produce por la intervención de actividelresto suelo, de dadolaque los poros se bloquean; la naturaleza y discútanlas con el clase. dades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más de esta manera el agua no se absorbe 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y adecuadamente sino que escurre por la importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es efectúen una exposición oral. superficie. la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno.

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• Papel filtro (en su defecto podría utilizarse un trozo de tela) • Vasos desechables • Cuchara • Imán • Agua • Arena • Limadura de hierro • Sal de mesa

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ActúA pArA disminuir lA contAminAción del Aire, del AguAy del suelo

Lluvia ácida

E l mundo que te rodea

Refuerzan y abordan los contenidos de manera creativa y explicativa, como una estrategia visual y efectiva para el proceso de aprendizaje.

Aprender por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

Materiales

• Globo de tamaño mediano • 5 g de bicarbonato de sodio • 10 ml de vinagre blanco • Agua limpia

2. Cuelga de algún soporte el sistema que acabas de construir y a continuación, utilizando el embudo, transfiere el vinagre a unaCarbohidratos de las botellas. Las macromoléculas naturales forman parte de Vacía el bicarbonato de sodio del globo. une elformadas orificio del globo con la boca de la boLos dentro carbohidratos sonLuego moléculas por los procesos vitales del3.ser humano. La estrucque contiene el vinagre. Es muy importante que no cuya caigafórmula absolutamente nada del bicarbonato carbono, hidrógeno y oxígeno, getura de cada una de ellastella permite que cumplan en el vinagre. una función que las diferencia de las otras. neral es Cx(H2O)y. 4. Con la ayuda del embudo deposita en lase otra botella que sea necesaria para nivelar el gancho O Entre ellos puede citarelaagua la glucosa C6H Se habla de tres grandes tipos: carbohidratos, 12 6 forma que adopte lo6,más perfectamente sustancias pueden seruna oposición la fructosa C5H10O5horizontal. o C5(H2O)5 y la lípidos y proteínas. Estas de C6(H2O) 5. A continuación, sin quitarsacarosa el globo, contenido sobre el vinagre y observa lo que sucede. encontradas en los alimentos que el ser humano C12vacía H22Osu 11 o C12(H2O)11. Anota tusprocesos observaciones. consume diariamente, y mediante meOriginalmente estos compuestos se clasificatabólicos en el interior del organismo pueden ser ron como carbohidratos o hidratos de carbono Registro de observaciones descompuestas en moléculas más sencillas con el precisamente por su particularidad: el carbono se sistema antes de que entre en el vinagre el bicarbonato objetivo de brindar la Dibuja energíaelnecesaria para el presenta concontacto moléculas de agua ycomo si se trata-y cuando ya se haya efectuado la reacción química. Anota observaciones sobre el equilibrio del sistema antes de comenzar funcionamiento del cuerpo. ra de tus moléculas inorgánicas hidratadas.

Bloque 2

COMPLEMENTARIAS

B4 / p. 141. En lA wEB

Macromoléculas Macromoléculas Tema actual Tema posterior Tema posterior Problema naturales sintéticas ¿La masa de los productos es exactamente la misma que la masa de los reactivos luego de una reacción química?

¿Qué características indican quehilo unaresistente cierta sustancia es una macromolécula • Rollo de • Dosestos botellas de refresco limpias yque secas natural? ¿Cómo se aplican criterios para afirmar la celulosa, el almidón Gancho parapor colgar la ropa y la mantequilla están•constituidos macromoléculas?

EVALUACIÓN

ILUSTRACIONES INFOGRÁFICOS

ActúA pArA disminuir lA contAminAción del Aire, del AguAy del suelo

Lluvia ácida

Por mucho tiempo se consideró que el agua de lluvia era la más limpia que podía encontrarse, dado que en el ciclo hidrológico se eliminaban muchos de los contaminantes a través del proceso de evaporación. Sin embargo, a partir de la Revolución Industrial esta concepción ha cambiado drásticamente; diferentes industrias y centrales térmicas utilizan combustibles fósiles de baja calidad en sus procesos, lo cual envía a la atmósfera cantidades importantes de óxidos de azufre y nitrógeno, con el consecuente efecto en la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y de nitrógeno reaccionan con la humedad atmosférica (figura 9); este proceso de reacciones produce distintos ácidos. SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Conviene saber que la lluvia normal es ligeramente ácida, debido a que contiene ácido carbónico, que se forma cuando el CO2 del aire se disuelve en el agua que cae.

9 786075 080260

B1 / p. 16. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

B2 / p. 58. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

Desarrollar innovaciones y proponer soluciones a problemas a partir de un método seleccionado.

Escuchar, interpretar y emitir mensajes pertinentes en distintos contextos, mediante la utilización de herramientas y medios apropiados.

B1 / p. 13. rETo

Mantener una postura personal sobre temas de interés y considerar otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 o 4, y en algunas zonas donde la niebla es ácida, puede llegar a ser de 2 o 3, es decir, similar al del jugo de limón o al del vinagre. desarrolla competencias

les aumentan el riesgo de que una región sufra las consecuencias de una lluvia ácida. por la acción de la lluvia ácida. blezca tu profesor.

desarrolla competencias

asociadas a dicha contaminación y hagan un debate en clase.

la naturaleza y discútanlas con el resto de la clase. 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y efectúen una exposición oral.

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B4 / p. 141. ACTIVIDAD gruPAl

B1 / p. 19. ACTIVIDAD DE APErTurA

B3 / p. 118. CoEVAluACIón

B2 / p. 47. rETo

B4/ p. 133. ACTITuDES y VAlorES

B4/ p. 146. ACTIVIDAD gruPAl

Interpreta su realidad social a partir de los procesos históricos locales, nacionales e internacionales que la han configurado.

biental en México.

3

B3 / p. 46. HETEroEVAluACIón, III

Contribuir al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

Reconoce tus competencias Sección que permite a los estudiantes conocer las once competencias genéricas y las competencias disciplinares de la materia, así como ver ejemplos de este libro donde se desarrollan.

B1 / p. 13. rETo

Figura 2. La contaminación del aire afecta más a un determinado grupo, como los niños, los ancianos y las personas que padecen de enfermedades respiratorias crónicas.

actividad grupal

1. Busquen estadísticas acerca del incremento de la contaminación am2. Ubiquen gráficos que se refieran a la presencia de enfermedades 3. Definan cuáles medidas podrían disminuir los efectos negativos en

B1 / p. 38. ACTIVIDAD gruPAl

Mantener una actitud respetuosa hacia la diversidad de culturas, creencias, valores, ideas y prácticas sociales de otras personas.

a continuación se muestran las competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias sociales que deben manejarse en esta materia, como lo señala el programa de estudios.

Sitúa hechos históricos fundamentales que han tenido lugar en distintas épocas en México y el mundo con relación al presente.

actividad individual

1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas o procesos industria-

2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas

Reunidos en equipos de cinco integrantes, realicen las siguientes actividades.

B2 / p. 46. ACTITuDES y VAlorES

Participar con una conciencia cívica y ética en la vida de la comunidad, de la región, de México y el mundo.

CoMPETEnCIAS DISCIPlInArES

Identifica el conocimiento social y humanista en constante transformación. Figura 1. La contaminación del agua provoca la muerte de gran cantidad de peces y especies marinas, además de trastornos infecciosos y diversas enfermedades en los seres humanos.

CO2 + H2O → H2CO3

3. Entrega un informe escrito con los criterios de calidad que esta-

B1 / p. 22. ACTIVIDAD gruPAl

Participar y colaborar de manera efectiva en trabajos de equipo.

B1/ p. 11. HABIlIDADES

Valora las diferencias sociales, políticas, económicas, étnicas, culturales y de género y las desigualdades que inducen.

ISBN 978 607 508 026 0

B2 / p. 68. ACTIVIDAD InDIVIDuAl, 2

Elegir y practicar estilos de vida saludables.

Ley de la conservación de la masa

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Optimizado para facilitar el aprendizaje de manera visual.

B4 / p. 156. CoEVAluACIón

Ser sensible al arte, apreciarlo e interpretarlo en todas sus expresiones.

Vayamos más lejos…

Busca en tu casa o en tu escuela otros ejemplos donde se evidencie la aplicación de la ley de la conservación de la masa. Realiza propuestas para mejorar los resultados obtenidos en esta práctica y no olvides comentar tus ideas con tus compañeros y con tu profesor.

3

Actividades individuales o grupales con las que se pretende que el estudiante desarrolle sus competencias de forma integral.

Conocerse, valorarse y abordar los problemas y retos a partir de objetivos.

Conclusiones

Explica las razones por las que este experimento sirve para comprobar la ley de la conservación de la masa.

Requieren material accesible y su objetivo es motivar a los estudiantes y guiarlos a la investigación experimental.

DESARROLLA COMPETENCIAS

Diseño didáctico

IDENTIFICAS LA IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLÉCULAS NATURALESY SINTÉTICAS

Establece la relación entre las dimensiones políticas, económicas, culturales y geográficas de un acontecimiento.

Analiza con visión emprendedora los factores y elementos fundamentales que intervienen en la productividad y competitividad de una organización y su relación con el entorno socioeconómico.

Analiza las funciones de las instituciones del Estado mexicano y la manera en que impactan su vida.

Valora distintas prácticas sociales mediante el reconocimiento de sus significados dentro de un sistema cultural, con una actitud de respeto.

B3 / p. 124. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

Evalúa las funciones de las leyes y su transformación en el tiempo.

B3 / p. 121. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

Compara las características democráticas y autoritarias de diversos sistemas sociopolíticos.

4

Tema 2. Metodología de solución 1. Pregunte a sus estudiantes lo siguiente: ¿qué pasos se deben seguir para solucionar un problema exitosamente? Pídales poner un ejemplo de cómo aplicarían dichas etapas para resolver un problema cotidiano. 2. Mediante una exposición explíqueles en qué consiste la metodología de solución de problemas, así como cada uno de los pasos que la conforman. Puede preparar previamente dicha exposición mediante una presentación electrónica por medio del proyector, la

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Al comienzo del tema, se incluye una actividad en la cual el estudiante reflexionará acerca de su realidad y su entorno.

INICIO

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Guía para el maestro

Este valor agregado consiste en una útil herramienta didáctica para apoyar la labor del docente. Se encuentra disponible en un práctico folleto impreso. st-editorial.com

Semana 2 Sesión 4

biental en México. 2. Ubiquen gráficos que se refieran a la presencia de enfermedades asociadas a dicha contaminación y hagan un debate en clase. 3. Definan cuáles medidas podrían disminuir los efectos negativos en la naturaleza y discútanlas con el resto de la clase. 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y efectúen una exposición oral.

18 a 21

117

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1. Una vez que cuente con las respuestas de todos los equipos para la actividad de la Sesión 2, pídales visualizar cuáles son las estrategias más adecuadas para solucionar los problemas planteados. 2. Finalice la actividad invitándolos a reflexionar acerca de la importancia de resolver un problema de forma exitosa. 3. Indíqueles llevar a cabo la actividad grupal de las páginas 16 y 17. Retroaliméntelos según lo crea conveniente.

ACTIVIDAD DE APERTURA

1. Busquen estadísticas acerca del incremento de la contaminación am-

BLOQUE 1. DISEÑAS Y ELABORAS ALGORITMOS PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS

Continúa st-editorial.com

actividad grupal

Reunidos en equipos de cinco integrantes, realicen las siguientes actividades.

Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo.

CoMPETEnCIAS gEnérICAS

Exponer, con apoyos visuales, los tipos de hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos), su nomenclatura y sus características.

¿Qué es un grupo funcional? ¿Cómo se nombran?

Por su parte, las competencias disciplinares engloban los requerimientos básicos –conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes– que se necesitan en

2. Una vez que lo hayan resuelto, pídales elegir a un representante de su equipo de trabajo para que explique cada una de las respuestas. Oriéntelos según lo requieran.

116

Explicar utilizando modelos moleculares el fenómeno de la isomería y sus tipos más comunes. Analizar la variación de las propiedades de los compuestos químicos y sus isómeros.

distingue

geometría molecular

Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

DISCIPLINARES

¿En qué grupo y en qué periodo de la tabla periódica se ubica el carbono? ¿Cuáles son las razones por las que los compuestos de carbono son tan numerosos?

de cadena de posición de función

Bloque 5

carbono en tu entorno

y tu vida Ejercicios en losdiaria que se clasifique el tipo de cadena de diversas moléculas orgánicas.

1. Identificar, ordenar e interpretar ideas, datos y conceptos explícitos e implícitos de un texto, considerando el contexto en que se generó y en que se recibe. 5. Expresar ideas y conceptos en composiciones coherentes y creativas, con introducción, desarrollo y conclusiones claras. 6. Argumentar un punto de vista en público de manera precisa, coherente y creativa. 8. Valorar el pensamiento lógico en el proceso comunicativo en su vida cotidiana y académica. 12. Utilizar las tecnologías de la información y comunicación para investigar, resolver problemas, producir materiales y transmitir información.

reconocen

estructura molecular de los compuestos del carbono

abiertas o acíclicas cerradas o cíclicas

la isomería puede ser

Construcción de modelos moleculares tridimensionales que representen los tipos de hibridación Bloque 4 del carbono. Explicar, utilizando modelos tridimensionales los tipos de cadena Valoras los la importancia que presentan compuestos de los compuestos del orgánicos.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR EN ESTE BLOQUE

presentan

se forman cadenas

alcanos alquenos alquinos aromáticos

Explicar, a partir de la configuración electrónica del carbono los modelos de hibridación de orbitales y cómo estos permiten justificar la estructura molecular de sus compuestos con enlaces sencillos, dobles y triples.

cada campo disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida.

Semana 1 Sesión 3

Figura 2. La contaminación del aire afecta más a un determinado grupo, como los niños, los ancianos y las personas que padecen de enfermedades respiratorias crónicas.

cuadro y anota tus respuestas.

GUÍA PARA EL MAESTRO

Las competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él y aportar lo propio para transformarlo en niveles superiores.

a. ¿Cuál es la estrategia que utilizan para resolver un problema de Matemáticas? b. ¿Qué estrategia emplearían para solucionar el problema de ruido en la parada del transporte público? c. ¿Es la misma estrategia que utilizan en ambos casos? Sí No ¿Por qué?

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Se incluyen todos los bloques del libro y se destaca gráficamente el que se estudiará.

se dividen en

I. Para sigue2las instrucciones. Bloque Bloque 1 completar el cuadro siguiente, Bloque 3 1. Después de leer las preguntas escribe tus respuestas en la primera columna. 2. Una vez concluido el estudio de los temas que incluye el bloque vuelve a este

Actúas para disminuir la Aplicas la nociónlasderespuestas mol la dudas. utilidad 3. Comparte con tus compañeros y consulta a Comprendes tu profesor las contaminación del aire, en la cuantificación de los sistemas dispersos del agua y del suelo de procesos químicos Mi respuesta antes Mi respuesta después Preguntas en tu entorni de estudiar el bloque de estudiar el bloque

tipos de cadena e isomería

incluyen

hidrocarburos

alcohol éter aldehído cetona amina ácido carboxílico éster amida

Conocimientos

Las competencias son capacidades que una persona desarrolla en forma gradual durante el proceso educativo, que incluyen conocimientos, habilidades, actitudes y valores, en forma integrada, para dar satisfacción a las necesidades individuales, académicas, laborales y profesionales. Existen principalmente tres tipos de competencias: genéricas, disciplinares y laborales.

Tema 1. Problema ¿Cómo resuelves los problemas que se presentan en la vida cotidiana y académica? 1. Organice a los estudiantes en equipos de tres a cinco personas para que contesten el siguiente cuestionario:

2

les aumentan el riesgo de que una región sufra las consecuencias de una lluvia ácida.

desarrolla competencias

como

Se agregan actividades de enseñanza que el docente puede emplear para abordar cada uno de los temas que aparecen ven el programa de estudios.

SECUENCIA DE LOS BLOQUES

1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas o procesos industria-

2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas por la acción de la lluvia ácida.

grupos funcionales

Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

Para que puedas comprender los temas de este

que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio.

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones, aportando puntos de vista con apertura, y considera los de otras personas de manera reflexiva. • Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas, dialogando y aprendiendo de personas con distintos puntos de vista y tradiciones culturales. • Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento, explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental, advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece, asumiendo las consecuencias de sus comportamientos y actitudes.

Semana 1 Sesión 2

salinización. Consiste en la acumulación de sales solubles o fáciles de solubilizar en el suelo, tales como NaCl, Na2SO4, CaCO3 y MgCO3, entre otras. Este fenómeno se da principalmente en las regiones áridas en las que las aguas subterráneas tienen altas concentraciones de estas sales y la tasa de transpiración del terreno es muy alta. La salinización influye en la permeabilidad del suelo, dado que los poros se bloquean; de esta manera el agua no se absorbe adecuadamente sino que escurre por la superficie.

incorporan

actividad individual

blezca tu profesor.

Compuestos del carbono

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA

Es una lista de las competencias genéricas con algunos de sus atributos que se busca que los alumnos desarrollen en cada bloque.

El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 o 4, y en algunas zonas donde la niebla es ácida, puede llegar a ser de 2 o 3, es decir, similar al del jugo de limón o al del vinagre.

3. Entrega un informe escrito con los criterios de calidad que esta-

de su investigación a los compuestos que integran la estructura y permiten el

funcionamiento de los seres vivos. Si bien la industria ha desarrollado un amplio conocimiento y permitido la elaboración de distintos productos derivados del con una breve explicación de lo carbono, también es necesario que el investigador adopte una posición responsable para predecir el impacto que puede tener la producción de materiales sintéticos. que se estudiará y encontrarás un mapa A continuación un mapa conceptual donde se muestran de forma esquemática los principales temas del bloque y sus relaciones. conceptual con los temas más importantes del bloque. Además, se agregan los objetos de apendizaje que se cubrirán a lo largo del desarrollo de cada bloque.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

CO2 + H2O → H2CO3

desarrolla competencias

Objetos de aprendizaje Configuración electrónica y geometría molecular del carbono Tipos de cadena e isomería

Características, propiedades físicas y nomenclatura general de los compuestos orgánicos Importancia ecológica y económica de los compuestos del carbono

• Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus compartimientos y decisiones, participando con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. • De manera individual o colaborativa identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las tecnologías de la información y de la comunicación para obtener, registrar y sistematizar la información más relevante para responder a preguntas de carácter científico. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando las dificultades que se le presenten, siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

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contaminantes orgánicos. Extremadamente variados, complejos y reactivos, considerándose entre ellos, principalmente, a los productos derivados del petróleo.

El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente la economía. Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado de una larga serie de procesos físicos, químicos y biológicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama roca madre. Su composición y naturaleza depende de varios factores, entre los cuales se destacan el clima, la composición de la roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de materiales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orgánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; y agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, según el tipo de suelo. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola causa, más bien se produce por la intervención de actividades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno.

Se explica de forma resumida el significado de las competencias y se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas y las competencias disciplinares respectivas.

Figura 1. La contaminación del agua provoca la muerte de gran cantidad de peces y especies marinas, además de trastornos infecciosos y diversas enfermedades en los seres humanos.

Competencias a desarrollar

• Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología química en la contaminación ambiental. Actividades • Propone estrategias de prevención de enseñanza de la contaminación del agua, del suelo y del aire. bloque, es necesario

GENÉRICAS

Pesticidas. Son sumamente peligrosos en función de su permanencia en el suelo y toxicidad, así como su bioacumulación, es decir, su concentración en las especies vegetales que forman los cultivos.

Conviene saber que la lluvia normal es ligeramente ácida, debido a que contiene ácido carbónico, que se forma cuando el CO2 del aire se disuelve en el agua que cae.

Desempeños del estudiante

Bloque 2 Para comenzar...

4. Escuchar, interpretar y emitir mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrollar innovaciones y proponer soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 8. Participar y colaborar de manera efectiva en equipos diversos. 11. Contribuir al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Contaminación del suelo

contaminantes metálicos. Principalmente metales pesados (Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, V y Mo) que se acumulan en el terreno por vertidos industriales, actividades mineras, residuos, tráfico de vehículos, etc.

SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

INTRODUCCIÓN AL BLOQUE MAPA CONCEPTUAL Introducción OBJETOS DE APRENDIZAJE a química orgánica estudia los compuestos del carbono, su estructura, sus propiedades y la forma en que se pueden ser L texto sintetizados. De manera muy especial dedica gran parte Se incluyen un introductorio

SUGERENCIAS DIDÁCTICAS

fertilizantes. Dentro de estos contaminantes hemos de considerar tanto al fósforo como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos pueden conducir al terreno a un proceso de salinización.

La contaminación atmosférica se entiende como cualquier sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. De forma natural, muchas de las sustancias contaminantes están presentes en la atmósfera debido a los procesos biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un volcán, por ejemplo, lanza a la atmósfera grandes cantidades de partículas y gases tóxicos nocivos; sin embargo, los vientos y la lluvia ayudan a dispersarlos, de tal modo que el nivel de concentración disminuye por el desplazamiento. Los seres humanos producimos desechos que se acumulan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la extinción de cualquier ser viviente.

RECONOCE TUS COMPETENCIAS

Una vez que haya revisado el mapa conceptual relativo a algoritmos y hecho la lectura introductoria al bloque (pág. 10), explore los conocimientos previos de sus alumnos acerca del tema con la solución de las secciones “Para comenzar” (pp. 11-12) y “Reto” (pág. 13). Posteriormente oriéntelos durante la realización de la “Coevaluación” (pág. 13) y la “Autoevaluación” (pág. 14). Complemente el estudio del Tema 1 con lo siguiente:

acidificación. Causada por vertidos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a base de amoniaco (NH3) y la acumulación de residuos orgánicos, entre otros. Los efectos de la acidificación del terreno son principalmente la liberación de metales y la degradación del terreno, lo cual limita su utilidad como área de cultivo

rEConoCE tus comPEtEncias

SECCIONES DEL LIBRO

INSTRUMENTO DIDÁCTICO

InfográfIco 1. PrIncIPales contamInantes del suelo

Por mucho tiempo se consideró que el agua de lluvia era la más limpia que podía encontrarse, dado que en el ciclo hidrológico se eliminaban muchos de los contaminantes a través del proceso de evaporación. Sin embargo, a partir de la Revolución Industrial esta concepción ha cambiado drásticamente; diferentes industrias y centrales térmicas utilizan combustibles fósiles de baja calidad en sus procesos, lo cual envía a la atmósfera cantidades importantes de óxidos de azufre y nitrógeno, con el consecuente efecto en la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y de nitrógeno reaccionan con la humedad atmosférica (figura 9); este proceso de reacciones produce distintos ácidos.

Semana 1 Sesión 1

De acuerdo con informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la mayoría de las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los productos asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es importante conocer la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por qué crees que en las industrias no se toman los recaudos necesarios?

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Lluvia ácida

E l mundo que te rodea

# PÁGS. LIBRO

ActúA pArA disminuir lA contAminAción del Aire, del AguAy del suelo

Bloque 2

Química 2  

eseté editorial II Semestre (DGB)

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