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Ciencias

Ciencias 3 Química

Ciencias 3 Química

Química Minerva Guevara Aránzazu Cedillo María Eugenia Colsa

DISTRIBUCIÓN GRATUITA PROHIBIDA SU VENTA

Ciencias 3 Quimica Santillana At1 1

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Nombre del alumno (a)

Escuela

Grupo

Querido alumno (a) de secundaria: Este libro se entrega gratuitamente para tu formación, y es parte del esfuerzo que estamos haciendo el Gobierno Federal y los Gobiernos de los Estados para convertir la educación en la llave de las oportunidades y el éxito para ti y tu familia. Este libro es tuyo. Aprovéchalo y cuídalo.

DISTRIBUCIÓN GRATUITA, PROHIBIDA SU VENTA

English 3 Santillana Integral co2 2

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Cienciass Química Minerva Guevara Aránzazu Cedillo María Eugenia Colsa

El libro Química 3 es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López.

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El libro Ciencias 3 Química. Santillana Ateneo fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo: Edición: Martha Alvarado Zanabria Coordinación editorial: Roxana Martín-Lunas Rodríguez Revisión técnica: Irma Zoloeta López Corrección de estilo: Pablo Ávalos Quintero Esther Pérez Guzmán

Diagramación: Guillermo Sánchez Vázquez Alma Laura Origel Romero Héctor Javier Martínez Ramírez Ivonne Carreón Arredondo Héctor Ovando Jarquín Digitalización de imágenes: José Perales Neria María Eugenia Guevara Gerardo Hernández

Diseño de interiores: Alma Laura Origel Romero Diseño de portada: Francisco Ibarra Meza Investigación Iconográfica: Germán Gómez López Eliete Martín del Campo Ilustración: Apolinar Santillán Martínez René Sedano Hernández Luis Sánchez Henández Ricardo Ríos Delgado Fotografía: Dante Bucio Carlos Vela Turcott Juan Miguel Bucio Trejo Enrique Cárdenas Rocío Echávarri Rentería Science Photo Archivo Santillana

Editora en Jefe de Secundaria: Roxana Martín-Lunas Rodríguez Gerencia de Investigación y Desarrollo: Armando Sánchez Martínez Gerencia de Procesos Editoriales: Laura Milena Valencia Escobar Gerencia de Diseño: Mauricio Gómez Morin Fuentes Coordinación de Arte y Diseño: Francisco Ibarra Meza Coordinación de Iconografía: Germán Gómez López Fotomecánica electrónica: Gabriel Miranda Barrón Manuel Zea Atenco Benito Sayago Luna

La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Ciencias 3 Química. Santillana Ateneo son propiedad del editor. Queda estrictamente prohibida la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier sistema o método electrónico, incluso el fotocopiado, sin autorización escrita del editor. © 2008 Minerva Guevara, Aránzazu Cedillo, María Eugenia Colsa D. R. © 2008 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. DE C. V. Av. Universidad 767 03100, México, D. F. ISBN: 978-970-29-2229-2 Primera edición actualizada: junio, 2008 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 802 Impreso en México

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Presentación A los estudiantes La palabra ateneo proviene del término griego athenaion, que designaba al templo de Atenea, en Atenas –Atenea era la diosa griega de la sabiduría, la inteligencia, el ingenio y las artes, entre otros atributos–. En ese templo los poetas, oradores y filósofos compartían entre ellos sus obras. En la Roma antigua, el Ateneo era el lugar destinado al estudio de las artes y las técnicas. En la actualidad se le considera un espacio donde se cultiva el conocimiento y el aprecio por las artes y se el asocia además con el progreso intelectual y espiritual del ser humano. Los antiguos ateneos se basaron en la idea de que la cultura hace la paz. Así, el intercambio de conocimiento, la enseñanza y el aprendizaje pasaban por diferentes etapas antes de alcanzar su cima: el entendimiento entre los ciudadanos. Con esta serie para la educación secundaria, Editorial Santillana, desea recuperar la manera de compartir el conocimiento que se tenía en el Ateneo y participar en tu formación ayudándote a alcanzar tus metas como ser humano y ciudadano, en un mundo cuya complejidad exigirá una mayor preparación. Cuanto más te responsabilices de tus aprendizajes, mayor será tu capacidad de elegir quién quieres ser y de transformar favorablemente el país donde te tocó vivir. ¡Bienvenido al Ateneo! A los docentes Este libro de texto pretende apoyar su labor docente para que sus alumnos y alumnas se involucren de manera activa en su propio aprendizaje, lo que contribuirá a su desarrollo como seres íntegros, con conocimientos, habilidades, actitudes y valores que les permitan tomar decisiones informadas, responsabilizarse de sus actos y estar conscientes de las repercusiones que éstos tienen en la sociedad, en el ambiente y en la conservación de los recursos naturales. Los temas se desarrollan de una manera accesible, la información se presenta de un modo conciso y se complementa con actividades, propias de una ciencia experimental como la química, las cuales resultan de interés y motivan a los alumnos y alumnas al aprendizaje de esta ciencia. El enfoque que se adopta en esta obra, considera el desarrollo de proyectos como una estrategia didáctica que permite la integración de conocimientos, habilidades y actitudes, con el fin de formar personas reflexivas, responsables y organizadas, capaces de trabajar en equipo para alcanzar metas comunes en un marco de respeto y tolerancia. Le deseamos el mejor de los cursos y que este libro resulte útil para sus propósitos y los de sus alumnos y alumnas.

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Estructura Por mucho tiempo, se consideró a la Química una ciencia complicada, un conocimiento al que sólo algunos podían acceder. Sin embargo, hacía falta volverla accesible, reconociendo su presencia en lo que nos rodea, identificarla en todos objetos y fenómenos que conforman el Universo. Hasta ahora no se conoce un objeto, de origen “natural” o sintético, cuya materia no esté constituida por partículas. Tal unión de partículas es tan rica, variada y compleja que ha dado lugar tanto a los materiales con los que se elaboran los objetos que nos rodean, como a las biomoléculas que propiciaron la vida en nuestro planeta. En el lado opuesto a la invención de tales materiales se encuentra la producción y uso sin control de estos mismos y de sustancias causantes de diversos problemas ambientales, contra los cuales urge tomar medidas. El objetivo de este libro es guiar tu acercamiento con la Química, darte a conocer su relación con otras áreas del conocimiento, sus efectos sociales y en el ambiente, así como ayudarte a integrar tus conocimientos sobre ciencia y tecnología.

1

1 QUÉ MI

3

objetos existen alrededor orados • A mi s elab y producto variedad de gran con una y sustancias. es en la material de modelos • El uso ayuda a explicar . química esos os y proc ir fenómen o med lo mism • No es es pequeñas que rtante cantidad y es impo grandes unidades contar con estándar y de de medidas internacional. n s aceptació menos biológico icas. fenó • En los n reacciones quím participa

duranquímicos, piedabios, los con pro otros cam tancias lican bargo, hay an nuevas sus cambios se exp conSin em ales se form suceden les. Estos eriment te los cua s a las origina químicas que lo que nos os y exp as o su s o inta am one tod dist erv cci en frut des vida obs rpo y rren rea n de las riposa, el que ocu stro cue de nuestras: la maduració por nue ma o en en larg tida bio ente ción A lo , tinuam a, la coc rsos cam ga conver sustancias mos dive ición, una oru el ciclo del agu debido a la tacto dos ntifica este rodea. s, pos en con biental sólo descom to de seres vivo ponen mo se ide las sustan, son tan erioro am que se o? ¿Có n crecimien entos, el det miento global ¿Siempre cambio químic se transforma estudio de nta alim el un qué de los y el cale a? Con ocurre tas. s? ¿Por inación cambio reacción químic y otras pregun contam s. temas de plo nos s tipo ejem er esta te algu s é es una algunos cias? ¿Qu podrás respond II estudias n de los cuerpo que Ciencias egación: ormació este blo curso de to, la def estados de agr cambios En tu o movimien en los dos com como el sformaciones o, conoci a y las tran ido y gaseos n químic reacció líqu les: la sólido, eria los mat ión de físicos.

ue s en el Bloq estudiará • Lo que itirá desarrollar 3 te perm en el que ecto un proy tanto los nuevos s esta integrará s, entos de conocimi como los de otra e ra es asignatu tus inquietud de nas 156 a partir (ver pági intereses nas a 161). las pági también para que • Revisa y 205 204 nos 57, 56, algu es sobre arán a reflexion que te ayud proyecto. tu aspectos mejor con cumplir

abajo te cuadro de aprendizajes • En el mos los presenta ra deberás que se espe lección del cada cubrir en forme avances, Con ntas bloque. o zand disti irás reali que te ayudarán es tema actividad der cada a compren ón, al final del ba lecci r a prue de cada ás pone es bloque podr entos, habilidad cimi la sección tus cono ncias en y compete lo que sé y lo stro "Demue ". hago que

2 Lección rados pueden izajes espe les en que pica Aprend los nive microscó as entre la humana, diferenci parar las fenómenos: esca • Com r rse los los 1 compara presenta ica. a en que Lección 10 para o la form s. ncias de y astronóm riore así com pote las ante icos, las ad de quím o patrón r la utilid de las esca cambios nas icos. Reconoce las dimensiones r algunos rtancia com icar algu • quím tifica expl impo y los su rar • Iden esentar e imaginar y explican mol y valo a. s para repr estudian epto de anci molécula conc sust el de de s con elos • Conocerida de la cantidad molécula orar mod icas. algunas • Elab de med es quím ales de reaccion mension elos tridi tar ar los mod y su valencia. represen cion para icas • Rela ula química ciones quím su fórm de las ecua utilidad nocer la esenta el • Reco ciones químicas. icas se repr masa. las reac ciones quím de la . en las ecua de conservación de valencia tificar que principio el modelo • Iden iento del s utilizando cumplim por molécula de n químico ació del par de enlace ecir la form modelos modelo • Pred a con los ctura de algunas nes del enci tacio difer estru rar las apor electrones y su inferir la • Valo permiten ncia de que sfere to es tran octe reaccion ico y del d de las electrón velocida s. de los ifican la molécula que mod en la conservación factores cia tificar los rar su importan ia. • Iden y valo alimentic químicas en la industria sy alimento

mac

116

2

Bloque

Cada bloque de este libro comienza con un texto breve sobre el tema que se estudiará. En la página siguiente a la entrada se incluyen tres secciones: ¿Qué sé?, la cual presenta los aprendizajes que has adquirido y requieres para abordar el nuevo tema. El apartado Mi proyecto te invita a elegir alguno de los proyectos que se incluyen en las páginas finales del bloque, para desarrollar durante el bimestre. La sección ¿Qué lograré aprender? te ayudará a identificar los conocimientos nuevos que obtendrás. Se incluye un cuadro con los aprendizajes que se espera que logres al finalizar el estudio de las lecciones del bloque..

ARÉ LOGR NDER

APRE

sfor 3 La tran

En algunas entradas de lección se propone una actividad que te ayudará a familiarizarte con el nuevo tema. La sección En el Ateneo retoma el nombre de la serie y propone actividades en equipo y grupales, entre ellas las experimentales, en las que podrás compartir conocimientos e intercambiar opiniones para enriquecer tu aprendizaje, a partir de lo que saben otros miembros del grupo y de lo que tú les puedes aportar. Con el trabajo cooperativo podrás integrar gran parte de esos aprendizajes.

117

En el Ate neo

2

1 En esta activ

idad podrá s analizar la concentrac equipo de tres ión de oxíge no en el aire. compañera s y compañero n la composició s. n del aire en la troposfera n los . del oxígeno. valores de porcentaje del nitrógeno En el aire y , el ■ Si interp y el nitró oxígeno retan el porce geno se ntaje como • ¿En qué presenta canti proporción n como se encuentra dad de partículas: partícula nitrógeno respe s dobles. cto a las partíc n las partículas de Su represen • ¿Cuántas ulas de oxíge tación en partículas de lenguaje no? el nitrógeno existe partícula de químico oxígeno? n por cada es O y N2 resp ectivame 2 nte. ■ Los sigui entes mode los repre al nitrógeno y al oxígeno. sentan la composició n del aire, pero Tomen en cuen para el estad o gaseoso, sólo se consi ta el modelo anali dera composició n del aire. Indiq cen las figuras y elijan cinético de las partíc ulas la que repre uen qué error senta es encuentra n en los mode mejor la los que elimi nan. ■ Formen un

■ Investigue

3

■ Redondee

Conéctate • ¿Cómo está

repre que eligieron? sentada la concentrac

ión del oxíge

Investiga en la biblioteca de la escuela o en Internet cuáles son las funciones de los diferentes componentes del jugo gástrico. Puedes consultar a tu maestra o maestro de biología, libros de anatomía o en sitios web como:

no en el recua

dro

■ La sigui ente

gráfica repre senta la varia d. ción de la

con la altitu

concentrac

ión de oxíge

no

www.uned.es/pea-nutricion-ydietetica-I/guia/guianutr/proceso.htm

250

Concentra ción (g/m 3 )

QUE BLO

QUÉ

de los ación ción nsform La tra les: la reac a materi a químic

ECTO

PROY

www.digestive.niddk.nih.gov/ spanish/pubs/yrdd/index.htm

200

150

0

La siguiente actividad te ayudará a conocer un poco más sobre los alimentos chatarra.

Monte Evere (8 880 m) st

50

2

4

6

En la asignatura Ciencias I estudiaste cuáles son los componentes de una dieta correcta. En el Bloque 3 hiciste una investigación sobre lo que te conviene comer y cómo las distintas culturas obtienen los nutrimentos que necesitan de diferentes fuentes. Hoy sabes que una buena alimentación es la base de una buena salud. Durante la mayor parte de tu vida, los adultos cercanos a ti se han encargado de tu alimentación, pero a medida que crezcas te harás responsable de cuidar tu cuerpo y tu salud y de vivir con las consecuencias de tus decisiones. Por ello es importante que estés informado, que entiendas cómo funciona tu cuerpo y comprendas los efectos de algunas sustancias en él.

Pico de Oriza (5 747 m) ba

100

1.3 Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los alimentos ácidos?

En el Ateneo 8

• ¿En qué magnitudes está expresada ■ Expliquen la

10

12

14 Altitu d (km)

1 De un tiempo a la fecha los fabricantes de frituras, refrescos y golosinas (como las que se muestran en la figura 4.22) han incorporado sustancias ácidas entre los componentes de sus productos.

qué es la altitu concentrac ión? d. Investigue de México. n la altitud ■ De acue en su comu rdo con la gráfic nidad y en la Ciudad a anterior, indiq de oxígeno en el nivel uen el valor del mar, Pico de Oriza aproximado de la conce ba y en el Mont en su localidad, en ■ Describan ntración la Ciudad de e Everest. cómo varía México, en la concentrac ■ Comenten el ión de oxíge sus resultados no en el aire con el resto que representa al aumentar la del grupo y para los depo reflexionen altitud. de México. rtistas comp acerca etir en una localidad como de la dificultad la Ciudad

Procedimiento ■ Trae al salón 5 etiquetas o empaques diferentes de los alimentos mencionados; o

bien, acompañado de un adulto, visita tiendas de autoservicio y copia en tu bitácora los ingredientes indicados en los empaques. Busca en aquellos que contienen tamarindo, chile piquín y frituras de papa o maíz. ■ Con toda la información y la ayuda de tus compañeros, compañeras y profesor,

hagan un cuadro como el siguiente en una hoja grande de papel revolución. ■

Lección 2 Propieda

Producto

Ingredientes ácidos

Palomitas “Saladinas”

Limón

des físicas y caracter izac

ión de las sustancias

3

45

4.22 Este tipo de productos son muy populares entre chicos y grandes.

Al final de la Lección 1 de cada bloque hallarás la sección Tú decides…, cuyo objetivo es favorecer la reflexión y ayudarte a tomar decisiones informadas.

176

Bloque 4 La formación de nuevos materiales

4

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4 5

Con cie ncia 1 Lee con

atención

el siguient

e texto.

Los arreci

4 A lo largo de la obra encontrarás otro apartado llamado Con ciencia, que presenta opciones de actividades para realizarse en clase ya sea de manera individual o en pequeños grupos. Entre ellas están el análisis de modelos y las gráficas, investigaciones documentales y lecturas donde pondrás en juego tus conocimientos y habilidades.

fes de cor

al Un arrecife piedra caliz de coral es una estr a, formada uctu de calcio principalme ra de (CaCO ), nte por una cuar 3 que prop orciona refu carbonato ta grandes parte de toda la y complejo vida mar gio a casi ina. s de 4 000 Así, esto especies ecosistemas son de peces, hogar de s otros mile 700 más s de plan tas y anim especies de cora ly ales. Muchas vece se compon s confundido con e de anim planta o conocido roca, el cora s como póli ales diminutos y l frág cuando mue pos, y de los esqu iles, eletos de calcio disu ren. Los corales ésto abso elto en el exoesque agua y lo rben el CO y el s letos. 2 incorpor an a sus

4.15 Arre

cife de cora

l.

5 ¿Sabías que…? es un espacio que te ayudará a complementar tu aprendizaje, pues contiene distintos tipos de información que despertarán tu curiosidad en el tema de estudio.

Los arrecifes ecosistem de coral (Fig. 4.15 as las primeras más antiguos del ) son uno de los planeta y se hace 400 etapas de su evol millones ución com cree que de coral vivo Tswenzaron tienen más años. Algunos arre et de crecimie de 10 000 sep cifes de scubrió nto varía años ara según la y su r los por año espe la varieda siendo d que men cie,un pla5 nta mm os crece. as de s. Los cora matograf les son muy perturba ía. ciones natu sensibles al efec to de las consider rales y hum an marinos indicadores del esta anas; por tanto, y costeros se do de los . ambient es A lo larg o del placas tect tiempo, debido al ónic se convirtie as, muchos arre movimiento de las cifes se com ron en pied aprovech pactaron ó para cons ra caliza, lo que y el obras de truir edif arte. En otra icios, mon ser humano umentos mismos , se utilizaro s ocasiones, los arre n Por ejem plo, la forta como material de cifes construc Veracruz leza de San ción. , fue cons Juan de truida con coralino. restos de Ulúa, en un arrecife ■ Aho ra reflexion a y respond • ¿Có e las sigu mo afec ientes preg un ecosistemta un cambio en untas: la acid a como el • ¿Qu descrito? ez del agua de mar é contribu en ■ Inve stiga y reún ción ambiental hace e con n los cora la informa les del plan ción que tus compañeras eta? y obtuvier cartel en on por sepa compañeros el comunid que compartan sus rado y real ad escolar. icen investiga un ciones con la

6 Conéctate brinda opciones de fuentes de información, algunas de ellas en Internet, para que investigues acerca de los temas de estudio que se abordan. En algunos casos, sugiere actividades relacionadas con tecnologías de la información. 6

1.57 La cro

N CiÓ LEC

8

3

Ahora

ón as se da utilizada . En los labora s, van más de se mueven a dissp . torios es colares acio que las ot la crom ra atografía s en

…que la cromatog rafía ayu da a detec tar sustan La saliva cias en , la fluidos bio contamina sangre y la ori lógicos? na son alg ntes am que perm bie un iten identi ntales por este os ejemplos. Tam pequeñas mé fic bién es po como un ar los compone todo. Los croma ntes de tógrafos sible detectar los picogram una mezcl (Fig. 1.57 o (1 pg )  1  12 10 g). a, aun si se trata son aparatos de cantid ades tan

matograf

ía perm

ite detec

tar sustan

cias pro

es

hibidas

en comp

etencias

deportiv

as.

¿Qué aprend í en esta lec ción?

El tendedero de las dudas tu grupo la form ación de 5 equi aprendizajes espe pos para que cada rados para esta uno revise los lección (pág. 9). • Cada equi po deberá identifica r los contenidos con dichos apre de la lección 2 ndizajes. que están relac • Si tienen duda ionados s sobre algunos conceptos debe • Dibujen en rán escribirlas en el pizarrón un tend una hoja de pape edero (como los sobre “la cuerda” l. que utilizan para peguen los pape pone r a secar la ropa les con sus duda • Un integrant )y s. e de cada equipo tomará un pape grupo ayude a l y leerá la duda aclararla. para que el resto • Si después del de esta actividad , aún tienes duda que te oriente com s consulta a tu o aclararla. maestro o maestra para • Promueve en

7 imenta

s...

los mat erial

7 ¿Qué aprendí en esta lección? Esta sección se encuentra al final de cada lección y propone actividades para que recapitules sobre los contenidos que estudiaste.

exper lora,

la más ¿Sabía

a y actú

tú exp

la sis en El análi ente? delincu n es el 1: ¿Quié a donde en Proyecto ción científic ncias III . to de Cie primer bloque investiga er proyec del

8 En la sección Proyectos: Ahora tú explora, experimenta y actúa se

dio prim lizar tu e el estu s, los nto de rea endido durant lo decide el mome has apr otro. y, si así Ha llegado juego lo que revises escoger en que los puedes pondrás as para uerda que os dos tem embargo, rec te sugerim n. Sin Nosotros en tu elecció res conside te texto. el siguien • Lee

de la un hecho ícula, es la realización una pel de guión de importancia ría ser el arcar la que pod pósito enm anterior, yecto, El texto y tiene como pro os. llar tu pro cual desarro rca a vida rea to que te sugerim aba par emos puesta y ¿Cómo yec propon stra pro del pro ia que que nue para saberlo?, é la estrateg Te recordamos ¿Qué har de leer Después mes a realizarlo. quiero conocer?, é ani ojalá te : ¿Qué sé?, ¿Qu tro etapas co? lo comuni

sugieren dos temas, para que los consideres entre tus opciones para desarrollar tu proyecto. Se propone realizar tu investigación en cuatro etapas que tienen por nombre: • ¿Qué sé? • ¿Qué quiero conocer? • ¿Qué haré para saberlo? • ¿Cómo lo comunico? En las páginas 56 y 57 se explican dichas etapas.

9

les materia as de los

58

Lecció 2

cterístic 1 Las cara Bloque

Glosario Hidrocarburos: compuestos que

9

En el Glosario se definen las palabras resaltadas en azul durante el tratamiento de los contenidos. Se resaltan en color negro los conceptos que se explican en el párrafo donde se ubican.

sólo contienen átomos de carbono y de hidrógeno. Suele llamárseles también compuestos orgánicos.

10

Demu

estro

10 En la sección Demuestro lo que sé y lo que hago (al final de cada bloque) se presentan varios ejercicios para que apliques tus aprendizajes sobre los temas vistos.

Acompáñanos al fascinante mundo de la quimica.

lo qu e

sé y lo qu e

hago

10 Un estud deja rep iante co loc tes de osar la me a sal, agua zc la me zcla res la, ¿qué ob , aceite y are ser ult an te? Jus vará? ¿C na en un fra óm tifica 11 La tus res o explica sco. Despu s levad s lo qu puest nen en uras, al as. e suce és de cerra igual erg r el fra de? ¿Q que otr transfor ía de ali sco ué ha os rías pa , agita las robio man el az mentos co seres vivos, ra sep úc mo lla arar los sustancias obtiene mado fer ar mediante el azúc obtiey comp ar. me n un ntació Ellas dióxid onencohol Globo n. Co proceso o de etílico anaeca mo rbo pro líq Un eq no ga uido seoso ductos se (C2 H resó po uipo de (C O) 6 est O . r 2 ) y alpara qu determina udiantes de un dis e ocurra la r la tempe secundaria ratura positivo fer más ad se intecomo mentació Una masa vez que arm el de la fig n. Para ell ecuada o, dis del sis eñ tema. aron el dis ura de la derec ó positivo a) An , midie ha. aliza ron la pregu el disposit ntas: ivo y conte sta las Liga • ¿Para siguie ntes • ¿Para qué se us a Tubo • ¿Por qué sirve el globo? ensayode la • ¿Q qué se cubre liga? ué la me • Por propieda zc la de su co s tubo? apariencia del aceite n una capa pe , Justifi • ¿Q Aceite ca tu ¿cómo cla rmiten su de aceite? ué respu sificaría uti est nar la les recom s la me lización? endaría a. zcla co ferme temperat s ha ntenid • Pred ntación? ura más ad cer a los a en Levadu ecuada estud ice el ra a iantes nalizad que sucede en la gua  azúcar que se para de o el ex rá • Si termi perim con la ma al tér lle ve sa de ento. mino a cabo ¿qué la harías? del expe Justifica tu l sistema, un rimen 12 Ide to qu respuest a. a vez que ntific isiera haya a s fila recup inciso erar las s en la característ ica po p. 65. lev aduras, r la cu al se han cla sificado los ma teriales del sig Grupo uiente 1 cuadro. Agua Cons Grupo de jam ult a los 2 aica

66

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Contenido BLOQUE 1 LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

8

1 La química, la tecnología y tú 10

1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? 12 • Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente 14 1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química 17 • Experimentación 19 • Interpretación 19 • Abstracción 20 • Generalización 20 • Representación a través de símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales 21 • Características de la química: lenguaje, método y medición 24

• Propiedades intensivas y su medición: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/V) y solubilidad 38 2.3 ¿Qué se conserva durante el cambio? 46 • La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa. La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier 46 2.4 La diversidad de las sustancias 49 • Experiencias alrededor de diversas sustancias 49 • Una clasificación particular: el caso de las mezclas. 50 • Mezclas homogéneas y heterogéneas 50 • Propiedades y métodos de separación de mezclas 51 3 Proyectos. Ahora tú explora,

experimenta y actúa 1.3 Tú decides, ¿cómo saber que una muestra está más contaminada que otra? 25 • Toxicidad 25 2 Propiedades físicas y

2.1 • •

2.2 •

caracterización de las sustancias ¿Qué percibimos de los materiales? Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales? Propiedades extensivas y su medición: la masa y el volumen

32 32 32

3.1 ¿Quién es el delincuente? El análisis en la investigación científica. 58 3.2 ¿Qué hacer para reutilizar el agua 61 Demuestro lo que sé y lo que hago 64

BLOQUE 2 La diversidad de propiedades de los materiales y su clasificación química

34 35

36

68

1 Mezclas, compuestos

y elementos 33

58

70

1.1 La clasificación de las sustancias 70 • Experiencias alrededor de diferentes clasificaciones de sustancias 70 • Mezclas: disoluciones acuosas. Sustancias puras: compuestos y elementos 71 1.2 ¿Cómo es la estructura de los materiales? 76

• El modelo atómico • Organización de los electrones en el átomo. Electrones internos y externos • Modelo de Lewis y electrones de valencia • Representación química de los elementos, moléculas, átomos, iones e isótopos 1.3 Clasificación científica del conocimiento de los materiales • La segunda revolución de la química: el orden en la diversidad de sustancias • Aportaciones del trabajo de Cannizzaro y Mendeleiev 1.4 Tú decides: ¿qué materiales utilizar para conducir la corriente eléctrica?

76

76 77

79 84

84 86

88

2 Tabla periódica

89

2.1 Estructura y organización de la información física y química en la tabla periódica 89 • Identificación de algunas propiedades que contiene la tabla periódica: número atómico, masa atómica y valencia 91 • Regularidades que se presentan en la tabla periódica. Metales y no metales 93 • Características de: C, Li, F, Si, S, Fe, Hg 95 2.2 ¿Cómo se unen los átomos? 97 • El enlace químico 98 • Modelos de enlace: covalente, iónico y metálico 98 • El agua como un compuesto ejemplar 101 3 Proyectos. Ahora tú explora,

experimenta y actúa

104

3.1 ¿Cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? 104

6

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3.2 ¿Cómo funcionan las drogas? Demuestro lo que sé y lo que hago

107 110

BLOQUE 3 La transformación de los materiales: la reacción química 1 La reacción química

116

• Aporte energético de los compuestos químicos de los alimentos. Balance nutrimental 3.2 ¿Cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos? • Características de algunas biomoléculas formadas por CHON Demuestro lo que sé y lo que hago

BLOQUE 5 Química y tecnología 1 ¿Cómo se sintetiza un

152

material elástico?

152 154

a la química?

2 La medición de las reacciones

químicas 2.1 ¿Cómo contar lo muy pequeño? • Las dimensiones del mundo químico • El vínculo entre los sentidos y el microcosmos • Número y tamaño de partículas. Potencias de 10 • El mol como unidad de medida

141 141 141 143

1.1 Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana • Experiencias alrededor de los ácidos y las bases • Neutralización 1.2 Modelo de ácidos y bases • Modelo de Arrhenius 1.3 Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los alimentos ácidos?

150 150

158

4

160

5

160 6

161 166 171 171

7

8

176

180

2.1 La oxidación: un tipo de cambio químico 180 • Experiencias alrededor de la oxidación 181 2.2 Las reacciones redox 183 • Experiencias alrededor de las reacciones de oxidación y reducción 184 • Número de oxidación 185 • Número de oxidación y tabla periódica 188

de algunos materiales que utilizaban las culturas prehispánicas? ¿Por qué usamos fertilizantes y plaguicidas? ¿De qué están hechos los cosméticos y algunos productos de aseo personal como los jabones? ¿En qué medida el ADN nos hace diferentes? ¿Cuál es el papel de la química en diferentes expresiones artísticas? ¿Qué combustible usar?

210 212

214 216

218 220

Apéndices A

2 Oxidación y reducción

B C D E

Medidas de seguridad en el laboratorio escolar Las sustancias y los riesgos ¿Qué debo incluir en mi reporte? Instrumentos y materiales de uso común en el laboratorio escolar El Sistema Internacional de unidades (SI)

Tabla periódica de los elementos Bibliografía Índice analítico

222 223 225 226 228

231 232 234

3 Proyectos: Ahora tú explora,

experimenta y actúa 144 144

3 Proyectos: Ahora tú explora,

experimenta y actúa 3.1 ¿Qué me conviene comer?

1 Ácidos y bases

208

3 ¿Cuáles son las propiedades

BLOQUE 4 La formación de nuevos materiales

206

2 ¿Qué ha aportado México

118

1.1 El cambio químico 118 • Experiencias alrededor de algunas reacciones químicas 120 • La formación de nuevos materiales 123 1.2 El lenguaje de la química 124 • Los modelos y las moléculas 124 • El enlace químico y la valencia 126 • Ecuación química. Representación del principio de conservación de la masa 128 1.3 Tras la pista de la estructura de los materiales 131 • La tercera revolución de la química: aportaciones del trabajo de Lewis y Pauling 131 1.4 Tú decides: ¿cómo evitar que los alimentos se descompongan rápidamente? 134 • Conservadores alimenticios 137 • Catalizadores 139

204

150

194

3.1 ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? 194 3.2 ¿Cómo evitar la corrosión? 197 Demuestro lo que sé y lo que hago 200

7

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BLOQUE

1

Las características de los materiales

El ser humano ha recorrido un largo camino para obtener los materiales que conoces y usas. Pantalones de mezclilla, playeras elaboradas con varios tipos de telas, envases de plástico, teléfonos, computadoras, reproductores de música, zapatos, medicamentos, son sólo unos cuantos ejemplos de la enorme diversidad de objetos que te rodean. Todos están elaborados con distintos materiales, resultado de la aplicación del conocimiento científico y tecnológico, en especial de la química. Esta ciencia ha permitido estudiar y crear los diversos materiales que nos rodean. Sin embargo, la aplicación incontrolada de los avances científicos y tecnológicos también ha contribuido a contaminar nuestro planeta.

8

¿Consideras que la ciencia y la tecnología pueden ayudar a resolver los problemas de contaminación? ¿Qué relación tiene la química con los medicamentos, los teléfonos celulares, los reproductores de música, las computadoras cada vez más pequeñas, las nuevas cámaras fotográficas o las pantallas de plasma? Al finalizar este curso tendrás más conocimientos para explicar cómo se generan los materiales que permiten construir estos y otros tipos de aparatos y, si así lo decides, continuar tus estudios en alguna de estas áreas del conocimiento, ya que en México hay muchas opciones para hacerlo.

Bloque 1 Las características de los materiales

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QUÉ

MI

• Algunas características del conocimiento científico relacionadas con la biología y la física. • Que las ciencias emplean modelos para explicar los fenómenos y procesos. • Que las ciencias están relacionadas entre sí, en especial la química con la biología y la física, pero también con otros campos del conocimiento, como las matemáticas, el español la historia, la geografía.

PROYECTO

• Lo que estudiarás en el Bloque 1, te permitirá desarrollar un proyecto en el que integrarás tanto los nuevos conocimientos de esta asignatura como los de otras, a partir de tus inquietudes e intereses (ver páginas 58-63). • Revisa también las páginas 56, 57, 212 y 213 para que reflexiones sobre algunos aspectos que te ayudarán a cumplir mejor con tu proyecto.

QUÉ

LOGRARÉ APRENDER

• En el cuadro de abajo te presentamos los aprendizajes que se espera deberás cubrir en cada lección del bloque. Conforme avances, irás realizando distintas actividades que te ayudarán a comprender cada tema de cada lección. Al final del bloque podrás poner a prueba tus conocimientos, habilidades y actitudes en la sección "Demuestro lo que sé y lo que hago".

Aprendizajes esperados Lección 1

Lección 2

• Identificar las aportaciones del conocimiento químico para satisfacer diversas necesidades básicas y mejorar el ambiente.

• Clasificar sustancias con base en sus propiedades cualitativas y reconocer las limitaciones de los sentidos para identificarlas.

• Identificar la influencia de los medios de comunicación y la tradición oral con respecto a las actitudes hacia la química, en especial las que provocan su rechazo, y la tecnología.

• Valorar la importancia de medir propiedades intensivas y extensivas, así como de los instrumentos de medición.

• Reconocer las habilidades más comunes de la ciencia. • Valorar la importancia de la comunicación de la ciencia y sus mecanismos de difusión.

• Reconocer la importancia del trabajo de Lavoisier, en especial el planteamiento del principio de conservación de la masa. • Reconocer las limitaciones del conocimiento científico. • Identificar diferentes formas de clasificar sustancias.

• Identificar a los modelos como parte esencial del conocimiento científico.

• Distinguir entre mezclas y sustancias, así como entre mezclas homogéneas y heterogéneas.

• Comparar la forma en que la química interpreta la Naturaleza con otras formas del conocimiento. • Identificar cómo una sustancia puede estar contaminada. • Valorar la forma en que otras culturas reconocen sustancias peligrosas. • Utilizar el concepto de toxicidad para comparar sustancias y cómo afectan a diferentes seres vivos en función de su concentración. • Identificar las ventajas de expresar la concentración en porcentaje en volumen y partes por millón.

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LECCiÓN

1

La química, la tecnología y tú

1.1 ¿Cuántos materiales identificas en la fotografía?

¿Has pensado de qué manera influye la química en tu vida?, ¿piensas que de ningún modo?, ¿estás seguro?, ¿y la ropa que usas?, ¿o los objetos o sustancias con que te bañas?, ¿y los alimentos procesados que consumes?, ¿lo que te cura cuando estás enfermo?, ¿los materiales de que están hechos los teléfonos, o los tenis? Gran parte de lo que te rodea está hecho de materiales que se producen gracias al desarrollo de una rama de la ciencia llamada química (Fig. 1.1). Sin embargo, desde épocas muy antiguas los seres humanos aprendieron a utilizar diversos materiales a su alcance para cazar animales, defenderse de ellos, así como para recolectar alimentos de manera más efectiva (Fig. 1.2). El origen de la ciencia suele situarse en la Grecia clásica, aunque en esa época no había científicos como los conocemos ahora. Por ejemplo, no se hacían experimentos, ya que los trabajos manuales estaban destinados a los esclavos. Los filósofos griegos se dedicaban más a cultivar la razón. La ciencia, como la concebimos en la actualidad, es un fenómeno posterior que data de finales del siglo XVI y comienzos del XVII.

1.2 La técnica, como acción transformadora, es mucho más antigua que la ciencia. La habilidad del ser humano para elaborar diversos instrumentos siempre representó una importante ventaja en su evolución.

10

En el siglo XVIII surgió la química como ciencia, a partir de los trabajos del francés Antoine Lavoisier. Este libro te acercará al mundo de la química. Gracias a ella cuentas con los materiales artificiales, como el plástico, o disfrutas de una vida más confortable con los aparatos e instrumentos que usas. Para reflexionar sobre esto, te invitamos a realizar la actividad siguiente.

Bloque 1 Las características de los materiales

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En el Ateneo 1 De acuerdo con las indicaciones de su maestra o maestro, integren un equipo de trabajo con sus compañeras y compañeros. Los invitamos a que cada uno de ustedes dedique un cuaderno para anotar lo relacionado con los experimentos y actividades que realicen. Esta bitácora (registro) les permitirá analizar y dar seguimiento al trabajo realizado. En el apéndice C de este libro les presentamos una sugerencia de bitácora para el trabajo experimental.

■ En el caso de los productos de limpieza, ¿con qué tipo

de material está elaborado su envase? • ¿Su empleo produce contaminación? • ¿Sus materiales se pueden reciclar o reutilizar? ■ Escojan el producto que ha experimentado más

modificaciones, así como el que ha tenido menos, y escriban en una cartulina las razones de su elección. ■ Peguen la cartulina en una pared del salón y con la

■ Observen la figura de entrada de este Bloque. ¿Saben qué

materiales y objetos similares a ellos usaban sus abuelos? ■ Elaboren un cuestionario para que cada uno de ustedes

entreviste a personas nacidas antes de 1960, para conocer los productos, instrumentos o aparatos que utilizaban en distintas actividades: el aseo personal, cocinar, la limpieza del hogar, divertirse, jugar, trabajar o transportarse. Si es posible, hagan algunos dibujos y pidan que les muestren fotografías o les platiquen y comenten películas de la época. Si es necesario, consulten a su maestro o maestra de Español para formular las preguntas de la entrevista. ■ Hagan una lista de diez productos, instrumentos y aparatos

que se utilizan en la actualidad y tienen el mismo uso de los investigados en el punto anterior.

orientación de su maestro o maestra, organicen un debate con el resto del grupo acerca de las ventajas y desventajas del desarrollo científico y tecnológico. ■ Aunque ya han trabajado en equipo en otras asignaturas,

no está de más que recuerden que, como miembros de un grupo, son responsables tanto de su aprendizaje como del resto del equipo. Se trata de que todos y todas participen activamente para conocer, compartir y ampliar la información que tiene cada cual sobre un tema. ■ Les proponemos la siguiente lista para que reflexionen

acerca de su desempeño en un grupo de trabajo. Les recomendamos consultarla siempre que trabajen en equipo, así como comentarla con su maestro o maestra para ampliarla.

■ Elaboren un cuadro de tres columnas con los resultados,

como el que se muestra a continuación. Tengo claro el propósito de la actividad. Actividad

Oír música

Producto, instrumento o aparato resultado de la entrevista

Producto, instrumento o aparato que ustedes utilizan

Radio, tocadiscos o casetera

Radio, reproductor de CD o MP3

Limpiar baños Jabón, ácido muriático

Detergentes, limpiadores con amonia

Escucho con atención y respeto las aportaciones de mis compañeras y compañeros. Participo en la planeación de las actividades a realizar. Aporto ideas para la realización del trabajo. Mantengo una actitud positiva. Trabajo en armonía con los y las integrantes del equipo. Cumplo a tiempo con las tareas que elijo o me asigna el equipo.

■ Comparen las ventajas y desventajas de su empleo con

base en preguntas como las siguientes: • ¿De qué materiales están elaborados? • ¿Qué diferencia tiene su forma o presentación? • ¿Cuál se utiliza con más comodidad? • ¿Cuál requiere menor esfuerzo o consume menos tiempo para realizar la actividad?

Reconozco y apoyo el esfuerzo de mis compañeros y compañeras. Participo en el análisis de la información, de los resultados y en la obtención de conclusiones. Trato de mantener la unión de los integrantes del equipo.

Lección 1 La química, la tecnología y tú

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1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? Como identificaste en el ateneo de la página 11, estamos rodeados de una gran variedad de productos, instrumentos y aparatos, resultado de la aplicación del conocimiento científico y tecnológico. Algunos de ellos tienen relación con los alimentos, la salud y el vestido; otros contribuyen a que nuestra vida sea más cómoda y divertida. 1.3 Los medios masivos de comunicación se han convertido en reguladores de los productos que compramos. Observa cómo los anunciantes intentan convencer a los telespectadores de que sus productos son casi imprescindibles para vivir. Antes de adquirir un artículo, reflexiona si lo necesitas realmente.

Los avances científicos y tecnológicos han ayudado a los seres humanos a satisfacer su necesidad de comunicación. Así, las primeras formas de comunicación (el lenguaje y la escritura) evolucionaron de manera considerable con el uso del papel y la tinta, la invención de la imprenta, del telégrafo, del teléfono, de la radio, del cine, la televisión y, por supuesto, la computadora. A finales del siglo XX se introdujo un elemento más que ha transformado el mundo: las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), en especial la Internet. La difusión de la información científica y tecnológica es fundamental para su progreso. En la actualidad contamos con diversas publicaciones (impresas y electrónicas) de divulgación científica que ponen al alcance de todos los avances de la ciencia y de la tecnología. En contraste, son pocos los medios masivos de comunicación que dedican buena parte de su tiempo a la transmisión de conocimientos científicos y tecnológicos.

¿Sabías... …que con algunos modelos de teléfonos celulares es posible conectarse a Internet y bajar archivos? En breve también se podrán usar en transacciones comerciales, mediante una huella digital como “firma” (Fig. 1.4).

Los medios masivos de comunicación, como la radio, la televisión y los periódicos, tienen un papel muy importante en la difusión de la información. Pero también, con seguridad te has percatado de la gran cantidad de anuncios comerciales de diversos productos, instrumentos y aparatos que son resultado de la aplicación del conocimiento científico y tecnológico (Fig. 1.3). En algunos casos la mercadotecnia aprovecha el prestigio de la ciencia y su credibilidad para promocionar algunos productos. Por ejemplo, se escuchan afirmaciones como “Está científicamente comprobado” que intentan dar confianza a sus futuros clientes. En contraste con esto, en ocasiones se señala que algún producto está elaborado con ingredientes 100% de origen natural, como si fuera una garantía de sus bondades y no pudieran ser dañinos para algún ser vivo. Por otro lado, en especial en los noticiarios, son frecuentes los comentarios que descalifican a la ciencia y la tecnología al señalarlas como responsables de la contaminación ambiental o de la generación de armas.

1.4 ¿Consideras que la química tiene algo que ver con estos avances tecnológicos? Justifica tu respuesta.

12

Son pocos los medios masivos de comunicación que dedican buena parte de su tiempo a la transmisión de conocimientos científicos y tecnológicos. Para reflexionar sobre esto, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Bloque 1 Las características de los materiales

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En el Ateneo 1 Formen un equipo con cuatro compañeras y compañeros y comenten la información científica o tecnológica más reciente que hayan escuchado, visto o leído. Escriban en sus cuadernos los nombres de los medios de información que utilizan con mayor frecuencia (Fig. 1.5). ■ Identifiquen y describan el principal tipo de información que buscan en cada uno de

ellos. ■ Además de sus libros escolares de ciencias, ¿cuál o cuáles medios utilizan para

obtener información relacionada con la ciencia y la tecnología? ■ Reflexionen acerca de las fuentes que consideren más confiables y escriban por qué

las eligieron. 2 Reúnanse un par de tardes para escuchar la radio y ver la televisión. El objetivo es que identifiquen y analicen algunos programas con contenido científico o tecnológico. Elijan el programa que más les llame la atención, hagan un resumen sobre su contenido en su bitácora y describan su importancia.

Conéctate También puedes consultar algunas secciones y artículos de la revista ¿cómo ves? en: www.comoves.unam.mx/

■ Hagan lo mismo con algunos artículos y noticias de periódicos o revistas con

contenido científico o tecnológico (Fig. 1.6). ■ Algunas preguntas que pueden guiar su análisis son: • ¿Por qué consideran que el programa, noticia o artículo es científico? • ¿Cuál es el tema principal? • ¿Comprenden el lenguaje que se utiliza? • ¿Por qué es importante el contenido del programa, artículo o noticia? • ¿Se resaltan aspectos positivos y negativos de la ciencia y la tecnología? ■ Reflexionen si existe alguna diferencia en la percepción de la ciencia y la tecnología

que se maneja en los programas y artículos, en comparación con las noticias. Justifiquen sus respuestas. ■ Archiva los resultados de tu trabajo en un fólder o en una carpeta para formar un

portafolio individual de información científica y tecnológica. ■ Elaboren un cartel y utilícenlo para presentar los resultados de su trabajo al resto

del grupo. Reflexionen en grupo en las siguientes preguntas: • ¿Por qué hay pocos programas o artículos con contenido científico y tecnológico

en los medios masivos de comunicación? • ¿Consideran que debería promoverse más la difusión de los avances científicos y

tecnológicos? Justifiquen su respuesta. • ¿Consideran que los medios de información pueden influir en la percepción que

pueda tener la mayoría de las personas acerca de la ciencia y la tecnología? Expliquen su respuesta. • Comenten sobre algunas acciones que les ayuden a verificar la confiabilidad de las fuentes de información. • Organicen una exposición de carteles para compartir los resultados de su trabajo con la comunidad escolar.

1.5 Cada integrante puede buscar información por separado y después exponer los resultados al resto del equipo.

1.6 Desde 1988, la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) publica la revista ¿cómo ves?, de divulgación científica, que ha tenido mucho éxito entre estudiantes de secundaria y bachillerato. Ésta se puede conseguir en puestos de periódicos y negocios que venden revistas. Lección 1 La química, la tecnología y tú

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Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente En 1930, la esperanza de vida para las mujeres mexicanas era de 35 años, y de 33 para los varones. En 2005 cambió a 78 y 73 años, respectivamente. Estos datos están muy relacionados con la química, porque gracias al avance en sus conocimientos se han mejorado las condiciones de higiene, y tenemos agua potable, vacunas, antibióticos y medicinas para prevenir y curar muchas enfermedades que antes se consideraban fulminantes e incurables (Fig. 1.7). Los nuevos materiales también nos permiten contar con calzado deportivo más flexible, ligero y con mayor capacidad para absorber el impacto. 1.7 El desarrollo de la ciencia y la tecnología permite contar con diversos aparatos para hacer análisis clínicos que apoyan y facilitan los diagnósticos médicos. ¿Sabes con qué pruebas de laboratorio se detecta la diabetes? Investígalo.

Disfrutar de los beneficios de la química ha requerido el estudio y trabajo de los profesionales dedicados a esta rama del conocimiento: los químicos. Ellos y ellas, en sus diferentes especialidades, se enfocan en el estudio de la materia y sus transformaciones. Así, la química es una ciencia que investiga y explica la estructura de la materia, su composición, sus propiedades, las transformaciones que ésta experimenta y su relación con la energía.

Conéctate Para apreciar más aplicaciones del conocimiento químico en la vida cotidiana consulta: www.chemistryandyou.org/ experimento_quimico.htm www.quimicaysociedad.org/web. php?t=1&f=materiales

Glosario Propiedades: conjunto de características o cualidades de un tipo de materia que la distinguen de otros.

Sustancia: tipo de materia que tiene una composición y un conjunto de propiedades que la distinguen de otros tipos de materia.

14

Si bien la ciencia química ha contribuido a mejorar la vida del ser humano, se le ha llegado a considerar una de las principales responsables de contaminar nuestro planeta. Más aún, decir que algo “contiene químicos” se entiende como nocivo o perjudicial. Sin embargo, el agua, el aire, el suelo, los seres vivos y toda la materia están constituidos por sustancias químicas. Por otro lado, la publicidad y el manejo de información en los medios masivos de comunicación han fortalecido estas concepciones negativas de la química y sus aplicaciones. Por ejemplo, para promocionar algún producto se insiste en que “no contiene químicos” y se resalta su procedencia “natural”, como si ello significara que no está constituido por tales sustancias. De hecho, existen sustancias de origen natural nocivas para los seres humanos; por ejemplo, las que producen e inoculan las avispas, las abejas y algunas hormigas, que ocasionan dolor, comezón, hinchazón y, en ocasiones, alergias; o los venenos de algunas serpientes o arañas que pueden ser mortales. También se ha asociado a la química de manera negativa con los productos sintéticos, es decir, los que no son de origen natural, sino que los elaboran seres humanos. Sin embargo, es difícil imaginar la vida actual sin los productos manufacturados con distintos tipos de plásticos, las fibras textiles sintéticas con las que se confecciona la ropa, u otras sustancias con que se producen los antibióticos y medicamentos. ¿Imaginas un mundo de más de seis mil millones de habitantes sin estos productos?

Bloque 1 Las características de los materiales

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En el Ateneo 1 Es probable que en tu hogar consuman diversos productos envasados o empacados en recipientes y bolsas de plástico. Por ejemplo, botellas de refrescos, leche, agua, jugos, jabón y aceite de origen vegetal; bolsas de supermercado y de basura; tapas de botellas, recipientes de poliestireno y envases de cosméticos. ■ Integren un equipo de tres compañeras y compañeros y recolecten algunos de los

envases mencionados, no importa si no están vacíos, y busquen si tienen algún símbolo como el siguiente:

1.8 Tú y tu familia pueden colaborar con el cuidado del ambiente.

■ Clasifiquen los envases de acuerdo con su código, que va del 1 al 7. ■ Identifiquen las semejanzas y diferencias que tienen los envases de un mismo

código: si son transparentes, translúcidos, opacos, rígidos o flexibles. ■ Investiga cómo se asignan dichos códigos y el tipo de plástico que corresponde a

cada uno. ■ Organicen la información anterior en su bitácora, en un cuadro como el siguiente:

Código

Tipo de plástico y su abreviatura

Características del envase o empaque

Usos

Conéctate

De acuerdo con el código, es posible reutilizar o reciclar los distintos tipos de plástico para elaborar otros productos, por tanto es importante contribuir con su recolección. ■ Comenten con el resto del grupo de qué manera podrían colaborar en el reciclaje de

los plásticos. Investiguen si hay un centro de acopio en su comunidad. Si no es así, consulten con las autoridades de su escuela la posibilidad de crear uno. ■ Organicen una campaña en sus hogares y en la escuela para recolectar los plásticos

(Fig. 1.8). ■ Reflexionen acerca de su responsabilidad al usar productos y aparatos que

contaminan el ambiente. También si contar con información científica, ayuda a tomar mejores decisiones.

En las siguientes direcciones electrónicas hallarás información que te ayudará a planear las actividades para recolectar los envases de plástico, así como a desarrollar un programa de acopio: www.profeco.gob.mx/revista/ publicaciones/adelantos_06/enva_ pet_jun06.pdf www.ecoce.org.mx www.aprepet.org.mx

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Si bien la industria química, así como otras actividades humanas y fenómenos naturales, ha contribuido a contaminar nuestro planeta, el conocimiento químico también participa activamente en la prevención y búsqueda de soluciones para los problemas ambientales (Figs. 1.9 y 1.10). El uso de los plásticos para fabricar una gran cantidad de productos, instrumentos y aparatos ha generado un problema ambiental asociado sobre todo con su duración en el ambiente. Por ello, en la actualidad se elaboran plásticos reutilizables, reciclables y biodegradables. En algunos países se produce energía a partir de sus desechos. En el Bloque 5 de este libro profundizarás en el estudio de los plásticos al realizar el proyecto “¿Cómo se sintetiza un material elástico?”. Por otro lado, el problema de acumulación de residuos sólidos tiene mucho que ver con nuestros hábitos de consumo. ¿Recuerdas la regla de las 3R que estudiaste en la asignatura de Ciencias Naturales en la primaria? Nos invita a reducir, reutilizar y reciclar. 1.9 Aunque muchas fábricas contaminan, algunas ya han instalado filtros que disminuyen de manera considerable la emisión de gases dañinos al medio ambiente y a la salud del humano. Estos filtros también son resultado del desarrollo científico y tecnológico.

Tú puedes colaborar para mejorar la calidad del ambiente si aplicas las 3R cuando compres y utilices diversos productos. Reducir el consumo es el primer paso. Además de los plásticos, otros objetos que se pueden reutilizar y reciclar, son los que están elaborados con materiales como papel, cartón y metales. Desde luego que esto implica recolectarlos, seleccionarlos, lavarlos y hacerlos llegar a un centro de acopio que pueden ser los mismos camiones recolectores de basura. ¿No crees que vale la pena el esfuerzo? ¿Sabías... …que el cine debe su existencia a las bolas de billar?

En 1860, una empresa fabricante de bolas de billar realizó un concurso para obtener un material, que sustituyera al marfil que se usaba en la elaboración de aquéllas. Uno de los concursantes, el inventor estadounidense Welsey Hyatt, desarrolló un método para transformar la celulosa de las plantas en una sustancia que patentó con el nombre de celuloide. Así nació el primer plástico.

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1.10 El descubrimiento del celuloide permitió el inicio de la industria cinematográfica a finales del siglo XIX.

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1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química Los científicos, al igual que los niños u otros adultos, también son curiosos (Fig. 1.11) y se plantean preguntas, pero han aprendido a canalizar su curiosidad para explicar fenómenos o inventar cosas nuevas como aparatos, instrumentos o materiales. Esto requiere ser comprometidos y perseverantes, sobre todo en la búsqueda de explicaciones comprobables. Mediante el estudio, los científicos adquieren conocimientos y desarrollan habilidades y métodos para responder sus preguntas, evaluar qué tan buenas son sus respuestas y hacer nuevas preguntas. Además, revisan lo que otras personas han hecho para obtener información sobre el mismo fenómeno o proceso. Cuando realmente nos interesa contestar una pregunta, anticipamos la respuesta, es decir, hacemos una suposición. Los científicos también hacen suposiciones para explicar los hechos que observan o lo que podría suceder, es decir, elaboran hipótesis. La elaboración de hipótesis es otra habilidad científica, mediante la cual los investigadores anticipan lo que puede suceder. La diferencia con otro tipo de suposiciones que nos planteamos en la vida diaria, es que una hipótesis científica debe demostrarse para comprobar su validez o para rechazarla.

1.11 La curiosidad es una conducta común en el ser humano. Desde la infancia, se hace preguntas acerca de todo lo que percibe con sus sentidos.

Con ciencia 1 Elabora una hipótesis para la situación siguiente: una botella grande de plastico vacía y destapada se coloca en un recipiente con agua caliente sin que penetre el líquido. Se tapa y se sumerge de inmediato en agua fría. ¿Qué sucederá? ¿Qué harías para comprobar tu hipótesis? Recuerda lo que estudiaste sobre modelo cinético de partículas, en Ciencias II, y utilízalo para explicar tus resultados. ■ Lleva a cabo tu propuesta y registra los resultados en tu bitácora. ■ Compara tus resultados con el resto del grupo y reflexionen en la diferencia entre

adivinar y establecer una hipótesis.

Imagina que estás cocinando. Te podrías preguntar ¿por qué los alimentos cambian de textura y coloración al freírlos?, ¿por qué el agua se evapora cuando la calentamos a altas temperaturas?, ¿por qué hay aguas saladas y aguas dulces?, ¿y cuáles son sus diferencias? o ¿por qué el petróleo se extrae del subsuelo? Saber qué preguntar es tan importante como saber plantear la pregunta. Para ello debemos considerar lo siguiente: • Las preguntas deben ser claras y completas. • No plantear varias preguntas en una sola. Se deben responder una por una. • Las preguntas son ideas iniciales que guían la investigación. • La pregunta debe ayudar a solucionar el problema.

Glosario Habilidad: capacidad intelectual o manual.

Método: modo de hacer algo con

En el trabajo científico, hacer preguntas se relaciona directamente con la creatividad y la imaginación de cada investigador. En este proceso la curiosidad lo lleva a explorar y a comprobar sus hipótesis mediante experimentos. En los proyectos finales de cada Bloque (y en el Bloque 5) las preguntas formarán parte de tu investigación.

orden.

Hipótesis: suposición que se plantea para obtener una conclusión a partir de ella.

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Los científicos tienen un método de trabajo que los distingue de otros profesionales conocido como investigación científica. Sin embargo, no se trata sólo de una serie de pasos que ellos o ellas siguen siempre, ni de un camino que los conduzca, sin equivocarse, al conocimiento. Así, el conocimiento y las explicaciones científicas tienen como base datos y hechos comprobables. Hay algunas características comunes en el trabajo de los científicos, que todos podemos practicar pensando, a la manera científica, acerca de muchos temas de interés en la vida cotidiana. Pero más que seguir un método, es importante desarrollar las llamadas habilidades del pensamiento científico. Tú estudiaste algunas de esas habilidades en tu libro de texto de Ciencias Naturales en 6o. grado de primaria, así como en tus libros de Ciencias I y II, de primero y segundo de secundaria. Además, en estos dos últimos cursos desarrollaste algunos proyectos donde pusiste en práctica habilidades como: planteamiento de preguntas, búsqueda de información, observación, comparación, registro de datos, medición, elaboración de hipótesis, experimentación, interpretación de resultados, obtención de conclusiones y comunicación de los resultados de tu proyecto. Si no recuerdas en qué consisten, revisa tus libros de Ciencias de cursos anteriores ya que utilizarás algunas de esas habilidades en la siguiente actividad.

En el Ateneo 1 Integren un equipo de tres compañeros. Lean las indicaciones. Si tienen alguna duda consulten a su maestro o maestra.

4 cucharas del mismo tamaño, pequeñas Objetos pequeños de distintos materiales que puedan introducirse en los vasos: clips, piedras pequeñas, botones de plástico y metálicos

Precaución El alcohol es inflamable, por lo que debes asegurarte de que no haya fuego cerca. Procedimiento ■ Etiqueten un vaso con el número 1. ■ Inclinen el vaso 1 y con cuidado viertan dos cucharadas de jarabe de maíz o miel. ■ Agreguen dos cucharadas de café, de tal forma que resbale por las paredes del vaso. ■ De la misma forma, añadan dos cucharadas de aceite de cocina. ■ Por último, agreguen dos cucharadas de alcohol colorido. Este vaso será el control que les servirá como referencia.

18

• ¿Qué ocurrirá si varían el orden de adición de los

líquidos?

Se necesita 4 vasos pequeños transparentes (como los “caballitos” o copitas para tequila) ½ taza de jarabe de maíz o miel ½ taza de café fuerte o “cargado” ½ taza de aceite para cocinar ½ taza de alcohol con colorante

2 Reflexionen lo siguiente:

• ¿Qué pasará si los agitan? • ¿Qué sucederá con cada uno de los objetos pequeños

al colocarlos sobre la superficie del líquido ubicado en la parte superior de cada vaso? 3 Elaboren dibujos de sus predicciones en la bitácora y diseñen un experimento para comprobarlas. ■ Reporten los resultados del experimento en un cuadro.

Analícenlos y propongan una explicación para lo sucedido en cada uno de los vasos. ■ Con base en lo que revisaron en sus cursos anteriores

de Ciencias, identifiquen algunas habilidades del pensamiento científico que aplicaron al realizar el experimento. ■ Compartan y comparen sus resultados y explicaciones

con el resto del grupo. Comenten sobre las habilidades científicas que ejercitaron en esta actividad. Les sugerimos que al concluir el experimento, consulten el Apéndice B de este libro, en donde se trata la eliminación adecuada de sustancias. Sigan las indicaciones correspondientes, bajo la supervisión de su profesora o profesor.

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Experimentación Una de las actividades más importantes en la química es la experimentación. Se trata de reproducir un fenómeno o proceso en condiciones controladas, modificar algunas de ellas u obtener nuevos materiales. El experimentador realiza su trabajo bajo ciertas condiciones, que llamaremos variables, las cuales modifica de forma controlada para observar los resultados. Una variable es una característica que se puede observar, comparar, modificar y, en ocasiones, toma diversas medidas; por ejemplo la temperatura, la presión, la masa y el tiempo. Los científicos diseñan y realizan experimentos con el fin de probar sus hipótesis (Fig. 1.12). Pero el hecho de que un experimento no permita confirmar una hipótesis, no significa pérdida de tiempo. Para avanzar en su trabajo, los científicos deben aceptar que su hipótesis inicial es errónea, o que el experimento no es el más adecuado. Como en otros ámbitos de la vida, los errores son oportunidades para el aprendizaje.

1.12 Los resultados que se obtienen de los experimentos, permiten confirmar, modificar o invalidar las hipótesis.

En tu curso de Ciencias III podrás comprobar que los experimentos se pueden realizar con materiales de uso cotidiano y en el salón de clases, el patio escolar o en el hogar. La condición es que se establezcan medidas de seguridad para evitar accidentes. Consulta el Apéndice A de este libro, en él hallarás algunas medidas de seguridad que deberás seguir cuando realices experimentos. En los experimentos de este curso podrás observar cómo se transforman las sustancias y se generan nuevas. En algunos casos se producen materiales sintéticos nuevos, es decir que no existen en la Naturaleza, como es el caso de algunos medicamentos y los plásticos.

Interpretación Cuando se obtienen datos, ya sea mediante la observación, la comparación, así como la medición o la experimentación, o ambas, es necesario registrarlos mediante la escritura o la elaboración de dibujos y diagramas. Es más sencillo interpretar o dar significado a los datos, si éstos se organizan en tablas o cuadros. Siempre que sea posible, te sugerimos elaborar gráficas para facilitar la comprensión de algún proceso o fenómeno, como las que utilizaste en el curso de Ciencias II para estudiar los distintos tipos de movimiento. La interpretación de los datos es muy importante y la realiza el científico, según lo que desea investigar. Incluso puede variar dependiendo de las personas (Fig. 1.13). Así, un científico puede considerar más importantes algunos datos que tal vez no tengan relevancia para otro.

1.13 ¿Qué observas en estas ilustraciones? ¿Tus compañeros de grupo observan lo mismo que tú? Algo similar sucede en la ciencia, lo que se observa no siempre tiene una sola interpretación.

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No siempre es fácil interpretar los datos obtenidos. Algunos tal vez sean erróneos o contradictorios. El científico debe revisar sus variables para seguir su investigación por el mismo camino, o por otro, o iniciar de nuevo. Los descubrimientos accidentales o imprevistos también son parte de la historia de la ciencia. Se presentan cuando surge un hecho inesperado en una investigación científica. Te invitamos a realizar la siguiente actividad. Con ciencia 1 Averigua cómo ocurrieron algunos descubrimientos accidentales en la ciencia y elige el que más te llame la atención; por ejemplo, el de la penicilina, o el de los rayos X, el de la vulcanización, el teflón y el pegamento de las etiquetas adhesivas. ■ Elabora un cartel para compartir la información con tus compañeras y compañeros

de clase. Reflexiona con ellos acerca de las principales habilidades que les permitieron a los científicos hacer sus descubrimientos accidentales.

Abstracción En ocasiones, los fenómenos que estudian los científicos o las causas que los explican no se perciben con los sentidos ni con los instrumentos que utilizan. En este caso emplean la abstracción que es un proceso mental que permite a las personas comprender un concepto relacionado con un objeto sin contar con él físicamente. En el curso de Ciencias 2 estudiaste que para explicar la diferencia entre los estados sólido, líquido y gaseoso, los científicos desarrollaron el modelo cinético de partículas. La elaboración de tal modelo requirió de la abstracción, ya que no podían observar las partículas. La abstracción también les permite identificar la información más importante del fenómeno que estudian. Con seguridad has observado algunas señalizaciones de las carreteras y las de “No fumar”. Éstos son ejemplos de abstracciones, ya que en una imagen resumen lo más relevante del mensaje. En química es necesario desarrollar la capacidad de abstracción, pues la explicación de las propiedades y transformaciones de la materia que percibimos está en el mundo de las partículas, que no se puedan observar aun con los microscopios. Como otras habilidades, la abstracción se desarrolla con la práctica y en este curso tendrás oportunidad de mejorarla.

Generalización Los resultados experimentales se deben reportar con detalle, de tal forma que otras personas puedan emplearlos, analizarlos o reproducirlos, por lo que los experimentos se deben realizar muchas veces para mostrar que en cada repetición se obtienen resultados similares, es decir, son reproducibles. Si esto ocurre, es posible plantearlos en forma de una regla general.

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Cuando varios científicos comprueban una hipótesis, ésta se puede convertir en una ley. Esto es, en una declaración verbal o matemática de una relación de hechos que se repiten bajo ciertas condiciones. Las leyes describen los hechos de la Naturaleza y casi nunca se modifican. Tú estudiaste varias leyes relacionadas con la física en tu curso de Ciencias II, ¿recuerdas alguna? Una teoría científica es una explicación o descripción comprobada de un conjunto de observaciones o experimentos sobre un fenómeno; en ella se consideran varias leyes y los conocimientos que acepta la comunidad científica en un campo de investigación específico, y si surgen nuevos hechos que una teoría científica es incapaz de explicar, ésta puede cambiarse o sustituirse por otra. En el trabajo científico es importante aprender a comunicar los resultados ya sea mediante lenguaje verbal o escrito. Como tú lo haces, los científicos y tecnólogos también se comunican y utilizan diversos medios para buscar y compartir información. Así, transmiten a otros sus avances y resultados, exponen sus ideas a la crítica de sus colegas y se mantienen informados acerca de los desarrollos científicos y tecnológicos en el mundo (Fig. 1.14). Para ello se reúnen y leen sus trabajos, los publican en revistas especializadas, acuden a diversos tipos de reuniones, conferencias y congresos, consultan revistas y libros especializados, y utilizan modernas tecnologías de la información y la comunicación (TIC).

1.14 El científico debe exponer a la comunidad científica los argumentos que muestran la validez de su trabajo.

Representación mediante símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales En nuestra vida cotidiana es común observar distintos símbolos para comunicar diferentes tipos de información como los siguientes:

Estas representaciones son fáciles de comprender para la mayoría de las personas. La química también se apoya en diagramas, esquemas y modelos para representar, por ejemplo, la estructura y composición de la materia, su estado físico, sus transformaciones y las condiciones para lograrlas. Por ejemplo, la figura 1.15 muestra un dispositivo que representa el proceso de descomposición del agua cuando se le hace pasar corriente eléctrica. A lo largo de este curso aprenderás a emplear los diagramas y esquemas para profundizar en el conocimiento y transformación de diversos materiales. Por ahora estudiaremos la importancia de los modelos en la química. Podemos detectar algunas transformaciones de la materia con nuestros sentidos. Sin embargo, las causas de dichos cambios están relacionadas con el mundo de las partículas que no podemos observar. En este caso resultan muy útiles los modelos.

1.15 ¿Cómo describirías este dispositivo con palabras?

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Lo haré si tú me regalas un poco de H2O con ácido ascórbico. ¿Me pasas el cloruro de sodio por favor?

De manera similar, la química tiene su propio lenguaje y se utilizan símbolos, fórmulas, y ecuaciones químicas para representar, por ejemplo, la estructura y composición de la materia, su estado físico, sus transformaciones y las condiciones para lograrlas. Si se comprende este lenguaje, el estudio de la química se vuelve más fácil. Sólo se requiere conocer las reglas con las que se ha construido (Fig. 1.16).

Como recordarás, la química estudia la materia y, en especial, sus transformaciones. En el lenguaje de esta ciencia, la materia se clasifica de diversas formas y las partículas tienen nombre. Por ejemplo, se habla de oxígeno, de agua, de oro, de cloruro de sodio (la sal común) y de hidrógeno. En distintos idiomas estos nombres se escriben y pronuncian de forma distinta. Sin embargo, los químicos han desarrollado un lenguaje que se puede comprender en cualquier idioma, en el cual utilizan símbolos en lugar de palabras para representar cierto tipo de materia: una “O” mayúscula representa al oxígeno, “H2O” al agua, “Au” al oro, “H” al hidrógeno y “NaCl” al cloruro de sodio o sal común. Por ello, en este libro, cuando mencionemos un tipo de materia en específico, escribiremos su representación en el lenguaje químico. Regálenme un poco de ácido acético para mi ensalada.

1.16 A lo largo de tu curso de Ciencias III te ayudaremos a familiarizarte con el lenguaje de la química.

Las transformaciones de la materia se representan con ecuaciones químicas. En éstas se incluyen las sustancias que se van a transformar, las que se obtienen después del cambio, y las condiciones para que se lleven a cabo dichas transformaciones. Por ejemplo, la ecuación química que representa la descomposición del agua es la siguiente: 2H2O (g)

2H2 (g) ⫹ O2 (g)

Agua

Hidrógeno ⫹ Oxígeno

¿Qué representan la flecha y el signo “⫹”? ¿Qué significan los números pequeños colocados como subíndices? ¿Cuál es el significado de los números que están antes de las letras? ¿Qué representan las letras que están entre paréntesis? A lo largo de tu curso de Ciencias III, encontrarás las respuestas a estas preguntas, en particular donde se desarrollan los aspectos básicos del lenguaje químico. En relación con las transformaciones de la materia, te proponemos realizar la siguiente actividad. Con ciencia 1 Investiga algunas propiedades y usos del agua, del hidrógeno y del oxígeno. ■ Comparte tu información con el resto del grupo y reflexionen acerca de por qué se dice que cuando ocurren transformaciones químicas se obtienen sustancias con propiedades distintas a las de las sustancias originales.

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Los modelos Los modelos científicos se utilizan para describir, explicar y cuestionar una idea o un conjunto de ellas, que permiten imaginar, por ejemplo, el funcionamiento de algún fenómeno o de un aparato. También ayudan a entender y explicar qué sucede en el mundo de las partículas, donde no es posible obtener información directamente. En tu curso de Ciencias II conociste algunos de los modelos atómicos que se desarrollaron en distintas épocas. Cada uno fue válido en su tiempo, ya que permitía explicar de qué están hechas las cosas, de acuerdo con los conocimientos existentes. En el bloque 2 de este libro los repasaremos. En química es muy importante saber qué sucede en el amplio mundo de las partículas, para ello se han desarrollado distintos tipos de modelos que ayudan a conocer y explicar la composición de la materia, su estructura, sus propiedades, su comportamiento bajo ciertas condiciones y transformaciones. Entre los modelos más utilizados para representar las partículas se encuentran el modelo de llenado espacial y el modelo de bolas y varillas (Fig. 1.17). Existen a la venta modelos de bolas y varillas, elaborados con madera o plástico, los cuales son fáciles de manejar. Sin embargo, también se pueden elaborar con diversos materiales de uso cotidiano, como bolitas de poliestireno, palillos, popotes, gomitas de dulce. Además hay programas de computadora diseñados específicamente para construir modelos. Mediante dibujos bien logrados y con vistas en tres dimensiones, es posible girarlos y así observarlos desde distintos ángulos y perspectivas. Para hacerlo se requiere una computadora, contar con el programa correspondiente o bien descargarlo de algún sitio de Internet. También existen modelos teóricos como los principios, leyes y teorías que se generan en la ciencia, algunos de los cuales estudiaste en tus cursos de Ciencias I y Ciencias II. A lo largo de este libro nos adentraremos en el conocimiento y uso de los modelos en la química. Por lo pronto en la siguiente actividad, te invitamos a elaborar algunos modelos.

1.17 Estos modelos representan una partícula de agua. En el lenguaje químico su símbolo o fórmula es H2O. Esta fórmula nos indica que cada partícula de agua está formada por 2 partículas de hidrógeno (H) y una partícula de oxígeno (O). ¿Qué diferencias y semejanzas encuentras entre estos modelos? ¿Consideras que representan al hielo, al agua líquida, al vapor de agua o son una abstracción? Explica tu respuesta.

En el Ateneo 1 Trabaja con una compañera o un compañero. Se necesita Gotas de perfume Botella de plástico trasparente vacía y con tapa 2 bolitas blancas de poliestireno o de plastilina 1 bolita de poliestireno pintada de rojo o de plastilina 2 palillos Procedimiento ■ Coloquen unas gotas de perfume en una botella de plástico transparente. ■ Tapen la botella y pónganla al Sol hasta que observen algún cambio. ■ Dibujen un modelo que explique lo que sucede con las partículas del perfume.

2 Ahora construirán un modelo en el que la bolita roja representa a la partícula de oxígeno, y la blanca, a la partícula de hidrógeno. ■ Utilicen los palillos para unir las partículas y construyan un modelo de la partícula del agua. Análisis y conclusiones ■ Comparen sus modelos con los del resto del grupo y reflexionen acerca de sus semejanzas y diferencias. ¿Cómo las explican? • ¿Sus dibujos de las partículas del perfume están de acuerdo con lo que se propone en el modelo cinético de las partículas? Expliquen su respuesta. • ¿Qué ventajas tienen sus modelos del agua con respecto a los modelos de la figura 1.7. ■ Redacten un texto en su cuaderno acerca de la utilidad de los modelos. Lección 1 La química, la tecnología y tú

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Características de la química: lenguaje, método y medición

gvnosdem

kdospems ralimis

sotujo educus

dismdie

protemaje sabrapal

sodamro

Aun cuando los conjuntos anteriores están formados por letras del abecedario, no proporcionan ninguna información, ya que en nuestro lenguaje no tienen significado alguno. Algo similar sucede con las palabras de otros idiomas que desconoces.

Medición Cuando suceden transformaciones de la materia o cuando los seres humanos las provocan, la medición es un proceso muy importante. Por ejemplo, necesitamos saber las cantidades adecuadas de sustancias que van a reaccionar, predecir las cantidades de las nuevas sustancias que se formarán y medir o calcular la energía involucrada en dichas transformaciones.

1.18 Además de aprender a realizar cálculos, también es importante que desarrolles tu capacidad para plantear y resolver problemas.

En las mediciones se utilizan diversos instrumentos y aparatos, y algunos los conocerás durante el ciclo escolar, en tu clase de laboratorio, donde también podrás aprender algunos cálculos númericos como los que realizan los químicos profesionales (Fig. 1.18).

Los métodos de la química En química se han desarrollado diversos métodos para estudiar las propiedades y transformaciones de la materia, y todos tienen como base el análisis o la síntesis. El análisis permite conocer la composición de la materia, así como identificar sus propiedades. En la síntesis se transforma la materia y se producen nuevas sustancias, incluso aquellas que no se encuentran en la Naturaleza. Por ejemplo, el análisis químico del agua ha permitido saber que está formada por partículas de hidrógeno y de oxígeno. Aún más, cada partícula de agua está constituida por dos partículas de hidrógeno y una de oxígeno. Su representación en el lenguaje químico es H2O. Por otro lado, a partir de las cantidades adecuadas de hidrógeno y oxígeno, y de energía, es posible producir agua. En este caso se utiliza el método de síntesis. Por medio del análisis y la síntesis podemos saber de qué está hecho todo lo que nos rodea, y entender y transformar la materia.

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1.3 Tú decides, ¿cómo saber que una muestra está más contaminada que otra? c)

Toxicidad

1.19a) ¿Cómo sabemos que “algo” está contaminado? 1.19b) ¿Piensas que las sustancias de origen natural no son tóxicas? 1.19c) ¿La ciencia química es responsable de la contaminación? 1.19d) ¿Qué relación existe entre la contaminación y la forma de vida de la sociedad actual? 1.19e) ¿Qué medidas se han tomado en nuestro país para prevenir y mejorar el deterioro ambiental?

b)

a)

d)

e)

En la actualidad es común escuchar acerca de la contaminación ambiental de nuestro planeta y de sus efectos en los seres vivos. En algunos casos identificamos los contaminantes ambientales, como la basura y los malos olores, a través de los sentidos; en otros, por sus efectos adversos en nuestra salud, como la irritación de ojos y vías respiratorias, o infecciones en la piel. Sin embargo, muchos de los contaminantes del ambiente no se pueden ver u oler con facilidad. Sabemos que están ahí por los cambios drásticos que producen en el clima, o el adelgazamiento en la capa de ozono (O3) en la estratosfera. En esta lección podrás aprender acerca de las sustancias tóxicas, de los contaminantes ambientales y de las medidas que se están tomando para frenar el deterioro ambiental en nuestro país. Además contarás con más argumentos para responder las preguntas de la Fig. 1.19 y otras más. ¿Cómo saber si una sustancia es tóxica? Te invitamos a reflexionar sobre ello en la siguiente actividad. En el Ateneo 1 Escribe de manera individual en tu bitácora el nombre de diez sustancias que consideres tóxicas y responde las siguientes preguntas. • ¿Por qué las identificas como tales? • ¿A qué organismos afecta: seres humanos, animales, plantas, microorganismos? • ¿Conoces alguna sustancia que sea tóxica en ciertos casos y en otros no? De ser

así, proporciona un ejemplo. • ¿Qué harías para identificar una sustancia tóxica? ■ Compara tus respuestas con las del resto del grupo y reflexionen acerca de la

siguiente afirmación: “Todas las sustancias son tóxicas. No existe una que no lo sea. La dosis diferencia a un veneno de una medicina” (Paracelso).

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¿Sabías... …que la medicina prehispánica era mucho más que un conocimiento adquirido con la práctica? Se le llamaba ticiotl, y era una forma de ver el mundo (cosmovisión), en la cual los conocimientos médico y botánico se mezclaban con creencias religiosas y mágicas.

En diferentes culturas antiguas se desarrollaron métodos basados sólo en la práctica (empíricos) para reconocer las sustancias peligrosas o tóxicas. Por ejemplo el conocimiento de nuestros pueblos indígenas sobre los hongos, en particular para identificar los venenosos (Fig. 1.20). Sin embargo, en muchos casos estos métodos son riesgosos, por lo que es mejor acudir a métodos químicos, a menos que en el lugar donde vives haya un experto en el tema y no sea posible consultar a especialistas en toxicología. Es un hecho que cualquier sustancia, sea de origen natural o elaborada por el ser humano, se puede considerar tóxica si es ingerida, tomada, inyectada o absorbida en gran cantidad. Por ejemplo, las espinacas contienen ácido oxálico, el cual es inofensivo en las cantidades en que las ingerimos normalmente, pero si se consumen más de 5 kg en una sola sentada, puede ocasionar daños a los riñones. En la actualidad, para determinar la toxicidad de una sustancia, se realizan experimentos de dosis-respuesta en organismos de laboratorio. La dosis es la cantidad de una sustancia que es ingerida, inyectada, inhalada o absorbida por un organismo. La respuesta se refiere a los cambios que ocurren en los seres vivos como consecuencia de la exposición a una cierta sustancia. En general, la respuesta se incrementa cuando aumenta la dosis. Te invitamos a realizar la siguiente actividad. Con ciencia 1 La gráfica siguiente muestra una relación lineal entre la dosis y la respuesta. ¿Cómo la interpretas?

Gráfica dosis-respuesta Respuesta

1.20 Investiga cómo desarrollaron otras culturas sus métodos para identificar sustancias peligrosas. Indaga también qué es el Códice Badiano y qué información puedes encontrar en éste.

Conéctate Dosis

En el artículo de la revista Horizonte Sanitario, de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, que puedes consultar en el sitio:

■ La relación entre la dosis y la respuesta no siempre es lineal. Elabora una gráfica

www.ujat.mx/publicaciones/ horizonte_sanitario/ediciones/2006_ mayo_agosto/index.html

■ Elabora otra gráfica que muestre que una sustancia produce respuesta a dosis

se presenta información sobre los hongos de la región de una comunidad chontal de Tabasco.

■ Compara tus gráficas con las de tus compañeros y compañeras. Reflexionen sobre

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donde muestres que una sustancia no tiene respuesta a dosis bajas, pero a partir de cierto valor la respuesta se incrementa al aumentar la dosis. bajas, pero a partir de un cierto valor de dosis, la respuesta ya no se incrementa aunque ésta aumente. los riesgos de automedicarse.

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Concentración En tu vida cotidiana realizas actividades donde es fundamental medir las cantidades de las sustancias. Si quieres preparar una bebida con polvos azucarados y agua, en la etiqueta o en el empaque te sugieren utilizar cierta cantidad de cucharadas del polvo para cierto volumen de líquido. En química, esa bebida recibe el nombre de mezcla y aunque sus componentes están een contacto, no se forman nuevas sustancias. La concentración es la forma de expresar cuánto hay de una sustancia en una mezcla, es decir, su relación en cantidad, en partes o en proporción lo cual explicaremos en la siguiente actividad. Con ciencia 1 Supón que preparas una bebida con sabor a naranja y utilizas nueve cucharadas de polvo para preparar un litro de ésta.

Glosario Proporción: Relación numérica que guardan entre sí dos cantidades.

Cantidad de sustancia Concentración ⫽ Volumen de la mezcla

• ¿Cuál sería el valor de la concentración del polvo en esta mezcla? • ¿En qué unidades la expresarías? ¿Cómo interpretas el valor de la concentración? • ¿Cuál sería la concentración de la mezcla si utilizas tres cucharadas de polvo

para preparar 500 mL de bebida? ¿Cuál si usas una cucharada de polvo para preparar 100 mL de bebida? • ¿Cuál de las tres mezclas anteriores está más concentrada?

En el caso de la bebida anterior puedes variar la cantidad de polvo y de líquido hasta obtener un sabor que te agrade. Ésta es una característica de las mezclas: se puede modificar la proporción de sus componentes. Sin embargo, cuando se preparan mezclas de algunos productos, como los utilizados en la limpieza del hogar, los polvos para preparar tu bebida o medicamentos, se debe respetar la misma proporción de los componentes. Es decir, en cada caso su concentración debe ser la misma. Existen varias formas de expresar la concentración. A continuación revisaremos el porcentaje en volumen (% volumen) y las partes por millón (ppm).

Porcentaje en volumen Esta forma nos permite expresar la concentración de una mezcla cuando los componentes son líquidos o gases (Fig. 1.21). El porcentaje en volumen indica el volumen de sustancia que existe por cada cien volúmenes de la mezcla. A continuación se desarrolla un ejemplo. El vinagre se utiliza como aderezo de ensaladas. Es una mezcla de ácido acético (CH3COOH) y agua (H2O). Un cierto vinagre se prepara con 5 mL de ácido acético y se añade agua suficiente para tener 100 mL de la mezcla. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de ácido acético en el vinagre?

1.21 La concentración de porcentaje en volumen se usa para elaborar perfumes, aguas de colonia y soluciones dermatológicas medicinales.

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Para determinar el porcentaje en volumen de una sustancia en una mezcla se calcula la relación entre el volumen de la sustancia y el volumen final de la mezcla, multiplicada por 100: % en volumen =

volumen de la sustancia volumen final de la mezcla

% en volumen =

5 mL de ácido acético 100 mL de vinagre

⫻ 100

⫻ 100 ⫽ 5%

En este tipo de cálculos las unidades del volumen de la sustancia y las de la mezcla deben ser las mismas.

Concentración en partes por millón (ppm) 1.22 La concentración en partes por millón tiene amplio uso, por ejemplo, para determinar la cantidad de alcohol en el organismo. También para cuantificar sustancias (como el flúor), o contaminantes en el análisis de agua, o de aire.

¿Puedes identificar la presencia de un contaminanate con tus sentidos? Para reflexionar en ello, te invitamos a realizar la siguiente actividad. Otra forma de expresar la concentración es en partes por millón (ppm), y se utiliza cuando las cantidades de una sustancia son muy pequeñas en comparación con el total de la mezcla. En este caso se indican las partes de un componente presentes por cada millón de partes de la mezcla (Fig. 1.22). La expresión de la concentración en ppm resulta útil si la cantidad de la sustancia es muy pequeña en relación con el total de la mezcla, como en el caso del experimento siguiente.

En el Ateneo 1 Organicen un equipo de cuatro integrantes. Se necesita 7 vasos transparentes de plástico o de vidrio, del mismo tamaño 2 cucharas del mismo tamaño 1 vaso de agua colorida (agua de jamaica, extracto de col morada o de agua teñida con dos gotas de colorante. El extracto de col morada lo puedes preparar como el agua de jamaica). 1 vaso con agua simple Etiquetas o cinta adhesiva tipo masking tape 1 bolígrafo o plumón Procedimiento ■ Etiqueten los vasos y numérenlos del 1 al 7. ■ Rotulen los vasos que contienen “agua de jamaica” y “agua simple” con los nombres correspondientes. ■ Coloquen una cuchara en el vaso con agua colorida y otro en el vaso con agua simple. Durante el experimento tengan cuidado de no introducir las cucharas en el vaso equivocado. ■ Viertan 10 cucharadas de agua colorida en el vaso 1. ■ Tomen una cucharada del vaso 1 y añádanla en el vaso 2. Luego agregen nueve cucharadas de agua simple. ■ Tomen una cucharada del vaso 2 y viértanla en el vaso 3. Agregen nueve cucharadas de agua incolora. ■ Repitan el procedimiento hasta llegar al vaso 7. ■ Revisen con detalle el contenido de cada vaso y registren sus observaciones. Luego respondan: • ¿Cómo las explican? • ¿En qué vaso ya no perciben color?, pongan una hoja en blanco por detrás, ¿coincides con tus compañeros y compañeras? ¿En qué proporción se encuentran los componentes de la mezcla en cada vaso?

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• ¿Cuál es la proporción del agua de jamaica en cada vaso

con respecto a la mezcla original? Registren sus datos en un cuadro como el siguiente, de acuerdo con los ejemplos. Vaso

Proporción de agua de jamaica en la mezcla

Proporción de agua de jamaica con respecto a la mezcla original

1

10/10

10/10

2

1/10

1/10

3

1/10

1/100

… • Y si en el vaso 7 hubiera un millón de cucharadas de la

mezcla, ¿cuántas cucharadas habría de agua de jamaica? ¿Cómo expresarían la concentración de esta mezcla? • Supongan que en lugar de agua de jamaica hubieran utilizado una sustancia ligeramente tóxica, ¿todas las mezclas serían tóxicas? Expliquen sus respuestas • Comparen sus resultados con el resto del grupo y reflexionen acerca de las limiatciones de nuestros sentidos para identificar pequeñas cantidades de sustancias. •

Les sugerimos que al concluir el experimento, consulten el Apéndice B de este libro, en donde se trata la eliminación adecuada de sustancias. Sigan las indicaciones correspondientes, bajo la supervisión de su profesora o profesor.

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La química y la contaminación del aire En años recientes ha tomado importancia lo que se conoce como toxicidad crónica, es decir lo que sucede cuando un organismo se ve expuesto a pequeñas dosis de una sustancia durante un tiempo prolongado. Tal es el caso de los contaminantes del ambiente. Si bien la industria química ha contribuido a contaminar el ambiente, también el conocimiento químico ha permitido identificar las sustancias contaminantes y sus principales fuentes de emisión. Así, se han clasificado como contaminantes primarios a las sustancias que se incorporan directamente a la atmósfera y que son producidas tanto por diversas actividades humanas (en especial las relacionadas con el uso de combustibles fósiles), como por algunos fenómenos naturales, por ejemplo, erupciones volcánicas, descomposición de cadáveres y los incendios, aunque estos últimos también pueden ser provocados por los seres humanos. Entre los contaminantes primarios están el dióxido de carbono (CO2), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NO y NO2). Los contaminantes secundarios, como el ozono, se forman en la atmósfera a partir de los contaminantes primarios o de los componentes naturales de éste, o de ambos.

Conéctate En el siguiente sitio hallarás una breve reseña histórica de las acciones que se han tomado en la Zona Metropolitana del Valle de México para disminuir la contaminación del aire: www.ine.gob.mx/ueajei/ publicaciones/libros/394/cap1.pdf Para conocer las normas de calidad del aire: www.edomex.gob.mx/sma/se/rama/ html/conceptos_normatividad.htm Conoce este espacio de convergencia para organizaciones y personas interesadas en temas ambientales y sociales: www.ecoportal.net/

En el aire también existen partículas sólidas provenientes de actividades humanas (como la quema de desechos o de pastizales para siembra, el uso de vehículos automotores, la erosión por deforestación, defecar al aire libre, la construcción, la minería y el funcionamiento de plantas productoras de energía eléctrica) o de procesos naturales (como incendios forestales, erosión del suelo y erupciones volcánicas). La contaminación atmosférica daña o debilita a los seres vivos, produce o agrava enfermedades (como las respiratorias), daña los edificios y la maquinaria. El problema de contaminación del aire se localiza en las zonas urbanas, y en especial en las grandes ciudades (Fig. 1.23). En nuestro país, una de las más afectadas es la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), que abarca el Distrito Federal y el área conurbada del Estado de México. La concentración de un contaminante gaseoso en el aire se expresa comúnmente en partes por millón (ppm). Si esta expresión se refiere al volumen del contaminante en el aire, una ppm equivaldría a la siguiente relación: 1 ppm =

1 volumen de contaminante un millón de volúmenes de aire

1 ppm =

1 volumen de contaminante 106 volúmenes de aire

Por ejemplo, 1 ppm =

1 cm3 de contaminante 1m3 de aire

1.23 Investiga los efectos a largo plazo en el organismo humano por respirar aire contaminado con altos niveles de plomo, de dióxido de carbono y de humo de cigarro. Lección 1 La química, la tecnología y tú

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Sin embargo, cuando se reportan los valores correspondientes, se omiten las unidades y sólo se indica ppm. Una parte por millón también se puede interpretar como que hay una partícula de contaminante por cada millón de las partículas de otras sustancias que existen en el aire. En el caso de contaminantes sólidos, su concentración se calcula como el cociente de la masa del contaminante respecto al volumen de aire: Concentración del contaminante = Masa del contaminante (microgramos) Volumen de aire (m3) En algunas poblaciones de nuestro país se utiliza el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire, que es un valor de referencia para que las personas conozcan los niveles de contaminación que existen en el lugar donde habitan (Fig. 1.24).

1.24 A finales del siglo XIX , varias ciudades de Europa ya padecían los efectos de la contaminación, Londres era una de ellas. Investiga las acciones que llevaron a cabo las autoridades y los londinenses para resolver este problema.

Cuando el IMECA de cualquier contaminante rebasa los 100 puntos, significa que sus niveles son perjudiciales para la salud. Para conocer más acerca del IMECA y la concentración de los contaminantes del aire, te invitamos a realizar la siguiente actividad. Con ciencia 1 Investiga cómo se califica la calidad del aire, de acuerdo con los valores del IMECA, cuáles son los principales efectos en el organismo humano y qué se recomienda hacer cuando esos valores son elevados. La siguiente tabla muestra la relación entre el IMECA y algunos contaminantes del aire. Intervalo del IMECA

Partículas mayores a 10 micrómetros (μg/m3)

Ozono (ppm)

Monóxido de carbono (ppm)

0 - 50

0 - 60

0 - 0.055

0 - 0.50

51 - 100

61 - 120

0.056 - 0.110

0.51 - 11.0

101 - 150

121 - 220

0.111 - 0.165

11.01 - 16.50

151 - 200

221 - 320

0.166 - 0.220

16.51 - 22.00

>200

>320

>0.220

>22.00

■ Con base en la información anterior, responde las siguientes preguntas: • ¿Cómo interpretas las unidades de la concentración de contaminantes y del aire? • Describe la relación entre la concentración del contaminante y los valores del IMECA. ■ Investiga en qué poblaciones de nuestro país se utiliza el IMECA.

2 Resuelve el siguiente problema: El ozono es un gas que se considera contaminante del aire en la troposfera. De acuerdo con las Normas de Calidad del Aire vigentes en nuestro país, el valor límite de exposición al ozono, durante una hora, es de 0.11 ppm. • ¿Cuál sería la concentración del ozono en el aire si se expresara en porcentaje en

volumen? • ¿Por qué la concentración del ozono en el aire se expresa en ppm y no en

porcentaje en volumen? ■ Compara tu respuesta con el resto del grupo y reflexionen acerca de la utilidad de

expresar la concentración en ambas formas.

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Bloque 1 Las características de los materiales

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Conéctate

La contaminación, la legislación y el modelo de desarrollo Los primeros estudios de detección de la contaminación en México se remontan a la década de 1970. Desde esa fecha, y con el propósito de mejorar la calidad del aire, se han puesto en marcha varias acciones, se crearon diversas instituciones ambientales y se aprobaron leyes y normas para regular la emisión de contaminantes. El 23 de enero de 1988 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la Ley General del Equilibro Ecológico y la Protección al Ambiente. Para que conozcas algunos de sus planteamientos, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Consulta la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección del Ambiente en: www.bibliojuridica.org/libros/2/542/5. pdf www.somosamigosdelatierra. org/13_curiosidades/ecohuella/ ecohuella.htm

Con ciencia 1 Forma un equipo de cuatro integrantes y consigue el Diario Oficial de la Federación donde se publicó la Ley General del Equilibro Ecológico y Protección al Ambiente (lee el recuadro Conéctate en esta misma página). ■ Les recomendamos tener a la mano un libro de biología y un diccionario, y anotar

en su bitácora las palabras que no conozcan así como su significado.

¿Sabías... …qué es la huella ecológica?

■ Lean el artículo 3 del Capítulo 1. Comenten su interpretación de los conceptos que

allí se definen y den un ejemplo que aplique a cada uno. De ser posible elaboren un dibujo para cada concepto. ■ Revisen los artículos 1 y 2 del Capítulo 1 para que conozcan el contenido general de

la ley. Esta actividad no pretende que memoricen los conceptos ni el contenido de dicha ley. • Comenten con el resto del grupo si esta ley garantiza el cuidado y mejoramiento

del ambiente.

Para disminuir la contaminación y preservar los recursos naturales es importante cambiar nuestras actitudes hacia el medio ambiente(Fig. 1.25). ¿Recuerdas que desde 5o. de primaria estudiaste qué es el desarrollo sustentable? ¿Consideras que si un modelo de desarrollo lo tomara en cuenta, se podrían resolver muchos de los problemas ambientales? Para reflexionar acerca de estas preguntas te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Si cada habitante de América Latina tuviera el consumo del ciudadano promedio estadounidense, requeriríamos un planeta 2.5 veces mayor para satisfacer nuestras necesidades. Este dato se calcula a partir de la “huella ecológica” de las personas. Con sólo responder una serie de preguntas es posible medir cuánta superficie terrestre necesita una persona para obtener su alimentación, vivienda, vestuario, transporte, etcétera, en la página. www.wwf.org.mx/wwfmex/he_ cuestionario.php

En el Ateneo 1 Investiga cuáles son las principales posiciones a favor del desarrollo sustentable y las de la globalización para garantizar los recursos para generaciones futuras. ■ Organiza un debate con tus compañeros y compañeras de grupo y reflexionen

también acerca del papel de la sociedad civil para encontrar un punto de acuerdo entre ambas posiciones, así como respecto a que “la contaminación ambiental es un problema cuya disminución o solución involucra a toda la población”. ¿Consideran que modificar sus hábitos de consumo puede contribuir al desarrollo sustentable? ■ Organicen una exposición de carteles para compartir esta información con el resto

de la comunidad escolar.

¿Qué aprendí en esta lección? Después de lo que has estudiado en esta lección, revisa la tabla de la página 9 y verifica si lograste los aprendizajes correspondientes. De no ser así, reflexiona sobre las posibles causas y coméntalas con tu maestro o maestra para que te oriente.

1.25 Mientras la sociedad siga funcionando con un modelo de desarrollo basado en el consumo desmedido, y la idea de que los recursos naturales existen sólo para que los seres humanos los usemos, sin cuidarlos para las generaciones futuras, no podrá funcionar una legislación adecuada.

Lección 1 La química, la tecnología y tú

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LECCiÓN

Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

2

2.1 ¿Qué percibimos de los materiales? Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales Identificar ciertas propiedades de los materiales no es difícil, inténtalo. Elige alguno y, con sólo observarlo, podrás percibir su color, su opacidad o transparencia, o si es sólido, líquido o gas; si lo manipulas, comprobarás su dureza o suavidad, o si conduce o no el calor (Fig. 1.26). En la siguiente actividad usa tu experiencia para identificar los objetos y materiales con que se elaboraron, sin emplear el sentido de la vista. En el Ateneo

1.26 Antes de elaborar sus productos, los fabricantes consideran el uso que éstos van a tener y eligen los materiales de acuerdo a sus propiedades. ¿Qué características tendrán los materiales empleados para elaborar los trajes de los atletas?

1 Forma un equipo de cuatro compañeros y compañeras. Se necesita Objetos de distintas formas y texturas elaborados con diferentes materiales (vidrio, plástico, metal, tela u otros) Alimentos y productos con aroma (asegúrate de que no sean tóxicos ni irritantes) 2 mascadas o trapos limpios para vendar los ojos Procedimiento ■ Un integrante del equipo deberá conseguir los objetos antes listados, asegurándose de que los demás integrantes no vean tales artículos. ■ La persona que reunió los objetos, vendará los ojos de dos integrantes del equipo

(el cuarto integrante registrará las observaciones) y les dará cada objeto y producto por separado para que los describan con los ojos vendados. ■ Es importante que proporcionen la mayor cantidad de información y traten de

identificarlos, si es posible. ■ Cada estudiante deberá indicar las principales propiedades de los objetos y

productos que favorecieron la identificación. ■ Elaboren un cuadro como el siguiente en sus bitácoras y complétenlo:

Objeto o producto

Características

¿Lo identificaste?

Características que facilitaron la identificación

■ Contesten las siguientes preguntas con base en la información del cuadro: • ¿Pudieron identificar todos los objetos y productos? Indiquen por qué sí o por qué no. • ¿Qué características son comunes en distintos objetos y productos? ¿En qué son

distintos? • Describan ambos tipos de características. ¿Cuáles de ellas les ayudan a

identificarlos? ¿Por qué? • Comparen los resultados con el grupo y reflexionen acerca de la importancia de

conocer las características de un objeto o material.

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Bloque 1 Las características de los materiales

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Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales En la actividad previa pudiste identificar, sólo con cuatro de tus sentidos, algunas características o propiedades de la materia en el mundo de lo macroscópico. En tu curso de Ciencias II viste que hay una forma de clasificar la materia según su estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso, plasma), que cada uno de ellos tiene propiedades distintas, y que el modelo cinético de las partículas permite explicar esas propiedades; además, el mismo modelo nos ayuda a comprender lo que sucede en el mundo de las partículas, que no podemos percibir con los sentidos. En el campo de la química, algunas propiedades y transformaciones de la materia se perciben con los sentidos, pero las explicaciones acerca de su estructura, sus propiedades y transformaciones se relacionan con el mundo de las partículas, de dimensiones tan pequeñas que no se pueden ver con microscopios comunes: el mundo del microcosmos (Fig. 1.27). El siguiente experimento te ayudará a reflexionar acerca de las limitaciones de nuestros sentidos para identificar las propiedades de los materiales. Realízalo en tu hogar.

1.27 Gracias al microscopio de barrido por tunelaje es posible tener imágenes de las partículas que componen la materia. En la fotografía se muestran las crestas de hélices del ADN.

En el Ateneo 1 Forma un equipo de dos integrantes y recuerden hacer sus anotaciones en su bitácora. Se necesita 1 cuchara pequeña ½ taza de fécula de maíz ¼ taza de agua tibia 1 tazón de plástico 3 hojas de periódico Servilletas de papel Procedimiento ■ Elijan un lugar fácil de limpiar y cubran el área de trabajo con los periódicos. ■ Antes de trabajar, lean con atención este párrafo y planteen su hipótesis. En este experimento mezclarán la fécula de maíz con el agua. Identifiquen las propiedades de estas sustancias con sus sentidos. Predigan qué sucederá al combinarlas, ¿qué características tendrá la mezcla? ■ Coloquen media taza de fécula de maíz en el tazón. ■ Agreguen un cuarto de taza de agua y mueve la mezcla con sus dedos para incorporar las sustancias. ■ Dejen reposar la mezcla durante 2 minutos y observen su apariencia. • ¿Cómo clasificarían su estado de agregación? ■ Esparzan 1 cucharadita de fécula de maíz sobre la mezcla y presionen ligeramente hasta que quede lisa. • ¿Qué creen que sucederá si introducen un dedo en la mezcla? A partir de aquí, les sugerimos que uno de ustedes realice la actividad y el otro haga las anotaciones. ■ Introduce tu dedo índice en la mezcla, con un movimiento lento y suave. Retíralo en seguida e introdúcelo de nuevo, pero ahora de manera brusca y rápida. Anoten sus observaciones.

■ Toma un puño de la mezcla y colócalo sobre la palma de

tu otra mano. Raspa la superficie de esta muestra con tus dedos y colócala de inmediato en la palma de tu otra mano. Escribe tus observaciones. ■ Toma un poco de la pasta e intenta formar una bola, con movimientos circulares, entre las palmas de tus manos. • ¿Qué sucede mientras manipulas la pasta? • ¿Qué ocurre cuando interrumpes el movimiento? ■ Trata de estirar muy lentamente la pasta con las manos, ¿qué sucede? Repite lo anterior pero con un movimiento rápido. Registra tus observaciones. ■ Separa con rapidez una porción de la pasta, colócala en la palma de tu mano y ciérrala de inmediato. Abre y cierra ligeramente tu mano. ¿Qué sucede? Análisis y conclusiones ■ Elaboren un cuadro que permita comparar las propiedades del agua, de la fécula de maíz y de la mezcla. ■ Respondan con base en sus observaciones y conocimientos sobre las propiedades generales de los sólidos y líquidos. • ¿Cómo definirían el estado de agregación de la mezcla? • ¿Consideran que hay fronteras precisas entre los sólidos, líquidos y gases? ■ Discutan sus resultados con el resto del grupo y reflexionen acerca de las limitaciones de nuestros sentidos para identificar las propiedades de la materia. Les sugerimos que al concluir el experimento, consulten el Apéndice B de este libro, en donde se trata la eliminación adecuada de sustancias. Sigan las indicaciones correspondientes, bajo la supervisión de su profesora o profesor.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación Algunas propiedades de las sustancias se pueden observar y medir sin que cambie su identidad; es decir, no se forman sustancias distintas a las originales. Estas características se conocen como propiedades físicas. Observa en el cuadro siguiente algunas propiedades físicas de la materia. Propiedad

1.28 Así como reconoces a tus amigos por su apariencia física (su estatura o su complexión), también identificas diversos objetos por su color, forma, olor, textura y estado de agregación.

Glosario

Descripción

Color

¿Tiene color la sustancia o es incolora? ¿Cuál es su color?

Olor

¿Emite algún aroma la sustancia? ¿Lo puedes describir?

Masa

¿Qué cantidad de materia contiene?

Volumen

¿Qué espacio ocupa?

Estado de agregación

¿Es un sólido, un líquido o un gas?

Densidad

¿Cuál es el cociente de su masa entre su volumen?

Conductividad eléctrica

¿Conduce la electricidad o no?

Punto de fusión

¿A qué temperatura el sólido se transforma en líquido?

Punto de ebullición

¿A qué temperatura hierve el líquido?

Cualitativo: lo que describe las características de personas, seres vivos o cosas.

Algunas propiedades físicas son descripciones cualitativas de la materia que hacemos a partir de nuestras observaciones con los sentidos (Fig. 1.28). Por ejemplo, “esa bebida es roja”, “el oxígeno es un gas” (Fig. 1.29), sin embargo la explicación de algunas de estas propiedades está en el mundo de las partículas, como viste en tu curso de Ciencias II. “ese libro es grande”. También existen las propiedades cuantitativas, es decir, aquellas cuyo valor se puede medir con algún instrumento. El agua líquida hierve a 100 °C a nivel del mar; una masa de 204 g de azúcar se disuelve en 100 mL de agua. Con ciencia 1 Con base en la información del cuadro anterior, en esta misma página, identifica o investiga las propiedades físicas de las siguientes sustancias: azúcar común (su nombre químico es sacarosa, y su fórmula C12H22O11), cubo de hielo (H2O), cobre (Cu), alcohol etílico (C2H5OH), sal común (cloruro de sodio, NaCl) y agua líquida (H2O). ■ Elabora un cuadro que te permita analizar las propiedades de cada sustancia.

1.29 El modelo cinético de las partículas que revisaste en tu curso de Ciencias II permite explicar las propiedades generales de los sólidos, líquidos y gases. ¿Qué estado de agregación se representa en cada una de estas figuras?

• ¿Algunas sustancias tienen propiedades similares? De ser así indica cuáles son. • ¿Cuál o cuáles propiedades se pueden medir? • ¿Cualquier propiedad de las sustancias te permite identificarlas? Justifica tus

respuestas. ■ Compara tus respuestas con las del resto del grupo y reflexionen si una sola

propiedad permite la identificación de las sustancias.

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Bloque 1 Las características de los materiales

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5/23/08 1:02:02 PM


2.2 ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales? En esta actividad prepararás una pasta de migajón para modelar y tendrás oportunidad de reflexionar acerca de la importancia de la medición. En el Ateneo 1 Reúne un equipo de cuatro integrantes y registra todas tus observaciones en la bitácora. Se necesita 80 g pan de caja blanco sin corteza y desmenuzado 9 mL de glicerina 9 mL de pegamento blanco líquido 3 mL de jugo de limón 1 balanza 1 bandeja de plástico de 1 L 1 cuchillo 1 jeringa desechable de 10 mL sin aguja 1 jeringa desechable de 3 mL sin aguja Procedimiento ■ Retiren la corteza de las rebanadas de pan con el cuchillo. Háganlo con precaución. Desmenucen el pan con sus manos, de manera que obtengan pequeñas virutas. ■ Sin utilizar instrumentos de medición, estimen las cantidades aproximadas de

ingredientes descritas en la lista. Adiciónenlas en el recipiente de plástico en el orden en que se piden y formen una mezcla. ■ Repitan el procedimiento anterior, pero ahora midan las sustancias con los

instrumentos adecuados. ■ Froten sus manos ligeramente con un poco de glicerina, para evitar que la pasta se

pegue a ellas. Análisis y conclusiones ■ Comparen las propiedades de ambas pastas e intenten modelar un objeto con cada una. ■ Si desean modelar otros objetos, guarden la pasta en una bolsa de plástico, a la que le hayan extraído el aire, y ciérrenla. No la dejen en el refrigerador, pues se endurece. A temperatura ambiente se conserva alrededor de una semana. Si se enlama deben desecharla. ■ Compartan sus resultados con el resto del grupo y reflexionen por qué es importante la medición al realizar algún experimento.

La medición forma parte de nuestra vida diaria. La ropa y el calzado que usas, corresponden a determinada talla. Hay un horario establecido para entrar y salir de la escuela. La medición también proporciona información importante acerca de las propiedades de objetos y sustancias, y de las características de un fenómeno. Como recordarás, la medición consiste en comparar una característica de un objeto o fenómeno con una unidad previamente establecida (Fig. 1.30). Durante mucho tiempo, los seres humanos utilizaron diversos objetos o partes del cuerpo (brazos, antebrazos, pies, dedos) como unidades de comparación, hasta que se llegó al acuerdo de usar patrones de medición reconocidos

1.30 El proceso de medición implica la lectura de números en un instrumento como la balanza, el termómetro, la cinta métrica, el reloj, o algún otro. Las unidades del SI, que se muestran en la siguiente página, son la referencia internacional de las marcas y escalas de este tipo de instrumentos.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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internacionalmente. Un patrón de medición es una unidad de características conocidas que se establece como referencia y con la cual se comparan las características de un objeto determinado, así, el metro es un patrón. A partir de 1960, durante la Undécima Conferencia General de Pesos y Medidas, se adoptó el Sistema Internacional de Unidades (SI) formado por siete unidades fundamentales, que se presentan a continuación. Unidades fundamentales del SI Magnitud Unidad Longitud

Símbolo

Metro

m

Masa

Kilogramo

kg

Tiempo

Segundo

s

Intensidad de corriente eléctrica

Ampere

A

Kelvin

K

Mol

mol

Candela

cd

Temperatura Cantidad de sustancia Intensidad luminosa

Unidades derivadas del SI Nombre de la unidad SI

Símbolo

Superficie

metro cuadrado

m2

Volumen

metro cúbico

m3

Velocidad

metro por segundo

m/s

metro por segundo al cuadrado

m/s2

kilogramo por metro cúbico

kg/m3

Volt-Ampere

VA⫺1

Magnitud

Aceleración Masa/volumen (densidad) Resistencia eléctrica

La mayoría de las unidades del SI las utilizaste en Ciencias II. En este curso revisaremos la magnitud de cantidad de sustancia y su unidad mol en el Bloque 3. Propiedades extensivas y su medición: la masa y el volumen Si tienes una caja llena de libros y otra similar pero llena de hule espuma, ¿cuál tiene mayor masa?, ¿cuál mayor volumen?, ¿en qué unidades expresarías estas magnitudes? La masa de un cuerpo es la medida fundamental (magnitud) de la cantidad de materia que contiene. La unidad de masa en el SI es el kilogramo. Sin embargo, en nuestra vida cotidiana utilizamos múltiplos y submúltiplos de esta unidad, según la masa de los objetos (consulta el Apéndice E).

Balanza granataria

1.31 Los instrumentos de medición se basan en una unidad patrón y permiten medir un objeto asignándole un valor numérico.

36

La masa de un objeto se determina con las balanzas; la más utilizada en los laboratorios escolares es la granataria (Fig. 1.31). Si en tu escuela hay una balanza, pide a tu maestro o maestra que te enseñe a usarla y a conservarla. En los laboratorios científicos es común el uso de la balanza analítica o de la balanza electrónica. En la página siguiente te proponemos construir una balanza.

Bloque 1 Las características de los materiales

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En el Ateneo 1 Integren un equipo con tres compañeras y compañeros y construyan una balanza con materiales de uso cotidiano. Se necesita 1 gancho para ropa Hilo delgado y resistente 2 vasos cónicos de papel Plastilina 1 balanza con pesas Procedimiento ■ Construyan un dispositivo como

el que se muestra en la figura. ■ Modelen varias pesas de 1 g, 5 g y 10 g con la plastilina. Si en tu escuela no hay

una balanza, pueden acudir a algún comercio para calibrar sus pesas. ■ Determinen la masa de objetos como plumas, lápices y gomas con la balanza que

construyeron. ■ Elaboren un cuadro con sus resultados. • ¿Qué harían si la balanza no les permite medir la masa de un solo objeto

muy pequeño? • ¿Cómo determinarían su valor utilizando su balanza? ■ Con la misma balanza de laboratorio o de algún comercio determinen la masa de

los mismos objetos y anoten sus resultados en el cuadro. • ¿Son similares sus mediciones? ¿Qué tanto? • ¿Qué ventajas y desventajas tiene su balanza con respecto de la del laboratorio

o del comercio?

1dm3

1m3

1.32 Un metro cúbico equivale a 1 000 dm3 y a 1 000 000 de cm3. ¿Sabes cuántos metros cúbicos de agua se consumen en tu casa? Revisa el recibo correspondiente.

El volumen El espacio que ocupa la materia corresponde a su volumen y se mide en tres dimensiones: largo, ancho y altura. La unidad fundamental del volumen en el SI es el metro cúbico, que equivale al espacio ocupado por un cubo que mide 1 metro por lado (Fig. 1.32). Sin embargo, en nuestra vida cotidiana los objetos tienen volúmenes más pequeños, por lo que es más conveniente emplear los submúltiplos del metro cúbico, como el cm3 y el dm3. Para determinar el volumen de sólidos regulares, utilizamos relaciones matemáticas establecidas según la forma del objeto. En tus clases de Matemáticas de cursos anteriores calculaste el volumen de diversos cuerpos como la esfera, el cilindro o el cubo. En el caso de líquidos se utilizan recipientes de distinta capacidad para determinar su volumen (Fig. 1.33). La capacidad es el volumen máximo de un líquido que puede contener un recipiente. En los laboratorios escolares se utilizan diversos recipientes como matraces, probetas y vasos de precipitados. En el apéndice D de este libro se incluyen ilustraciones de los instrumentos y materiales de uso común en el laboratorio escolar.

1 dm3

1L

1.33 En la vida cotidiana se emplean las unidades de capacidad de los recipientes para expresar el volumen de los líquidos. En este caso, el litro y los mililitros.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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1000 mL

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Para determinar el volumen de objetos sólidos pequeños de forma irregular, se utilizan recipientes graduados, como una probeta que contenga un líquido, por ejemplo, agua: se introduce el objeto y se mide el volumen de líquido que haya desplazado. La masa y el volumen son propiedades extensivas, ya que su valor depende de la cantidad de materia.

Propiedades intensivas y su medición: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/V) y solubilidad Existen otras propiedades cuyo valor no se modifica al disminuir o aumentar la cantidad de materia, son las propiedades intensivas que estudiaremos a continuación.

Densidad En nuestra vida cotidiana movemos de lugar diversos objetos. Supón que vas a cambiar de lugar dos cajas de capacidad similar. La primera está llena de libros y la segunda con bolas de poliestireno (Fig. 1.34). Antes de levantarlas, estimas visualmente su masa y volumen, y preparas tus músculos. Cuando comparas la masa y el volumen de la caja de libros con la masa y el volumen de una caja similar de bolas de poliestireno, estás estimando su densidad. La densidad es la masa de una sustancia contenida en una unidad de volumen. Entre otras, es una propiedad física útil para identificar sustancias ya que, a una misma temperatura, se mantiene su valor, aunque varíe la cantidad de materia. 1.34 Los libros ocupan el mismo volumen (la caja) que las bolas de poliestireno. ¿Qué sucede con su masa?

La densidad se representa con la letra griega ␳ (ro) y se calcula mediante la expresión:

Masa (kg) Volumen (m3) m t=V

Densidad =

La unidad de la densidad en el SI es el kg/m3; sin embargo, en la vida cotidiana el m3 es una unidad de volumen poco práctica, por lo que se reporta en unidades derivadas del SI: para los sólidos en g/cm3 y para los líquidos y gases en g/mL. Si deseamos calcular la densidad de una sustancia mediante la fórmula, debemos conocer el valor de la masa y su volumen. A continuación desarrollamos un ejemplo y en la sección “Demuestro lo que sé y lo que hago” hallarás más propuestas para ejercitarte.

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Bloque 1 Las características de los materiales

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Un minero encontró un pedazo pequeño de piedra de color dorado. Le surgió la duda si ésta era de oro o pirita, una sustancia formada por azufre y hierro [FeS2, sulfuro de hierro(II)]. La pirita se conoce como “oro de los tontos”, ya que su color es parecido al de ese metal (Fig. 1.35). La masa de la piedra era de 16.5 g y al introducirla en una probeta con 50 mL de agua, el volumen aumentó a 53.3 mL. Ayuda al minero a identificar si la piedra es realmente de oro. La densidad del oro es 19.32 g/cm3. Primero debemos calcular la densidad de la piedra y compararla con la del oro. Así sabremos si realmente es de esta sustancia o no. m Para determinar la densidad con la fórmula t = V necesitamos conocer la masa y el volumen de la piedra. mpiedra = 16.5 g El volumen de la piedra se obtiene por la diferencia de volumen del agua en la probeta al introducir la piedra:

1.35 La pirita se parece tanto al oro que resulta difícil diferenciarlos a simple vista.

Vfinal - Vinicial = 53.3 mL - 50 mL = 3.3 mL Vpiedra = 3.3 mL Por lo tanto:

16.5 g 5g 5g m t piedra = V = 3.3 mL = mL = cm3 5g t piedra = cm3

Este resultado nos indica que la piedra no es de oro. En el cuadro siguiente se incluye la densidad de algunas sustancias.

Densidad de algunas sustancias comunes, a 20 °C Material Oxígeno (1 atm de presión)

Estado de agregación gas

Densidad (g/mL o g/cm3) 0.0013

Gasolina

líquido

0.68

Hielo (0°C)

sólido

0.917

Agua (4.0 °C)

líquido

1.000

Sal (cloruro de sodio)

sólido

2.16

Hierro (Fe)

sólido

7.87

Mercurio

líquido

13.6

Oro

sólido

19.32

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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La densidad de una sustancia varía según su estado de agregación. En general, los gases son menos densos que los líquidos, y éstos que los sólidos (Fig. 1.36). Sin embargo, el valor de la densidad de una sustancia es el mismo cuando se encuentra a una misma temperatura. La densidad es una propiedad intensiva. Para que un cuerpo flote en algún fluido, debe ser menos denso que el medio.

Con ciencia 1.36 En tu curso de Ciencias II viste que muchos sólidos son más densos que sus líquidos, por lo tanto pueden hundirse en éstos. ¿Puedes explicar entonces por qué el hielo flota sobre el agua líquida?

1 Se necesita Cinta métrica u otro instrumento para medir longitud Procedimiento ■ Determina el volumen de una habitación de tu casa. Si la densidad del aire es 0.0013 g/cm3 calcula la masa de aire que existe en dicha habitación. ■ Con base en los datos de densidad que se incluyen en el cuadro de densidades,

predice lo que sucedería si colocaras un clavo de hierro en un recipiente que contiene mercurio. • ¿Qué observarías si colocaras una medalla de oro en el mismo recipiente?

Conéctate En el siguiente sitio podrás observar un experimento virtual relacionado con la viscosidad de algunos fluidos y su variación con la temperatura. www.seed.slb.com/es/scictr/lab/ visco_exp/index.htm

Viscosidad Es probable que últimamente hayas disfrutado de alguna golosina o una paleta cubierta con chocolate. Su preparación tiene que ver con una propiedad de la materia conocida como viscosidad. Por ejemplo, entre más viscoso sea el chocolate la cubierta será más espesa. La viscosidad es la resistencia de un líquido a fluir (Fig. 1.37). Una forma de comparar la viscosidad de distintos líquidos es determinar el tiempo que tardan los objetos en sumergirse en ellos. En general la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura. En el experimento de la fécula de maíz con agua que realizaste al inicio de esta lección, observaste que la fluidez de la mezcla variaba si la batías, ejercías o no presión sobre ella o si la vertías. Esto es porque su viscosidad se modifica con estos procesos. Estos líquidos se conocen como líquidos no newtonianos y tienen la particularidad de convertirse en un sólido si se aplica presión sobre ellos, pero si ésta disminuye, se libera líquido.

1.37 Los números que aparecen en los aceites para vehículos tienen relación con su viscosidad.

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El atole también es un líquido no newtoniano. Cuando lo agitas con una cuchara se observa un pequeño movimiento de retroceso.

Bloque 1 Las características de los materiales

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Temperatura de fusión y temperatura de ebullición Otra propiedad de la materia que se capta con facilidad es su estado de agregación (aunque a veces nuestros sentidos nos engañen), el cual se relaciona estrechamente con otra propiedad: la temperatura que determina si es posible transferir energía de un cuerpo a otro y la dirección en la que esto se realiza. En tu curso de Ciencias II Física se definió la temperatura como el promedio de la energía cinética de las partículas que componen un material. La unidad fundamental de la temperatura en el SI se mide en kelvines (sin mayúscula) y se representa con K (sin el símbolo de grado, °).

K 380 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260

°C 373.15

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ⫺10

273.15

°F 100.00

37 °C

0.00

⫺250 ⫺260 ⫺270

20 10 0

212.00 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0.00

Sin embargo, en la vida cotidiana la temperatura se mide en grados Celsius o centígrados (°C). En algunos países se utiliza la escala Fahrenheit (°F) (Fig. 1.38). La temperatura de los materiales a menudo afecta otras propiedades, como el estado de agregación. A temperatura ambiente, el agua es un líquido; el azúcar, un sólido; y el oxígeno, un gas.

32.00

⫺420 ⫺430 ⫺440 ⫺43\50 ⫺460

⫺273.15

⫺459.67

1.38 La temperatura corporal considerada como normal es 37 °C, 98.6 °F y 310 K.

Una misma sustancia puede ser un sólido, un líquido o un gas dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Es probable que un día caluroso hayas constatado el cambio de estado de una barra de chocolate en tu mochila, con consecuencias “desastrosas”. Lo mismo ocurre con las sustancias, por ejemplo, la sal común sólida (cloruro de sodio, NaCl) se funde a una temperatura de 804 °C, mientras que el hielo a 0 °C a nivel del mar, y el oxígeno a –218 °C. La temperatura de fusión es la temperatura a la cual un sólido se transforma en líquido. A una determinada presión, cada sustancia tiene un valor único de temperatura de fusión, por lo que esta propiedad de la materia ayuda a identificar las sustancias (Fig. 1.39). La temperatura de ebullición es la temperatura a la cual hierve un líquido. A 1 atm de presión, el alcohol etílico hierve a 78.5 °C, el oxígeno líquido a –183 °C y el agua a 100 °C. La temperatura de fusión y la temperatura de ebullición son propiedades que nos ayudan a identificar las sustancias. Con relación a la temperatura de ebullición, te proponemos realizar la actividad de la siguiente página.

1.39 Casi siempre, la temperatura de fusión corresponde también a la temperatura de congelación. El uso de las palabras fusión y congelación depende del estado de agregación en que se encuentra la sustancia. Así, el hielo se funde a 0 °C, a 1 atm, pero también el agua líquida se congela a esa misma temperatura.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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En el Ateneo 1 En esta actividad van a hervir dos volúmenes distintos de agua. Elaboren una hipótesis acerca de lo que ocurrirá con la temperatura de ebullición de las muestras y si hervirán al mismo tiempo. Recuerden hacer anotaciones en su bitácora. Se necesita 2 pocillos de 250 mL del mismo material, o dos vasos de precipitados de la misma capacidad 1 taza 2 termómetros que midan temperaturas por arriba de 100 °C 2 parrillas iguales (o una de dos plazas) 1 hoja de rotafolio Plumones Procedimiento ■ Forma un equipo de tres compañeros. ■ Viertan media taza de agua en uno de los pocillos y en el otro una taza de agua. ■ Introduzcan un termómetro en cada pocillo y anoten el valor de la temperatura del agua. Estos valores corresponden al tiempo cero (t ⫽ 0). ■ Coloquen un pocillo en cada parrilla eléctrica, por separado, y enciéndanla. ■ Registren el valor de la temperatura del agua en ambos recipientes cada dos minutos. Eviten que el termómetro entre en contacto con el recipiente.

■ Con base en sus resultados, contesten las siguientes

preguntas: • ¿Cómo cambia la temperatura con respecto del tiempo? • ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las gráficas? Justifiquen tus respuestas. • ¿Cuál fue el tiempo en que hirvió el agua en cada uno de los recipientes? ¿Cómo lo explicas? • ¿Cuál fue la temperatura a la que hirvió el agua en cada recipiente? ¿Cómo lo explicas? • ¿Qué sucede con la temperatura durante y después de que hierve el agua? ■ Con base en tus aprendizajes sobre los cambios de estado y el modelo cinético de las partículas, de tu curso de Ciencias II, elabora en una hoja de rotafolio un modelo para explicar lo que sucede con la temperatura durante y después de que hierve el agua. ■ Comparen su modelo con los del resto del grupo y reflexionen si la temperatura de ebullición es una propiedad intensiva o extensiva.

Análisis y conclusiones ■ Continúen el calentamiento durante 6 minutos, después de que hierva el agua de cada recipiente. ■ Organicen los datos en un cuadro y elaboren con su equipo una gráfica que muestre la variación de la temperatura contra el tiempo de calentamiento. Usen la misma gráfica para los resultados de ambas muestras.

La solubilidad En la lección anterior iniciaste el estudio de las mezclas. La sustancia que se encuentra en mayor cantidad en una mezcla se denomina disolvente. Las sustancias que se encuentran en menor cantidad reciben el nombre de solutos. Los líquidos están muy presentes en la vida cotidiana y la mayoría son mezclas acuosas. Reciben este nombre porque el disolvente es el agua. Las disoluciones acuosas son un tipo de mezclas cuyos solutos se disuelvenen el agua. Sus componentes no se distinguen a simple vista. El agua mineral, las bebidas preparadas con polvos saborizantes, los blanqueadores de ropa, el vino, el sudor (Fig. 1.40), algunos jugos de fruta procesados, son disoluciones acuosas. Sin embargo, hay sustancias que no se mezclan con el agua, por ejemplo el aceite, la gasolina y cierto tipo de pinturas. Estas sustancias no son miscibles con el agua.

1.40 Cuando transpiras o lloras eliminas soluciones acuosas a través del sudor o las lágrimas.

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La solubilidad es la capacidad de una sustancia para disolverse en otra. Algunas sustancias, como el alcohol y algunos gases, se mezclan con el agua en cualquier proporción. Incluso una mezcla de alcohol con agua tiene un volumen menor al de los dos líquidos por separado.

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Otras sustancias, como la sal (Fig. 1.41), tienen una capacidad limitada para disolverse en agua. Sólo se pueden mezclar hasta cierto límite. Cuando la concentración (la proporción entre sus componentes) de la mezcla es muy baja, se dice que es una disolución diluida. Si la proporción entre los componentes aumenta, se tiene una disolución concentrada. Al llegar al punto en que ya no es posible disolver más soluto (a un determinado valor de temperatura y presión), se dice que la disolución está saturada. En el caso de las disoluciones acuosas, la solubilidad de un soluto es la mayor cantidad de soluto que es posible disolver en 100 g de agua, a cierto valor de temperatura y presión, para formar una disolución saturada, es decir, aquella que no admite más soluto. En algunos casos, al aumentar la temperatura y la presión, se puede rebasar el límite de solubilidad, es decir se puede disolver más soluto. Si se permite que la temperatura descienda lentamente hasta su valor inicial, el soluto puede permanecer disuelto y formar una disolución sobresaturada. La solubilidad de una sustancia puede modificarse al variar la temperatura y la presión. En el caso de los sólidos, su solubilidad no varía mucho con los cambios de presión, pero sí al aumentar o disminuir la temperatura. Para reflexionar sobre esto último te proponemos realizar la siguiente actividad.

1.41 A temperatura ambiente, la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) es 36 g/100 g de H2O, lo cual significa que en 100 g de agua se puede disolver un máximo de 36 g de cloruro de sodio. Si se añadiera más cloruro de sodio a esta disolución, a la misma temperatura, ya no sería posible disolverla y la sal sobrante se depositaría en el fondo del recipiente.

Con ciencia 1 La siguiente gráfica es un modelo que muestra la variación de la solubilidad de tres sustancias sólidas con la temperatura. 100 90 KNO3 g de sustancia/100g H2O

80 70 60 50 40 NaCl

30

KClO3

20 10 0 10

20

30

40 50 60 70 Temperatura (°C)

80

90

100

■ Analiza la gráfica y responde lo siguiente: • ¿Cuál es la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl), del nitrato de potasio (KNO3)

y del clorato de potasio (KClO3) a 20 °C? A esta temperatura, ¿cuál de las sustancias es más soluble en agua? • ¿Cuál de las tres sustancias es más soluble en agua a 50 °C? • ¿Cuál es la menos soluble? • ¿Qué sucede con la solubilidad de las sustancias sólidas al aumentar la

temperatura? ■ Compara tus respuestas con el resto del grupo y reflexionen acerca de: • Cómo se modifica la solubilidad de sustancias sólidas con la temperatura. • Si la solubilidad contribuye a la identificación de las sustancias.

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En el caso de los gases, la variación de la presión y la temperatura tienen un efecto considerable en su solubilidad. Con seguridad has observado que al destapar un refresco se forman burbujas que en ocasiones salen de la botella. Esto es así ya que el gas del refresco se introduce a presión en la botella y al retirar la tapa, disminuye la presión y la solubilidad del gas es menor. Por eso escapa del recipiente y arrastra parte el líquido, lo que forma las burbujas. A diferencia de la mayoría de los sólidos, la solubilidad de los gases disminuye al incrementarse la temperatura. Esto tiene consecuencia en los organismos acuáticos que utilizan el oxígeno disuelto en el agua para respirar, como los peces. Por ejemplo, la temperatura corporal de los peces aumenta o disminuye de acuerdo con la temperatura del agua. Cuando ésta se incrementa, lo hace también la temperatura corporal de los peces, comen más y nadan con mayor rapidez. Por tanto, consumen más oxígeno. Por otro lado, el aumento en la temperatura del agua disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en el agua lo que dificulta el proceso de respiración (Fig. 1.37).

1.42 ¿Qué sucederá con los peces si disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en el agua?

Concentración (m/V) En la Lección 1 de este bloque estudiaste la expresión matemática de la concentración en porcentaje en volumen y en partes por millón (ppm). Otra forma de representar la concentración cuando se tiene un soluto sólido, es relacionando la masa de una sustancia y el volumen final de la mezcla. l ( m) = Concentracion V

Masa (g) Volumen (L)

Por ejemplo, el agua potable contiene diversas sustancias disueltas en bajas concentraciones, como el fluoruro de sodio (NaF), que contribuye a la prevención de la caries dental (Fig. 1.43). La norma mexicana permite una concentración máxima de fluoruro de sodio de 1.5 mg/L. Es decir, cada litro de agua potable debe contener un máximo de 1.5 mg de fluoruro de sodio. Sin embargo, en algunas regiones de nuestro país la concentración de fluoruro de sodio rebasa, de manera natural, los 4 mg/L y puede producir la fluorosis, una enfermedad que vuelve quebradizos a los dientes y los huesos. 1.43 Investiga qué concentración de fluoruro de sodio tiene el agua potable de tu comunidad.

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Observa que incluso las variaciones mínimas en la concentración de las disoluciones son importantes. Recuerda que “la dosis es el veneno”.

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En el Ateneo 1 En esta actividad podrás analizar la concentración de oxígeno en el aire. ■ Formen un equipo de tres compañeras y compañeros. ■ Investiguen la composición del aire en la troposfera. En el aire, el oxígeno ■ Redondeen los valores de porcentaje del nitrógeno y y el nitrógeno se del oxígeno. presentan como ■ Si interpretan el porcentaje como cantidad de partículas: • ¿En qué proporción se encuentran las partículas de

nitrógeno respecto a las partículas de oxígeno? • ¿Cuántas partículas de nitrógeno existen por cada

partículas dobles. Su representación en el lenguaje químico es O 2 y N2 respectivamente.

partícula de oxígeno? ■ Los siguientes modelos representan la composición del aire, pero sólo se considera

al nitrógeno y al oxígeno. Tomen en cuenta el modelo cinético de las partículas para el estado gaseoso, analicen las figuras y elijan la que representa mejor la composición del aire. Indiquen qué errores encuentran en los modelos que eliminan.

• ¿Cómo está representada la concentración del oxígeno en el recuadro

que eligieron? ■ La siguiente gráfica representa la variación de la concentración de oxígeno

con la altitud.

Concentración (g/m3)

250 200 Pico de Orizaba (5 747 m)

150

Monte Everest (8 880 m)

100 50 0

2

4

6

8

10

12

14 Altitud (km)

• ¿En qué magnitudes está expresada la concentración? ■ Expliquen qué es la altitud. Investiguen la altitud en su comunidad y en la Ciudad

de México. ■ De acuerdo con la gráfica anterior, indiquen el valor aproximado de la concentración

de oxígeno en el nivel del mar, en su localidad, en la Ciudad de México, en el Pico de Orizaba y en el Monte Everest. ■ Describan cómo varía la concentración de oxígeno en el aire al aumentar la altitud. ■ Comenten sus resultados con el resto del grupo y reflexionen acerca de la dificultad que representa para los deportistas competir en una localidad como la Ciudad de México.

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2.3 ¿Qué se conserva durante el cambio? La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa. La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier El proceso por el que una sustancia se quema en el aire es una transformación de los materiales que siempre ha llamado la atención del ser humano, aunque en un principio no se comprendieran sus causas. El uso del fuego, hace aproximadamente 6 000 años, permitió cocinar y conservar alimentos, elaborar cerámica y obtener y fundir metales para elaborar mejores herramientas y armas, y resolver así muchas situaciones de la vida cotidiana. Sin embargo, en los primeros siglos de nuestra era, el trabajo de los alquimistas fue muy importante en la transformación de los materiales (Fig. 1.44). 1.44 En su búsqueda de la transmutación, los alquimistas llevaron a cabo diversas transformaciones de los materiales, obtuvieron nuevas sustancias (como los ácidos clorhídrico y sulfúrico) y diseñaron y elaboraron diversos aparatos.

El origen de la palabra alquimia es incierto, pero se le relaciona con el término egipcio kemi que puede traducirse como “tierra negra”, y con el griego chymia que se refiere al trabajo de fundición y moldeado de los metales. También de la voz árabe al-khemia. Los alquimistas se dedicaban a la transformación de las sustancias en la búsqueda de la purificación del ser humano (Fig. 1.45). Pretendían encontrar la llamada piedra filosofal que les permitiría transformar los metales en oro. También buscaban el elixir para lograr la juventud eterna. Alrededor de 1700, Georg Ernest Stahl propuso la teoría del flogisto. De acuerdo con ella, cuando un material ardía se liberaba flogisto, “algo” asociado a un principio inflamable, que se incorporaba al aire. Así, las sustancias con mucho flogisto ardían con mayor facilidad y lo que quedaba del material ya no podía arder, pues no contenía más flogisto. En esas épocas diversos científicos estaban interesados en estudiar los “aires” (gases) que se producían durante las transformaciones de los materiales, pero una de las dificultades que enfrentaban es que tan pronto surgían, se incorporaban al aire (Fig. 1.46).

1.45 Los alquimistas representaban con signos los materiales que utilizaban, así como las operaciones que efectuaban para transformar los materiales. Ocultaban su trabajo mediante el uso de un lenguaje nada fácil de descifrar.

1.46 En 1727 el inglés Stephen Hales construyó un cajón neumático que le permitió atrapar los gases producidos durante la fermentación de los vegetales. Sin embargo, algunos gases se disuelven en agua y no era posible atraparlos con este método. Cavendish sustituyó agua por mercurio y pudo atrapar gases solubles en agua.

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Durante el siglo XVIII prevalecía la idea de que el aire era un elemento y no una mezcla de gases como lo concebimos en la actualidad. Sin embargo, en ese tiempo se descubrió que había “varios tipos de aire”. Ahora sabemos que se trata de sustancias que forman parte del mismo. Por ejemplo, Carl W. Scheele (1742-1786) y Joseph Priestley (1733-1804) descubrieron el oxígeno (O2). Henry Cavendish (1731-1810), en 1766, descubrió el hidrógeno (H2) y también obtuvo por primera vez agua (H2O), al hacer pasar una chispa eléctrica en una máquina electrostática que contenía una mezcla de hidrógeno y oxígeno. En 1772, James Rutherford descubre el gas actualmente conocido como nitrógeno (N2).

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El científico francés Antoine Lavoisier (1743-1749) también mostraba gran interés por lo que sucedía cuando ardían las sustancias, así como por las transformaciones de los metales. Buscó información relacionada con estos temas y retomó los experimentos realizados al respecto por Robert Boyle (1627-1691) y Joseph Priestley (1733-1804), entre otros científicos. Repitió los experimentos pero determinó las masas de las sustancias y los recipientes antes y después de las reacciones químicas. Al principio, las mediciones realizadas por Lavoisier en recipientes abiertos parecían confusas. En algunos casos, la ceniza que quedaba de las sustancias calcinadas tenía menos masa. Sin embargo, cuando un metal se exponía al aire, se formaba una sustancia cuya masa era mayor que el metal original. Lavoisier se enfocó en el papel de los gases en estas transformaciones. Para ello, utilizó recipientes cerrados (Fig. 1.47) que le permitieran atrapar y medir la masa de las sustancias y de los gases involucrados en las reacciones químicas. Primero medía la masa del recipiente cerrado que contenía la sustancia y el aire. Después de calentar, y hasta que observaba alguna transformación de la sustancia, medía de nuevo todo el sistema. Al repetir este procedimiento con diversas sustancias, pudo corroborar que no había cambio en la masa total del sistema. El uso de sistemas cerrados que evitaban la entrada y salida de gases, permitió explicar la pérdida aparente de masa durante la combustión. El gas que se desprendía de la sustancia quemada, se incorporaba al aire, pero la masa del sistema permanecía igual. En el caso de los metales, una parte del aire se combinaba con ellos y se obtenía una sustancia con mayor masa. Sin embargo, la aparente pérdida de masa de aire se compensaba con la ganancia de masa de la nueva sustancia. De nuevo, la masa total del sistema no variaba. Los resultados de estos experimentos permitieron a Lavoisier deducir su famosa ley de conservación de la masa, que puede enunciarse como: la masa total de las sustancias que reaccionan, es igual a la de aquellas que se producen en la reacción. En la actualidad se habla de la ley de la conservación de la materia: La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La medición de propiedades extensivas de la materia (estudiadas en la sección 2.2) y la conservación de la masa, ayudaron a explicar el comportamiento de los gases y a fundamentar la teoría atómica, en especial lo relacionado con la masa atómica. En tu curso de Ciencias II viste estos temas y los repasarás en el siguiente Bloque. Aunque Priestley descubrió el oxígeno, Lavoisier estableció su participación en las combustiones y le dio el nombre con que se conoce. Otra de sus aportaciones fue su trabajo con la nomenclatura química, ya que los nombres de las sustancias conocidas hasta entonces causaban confusión. En 1789 publicó su Tratado elemental de química, que fundamenta los conocimientos de esta ciencia y sirvió como referencia para los químicos de la época.

1.47 Lavoisier tenía uno de los laboratorios mejor equipados de su época. El desarrollo de la tecnología del vidrio (con más de 4 000 años de antigüedad hasta entonces) permitió a Lavoisier incorporar a su laboratorio diversos aparatos e instrumentos para realizar mediciones y análisis confiables y reproducibles. Incluso, Lavoisier y sus colaboradores diseñaron algunos de ellos. Su laboratorio puede visitarse en el Musée National des Techniques de París.

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¿Sabías... …que Lavoisier nació en París el 26 de agosto de 1743, en el seno de una familia burguesa? Obtuvo la licenciatura en Derecho, pero su interés por las ciencias lo llevó a tomar clases de física, química, botánica y mineralogía. Tiempo después logró entrar a la Academia de París. En 1766 adquirió una acción de una empresa recaudadora de impuestos. Como es de imaginar, los cobradores de impuestos no eran muy populares entre la población. Al concretarse la Revolución Francesa, Lavoisier fue acusado y arrestado por traición a la patria, por trabajar para la monarquía como recaudador de impuestos. Su laboratorio y sus bienes fueron confiscados. El 8 de mayo de 1794 su vida terminó en la guillotina. Años después, su laboratorio fue devuelto a su viuda (Fig. 1.48).

1.48 Marie Anne fue esposa de Lavoisier. Ella dominaba varias lenguas, entre otras, inglés y latín. Esto le permitió traducir para su marido algunas obras científicas escritas en inglés, por ejemplo, de Priestley y Cavendish. Marie Anne también ilustró varios libros de su marido.

Como podrás darte cuenta, aunque se considera a Lavoisier el padre de la química moderna, él hizo sus descubrimientos tomando en cuenta el trabajo y los conocimientos de otros científicos. En la siguiente actividad te invitamos a diseñar un experimento relacionado con el principio de conservación de la masa, así como a recapitular sobre los trabajos de los científicos mencionados durante el tratamiento de este tema. En el Ateneo 1 Los invitamos a diseñar un experimento que involucre la reacción química que se presenta cuando se pone en contacto un analgésico efervescente en agua. Se necesita 3 muestras de analgésico efervescente (tableta o polvo) 1/2 vaso de agua 1 vaso de agua 2 botellas de plástico transparente de 600 mL (como las de bebidas gaseosas) 4 globos del número 7 o de mayor tamaño 1 embudo de tallo corto 2 ligas Cinta adhesiva 1 balanza Procedimiento ■ Formen un equipo de cuatro integrantes. ■ Disuelvan media tableta o la mitad de un sobre de antiácido efervescente en medio vaso de agua. ■ Anoten sus observaciones en la bitácora. Diseñen un experimento ■ Comenten cómo utilizarían el material descrito para comprobar la ley de la conservación de la masa. ■ Determinen las mediciones que harán y los momentos más adecuados para ello (las cantidades de analgésico y agua que se mencionan permiten realizar varios ensayos). ■ Elaboren un dibujo del dispositivo que propongan y un cuadro para anotar sus resultados. ■ Al concluir el experimento, respondan: • ¿Qué sucedió con los valores de la magnitud que midieron? • ¿Qué semejanza tiene su dispositivo con el tipo de sistema que utilizó Lavoisier para hacer sus experimentos? • ¿El experimento realizado les permitió corroborar la ley de la conservación de la masa? Justifiquen sus respuestas. • Comparen el diseño de su dispositivo y sus resultados con los del resto del grupo y obtengan una conclusión final. 2 Elaboren con el grupo una línea de tiempo considerando los trabajos de los científicos que se mencionan en las dos páginas anteriores. Incorporen también algunos acontecimientos históricos relevantes ocurridos en América y Europa en ese tiempo.

Conéctate Para conocer más sobre la obra de Lavoisier visita el sitio: www.thales.cica.es/rd/Recursos/ rd99/ed99-0314-01/lavoisier.htm o consigue el libro de Hoffmann, Roald, Lo mismo y no lo mismo, México, FCE, 2000.

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■ Si su maestro o maestra accede, peguen en la pared del salón su línea de tiempo,

la cual irán completando durante el ciclo escolar. Como actividad de fin de cursos, pueden invitar a la comunidad escolar a visitar su línea del tiempo de la química.

Les sugerimos que al concluir el experimento, consulten el Apéndice B de este libro, en donde se trata la eliminación adecuada de sustancias. Sigan las indicaciones correspondientes, bajo la supervisión de su profesora o profesor.

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2.4 La diversidad de las sustancias Experiencias alrededor de diversas sustancias Si miras a tu alrededor encontrarás objetos constituidos por diversos materiales: playeras de algodón, libros de papel, pantalones de mezclilla, bolígrafos de plástico, fachadas de cantera, paredes de adobe y muchos más. Algunos materiales existen en la Naturaleza y otros son sintetizados en los laboratorios químicos. Un material puede estar constituido por una o varias sustancias. Una sustancia está formada por un solo componente y posee un conjunto de propiedades que la distinguen de otras. La Chemical American Society tiene registradas más de 32 millones de sustancias. El oro es un material formado por una sola sustancia, aunque el que se usa en joyería es una mezcla de oro, plata y cobre, lo cual mejora su apariencia, dureza y reduce su costo. Gracias al desarrollo de la química, los conocimientos actuales de los materiales favorecen su clasificación. Sin embargo, antes no era así, sólo se contaba con conocimientos empíricos, basados en la experiencia cotidiana, que se transmitían de una generación a otra. Tal es el caso de la herbolaria (Fig. 1.49), el conocimiento empírico de las propiedades y usos de algunas hierbas y plantas. Durante mucho tiempo las academias de medicina no reconocieron el uso de la herbolaria con propósitos curativos. En la actualidad diversas instituciones científicas y laboratorios farmacéuticos estudian un sinnúmero de plantas, flores y raíces para identificar las sustancias responsables del efecto que producen en el organismo. Con ciencia

1.49 La herbolaria constituye una riqueza cultural de nuestro país.

Conéctate Si quieres obtener más información sobre la herbolaria, consulta la siguiente dirección electrónica: www.mexicodesconocido.com.mx/ espanol/naturaleza/flora/decis.cfm ?idsub=29&idsec=10&group_by_ edo=false

1 Reúnete con tres compañeros y compañeras e investiguen sobre algunas plantas medicinales. Si pueden, entren a la página del museo virtual de la Universidad Michoacana: www.ccu.umich.mx/museo/hist-natural/botanica/plantas-medicinal/tabla2.html ■ Revisen la información que investigaron e identifiquen cómo están clasificadas

las plantas. • ¿Cómo consideran que clasificaron las plantas los antiguos pobladores de México? • ¿Cómo las clasificarían ustedes? ¿Por qué? ■ Comparen su clasificación con las del resto del grupo y reflexionen acerca de la

más adecuada.

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Una clasificación particular: el caso de las mezclas En nuestra vida cotidiana está muy presente la clasificación de seres y objetos. Por ejemplo, los alumnos de una escuela se pueden clasificar de diversas formas, dependiendo del objetivo que se busque. El criterio puede ser por grado escolar, grupo, género, desempeño académico, estatura, habilidades deportivas o artísticas. Cuando necesitamos algún producto o servicio, acudimos a cierto tipo de establecimientos de acuerdo con lo que buscamos: mercados, bibliotecas, tiendas, farmacias, papelerías, tintorerías, panaderías, u otros. En estos lugares podemos localizar con cierta facilidad los productos que buscamos, ya que otras personas los han clasificado con base en diversos criterios. Para comprender qué es un criterio, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Con ciencia 1 Organicen un equipo de cuatro integrantes. Se necesita 1 baraja americana Procedimiento ■ De manera individual, organiza parte de la baraja en grupos de cinco cartas que

cumplan con un criterio determinado. Por ejemplo sólo corazones, sólo pares, diamantes y nones, tréboles o pares, u otro. ■ Pide a tus compañeros de equipo que identifiquen el criterio que utilizaste para

clasificar cada grupo de cartas. ■ Solicita a otro compañero que realice la misma actividad, pero con otros criterios. ■ Comenten sobre actividades de su vida cotidiana donde clasifiquen objetos e

identifiquen el criterio que utilizan.

Mezclas homogéneas y heterogéneas La materia se presenta de formas muy diversas y los científicos la clasifican para estudiarla y comprenderla, por lo que es necesario establecer criterios. Por ejemplo, si se elige el estado de agregación, la materia se puede clasificar como sólida, líquida o gaseosa; sin embargo, esta forma no es suficiente para averiguar de qué están hechas las cosas. También es posible clasificar las mezclas, y uno de los criterios es su apariencia. Si a simple vista no se distingue que una mezcla está formada por dos o más sustancias, se clasifica como mezcla homogénea. Su apariencia es uniforme. Algunos ejemplos son: el aire, el gas doméstico, el latón, las amalgamas dentales, los perfumes, la gasolina y el agua potable. Las mezclas homogéneas también se conocen como disoluciones.

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En este tipo de mezclas los componentes están distribuidos uniformemente, y contienen la misma proporción de ellos en toda la muestra. Si disuelves un poco de sal en agua y agitas bien, cualquier parte de la mezcla tendrá las mismas propiedades. Por ejemplo, la intensidad del sabor será igual si tomas un poco de la superficie de la mezcla, o del fondo del recipiente. Por el contrario, cuando los componentes de la mezcla se distinguen a simple vista, ésta se clasifica como heterogénea (Fig. 1.50). Las ensaladas, el agua de horchata y la granola son ejemplos. Otra característica de las mezclas heterogéneas es que la proporción de los componentes no es la misma en toda la muestra. Con ciencia 1 Clasifica las siguientes mezclas como homogéneas o heterogéneas. En cada caso, explica la razón de tu elección. • Agua de melón • Sangre • Una cucharadita de azúcar disuelta en un vaso de agua • Madera • Jugo de naranja natural • Jugo de naranja envasado • Aderezo para ensaladas • Gas doméstico

Propiedades y métodos de separación de mezclas

1.50 El metate y el molcajete están elaborados con basalto. La cantera es un material presente en diversas construcciones de México. De acuerdo con su apariencia, ¿cómo clasificarías estos materiales?

Hay personas a quienes no les agrada el sabor de la cebolla cruda y la retiran de la ensalada o de las enchiladas. Es fácil hacer esta separación. Sin embargo, no siempre es sencillo separar los componentes de una mezcla. Las sustancias que forman una mezcla se pueden separar de acuerdo con sus propiedades, y esto se realiza sólo mediante procesos físicos en los que no se modifican sus propiedades intensivas. A continuación conocerás algunos métodos para separar los componentes de distintos tipos de mezclas.

Decantación Este método permite separar mezclas heterogéneas formadas por un sólido y un líquido, o por dos líquidos (Fig. 1.51). Para decantar una mezcla de un sólido y un líquido, es necesario dejarla reposar para que que el sólido se sedimente, es decir se “asiente” en el fondo del recipiente. Para separar los componentes, se inclina con cuidado el recipiente con la mezcla y se vierte el líquido en otro recipiente. En las mezclas heterogéneas formadas por dos líquidos inmiscibles, también es necesario dejar la mezcla en reposo, para que las sustancias se acomoden en capas, de acuerdo con su densidad. La sustancia más densa se deposita en el fondo del recipiente. Una vez que se forman las

1.51 La decantación es un proceso importante en las plantas de tratamiento de aguas residuales. El agua contaminada se deja reposar en tanques enormes, para que los materiales menos densos que el agua (como los aceites) se separen y floten, y algunos sólidos (como arena, tierra y heces fecales) se sedimenten. Luego, se separan los materiales y el agua se traslada hacia otro tanque para continuar con su tratamiento.

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capas, se inclina el recipiente con mucho cuidado y se vierte la sustancia menos densa en otro recipiente (Fig. 1.52).

Filtración Este método sirve para separar mezclas heterogéneas, en las que un sólido está suspendido en un líquido, es decir, el sólido es insoluble en el líquido. Otra propiedad que permite separar las sustancias por este método, es el tamaño de las partículas. La filtración consiste en pasar la mezcla por un medio poroso (como papel, tela o materiales plásticos o cerámicos) que retiene el sólido pero deja pasar el líquido (Fig. 1.53). Soporte universal

Papel filtro

1.52 Al abrir la llave de paso del embudo de separación se pueden separar las sustancias líquidas de distinta densidad. ¿Saldrá primero la más densa o la menos densa?

Embudo

Pinzas universales

1.53 Dispositivos comunes que se utilizan en los laboratorios escolares y en el hogar para realizar una filtración. Existen varios tipos de papel filtro con distinto tamaño de poro. Para que la filtración sea efectiva, debe elegirse un papel que retenga el sólido. Cafetera eléctrica

Equipo de filtración

Con ciencia 1 Menciona los nombres de aparatos de uso común en algunos hogares que funcionen con filtros. Investiga el tipo de filtro que utiliza cada aparato así como los materiales que permite separar.

Magnetización Este método se utiliza para separar mezclas heterogéneas de dos o más sólidos, cuando una de las sustancias tiene propiedades magnéticas. Consiste en acercar un imán a la mezcla para atraer la sustancia y separarla de las que no son magnéticas.

Destilación Se emplea para separar mezclas homogéneas formadas por un sólido y un líquido, o por dos líquidos, donde uno de los componentes está disuelto en el otro. La propiedad de las sustancias que permite usar este método, es la temperatura de ebullición. A una presión determinada, cada sustancia hierve a una temperatura. Para este método se requiere equipo de laboratorio como el que se muestra en la Figura 1.54.

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Al calentar la mezcla, se evapora en mayor proporción la sustancia con temperatura de ebullición más baja y pasa por el tubo interno del refrigerante. El agua que circula alrededor del tubo, permite que disminuya la temperatura en el interior de éste, y que el vapor se vaya enfriando y condensando. Este líquido se colecta en otro recipiente pero aún no es completamente puro, por lo que puede aumentarse su pureza repitiendo la operación. Una desventaja de este método es que no puede usarse si alguna de las sustancias se transforma por efecto del calor.

Soporte universal

Mangueras por donde circula el agua

Gas

…que el petróleo es una mezcla de diversas sustancias llamadas hidrocarburos? Para separar los hidrocarburos, el petróleo se transporta a las refinerías. Allí se destila en unos contenedores enormes llamados columnas de fraccionamiento. En este proceso se obtienen combustibles como el gas doméstico, la gasolina, el diesel y la parafina. Los hidrocarburos que se han separado, se utilizan para sintetizar un sinnúmero de materiales, reactivos químicos y productos: medicamentos, disolventes, plásticos, cosméticos, aislantes, juguetes, muebles, fibras para telas, colorantes y perfumes.

Refrigerante Matraz

¿Sabías...

Recipiente

Mechero

1.54 El mechero es la fuente de calentamiento. El matraz de destilación contiene la mezcla a separar. El refrigerante enfría los vapores y ayuda a que éstos se condensen, y el recipiente recibe el líquido destilado. Las mangueras de hule permiten la circulación del agua de enfriamiento, y el gas para mantener encendido el mechero.

Cristalización y sustancias puras Este método de separación aprovecha la variación de la solubilidad de las sustancias con la temperatura. Como recordarás, la solubilidad de la mayoría de las sustancias sólidas aumenta con la temperatura. Para la cristalización, la sustancia se disuelve en un disolvente caliente hasta formar una mezcla saturada. Después, la mezcla se enfría lentamente y la sustancia se cristaliza y se separa. Con este método se pueden obtener sustancias puras, esto es, formadas por un mismo tipo de partículas. Durante la cristalización, las impurezas permanecen en el disolvente. Sin embargo, la pureza absoluta no se puede alcanzar (Fig. 1.55).

Extracción con disolventes La ventaja de este método es que permite separar los componentes de mezclas sólidas, líquidas o gaseosas. La mezcla se trata con un disolvente, de manera que uno de los componentes se disuelva y los otros no. Por ejemplo, cuando preparas un té, utilizas el agua como disolvente para extraer las sustancias aromáticas que se encuentran en las hojas. Si usas agua caliente, aumentas la solubilidad de estas sustancias.

1.55 Se dice que una sustancia es químicamente pura cuando está integrada en más de un 97% por el mismo tipo de partículas. La mayoría de las sustancias que se utilizan en la industria tienen una pureza comercial o grado técnico de 90 al 95%.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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Cromatografía Habrás notado que el viento arrastra hojas y polvo pero no objetos pesados, que el agua penetra en las fibras de algunas telas o en una servilleta de papel. Del mismo modo los componentes de algunas mezclas pueden ser arrastrados en distintos medios y se pueden retener en otros, lo que favorece su separación (Fig. 1.56). La cromatografía se basa en una propiedad de la materia llamada adsorción, por la cual las partículas de un sólido, líquido o gas se adhieren (se “pegan”) a la superficie de un soporte o fase estacionaria, que en general es un sólido. En este método también se usa una fase móvil, ya sea un líquido o un gas, que “mueve” las sustancias sobre la superficie de la fase estacionaria. Así, los componentes de la mezcla se adhieren con mayor o menor facilidad a la fase estacionaria, por lo que al añadir la fase móvil, las sustancias se mueven a distinta velocidad. Las que están más adheridas, van más despacio que las otras y así se logra su separación. En los laboratorios escolares la cromatografía en papel es la más utilizada. 1.56 El botánico Mikhail S. Tswet descubrió la cromatografía al lograr separar los pigmentos vegetales de algunas plantas. Investiga qué significa cromatografía.

¿Sabías... …que la cromatografía ayuda a detectar sustancias en fluidos biológicos? La saliva, la sangre y la orina son algunos ejemplos. También es posible detectar los contaminantes ambientales por este método. Los cromatógrafos (Fig. 1.57) son aparatos que permiten identificar los componentes de una mezcla, aun si se trata de cantidades tan pequeñas como un picogramo (1 pg  1  1012 g).

1.57 La cromatografía permite detectar sustancias prohibidas en competencias deportivas.

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En el Ateneo 1 En esta actividad podrás separar los componentes de una mezcla colorida. Se necesita Marcadores de base agua de distintos colores (asegúrate de contar con uno color negro y otro café). También puedes utilizar colorantes vegetales de diferentes colores. 2 vasos de vidrio o plástico transparente 2 lápices, bolígrafos o colores 2 filtros para cafetera Regla Tijeras Cinta adhesiva Procedimiento ■ Organicen un equipo de tres personas. ■ Extiendan los filtros para cafetera sobre una superficie seca. Recorten rectángulos de 4 cm de ancho, el largo debe medir un poco más que la altura del vaso. ■ Enrollen un extremo del filtro en el lápiz y péguenlo con la cinta adhesiva, como se ilustra en la fotografía. ■ Dibujen una mancha con alguno de los marcadores en el otro extremo del papel, a unos 2 cm del borde. Procuren que la mancha quede centrada a lo ancho del papel. ■ Viertan agua en el vaso hasta una altura de 1 cm. ■ Coloquen el papel dentro del vaso, con cuidado, de modo que el extremo con la mancha haga contacto con el agua, pero eviten que ésta toque la mancha. ■ Observen lo que sucede y retiren el papel antes de que el líquido llegue al nivel del lápiz. Registren sus observaciones. Análisis y conclusiones ■ Repitan el procedimiento anterior utilizando marcadores de otros colores y respondan: • ¿Qué ocurrió con la mancha de cada marcador? • ¿Cuáles tintas son mezclas? • ¿Cuál contiene más colores? • ¿Qué ocurriría si usaran marcadores indelebles? Plantea tu hipótesis. ■ El método que utilizaste es una cromatografía en papel. • ¿Cuál es la fase estacionaria? ¿Cuál es la fase móvil? ■ Investiguen algunas aplicaciones de la cromatografía.

Glosario Indelebles: en este caso se refiere a los marcadores cuya tinta no es soluble en agua.

¿Qué aprendí en esta lección? • • • • • •

El tendedero de las dudas Promueve en tu grupo la formación de 5 equipos para que cada uno revise los aprendizajes esperados para esta lección (pág. 9). Cada equipo deberá identificar los contenidos de la lección 2 que están relacionados con dichos aprendizajes. Si tienen dudas sobre algunos conceptos deberán escribirlas en una hoja de papel. Dibujen en el pizarrón un tendedero (como los que utilizan para poner a secar la ropa) y sobre “la cuerda” peguen los papeles con sus dudas. Un integrante de cada equipo tomará un papel y leerá la duda para que el resto del grupo ayude a aclararla. Si después de esta actividad, aún tienes dudas consulta a tu maestro o maestra para que te oriente como aclararla. Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

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Mi proyecto

A igual que en Ciencias I y II, en tu curso de Ciencias III tendrás oportunidad de realizar varios proyectos. En esta ocasión también deberás reunirte con algunos compañeros y compañeros para organizar el trabajo en equipo. Para empezar, pueden comentar y analizar sus logros y dificultades al realizar los proyectos de sus cursos previos de Ciencias y de otras asignaturas. Les aconsejamos favorecer un ambiente de confianza y respeto en el equipo, pues esto propicia que todos los integrantes expresen con libertad sus inquietudes y lleguen a un mejor acuerdo sobre el tema a investigar. Cuando nos involucramos en una actividad que nos interesa, trabajamos mejor y con más entusiasmo. Los proyectos que les proponemos tienen como objetivo integrar los conocimientos, habilidades y actitudes que han desarrollado y fortalecido durante el estudio de un bloque o de todo el curso, como es el caso de los proyectos del Bloque 5. Desde luego, también podrán aplicar sus aprendizajes de otras asignaturas. Con respecto a los proyectos de los cursos anteriores, encontrarán dos diferencias: • La primera es que los temas de estudio en este curso están relacionados con la química; es decir, con las propiedades y la transformación de las sustancias, por lo que deberán extremar las medidas de seguridad durante la realización de los experimentos y manejar los desechos adecuadamente. Para ello, te invitamos a consultar los anexos A y B. • Hallarán además una mayor relación de las ciencias, en especial de la química con la tecnología y la sociedad, lo cual les permitirá valorar los beneficios y perjuicios del correcto o mal uso del conocimiento químico. Al final de cada bloque deberán realizar un proyecto. En los bloques 1 a 4 presentamos sugerencias de dos proyectos, planteados aquí a manera de preguntas, pero éstos sólo son un ejemplo de los temas que su equipo puede elegir. Cada proyecto incluye un texto que resalta su importancia. Si deciden realizar otro proyecto, deben considerar que tenga relación con los contenidos revisados en el bloque correspondiente. Para elaborar su proyecto les proponemos cuatro etapas que abarcan las secciones ¿Qué sé?, ¿Qué quiero conocer?, ¿Qué haré para saberlo?, y ¿Cómo lo comunico?

¿Qué sé? En ocasiones es difícil decidir el tema del proyecto y a veces ayuda plantearse algunas preguntas. Es probable que durante la revisión de los contenidos

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y el desarrollo de las actividades que realizaron durante un bloque, les surjan preguntas o inquietudes sobre algunos temas. Ésta puede ser una base para la elección del tema del proyecto. Una vez que elijan el tema, les aconsejamos retomar lo que saben de éste. Para ello pueden repasar los contenidos del bloque, o también efectuar una búsqueda breve de información en diversas fuentes. Si tienen alguna duda sobre la confiabilidad de alguna de ellas, consulten a su maestro o maestra.

¿Qué quiero conocer? En esta sección deberán plantear la pregunta principal que guiará su investigación. En los proyectos que les sugerimos, hay algunos ejemplos de preguntas, pero ustedes están en libertad de elegir otras, según lo que les interese investigar.

¿Qué haré para saberlo? Aquí deberán elegir y realizar las actividades que apoyarán su investigación. Por ejemplo, buscar más información, analizar programas de diferentes medios de comunicación, hacer experimentos y entrevistar a personas que laboran en instituciones, organizaciones y empresas relacionadas con su proyecto. Es importante que determinen el tiempo necesario para cada una de ellas.

¿Cómo lo comunico? En esta etapa podrán planificar la forma de presentar y compartir los resultados de su proyecto, de preferencia no sólo con los compañeros del grupo, sino con el resto de la escuela o con los miembros de su comunidad. Asimismo, deberán elaborar un informe escrito y hacer una presentación, empleando diversos apoyos, por ejemplo, organizar una feria de ciencias, una exposición de carteles, una representación, entre muchas opciones, el límite es su creatividad. En los proyectos propuestos al final de los bloques 1 y 2, incluimos algunas recomendaciones sobre aspectos que les ayudarán a realizar cada etapa de su proyecto. En los bloques siguientes no abundaremos en ellas, por lo que les recomendamos tenerlas presentes y consultarlas cuando lo consideren necesario. Además, al inicio del Bloque 5 incluimos una lista de verificación para que valoren su grado de compromiso y apoyo durante la realización del proyecto. Ahora tú explora, experimenta y actúa

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LECCiÓN

Ahora tú explora, experimenta y actúa

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Proyecto 1: ¿Quién es el delincuente? El análisis en la investigación científica Ha llegado el momento de realizar tu primer proyecto de Ciencias III en donde pondrás en juego lo que has aprendido durante el estudio del primer bloque. Nosotros te sugerimos dos temas para que los revises y, si así lo decides, los consideres en tu elección. Sin embargo, recuerda que puedes escoger otro. • Lee el siguiente texto.

Les invitamos a integrar un equipo para elegir el tema del proyecto y realizarlo. Revisen y elijan los temas de este bloque que pueden servirles como base para su elección. Nosotros sugerimos esta opción, pero ustedes tienen la libertad de elegir otra.

El texto anterior, que podría ser el guión de una película, es un hecho de la vida real y tiene como propósito enmarcar la importancia de la realización del proyecto que te sugerimos. Después de leer la estrategia que proponemos para desarrollar tu proyecto, ojalá te animes a realizarlo. Te recordamos que nuestra propuesta abarca cuatro etapas: ¿Qué sé?, ¿Qué quiero conocer?, ¿Qué haré para saberlo?, y ¿Cómo lo comunico?

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¿Qué sé? En esta etapa del proyecto les sugerimos integrar un equipo de cuatro personas y comentar lo que saben acerca de cómo se realiza la investigación de un delito. Si lo consideran conveniente hagan una breve revisión de información en algunas fuentes. También es importante analizar los contenidos de este bloque que tengan relación con el tema del proyecto. Por ser el primero que realizan relacionado con la química, les proporcionamos dos ejemplos:

• Las habilidades del pensamiento científico ayudan a resolver problemas de la vida cotidiana. • Las propiedades de las sustancias permiten su identificación. Es necesario destinar un cuaderno o bitácora para anotar todo lo relacionado con su proyecto. Recuerden consultar con su maestro o maestra las dudas que surjan durante su investigación.

¿Qué quiero conocer? En esta etapa deberán plantearse la pregunta principal que guiará su investigación. Les recomendamos que cada miembro del equipo elabore sus preguntas para después plantearlas a los demás y elegir las que más les interese responder. Nosotros les mostramos algunos ejemplos, pero ustedes pueden seleccionar otras. ■

Reflexiona en la lectura inicial, e investiga cómo se logró atrapar a los asaltantes. Para ello, busca información y responde las siguientes preguntas: • ¿Cómo se inicia una investigación delictiva?

Conéctate Para saber qué es la ciencia forense visita el sitio: www.tudiscovery.com/crimen/ ciencia_forense/index.shtml Acerca de la descripción de algunas actividades y procedimientos que se realizan para tratar de aclarar un delito: matap.dmae.upm.es/ WebpersonalBartolo/ articulosdivulgacion/crimenes_ 3.htm Sobre el uso de la ciencia y la tecnología en la aclaración de los delitos: www.criminalistica.net/forense/ modules.php?name=News&file=ar ticle&sid=419 Respecto de los laboratorios de química forense y el análisis de evidencias" www.rionegro.com.ar/arch200105/ l07s19.html Películas: El prisionero de Río y El gran asalto al tren postal GlasgowLondres.

• ¿Quiénes participan en la aclaración de un delito? • ¿Cuál es el papel de la química en este tipo de investigaciones? • ¿Qué tienen en común una investigación delictiva y una investigación científica? • ¿Cuál es el papel de la química en el análisis de evidencias?

¿Qué haré para saberlo? Una vez que han elegido el tema y la pregunta principal que guiará su investigación, es momento de elegir y realizar las actividades de su proyecto. Es importante señalar el tiempo que dedicarán a cada actividad y cómo se van a organizar para realizarlas. En esta etapa deben buscar información relacionada con el tema de su proyecto. La elección de las fuentes de información es muy importante. Les sugerimos consultar primero libros y revistas de divulgación científica, y después medios electrónicos o internet.

También pueden acudir a algunas instituciones donde se investigan los delitos. En este caso les recomendamos ir acompañados de algún adulto. Lección 3. Ahora tú explora, experimenta y actúa

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En los proyectos del bloque 2, en esta misma sección, encontrarán algunas recomendaciones para realizar la búsqueda de información, así como la manera de referir algunas fuentes. Recuerden que también pueden consultar a su maestro o maestra de Español para que los oriente sobre estos aspectos. Dada la naturaleza del proyecto que les proponemos realizar, sería interesante que realizaran un experimento. Por ejemplo, alguno relacionado con el análisis de las evidencias que suelen buscarse durante la investigación de un delito, como huellas de pisadas o de vehículos; análisis de cabellos, pelos y fibras o la detección de huellas dactilares. Una vez que hayan elegido su experimento, es recomendable que consulten a su maestro o maestra para que los oriente sobre algunos aspectos técnicos, así como sobre las medidas de seguridad que deben tomar durante su desarrollo. Recuerden que deben considerar también el tratamiento de los desechos. Es importante anotar en sus cuadernos todo lo relacionado con su experimento. En el Apéndice C incluimos una propuesta de bitácora, la cual les recomendamos comentar con su maestro o maestra. También deben elegir la forma en que van a organizar sus resultados; por ejemplo, utilizar tablas y gráficas. Esto les facilitará su análisis e interpretación, así como la obtención de las conclusiones. Les recomendamos elaborar esquemas, dibujos o, si es posible, tomar fotografías durante la realización de su experimento. Al término de esta actividad deberán realizar un reporte. Les recordamos consultar el Apéndice C para verificar que tu informe esté completo.

¿Cómo lo comunico? En esta etapa final de su proyecto deberán realizar un informe escrito sobre lo realizado. En el proyecto 2 de este bloque, en esta misma sección, les proponemos algunos aspectos a considerar durante su elaboración.

También deberán hacer una presentación ante sus compañeros y compañeras del grupo, la comunidad escolar o la comunidad en general. Para apoyar su exposición es conveniente que utilicen algunos carteles o una presentación en medios electrónicos, donde incluyan lo más relevante de su proyecto. Procuren que esta presentación sea atractiva para que mantengan el interés de las personas a quien la dirigen. Como complemento de su exposición ¿qué les parecería realizar una dramatización donde resalten el papel de la química en la aclaración de los delitos? Ustedes tienen la palabra. En el proyecto 2 de este bloque incluimos algunas otras recomendaciones para llevar a cabo esta etapa de su proyecto. Les invitamos a revisarlas.

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Proyecto 2: ¿Qué hacer para reutilizar el agua? • Forma un equipo de cuatro integrantes y lee el siguiente texto. Trabaja el proyecto con ellos.

Les invitamos a integrar un equipo para elegir el tema del proyecto y realizarlo. Revisen y elijan los temas de este bloque que pueden servirles como base para su elección. Nosotros sugerimos esta opción, pero ustedes tienen la libertad de elegir otra.

Lección 3. Ahora tú explora, experimenta y actúa

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Conéctate

¿Qué sé?

Puedes consultar: Una edición especial sobre el agua en ¿Cómo ves?, revista de divulgación de la ciencia de la Universidad Nacional Autónoma de México, Año 5, núm. 54.

En esta etapa deberás integrar un equipo de cuatro miembros. Para elegir el tema de su proyecto les recomendamos revisar los contenidos del bloque. Si les atrae el que nosotros les proponemos, identifiquen los que tengan relación con la pregunta que da título a este proyecto. Nosotros les proporcionamos un ejemplo:

www.sagan-gea.org/hojared/CAgua. html

En las disoluciones acuosas, el agua es el disolvente. También pueden comentar lo que saben sobre el tema, así como realizar una breve búsqueda de información.

Acerca de contaminación del agua. Ingresa a la página, localiza el menú del lado izquierdo y oprime en la información que te interese. www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/ paginas/17agua.html Sobre contaminantes del agua www.imta.mx/recomendaciones.pdf Sesenta y siete recomendaciones para ahorrar agua. www.indexnet.santillana.es/rcs2/ actualidad/27/escasezAgua_i.html Sobre purificación artesanal de agua www.autosuficiencia.com.ar/shop/ detallenot.asp?notid=336 www.mecanalba.com/public/ inventos/purificar-agua.htm

¿Qué quiero conocer? Una vez elegido el tema, es conveniente que se planteen algunas preguntas que les gustaría responder con el desarrollo de su proyecto. Nosotros les proponemos algunos ejemplos pero ustedes pueden elegir otras. • ¿Cuáles son los principales contaminantes presentes en las aguas residuales domésticas? • ¿Qué tratamientos se les dan a las aguas residuales? • ¿Qué uso se le puede dar a las aguas tratadas? Una vez que hayan analizado las preguntas que propusieron, elijan la que guiará su investigación.

¿Qué haré para saberlo? En esta etapa deberán elegir y realizar las actividades que van a desarrollar. También pónganse de acuerdo en el tiempo que dedicarán a cada una de ellas. En los proyectos del Bloque 2, en esta misma sección, encontrarán algunas recomendaciones para realizar la búsqueda de información, así como la manera de referir algunas fuentes. Pueden consultar a su maestro o maestra de Español para que los oriente sobre estos aspectos. También podrían analizar el uso que le dan al agua en su hogar, proponer y realizar acciones para favorecer un uso más eficiente de este líquido, así como para poder reutilizarla después de someterla a algunos tratamientos. Sería interesante que hicieran una visita a una planta de tratamiento de aguas residuales y entrevistar al responsable, que probablemente sea un químico o un ingeniero. Les recomendamos hacer una cita, preguntar sobre el tiempo que les destinará y ser puntuales. Desde luego, no esperen que les diseñe su proyecto. Diseñen con anterioridad la entrevista y, si lo consideran necesario, pidan apoyo a su maestro o maestra de Español para que los oriente sobre su elaboración. El proyecto que les proponemos se presta para que realicen un experimento. Por ejemplo, uno donde puedan separar algunos componentes de una muestra de agua residual. Les sugerimos revisar el proyecto 1 de este bloque donde incluimos algunas recomendaciones generales para el desarrollo de los experimentos.

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Registren en su bitácora todo lo relacionado con su proyecto para la elaboración de su informe final.

¿Cómo lo comunico? Cómo lo señalamos antes, en la etapa final del proyecto deberán elaborar un informe escrito y hacer una presentación. Este escrito debe reflejar todo lo que realizaron durante el desarrollo de su proyecto. Es decir, las razones por el que lo eligieron, lo que hicieron, los resultados que obtuvieron (ya sea de su investigación documental o de los experimentos) sin olvidar mencionar las fuentes de consulta. Aquí resulta muy importante revisar lo que cada miembro del equipo anotó en su bitácora. Les sugerimos consultar a su maestro o maestra para que los oriente sobre los aspectos que deben incluir en su informe. Nosotros les presentamos algunas ideas. Una portada donde aparezca el título del proyecto, los datos de los miembros del equipo, el nombre de la escuela, el grupo, la fecha de entrega, etcétera. Un índice donde incluyan los apartados del informe y las páginas donde se localizan. Una introducción donde expliquen las razones por las que eligieron el tema y los principales aspectos que investigaron durante la consulta de fuentes de información. Una breve descripción de las actividades realizadas. En el caso de los experimentos deberán incluir los materiales utilizados, así como el procedimiento. Recuerden incluir información sobre la forma en que trataron los residuos. Un apartado donde incluyan el análisis de datos que pueden apoyar con gráficas, dibujos y/o fotografías. Recuerden que las conclusiones deben estar basadas en los datos que obtuvieron. Al final deben incluir los datos de las fuentes de información consultadas durante su proyecto. Si lo consideran necesario, pidan ayuda a su maestro o maestra de Español para que les oriente sobre la manera más adecuada de referirlas. La exposición del proyecto ante el grupo, la comunidad escolar o la comunidad en general, también debe reflejar lo realizado durante el proyecto, pero de una forma resumida. Consulten a su maestro o maestra sobre el tiempo que dispondrán para realizarla. Para apoyar su presentación pueden utilizar apoyos como carteles y/o presentaciones en medios electrónicos. Al final, destinen un tiempo para que las personas les hagan comentarios y les planteen sus dudas. Escúchenlos con atención y den respuesta a sus inquietudes. Después de la presentación, les recomendamos reunirse para comentar sus experiencias. Esto les ayudará a identificar las causas de las experiencias exitosas y las dificultades, que les servirán para mejorar su desempeño. Lección 3. Ahora tú explora, experimenta y actúa

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Demuestro lo que sé y lo que hago

1 Analiza los anuncios publicitarios de tres productos distintos (cosméticos, limpiadores, pañales, cuadernos, bolígrafos, etc.) elige algunos y explica por qué los comprarías. 2 A continuación se describen los usos y propiedades de tres grupos de materiales que se utilizan para elaborar diversos objetos de uso cotidiano. a) Se pueden fabricar diversas estructuras, recipientes y cables. Los envases elaborados con ellos no permiten el paso de la luz, son impermeables y reciclables. Resisten temperaturas elevadas y la mayoría de los impactos. b) Con ellos se elaboran objetos de diferentes formas y colores. En general, los objetos son transparentes o translúcidos y no resisten los impactos; algunos artículos no resisten los cambios bruscos de temperatura, pero otros sí. Los envases que se elaboran con este material se reciclan de manera efectiva. Alrededor de 60% de un objeto elaborado con este material proviene de otro. c) Se pueden moldear para adquirir diversas formas. Los envases moldeados con estos materiales son ligeros, prácticamente irrompibles, tienen un largo periodo de vida y algunos son reciclables. De acuerdo con el tipo de sustancia que se utilice, los objetos pueden ser transparentes, translúcidos u opacos; flexibles o rígidos. • • • • • •

Con base en la descripción del texto anterior, deduce de cuáles materiales se trata en cada caso. Proporciona dos ejemplos de objetos que se fabrican con cada uno de ellos. Elabora una tabla como la siguiente e incluye el tipo de material y sus usos. Analiza y compara las ventajas y desventajas que tienen. Indica una propiedad común de dichos materiales que contribuye a la protección del ambiente. Define con tus propias palabras qué son las propiedades de los materiales. Materiales

Objetos

Usos

Ventajas

Desventajas

Reciclable

Comparación

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Demuestro lo que sé y lo que hago

3 Clasifica las siguientes propiedades de la materia como intensivas o extensivas. Propiedad

Intensiva

Extensiva

Se pueden medir

Unidades del SI

Olor

Color

Volumen

Densidad

Brillo

Altura

Longitud

a) Indica cuáles de las propiedades anteriores se pueden medir y cuáles son sus unidades en el SI. 4 Una persona mide varias veces y con cuidado alguna magnitud. ¿Qué podrá esperar de sus mediciones? a) Todas las medidas serán exactamente iguales. b) Todas la medidas serán exactamente iguales, menos una. c) Sólo dos de las medidas serán exactamente iguales. d) La mayor parte de las medidas serán parecidas, pero no iguales. 5 ¿Cómo determinarías en el laboratorio el volumen de una tuerca? 6 En una balanza de cocina, el valor más pequeño que se puede medir es 10 g. ¿Cómo determinarías la masa de una hoja tamaño carta? 7 Un objeto rectangular de cemento tiene las siguientes dimensiones: 2 cm  2 cm  9 cm. Si su masa es de 108 g, ¿cuál será la densidad de dicho cemento? 8 Un recipiente tiene una masa de 100 g, ¿cuál será el valor de la masa total si se añaden 100 mL de agua y 50 mL de aceite? La densidad del agua es 1 g/cm3 y la del aceite 0.92 g/cm3. 9 Un alumno de sexto de primaria comentó: “Mi periódico desapareció al quemarlo”, ¿cómo le explicarías lo que sucedió con el periódico? Demuestro lo que sé y lo que hago

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Demuestro lo que sé y lo que hago

10 Un estudiante coloca sal, agua, aceite y arena en un frasco. Después de cerrar el frasco, agita las sustancias y deja reposar la mezcla, ¿qué observará? ¿Cómo explicas lo que sucede? ¿Qué harías para separar los componentes de la mezcla resultante? Justifica tus respuestas. Globo

11 Las levaduras, al igual que otros seres vivos, obtienen energía de alimentos como el azúcar. Ellas transforman el azúcar mediante un proceso anaerobio llamado fermentación. Como productos se obtienen dióxido de carbono gaseoso (CO2) y alcohol etílico líquido (C2H6O). Un equipo de estudiantes de secundaria se interesó por determinar la temperatura más adecuada para que ocurra la fermentación. Para ello, diseñó un dispositivo como el de la figura de la derecha. Una vez que armaron el dispositivo, midieron la masa del sistema. a) Analiza el dispositivo y contesta las siguientes preguntas:

Liga

Tubo de ensayo

• • • • •

¿Para qué se usa el globo? ¿Para qué sirve la liga? ¿Por qué se cubre la mezcla con una capa de aceite? ¿Qué propiedades del aceite permiten su utilización? Por su apariencia, ¿cómo clasificarías la mezcla contenida en el tubo? Justifica tu respuesta. • ¿Qué harías para determinar la temperatura más adecuada en la que se lleve a cabo la fermentación? • Predice que sucederá con la masa del sistema, una vez que haya finalizado el experimento. Justifica tu respuesta. • Si al t��rmino del experimento quisieras recuperar las levaduras, ¿qué harías?

Aceite

Levadura  agua  azúcar

12 Identifica la característica por la cual se han clasificado los materiales del siguiente cuadro. Consulta los incisos en la p. 65.

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Grupo 1

Grupo 2

Agua de jamaica

Néctar de durazno

Amalgama dental

Agua de horchata

Aire

Leche de magnesia

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Demuestro lo que sé y lo que hago

a) Estado de agregación b) Apariencia c) Color d) Densidad 13 En el programa del alcoholímetro que está vigente en diversos estados de nuestro país, se indica que el valor máximo de concentración de alcohol en la sangre para poder conducir es de 0.08 mg/mL. ¿Cómo interpretas este valor? Durante un fin de semana se obtuvieron los siguientes resultados: Conductor

Cantidad de alcohol en sangre

A

300 mg/L

B

20 cg/L

C

6 mg/cm3

• ¿Dio positivo alguno de los citados conductores? Explica tu respuesta. 14 En la etiqueta de un envase de 400 mL se afirma que esa bebida energética contiene 5 gramos de cafeína y 50 gramos de azúcar. Si el empaque completo trae 12 botellas, ¿a cuántos gramos de cafeína y de azúcar equivalen? ¿Cuál es la concentración de cafeína y de azúcar por botella? ¿Cuál será el disolvente y cuáles los solutos? ¿Por qué? ¿Qué cantidad de azúcar y cafeína hay en 100 ml de líquido? 15 Los modelos siguientes representan las partículas de algunas sustancias.

Con base en las figuras anteriores, indica si lo que se representa en los siguientes esquemas corresponde a una sustancia o a una mezcla. En cada caso, explica la razón de tu elección:

Explica con tus propias palabras la diferencia entre una sustancia y una mezcla utilizando el concepto de partícula. Demuestro lo que sé y lo que hago

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Ciencias

Ciencias 3 Química

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