Agua

CCH. Plantel Azcapotzalco. Agosto 2007

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL (1) AZCAPOTZALCO

AREA DE CIENCIAS EXPERIMENTALES

CUADERNO DE TRABAJO DE QUIMICA I

UNIDAD AGUA, COMPUESTO INDISPENSABLE

AUTORES Olguín González María del Rosario Sandoval Pérez Sandra López Abundio Martha Patricia Lira Vázquez Gilberto Velásquez de la Mota Amada M.

Hernández Ángeles Silvia Uribe Arróyave María del Rosario Laugier Barrios Mauricio Morales Domínguez Evelia Hernández Sanabria Ana María

Agosto de 2007 1

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¡¡BIENVENIDO AL MUNDO DE LA QUIMICA!! El curso de Química 1 que vas a llevar, pretende ser una pequeña ventana por la cual puedas acercarte a través del estudio del AGUA y del AIRE al conocimiento del mundo de las transformaciones de la materia y de como éstas han sido usadas por el hombre, así como las consecuencias que esto ha tenido. Aprenderás un poco acerca de las propiedades de la materia y conocerás algunas concepciones que se han tenido acerca de cómo son los átomos, (esos pequeñísimos “ladrillos” que constituyen a toda la materia), cuántos tipos de ellos hay en el UNIVERSO y en qué se diferencian, como están clasificados y cual es el “cemento” que los une para formar a las moléculas de los diferentes compuestos químicos, cómo se da nombre a estos compuestos químicos y que es lo que cambia en la materia cuando se lleva a cabo un cambio químico. El estudio de la Química girará en torno a los conceptos: elemento, compuesto, mezcla, estructura de la materia, enlace químico y reacción química. NO necesitas: ♦ Ser un genio para entenderla. ♦ Tener conocimientos profundos previos sobre la materia. ♦ Tener dominio de habilidades especiales. ♦ Ser un gran memorista. ♦ De ayuda especializada. Para un desempeño exitoso te SUGERIMOS: ∗ Despojarte de falsos prejuicios sobre la dificultad de la materia que vas a cursar. ∗ Estar abierto a la información con ÁNIMO participativo. ∗ Cumplir con las TAREAS y los TRABAJOS que se te asignen. ∗ PREGUNTAR cualquier duda que tengas a tu profesor o a tus compañeros. ∗ Ser puntual y no faltar, especialmente cuando se lleven a cabo prácticas de laboratorio. ∗ Dedicar TIEMPO suficiente para preparar tus EXÁMENES. ∗ Ser cooperativo en las actividades grupales. 2

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El material que tienes en tus manos fue planeado de manera expresa para apoyarte en la preparación y aprendizaje de los contenidos de curso de Química I, de la unidad “Agua, compuesto indispensable”. Este cuaderno de trabajo contiene diferentes actividades de aprendizaje y son de manera muy general: A. Apuntes y ejercicios de apoyo. Cada tema contiene una explicación teórica muy concreta, que permitirá introducirte con confianza en la temática

estudiada.

También

incluye

ejercicios

de

comprensión

y

reforzamiento conceptual, los cuales pueden ser preguntas abiertas o bien de opción múltiple además de incluir mapas conceptuales. B. Experimentos de laboratorio. Para ejemplificar algunos cambios de la materia, se pueden realizar ciertas experiencias en el laboratorio (ya sea como experiencias de cátedra o bien como experimentos realizados por todos los integrantes del equipo), con su respectivo análisis de resultados y elaboración de conclusiones. C. Lecturas y cuestionarios de reflexión. En ocasiones, te encontraras con una lectura de cierto tema, con la pretensión de despertar un mayor interés sobre el mismo. Toda lectura va acompañada de un cuestionario que deberás responder y entregar al profesor en el tiempo que te indique. D. Evaluación formativa. Esto es, que tu aprendizaje no quede limitado al plano de la repetición de conceptos, sino alcanzar niveles más complejos como es la comprensión y aplicación de los aprendizajes. Para esto, te sugerimos

que

tomes

muy

en

serio

tu

formación

como

bachiller

universitario y te aboques a estudiar de forma dinámica y participativa, tanto en tu estancia en el aula laboratorio como cumpliendo con las actividades extra-clase que te sean requeridas. E. Bibliografía. La bibliografía que se encuentra al final está divida en dos, la relacionada

con

fundamentos

químicos

y

la

que

contiene

temas

relacionados con Tecnología y Sociedad. Sin embargo tu paso por el Colegio de Ciencias y Humanidades te obliga a tomar la batuta de tu proceso de aprendizaje asistiendo con asiduidad a la biblioteca del plantel, donde encontraras más textos de 3

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consulta, revistas y libros de divulgación científica, que te aportaran toda la información requerida para tus clases.

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CONTENIDO I. Apuntes y ejercicios de apoyo........................................................................................................7 I. 1. ¿Qué estudia la Química? ¿Para qué estudiar la Química?........................................................7 I. 2. Aspectos de la materia que estudia la Química...........................................................................8 I. 3. Cambios .....................................................................................................................................9 I. 4. ¿Por qué es difícil el estudio de la Química?............................................................................11 I.5 ¿Por qué es importante estudiar la Química?..............................................................................11 II. ¿Cómo se investiga en las Ciencias? La orientación científica...................................................12 II.1. El proceder científico, un ejemplo...........................................................................................12 II.2 El proceder científico, una actitud.............................................................................................12 III. ¿Cómo distinguir un material de otro?.......................................................................................14 III.1. El agua como ejemplo de materia, ¿es una mezcla o una sustancia pura?..............................15 III. 2. Tensión superficial.................................................................................................................15 III.3. Densidad, otra propiedad característica de las sustancias.......................................................16 III. 4. Los cambios de estado...........................................................................................................19 III. 5. Los cambios de estado del agua/relación fenómeno-teoría....................................................20 III. 6. La energía y los cambios........................................................................................................22 III. 7. Características de los estados de agregación..........................................................................23 III. 8. Anomalías del agua................................................................................................................24 III. 9. Capacidad calorífica...............................................................................................................25 III. 10. Capacidad disolvente...........................................................................................................28 IV. Repasando nuestras herramientas matemáticas, relaciones y proporciones...............................31 V. Concentración de disoluciones....................................................................................................32 V. I. Porcentaje masa/masa (m/m)....................................................................................................33 V. II. Porcentaje masa/volumen (% m/v).........................................................................................35 V. III. Porcentaje volumen/volumen (v/v)........................................................................................36 VI. Importancia de las disoluciones acuosas en la vida...................................................................37 VII. ¿Cómo está formada la materia? Mezclas, compuestos, elementos.........................................37 VII. 1. Separar para investigar (romper para analizar).....................................................................37 VII. 2. Representación simbólica de un cambio. Un primer acercamiento......................................38 VII. 2. 1. Representación simbólica de la evaporación y de la electrolisis del agua.......................38 VII. 2. 2. Reacción de síntesis. Identificación del hidrógeno en la electrólisis...............................39 VII. 2. 3. Representación de los cambios que liberan energía al ambiente; reacciones exotérmicas ..........................................................................................................................................................41 VII. 2. 4. Representación de los cambios que requieren energía del ambiente; reacciones endotérmicas....................................................................................................................................42 VII. 2. 5. Conservación de la energía en las reacciones...................................................................43 VII. 3. La estructura de la materia a escala macroscópica...............................................................44 VII. 3. 1. Características de las mezclas...........................................................................................47 VII. 3. 2. Características de los compuestos....................................................................................47 VII. 4. La estructura de la materia a nivel nanoscópico...................................................................48 VII. 4. 1. Características a nivel nanoscópico de las mezclas compuestos y elementos..................49 VIII. Representación de la materia. El lenguaje de la Química. Nivel simbólico...........................51 IX. Las reacciones químicas............................................................................................................56 IX. 1. Ley de la conservación de la masa.........................................................................................57 IX. 2. Ley de las proporciones constantes........................................................................................57 X. ¿Qué relación hay entre los modelos y los átomos reales? Las masas molares. El mol.............58 5

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XI. Nivel nanoscópico de la materia. Los átomos. Modelos...........................................................62 XII. Cálculos Estequiométricos.......................................................................................................64 Anexo A. Actividades Experimentales.............................................................................................67 Anexo B. Lecturas............................................................................................................................77 Anexo C. Evaluación formativa.......................................................................................................83 Anexo D. Bibliografía......................................................................................................................91

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UNIDAD I. AGUA, COMPUESTO INDISPENSABLE I. Apuntes y ejercicios de apoyo I. 1. ¿Qué estudia la Química? ¿Para qué estudiar la Química?

Para

dar

respuesta

a

estas

interrogantes,

pensemos en lo que sucede en nuestro entorno. Enumera los materiales que están a tu alcance, objetos, aparatos, ropa, autos, flores, animales, los materiales que los forman

parecen diferentes,

pero tienen en común que están hechos de MATERIA. ¿Cómo reconocerla? La materia se puede reconocer por sus PROPIEDADES GENERALES tales como masa, peso y volumen. Otras propiedades generales de la materia son:

Ejercicio Anota un motivo por el que consideres que es importante estudiar Química ___________________________ ___________________________ ¿Cómo reconocemos a la materia? ___________________________ ___________________________ Son propiedades generales de la materia ___________________________ ___________________________

son

Define volumen ___________________________ ___________________________

Los materiales que nombraste y muchos de los

Anota 2 unidades de volumen ___________________________

impenetrabilidad, elasticidad, divisibilidad, inercia. De

todas

estas

propiedades,

las

que

cuantificables son masa, peso y volumen cuales puedes ver y tocar, ocupan un lugar en el espacio y los podemos pesar.

La

QUÍMICA

estudia

la

materia,

Anota dos unidades de masa ___________________________

sus

propiedades, sus cambios, sus componentes y cómo estos están estructurados. La MATERIA es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y presenta varias características, entre ellas masa y energía

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Ejercicio Señala las propiedades generales de la siguiente figura que se pueden determinar en el laboratorio _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

I. 2. Aspectos de la materia que estudia la Química La Química estudia la COMPOSICIÓN, la ESTRUCTURA y como consecuencia de esto, las PROPIEDADES y los CAMBIOS de la MATERIA. Para comprender estos conceptos, consideremos la siguiente analogía, “Si asumimos que los componentes (COMPOSICIÓN) necesarios para hacer una edificación son: cemento, ladrillos, grava, arena y varillas, podemos pensar que pueden adquirir diferente organización de acuerdo al tipo de construcción que va a formar, tal como una casa, una iglesia, un horno o un edificio, la disposición o arreglo de los materiales se refiere a la ESTRUCTURA. La composición y estructura determinan las características de una construcción. 8

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Ya en el ámbito de la Química, vemos que los elementos químicos que forman el alcohol etílico (CH3CH2OH, antiséptico) y el éter metílico (CH3OCH3, anestésico) son los mismos: carbono, hidrógeno y oxígeno (composición elemental), pero están arreglados en estructuras diferentes, por lo que las propiedades y los cambios de estas 2 sustancias son diferentes. Investiga ¿Cuál es la composición y estructura del grafito y del diamante? y anota dos de sus propiedades

I. 3. Cambios Enumera los cambios que observas, ¿existirá algo que no cambie? ¿Qué tendrá que pasar en los vegetales para que puedan elaborar los alimentos?, ¿cómo se forman el granizo y los huracanes? ¿Cómo se formó la tierra? ¿Cómo se inició la vida? La respuesta es CAMBIOS, todo cambia; el universo en expansión, el movimiento de la tierra, los cambios nucleares en el sol, las partículas subatómicas, las vibraciones de los átomos y las moléculas. Imposible encontrar algo estático, pero, ¿qué provoca los cambios? La respuesta está en que para que ocurra un cambio se requiere energía. Sin la presencia de energía no puede haber cambio.

Fenómeno En los cambios químicos las sustancias se transforman

en

otras

distintas;

en

los

cambios físicos, las sustancias siguen siendo las mismas. Además en los cambios químicos se pueden manifestar con un intercambio de energía notablemente mayor a la de un cambio físico.

es

transformación

todo

cambio

producido

en

o los

cuerpos o en las sustancias. Fenómeno químico llamado también reacción química, la cual es el cambio que sufren las sustancias al transformarse

en

otras

durante dicho cambio

diferentes, también se

registran cambios de energía, ya sea que se absorba o libere en formas perceptibles, como calor o luz, o en otros tipos de energía.

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Ejercicio A). Revisa la información de la sección I.2 y contesta lo siguiente ¿A cual de los 4 aspectos de la materia que estudia la Química corresponde cada uno de los siguientes ejemplos? 1.- El punto de ebullición del agua al nivel del mar es de 100o C ________________________ 2.- El ángulo entre el átomo de oxígeno y los 2 de hidrógeno en una molécula de agua es de 109o ____________________ 3.- En la electrólisis del cloruro de sodio, se producen sodio metálico y cloro gaseoso _______ _____________________ 4.- Una molécula de glucosa está formada por 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno.___________________ 5.- El hielo está formado por moléculas de agua que están en los vértices de hexágonos una red. _______________________ B) Revisa la sección I.3 para realizar el siguiente ejercicio En la figura se ilustra el ciclo del agua, señala los cambios que suceden, y clasifícalos en físicos y químicos, ¿cuál es la energía que provoca estos cambios? ____________________ __________________________________________________________________________

Tomada de www.clubdelamar.org/ciclo.htm

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I. 4. ¿Por qué es difícil el estudio de la Química? Una de las mayores dificultades se debe a que los fenómenos que observamos son explicados por medio de modelos de átomos, de moléculas, de enlaces, etc. La dificultad aumenta porque el lenguaje que se usa para representar los fenómenos es amplio y a veces confuso. Un símbolo, fórmula o ecuación (representación simbólica) pueden representar el fenómeno que observamos, (representación macroscópica) o pueden representar los modelos que explican el fenómeno (representación submicroscópica o nanoscópica*). * En adelante se utilizará el término nanoscópico para referirse al nivel de los átomos, las moléculas y los iones. Ejemplo Observamos como se oxida un clavo abandonado a la intemperie (nivel macro), el fenómeno puede ser explicado mediante modelos de átomos de fierro que se combinan como moléculas de oxígeno del aire para formar óxido de fierro (nivel nanoscópico). Este proceso puede representarse por medio de la ecuación: 4Fe +

3 O2 → 3 Fe 2 O 3

(nivel simbólico)

La ecuación se representa tanto al nivel macro como al nanoscópico: La ecuación representa 4 átomos de fierro que reaccionan con 3 moléculas de oxígeno y producen 2 moléculas de óxido de fierro III (Que no podemos ver, nivel micro), pero también representa el nivel macro, (4 moles de fierro se combinan con 3 moléculas, produciéndose 2 moles de óxido).

Ejercicio Pon un ejemplo cercano en el que la

I.5 ¿Por qué es importante estudiar la Química? El estudio del comportamiento de la materia nos permite interpretar

los

fenómenos

que

sucedan

a

nuestro

alrededor, incluyendo el funcionamiento de nuestro propio cuerpo. El conocimiento nos permite valorar la naturaleza y tomar

decisiones

convenientes

para

preservarla

química juega un papel importante, al mejorar

nuestro

estilo

de

______________________________ __________________________

y

aprovechar sus recursos en nuestro beneficio, nos permite ubicar el lugar que tenemos en el universo y apreciar el papel que la química juega en el desarrollo científico y

Describe un fenómeno natural que la química

puede

explicar

______________________________ __________________________

tecnológico.

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vida

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II. ¿Cómo se investiga en las Ciencias? La orientación científica Proyecto de Investigación en equipo. Diseña un plan utilizando la metodología científica, para resolver los siguientes problemas relacionados con el curso. •

¿Cómo se obtiene la sal del agua de mar?

•

¿Cómo harías para separar los dos componentes principales del aire?

•

¿Cómo afecta la adición de jugo de limón a la solubilidad del azúcar en agua al preparar una limonada?

II.1. El proceder científico, un ejemplo A mediados del siglo XIX un científico observó que los marineros que hacían largas travesías, padecían de una enfermedad llamada escorbuto, (hemorragias, caída de los dientes y alteraciones en las articulaciones) cuando algunos tenían la oportunidad de consumir cítricos como naranja, toronja o limón, se observaba que disminuía el índice de casos de escorbuto. Con base en lo anterior el citado observador hizo algunas recomendaciones a las autoridades competentes. No fue sino hasta después de un siglo, que la armada británica tomó en cuenta sus recomendaciones en tanto siguieron muriendo gran número de marineros a causa de la enfermedad.

Ejercicio 1. ¿Qué problema se presentaba con los marineros en las travesías demasiado largas? ___________________________ 2. ¿Cuál fue la hipótesis del científico? ___________________________ 3. ¿Qué recomendación hizo el científico con base en su hipótesis? ___________________________ 4. ¿Qué habrías hecho para demostrar que la hipótesis del científico era cierta? ___________________________

II.2 El proceder científico, una actitud Cuando analizamos a los materiales tratamos de encontrar algo en común, lo mismo hicimos con los cambios, esta actitud que el hombre tiene de tratar de encontrar regularidades en lo que observa lo lleva a: organizar fenómenos, clasificar materiales, predecir resultados etc.

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El propósito de la ciencia puede resumirse de la siguiente forma: “observar, describir, predecir, explicar la naturaleza y sus cambios, en la forma más simple que sea posible”. Generalmente la primera etapa del conocimiento es la OBSERVACIÓN de los hechos; por medio de nuestros sentidos o de la extensión de ellos (instrumentos), otra forma de generar nuevos conocimientos es a partir de nuestras reflexiones. La siguiente etapa es la DESCRIPCIÓN de las observaciones, por ejemplo describir que las llantas disminuyen su volumen al bajar la temperatura, las observaciones que se repiten nos llevan a establecer PATRONES y REGULARIDADES que permiten establecer GENERALIZACIONES que si se comprueban pueden llegar a constituir LEYES, como por ejemplo “los gases disminuyen su volumen a menor temperatura”. A partir de los patrones, regularidades, generalizaciones o leyes pueden elaborarse PREDICCIONES por ejemplo se puede plantear la siguiente hipótesis “en un lugar frío el volumen de las llantas disminuye” En la búsqueda del conocimiento el ser humano trata de buscar EXPLICACIONES a los fenómenos naturales y las leyes que los rigen. Para esto la ciencia se vale de teorías, principios y modelos, en el ejemplo antes mencionado, la teoría cinética molecular nos ayuda a explicar las leyes de los gases. Los científicos tienen la misma actitud de los niños al tratar de comprender y explicar el mundo construyendo conceptos. Las regularidades encontradas en las características y comportamientos de los objetos y de los fenómenos constituyen la formación de los conceptos. Todos los procesos implicados en la actividad científica se basan en la capacidad de observación que el hombre tiene. Finalmente cualquier persona realiza estos procesos cotidianamente, describimos objetos, hechos, fenómenos y tratamos de explicarlos y de predecir lo que ocurrirá y en qué condiciones. Los científicos hacen tales procedimientos con mayor cuidado y precisión, los prueban mediante la experimentación. Como A. Einstein dijo: “La ciencia no es más que el refinamiento del pensamiento cotidiano”.

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Ejercicio: En equipo, describe un ejemplo de la vida cotidiana que ilustre el procedimiento científico. Descripción de los hechos: ____________________________________________________ Predicción: _________________________________________________________________ Explicación: ________________________________________________________________ ¿Cómo se forma un concepto?: _________________________________________________ ¿Cuál capacidad básica usa el hombre en la investigación? __________________________ ¿Cuáles procedimientos básicos comprenden el desarrollo del conocimiento científico? __________________________________________________________________________

III. ¿Cómo distinguir un material de otro? La materia en general se reconoce por su masa, su volumen y su peso. Pero ¿cómo podemos distinguir un tipo de material de otro tipo de material? Un tipo de material se reconoce por una o varias características en común, ejemplos: los metales por su brillo, los líquidos por su fluidez, los minerales por su dureza y otras características más. Los materiales que forman la mayoría de los cuerpos que

observamos

están

hechos

de

Ejercicio • Los materiales que comúnmente encontramos están formados de: ______________________ •

Las mezclas están formadas de: ____________________

•

Las sustancias puras se pueden reconocer por sus propiedades: ____________________

•

Anota dos ejemplos de mezclas: ____________________

MEZCLAS,

materiales, tales como la madera, con la que se fabrican muebles, las rocas que forman las montañas, el aire que respiramos, los alimentos, los vegetales, las telas, los plásticos son mezclas, éstas, son materiales formados por SUSTANCIAS PURAS. Las sustancias puras son las que se reconocen por otras

propiedades

PROPIEDADES

más

características

ESPECÍFICAS. Con

distinguimos por ejemplo una sustancia

llamadas

las cuales líquida de

otra sustancia pura también líquida.

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III.1. El agua como ejemplo de materia, ¿es una mezcla o una sustancia pura? Para empezar el estudio de la materia y sus transformaciones contamos con el tema del AGUA, una sustancia muy cercana e importante para nosotros. Tan familiar que consideramos que su comportamiento es muy NORMAL. Sin embargo los científicos no piensan lo mismo, ya que comparada con otras sustancias similares en composición se comporta de manera IRREGULAR como vamos a ir descubriendo. Si las investigaciones buscan ESQUEMAS, SIMILITUDES, REGULARIDADES, entonces ¿cómo vamos a estudiar guiados por una ANOMALIA? Aquí radica lo interesante de iniciar el estudio de la química alrededor del AGUA. Vamos a contrastar las propiedades y el comportamiento del AGUA con otras sustancias que tienen propiedades y comportamiento REGULAR y a buscar en la estructura del agua la EXPLICACION a su "extraño" comportamiento. Así, aprenderemos que las regularidades nos ayudan a proponer TEORÍAS que las explican, pero cuando se encuentran excepciones a estas regularidades o esquemas de comportamiento (ANOMALIAS), ESTAS NOS CONDUCEN A REFORMULAR LAS TEORÍAS, para encontrar nuevas explicaciones, avanzando en el conocimiento de la naturaleza. Ejercicio 1. ¿Por qué consideramos que el comportamiento del agua es normal? __________________________________________________________________________ 2. ¿Con qué tipo de sustancias vamos a comparar las propiedades y comportamiento del agua?_____________________________________________________________________ 3.- ¿Por qué los científicos consideran que el agua tiene un comportamiento irregular (anómalo)? ________________________________________________________________ 4. ¿En qué característica del agua vamos a buscar la explicación a su comportamiento? __________________________________________________________________________ 5.- ¿En que casos se deben revisar las teorías existentes? __________________________________________________________________________ III. 2. Tensión superficial La tensión superficial es la propiedad característica que nos informa de las fuerzas con las que están unidas las partículas que forman a las sustancias. OBSERVACIÓN EXPLICACIÓN Las partículas que forman un líquido se 15

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atraen una a otra con fuerzas de magnitud diferente de acuerdo al líquido y a la localización de las mismas dentro del líquido. Las partículas de la superficie sufren una mayor atracción hacia el interior del líquido (a) Las gotitas de agua forman esferas sobre un bloque de parafina (b) El mosquito zapatero camina sobre el agua

que

las

partículas

que

se

encuentran

rodeadas por otras dentro del líquido, las fuerzas sobre éstas, se ejercen en todas direcciones compensándose unas a otras. Las fuerzas que mantienen unidas a las partículas de un líquido son fuerzas de ENLACE.

Ejercicio Al comparar las gotas de agua, de alcohol y de mercurio, ¿cuál de los 3 líquidos crees que esté formado por partículas que se atraen con mayor fuerza? Plantea una hipótesis. __________________________________________________________________________ ¿Por qué crees que se considere a la tensión superficial una propiedad característica? __________________________________________________________________________ III.3. Densidad, otra propiedad característica de las sustancias Sabemos que la densidad es la cantidad de materia que hay en cada uno de los centímetros cúbicos de un material, entonces podemos expresar a la densidad como la relación matemática entre la masa del objeto y su volumen, lo cual se representa de la siguiente manera: MASA DENSIDAD = ------------------VOLUMEN Ejercicio ¿Qué mediciones y cálculos deben hacerse para determinar la densidad de agua y de alcohol? __________________________________________________________________________ ¿Qué unidades vas a poner a la densidad de acuerdo a las mediciones que sugieres? __________________________________________________________________________ ¿Cómo deben ser los resultados si se hacen determinaciones a diferentes cantidades de un mismo líquido? __________________________________________________________________________ 16

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Compara tu respuesta anterior con los resultados obtenidos después de hacer las determinaciones en el laboratorio. __________________________________________________________________________ La siguiente tabla contiene densidades de algunas sustancias puras, los datos se usan constantemente en laboratorios, escuelas, industria, para identificar sustancias y para conocer el grado de pureza que tienen dichas sustancias. Densidad Sustancia Densidad (g/cm3) (g/cm3) Acero 7.8 Hielo 0.92 Agua líquida 1.00 Fierro 7.8 Alcohol 0.7 Mercurio 13.6 Aluminio 2.7 Nitrógeno 1.2*10-3 (0.0012) Aceite de oliva 0.92 Oro 19.3 Benceno 0.90 Oxígeno 1.3*10-3 (0.0013) Bronce 8.6 Plata 10.5 Cobre 8.9 Platino 21.4 Diamante 3.52 Sacarosa (azúcar 1.58 de mesa) Éter 0.74 Glicerina 1.26 Zinc 7.14 Fuente: Física para estudiantes de ciencia e ingeniería, Parte 1, Resnick Sustancia

Ejercicio Establece patrones, regularidades y predicciones •

Analiza las densidades de las sustancias; como son las densidades de los gases en relación con los sólidos y líquidos. _________________________________________________________________________

•

Si se tiene un cubo de aluminio y otro de cobre, de un centímetro cúbico cada uno, ¿cual pesará más?_________________________________________________

•

Si se tienen 2 muestras de iguales masas, una de alcohol y otra de agua, cuál de las 2 muestras tendrá mayor volumen______________________________________________

•

Qué estado de agregación crees que tenga una muestra cuya densidad es de 0.00004 g/ cm3 ____________

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•

Señala: masa, volumen o densidad de acuerdo a las siguientes unidades: cm3 Kg g/cm3 g mL

_________________ _________________ _________________ _________________ _________________

•

¿Cuándo el agua se congela que propiedad cambia: la masa o el volumen? ___________

•

Explica por qué el hielo flota en agua líquida _________________________

•

¿Si se tiene un centímetro cúbico de cada una de las sustancias de la tabla, cuál de ellas tendrá mayor masa? _______________

•

Si 10 gramos de aluminio tienen una densidad de 2.7 g/ cm3, ¿cuál será la densidad de 100 gramos de aluminio? ________________

DISCUSION Consideremos ahora la densidad del agua que tiene un valor de 1g/cm3, esto significa que cada un cm3 (1 mL) de agua pesa un gramo, no importa que cantidad de agua estemos considerando (siempre y cuando se trate de agua pura). Pero si el hielo puede flotar en agua es porque su densidad es menor; ¿has observado los cubos de hielo que se forman en el congelador? ¿Crees que cambió la masa del agua al cambiar al estado sólido? La densidad es una relación (una división) de la masa al volumen de una sustancia: D=m/V Si la densidad del agua disminuye al pasar al estado sólido y el valor que cambia es resultado de dividir la misma masa (ley de conservación de la masa) entonces lo que cambia es el volumen que al incrementar su valor y dividir a la misma masa da por resultado un número menor. La densidad del agua sólida es menor que la del agua líquida, por lo

⇐ ANOMALIA

que el hielo flota en agua líquida ¿Qué pasará en la estructura molecular del agua para que el volumen del hielo sea mayor que el volumen de la misma masa de agua líquida? ¿Se comportan así otras sustancias?

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REGULARIDAD ⇒

N0, en general las densidades de los sólidos de las sustancias son mayores que las densidades de los líquidos de las mismas sustancias.

¿Cómo cambia el volumen de la mayoría de las sustancias al pasar del estado líquido al sólido?____________________________________________________________________ _ Un objeto A flota en una sustancia B, si la masa de un centímetro cúbico de A es menor que la de un centímetro cúbico de la sustancia B III. 4. Los cambios de estado ¿Una sustancia cambia de estado a cualquier temperatura? Una de las propiedades de la materia, es el estado físico (o fase) que tiene una sustancia a una temperatura determinada. Un cambio de estado o cambio de fase sucede sin que cambie la naturaleza de las sustancias, no se forman otras sustancias diferentes, (no hay cambios químicos). El cambio de sólido a líquido es la fusión El cambio de estado de líquido a sólido es la solidificación. El cambio de líquido a gas se llama ebullición. El cambio de gas a líquido se conoce como condensación o licuefacción. Punto de ebullición.- Es la temperatura a la que una sustancia cambia del estado líquido al gaseoso, si la sustancia es pura el punto al que sucede el cambio es siempre el mismo, no importa la cantidad de sustancia que se tenga. Punto de fusión y de solidificación.- La temperatura a la que una sustancia pura cambia de líquido a sólido es su punto de solidificación, la temperatura a la que una sustancia cambia de sólido a líquido se llama punto de fusión.

Ejercicio •

¿Se forman sustancias nuevas en un cambio de estado? ________ 19

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•

El

cambio

que

sucede

cuando

un

sólido

pasa

a

líquido

se

llama

______________________ •

La temperatura a la que una sustancia pura cambia de líquido a gas se llama __________________

•

El cambio de líquido a sólido se conoce como ______________

La _____________ es el cambio de las moléculas superficiales de un líquido a gas y sucede a cualquier temperatura. Punto de ebullición es la temperatura a la Cuando un líquido hierve o se evapora, sus moléculas pasan al estado gaseoso. Sin embargo, en la evaporación sólo participan las moléculas de la superficie del líquido, mientras que en la ebullición intervienen todas.

cual un líquido pasa al estado gaseoso o un líquido al llegar a su punto de ebullición cambia de estado, de líquido a gaseoso. El agua hierve a 100°C a una presión de 760 mm de mercurio (1 atmósfera) al nivel del mar. El punto de ebullición de un líquido depende de la presión.

III. 5. Los cambios de estado del agua/relación fenómeno-teoría Formación y rompimiento de enlaces intermoleculares Reflexionemos ahora sobre los cambios de estado del agua

en el experimento del

calentamiento de hielo hasta vapor de agua. Obtuvimos una gráfica de temperatura contra tiempo en la cuál la temperatura permanece constante durante los cambios de estado. ¿Por qué crees que la temperatura no sigue subiendo aún cuando continuamos con el calentamiento? Las partículas (átomos o moléculas) que forman un sólido tienen una estructura un tanto rígida, que no les permite mucho movimiento. Al calentar el sólido el movimiento de las partículas aumenta, y si este movimiento es lo suficientemente grande, las partículas pueden obtener la energía necesaria para romper la estructura del sólido y formar una estructura menos rígida en el estado líquido; si se sigue calentando el líquido, las partículas que lo forman pueden adquirir mayor energía cinética (de movimiento) y ser capaces de romper los enlaces que las mantienen unidas y separarse lo suficiente formando el estado gaseoso. 20

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Ejercicio • Cuando

se

suministra

calor

a

un

sólido,

¿en

que

se

usa?

___________________________ •

¿Qué sucede a las partículas que forman el sólido al cambiar a líquido? _______________________________________________________________________ __

•

A

que

se

llama

energía

cinética

_______________________________________________ •

¿En cual estado de agregación las partículas tienen menor energía cinética? __________________________

Relación de variables representada de manera formal en una gráfica La gráfica que se obtiene en el calentamiento de un sólido hasta que pasa a la fase gaseosa tiene la siguiente forma: 9

e

Temperatura (ºC)

8 7

d

c

6 5

ebullición

b

4

a fusión

3 2 1 0 1

2

Interpretación de la gráfica anterior

3

4

5

6

Tiempo (min)

Cuando se calienta un sólido, se registra un aumento de temperatura (energía cinética) como en a, cuando el sólido está cambiando a líquido se registra temperatura constante (no hay aumento de movimiento) auque se siga calentado b, cuando todo el sólido es líquido este aumenta su temperatura, (sube energía cinética) c, cuando el líquido está cambiando a gas la temperatura permanece constante, (no hay incremento de energía cinética) d, si el gas se sigue calentando este aumenta de temperatura (aumenta su energía cinética), e. El siguiente esquema ilustra el calentamiento de hielo hasta alcanzar el estado gaseoso I mediante el MODELO NANOSCOPICO de las moléculas de agua. II 21

Sólido

líquido

Gas

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Señala con un color diferente los enlaces que existen entre las moléculas del agua (enlaces intermoleculares) ¿Cuál es la evidencia empírica que apoya la representación de los modelos en I? __________________________________________________________________________________ _ ¿Cuál es la evidencia empírica que apoya la representación de los modelos en II? __________________________________________________________________________

La temperatura permanece constante durante un cambio de estado. Durante esta etapa no hay cambio en la energía cinética de las moléculas En el caso de la fusión y ebullición, la energía se usa en vencer las fuerzas que mantienen a las partículas juntas, en el caso del agua, el calor proporcionado se gasta en separar las moléculas que forman el hielo o el líquido. Las partículas separadas adquieren energía cinética. Durante los cambos contrarios, la condensación y la solidificación, la energía adquirida por las

Ejercicio *¿Qué sucede con la temperatura durante un cambio de estado? __________________________ *¿En qué estado hay mayor energía cinética, en el hielo o en el agua líquida? __________________________ *¿Que trabajo realiza la energía calorífica durante la ebullición? __________________________ *¿Qué trabajo realiza el calor suministrado durante el calentamiento del agua líquida? __________________________ *¿Cuál es la evidencia empírica que apoya esta afirmación: “durante un cambio de estado no hay cambio en la energía cinética de las moléculas”? _______________________________

partículas se desprende en forma de calor. forman o se rompen cuando una sustancia cambia de estado III.Los 6. Laenlaces energíaque y lossecambios (cambio físico) son muy débiles comparados con los enlaces que se forman o rompen cuando una sustancia se forma o se descompone (cambio químico). En una reacción química los enlaces involucrados son más fuertes por lo que las energías requeridas son mayores que en los cambios físicos. La energía en los cambios químicos pueden ser diez o cien veces las energías de los cambios físicos. Existe otra clase de cambios en los que la energía involucrada es mucho mayor y comprenden rompimiento de núcleos de 22 átomos, estos cambios son las reacciones nucleares como las que suceden en el sol y cuya energía es motivo de cambios en la tierra.

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Ejercicio •

¿En

que

tipo

de

cambios

la

energía

requerida

es

de

mayor

magnitud?

________________________ •

¿Cómo se clasifica a los cambios de estado?

________________________ •

¿En que tipo de cambios se forman o rompen los enlaces más débiles?

________________________

•

¿Qué evidencia empírica se apoya con la siguiente explicación: “Los enlaces que se forman o se rompen cuando una sustancia cambia de estado son más débiles comparados con los enlaces que se forman o rompen cuando una sustancia se forma o se descompone”?

____________________________________________________________________

Completa (con; energía de los cambios nucleares, energía de los cambios físicos, energía de los cambios químicos) los espacios en el esquema que representa en orden creciente la energía requerida para realizar los cambios.

>

>

Los SÓLIDOS están constituidos por partículas unidas Ejercicio 1.- Responde: sólido, líquido o gas en 7.estructuras muy de rígidas. Los enlaces entre sus según corresponda en los siguientes III. Características los estados de agregación partículas solo tienen movimiento vibratorio, por los planteamientos. A) Sus partículas tienen solo que su energía cinética es menor. Existe un mayor movimiento vibratorio ______________________________ orden que en los otros estados. B) En este estado las partículas de una Los LIQUIDOS. En este estado las partículas se sustancia tienen la mayor libertad ______________________________ agrupan (existen enlaces al formarse las C) Estado en el que las partículas se agrupaciones). Hay mayor energía cinética, éstos agrupan rodando unas sobre otras. ______________________________ grupos se "deslizan" unos sobre otros, por lo que su D) Contiene la menor energía cinética forma es adaptable al recipiente que lo contenga en ______________________________ tanto que su volumen no se verá afectado. Se forman y E) No existe ningún tipo de enlace entre las partículas se deshacen agregados es decir hay menos orden. ______________________________ Los GASES. Las partículas están muy alejadas unas F) Su estructura es rígida ______________________________ de otras, no hay enlaces entre ellas. Se mueven en 23 desorden y libremente, por lo tanto hay mayor energía cinética.

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III. 8. Anomalías del agua Investiga ¿Cuál es el significado del término anomalía? ¿En que consiste la anomalía del agua respecto a sus cambios de estado? La familia VIA incluye los siguientes elementos: oxígeno (O), azufre (S), selenio (Se), telurio (Te) y polonio (Po); cuando estos elementos se combinan con el hidrógeno, forman compuestos cuya estructura química es similar: H2O, H2S, H2Se, H2Te y H2Po. La siguiente tabla presenta el número atómico de cada elemento y la masa molecular del compuesto, así como las temperaturas de fusión y de ebullición. Ejercicio • Analiza los datos de la siguiente tabla, busca regularidades e INFIERE los datos que faltan en ella. Compuesto

No. Atómico, del elemento de la familia VI A

Masa molar del compuesto

Temperatura de fusión.

Temperatura de ebullición

H2Te H2Se H2S H2O

52 34 16 8

129 80 34 18

-51 -66 -86

-4 -41 -61

• • •

Edo. de agregación a temperatura ambiente

¿A qué temperatura deberá hervir el agua de acuerdo a tu predicción? _______________ ¿Cuál debería ser el punto de fusión del agua de acuerdo al patrón analizado? ________ ¿Cuáles son los valores reales? _______________________________________________________________________ _ • Los valores predichos se basaron en: a) Teorías b) Leyes c) Regularidades Explica: ___________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Cuál es la diferencia entre los valores inferidos y los reales? 24

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________________________________________________________________________ • ¿Qué estado físico tendría el agua a temperatura ambiente (25°C), si siguiera el patrón de comportamiento analizado? ___________________________ • ¿Cómo varía la temperatura de fusión de los compuestos de la tabla al disminuir su masa molar? ___________________________ •

¿Cuál de los compuestos diferentes al agua, necesita más calor para romper los enlaces entre sus partículas? ___________________________ Como puedes observar el agua no obedece el reglamento periódico, por suerte para la

vida en la tierra. De no ser así, toda el agua del planeta se encontraría en forma de vapor en condiciones atmosféricas. •

¿Cómo te imaginas un mundo donde el agua cumpliera estrictamente las reglas de la química?

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Completa los espacios en blanco con las opciones del recuadro: Modelo Hipótesis

anomalía ley

regularidad generalización

Puede establecerse una relación entre la masa molar y la temperatura de ebullición de los primeros tres compuestos de la tabla anterior, planteamiento que constituye una ____________________. A partir de la cual se hace una ______________________ al predecir el punto de ebullición del agua. Si la ____________________ planteada no se cumple como es el caso, se ha encontrado una ____________________. Esta situación lleva a los científicos a la búsqueda de un nuevo ___________________. III. 9. Capacidad calorífica ¿Puede la misma cantidad de sustancias diferentes, almacenar la misma cantidad de energía? Tú, ¿qué opinas?, piensa en la rapidez con que se enfría un metal en comparación con la que se enfría una cera o una grasa.

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Para calentar un gramo de distintas sustancias en un grado centígrado se gastan cantidades diferentes de CALOR, así por ejemplo: Un gramo de mercurio consume 0.1 J de energía Un gramo de alcohol etílico consume 2 J Un gramo de agua consume 4.2 J Un gramo de ácido sulfúrico consume 1 J Como ves, el agua requiere mucha más energía para subir en un grado su temperatura que la mayoría de las sustancias.

Ejercicio • ¿Cuál sustancia requiere más cantidad de calor para elevar su temperatura, un metal o una bolsa de polietileno? ________________________ ____________________

Las sustancias responden de diferente forma al calor que reciben. Si se aplican 4.184 J (joules) de energía a un gramo de agua, esta incrementa su temperatura un grado centígrado.

¿Cuales son las unidades que expresan la capacidad calorífica? ________________________ ____________________

Si esta misma cantidad de energía se aplica a un gramo

•

Si consideramos que las sustancias tienen diferente

•

Si se aplica la misma cantidad de calor a masas iguales de un metal y de una roca ¿cuál elevará en mayor cantidad su temperatura? ______________________ ¿Y cuál tiene mayor capacidad calorífica? ______________________

de oro, el incremento de temperatura es de 32o C Nuestra experiencia nos dice que algunas sustancias se calientan más fácilmente que otras. capacidad para almacenar calor sin que su temperatura se

eleve

mucho,

estamos

conceptualizando

la

capacidad calorífica, otra propiedad característica, es entonces la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de sustancia, recibe también el nombre de calor específico. La capacidad calorífica se puede expresar en calorías o en joules.

SUSTANCIA agua (líquida)

CALOR ESPECÍFICO (CAL/OC g) 1.0

Una caloría es la energía necesaria para aumentar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua, que prácticamente corresponde a la masa de un mililitro de agua 26

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agua (sólida) alcohol etílico madera vidrio fierro aluminio cobre plata oro

0.5 0.54 0.42 0.12 0.11 0.21 0.09 0.06 0.03

A mayor valor de calor específico la sustancia es capaz de retener mayor cantidad de energía y esa energía es liberada en forma de calor más lentamente

Ejercicio • ¿Cuál de las sustancias de la tabla requiere mayor cantidad de calor para que su temperatura incremente un grado centígrado? _______________________________ • ¿Qué sustancia conserva mejor el calor: el vidrio o la madera? __________________ • ¿Cómo se explica que el agua sea un buen regulador del clima? ____________________________________________________________________ La mayoría de las sustancias tienen

capacidades

caloríficas

⇐ REGULARIDAD

bajas.

ANOMALIA ⇒

Ejercicio Completa el mapa.

El agua tiene una capacidad calorífica muy elevada

Agua Su comportamiento es Anómalo Porque tiene alta

Solubilidad consecuencias

consecuencias A temperatura

consecuencias Reguladora de

Ejercicio (Tarea Extraclase) ambiente es líquida temperatura Resuelve el siguiente cuestionario en tu cuaderno. 1.-Investiga que es una mezcla, y cuantos tipos hay. 2.- ¿Qué propiedades presentan las mezclas que las hacen diferentes de los compuestos y elementos? 3.- ¿Qué es una disolución y cuales son sus componentes? 4.- Da ejemplos de disoluciones donde el soluto y el disolvente se encuentren en diferente estado de agregación al momento de mezclarse. 5.- ¿Incluyendo el agua, que otro tipo de disolventes conoces? 6.- ¿Cuál de todas las sustancias mencionadas en el punto 5, consideras que disuelva a un mayor número de materiales? 7.- ¿Cuáles de estas sustancias disuelven 27 a las grasas y aceites, y cuales no? 8.- Construye un esquema con la clasificación de mezclas y anéxalo en el lugar correcto en el esquema 1 de la página 44.

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III. 10. Capacidad disolvente Una

disolución

es

una

mezcla

homogénea (su aspecto es uniforme) los componentes que la forman están dispersos en forma regular. Cualquiera de las partes de la mezcla es igual a otra parte. Existen soluciones en estado sólido (aleación), líquido (agua salada), gaseoso (aire) o donde el soluto y el disolvente se encuentran en diferentes estados de agregación (refresco, gas en líquido) en general se ha acordado que la

sustancia

presente

en

mayor

proporción es el disolvente.

Algunos disolventes líquidos además del agua son el alcohol, acetona, éter y muchos otros orgánicos. El mejor disolvente es el agua ya que disuelve mejor a un mayor número de sustancias como puede ser comprobado, este hecho tiene grandes ventajas para la vida. El alcazelter, la levadura seca, el redoxón, la sal de uvas son sólidos que nos muestran que sólo necesitan agua para que se produzcan reacciones, si pensamos en los materiales sólidos que forman la corteza terrestre, los que se encuentran en mayor 28 contacto con agua son los que producen mayor número de cambios.

Ejercicio

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1.-Define disolución: _________________________________________________________ 2.-Menciona 2 sólidos que se disuelvan en agua ___________________________________ 3.- ¿Por qué crees que en el laboratorio se preparen disoluciones de los reactivos que se van a usar para demostrar reacciones? __________________________________________________________________________

La mayoría de los disolventes disuelven a un número limitado de solutos

⇐ REGULARIDAD ANOMALIA ⇒

El agua disuelve a un elevado número de solutos

4.- Si el agua disuelve con facilidad a las sustancias que se encuentran en contacto con ella A. ¿Por qué crees que el agua del mar sea salada? ____________________________ _______________________________________________________________________ ___ B. ¿Será posible encontrar agua 100% pura, sin otra sustancia que la acompañe? Si o No y ¿por

qué?

__________________________________________________________________ C. ¿Cómo explicas el sarro formado en un recipiente usado para hervir agua o el formado en las tuberías de las calderas? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ______ D. Investiga a que se llama agua potable __________________________________________________________________________ E. ¿Por qué el agua se contamina tan fácilmente? _______________________________________________________________________ ___ F. ¿Por qué no es conveniente beber agua pura para calmar nuestra sed? _______________________________________________________________________ ___ __________________________________________________________________________ G. ¿Qué ventajas encuentras en la gran capacidad disolvente del agua? _______________________________________________________________________ 29

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_______________________________________________________________________ ______ Al analizar si las sustancias consideradas en cada uno de los siguientes puntos pueden formar una disolución, considera si existe atracción entre sus partículas a) entre partículas de alcohol y las partículas de agua ________________ b) entre las partículas de sal y las partículas de agua ________________ c) entre partículas de aceite y las partículas de agua ________________ d) entre partículas de cera y las partículas de agua

________________

e) entre partículas de cera y las partículas de aceite ________________ f) entre partículas de grasa y las partículas de gasolina ______________ El agua se encuentra en la naturaleza formando disoluciones, debido a su alta capacidad disolvente. Las disoluciones son mezclas de sustancias puras. Investiga ¿Qué es una disolución, una suspensión y un coloide? Para demostrar que las “disoluciones acuosas” están formadas de sustancias puras entre ellas el agua, existen diversos métodos de separación. Investigación documental. Representa con dibujos los siguientes métodos físicos de separación de mezclas, indicando en cada uno de ellos el tipo de sustancias que se pueden separar y en que propiedades se basa cada una de las siguientes separaciones: filtración, destilación, decantación, cristalización, evaporación, centrifugación, sublimación, cromatografía, imantación. Ejercicio A. ¿En que propiedad característica de los líquidos se basa la separación por destilación? ______________________ B. ¿Qué método se usa para separar un sólido de un líquido? ________________________ C. ¿Cómo se separan dos sólidos que tienen diferente solubilidad? ___________________ D. ¿Cuál es la diferencia entre una disolución, una suspensión y un coloide? _______________________________________________________________________ Un principio valido en Química en cuanto a la formación de disoluciones es “lo semejante disuelve a lo semejante”, dado que el agua es una sustancia polar va a disolver a sustancias que tengan polaridad, por ejemplo sales, alcohol, ácidos, 30 etcétera.

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Cuando hay derrames de petróleo en el mar, se observa que éste forma una nata y no se disuelve en agua, que podemos inferir: ___________________________________________ __________________________________________________________________________ Los mecánicos quitan la grasa de su ropa utilizando gasolina blanca (que no se disuelve en agua), que podemos inferir: ____________________________________________________ __________________________________________________________________________

IV. Repasando nuestras herramientas matemáticas, relaciones y proporciones. Análisis de la división. Uso y significado. Ejemplos: Si se quiere repartir algún trabajo, algún bien, un manjar, entre individuos recurrimos a una división, por ejemplo si se cuenta con 30 manzanas para 15 niños, dividimos 30 entre 15 30 manzanas / 15 niños = 2 manzanas / niño el resultado 2 significa que a cada "un" niño (unidad de denominador), le tocan 2 manzanas (cantidad de numerador) Si un auto tarda una hora y media en recorrer una distancia de 60 kilómetros, al dividir 60km/1.5hr obtenemos el número 40 con las unidades km/hr; el número 40 como resultado de la división de los kilómetros entre las horas, significa que el auto recorre 40 kilómetros en cada una de las horas que dure su recorrido Si queremos conocer la relación que existe entre los pesos de un niño (30kg) una señora (60kg) y un gordito (90kg) hacemos divisiones; los 3 pesos entre el menor peso 30kg/30kg = 1; 60kg/30kg = 2; 90kg/30kg = 3; los 3 resultados no tienen unidades porque estamos dividiendo kilos entre kilos y significan que por cada "un" kilo que pesa el niño la señora pesa 2 kilos y el gordito pesa 3kilos por cada "un" kilo del niño. El resultado de una división corresponde a la cantidad de numerador que le toca a cada unidad de denominador. (Cantidad de manzanas por cada niño, cantidad de kilómetros recorridos en una hora, etc)

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V. Concentración de disoluciones La relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución se llama CONCENTRACIÓN. Cantidad de soluto Matemáticamente se escribe CONCENTRACIÓN = -------------------------------Cantidad de disolución Y se lee “La concentración es igual a la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución”. Es decir, el resultado de dividir la cantidad de soluto disuelta entre la cantidad de disolución se conoce como concentración. Para una disolución dada, esta relación es constante ya que el soluto se distribuye uniformemente por todo el disolvente, LA CONCENTRACIÓN INDICA LA CANTIDAD DE SOLUTO QUE CONTIENE CADA UNIDAD DE VOLUMEN DE LA DISOLUCION.

Unidad de volumen Volumen total

Por ejemplo, en la vida cotidiana son ejemplos de esta relación: •

Una cucharada de azúcar por una taza de té

•

Una tableta de medicamento en un vaso de agua

•

Una pizca de sal en un plato de sopa

Ejercicio Busca en las etiquetas de productos domésticos (bebidas, vinagre, productos de limpieza) las concentraciones de sus componentes, anota al menos 3 ejemplos En las soluciones acuosas la cantidad de soluto se puede expresar en unidades de masa (comúnmente se usan gramos y en química también se manejan moles) la cantidad de disolvente se puede expresar en unidades de masa o de volumen (gramos o litros).

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En los productos domésticos las concentraciones se dan en porcentaje, el que puede ser: porcentaje

masa/masa

(%m/m),

porcentaje

volumen/volumen

(%v/v)

o

porcentaje

masa/volumen (%m/v). V. I. Porcentaje masa/masa (m/m) Es la cantidad de soluto en gramos que está disuelto en 100 gramos de disolución. Por ejemplo, una disolución de yodo al 1.2% en peso indica que en cada 100 gramos de disolución hay 1.2 gramos de yodo. Conocer la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente permite hacer cálculos de relación masa – masa en una disolución.

Ejemplo 1: Si se necesitan 50 gramos de disolución de yodo para curar una herida ¿cuantos gramos de yodo se están poniendo en la piel? Lo que conocemos (datos): •

El porcentaje de yodo en la disolución = 1.2% en forma de relación: 1.2 g de yodo / 100g de disolución

Lo que buscamos (el problema): • Los gramos de yodo en 50 gramos de la disolución. En forma de relación: X g de yodo / 50g de disolución Con estos datos, es posible obtener de manera inmediata el resultado, ya que sabemos que en 100 gramos de disolución hay 1.2 gramos de yodo, entonces en 50 gramos de disolución, equivalente a la mitad, ¡tendremos 0.6 gramos de yodo! Ahora aplicaremos un razonamiento matemático: Las 2 proporciones son equivalentes ya que se refieren a la misma disolución, la que contiene la misma proporción de soluto, por lo cual se pueden igualar en forma conveniente; una ecuación con 3 datos y una incógnita, la que puede despejarse: X g de yodo 1.2 g de yodo -------------------------- = --------------------------50 g de disolución 100 g de disolución

Problema

Datos

Al despejar X se obtiene: 1.2 g de yodo X g de yodo

= -------------------------- (50g de disolución) = 0.6 gramos de yodo 100 g de disolución

33

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Ejemplo 2:

¿Qué porcentaje en masa de sal tendrá un suero salino preparado en la farmacia con 40 g de sal y 80 g de agua? Lo que conocemos. Datos: • Masa de soluto = 40 g de sal • Masa de disolvente = 80 g de agua la masa de la disolución es: soluto + disolvente: 40 g de sal +80 g de agua = 120 g de disolución. La relación soluto / disolución es: 40g de sal / 120g de disolución Lo que buscamos. • Porcentaje de la sal en la disolución, En forma de proporción: X g de sal / 100 g de disolución La ecuación resultante es: X g de sal 40 g de sal -------------------------- = ----------------------------100 g de disolución 120 g de disolución

Datos

Problema Al despejar X se obtiene: 40 g de sal X g de sal

= ---------------------- (100 g de disolución) = 33.3 % 120 g de disolución

La proporción referida a 100 gramos de disolución es el porcentaje. El resultado es 33.3% m/m de sal común que tiene el suero salino preparado en la farmacia.

Ejercicios 1. Si una taza de té pesa aproximadamente 240 gramos (sólo el té, descontando la taza) y una cuchara de azúcar pesa 5 gramos, ¿cuál es la concentración masa/masa de azúcar, si a una taza de té se le agregaron 2 cucharas de azúcar?

2. Se tiene una disolución al 50% m/m de cloruro de amonio ¿Cuántos gramos de esta sal están presentes en 200 g de disolución? 34

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V. II. Porcentaje masa/volumen (% m/v) El tratamiento matemático en este tipo de forma de expresar la concentración es similar al de %m/m. Pero, la cantidad de soluto se da en unidades de masa (gramos) y la cantidad de la disolución se da en unidades de volumen (mL).

Ejemplo:

¿Qué concentración (%m/v) tiene una disolución en la que se disolvieron 2.7 g de glucosa en agua, de tal manera que el volumen de la disolución sea 50 mL? Lo que conocemos: Datos. • Masa de soluto = 2.7 g de glucosa • Volumen de disolución = 50 mL La relación soluto/disolución es: 2.7 g de glucosa / 50 mL de disolución Lo que buscamos. La concentración en % m /v; En forma de relación: X g de glucosa / 100mL de disolución La ecuación resultante es: X g de sal 2.7 g de glucosa ----------------------------- = ----------------------------100 mL de disolución 50 mL de disolución

Problema

Datos

Al despejar X se obtiene: X g de sal

=

2.7 g de glucosa ----------------------------- (100 mL de disolución) 50 mL de disolución

= 5.4 %m/v

La proporción referida a 100 mililitros de disolución es el porcentaje m/v. Ejercicio 1. Calcula la concentración porcentual m/v de una disolución en la que se disolvieron 0.2 g de sal en agua, resultando un volumen de disolución de 25 mL es:

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2. ¿Qué volumen de disolución resultará al preparar una disolución de NH4Cl de concentración 6.2% m/v, si se utilizan 5.4 g de ésta sal?

V. III. Porcentaje volumen/volumen (v/v) En este caso, las cantidades del soluto y de la disolución se dan en unidades de volumen (mL)

Ejemplo:

Una botella de brandy contiene un volumen de 946 mL. En la etiqueta dice tener un 38% v/v de alcohol. Calcula el volumen de alcohol contenido. Lo que conocemos: Datos: % v/v = 38% En forma de relación: 38 mL de alcohol / 100mL de disolución Volumen de disolución = 946 mL de brandy Lo que buscamos, el problema Volumen de soluto en 946 mL de brandy: En forma de proporción: X mL de alcohol / 946 mL de disolución Al igualar las proporciones:

La ecuación resultante es:

X mL de alcohol 38 mL de alcohol ------------------------------- = ------------------------------946 mL de disolución 100 mL de disolución

Problema

Datos

Al despejar X se obtiene: 38 mL de alcohol X mL de soluto

= ------------------------- (946 mL de disolución) = 359.4 mL 100 mL de disolución

La proporción referida a 100 mL de disolución es el porcentaje v/v Ejercicio 1. ¿Cuál es el porcentaje v/v (% v/v) si se disuelven 0.2 mL de alcohol en 1 mL de agua. 2. Al destilar un volumen de 75 mL de vino francés se obtuvieron 6.4 mL de alcohol ¿Qué porcentaje en volumen (% v/v) tiene de alcohol?

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VI. Importancia de las disoluciones acuosas en la vida Los procesos biológicos suceden en medio acuosos, una célula sin agua no puede vivir, una semilla germina si se le proporciona agua. Si se quiere conservar un alimento se le mantiene seco. ¿Que sucede cuando un soluto se pone en contacto con el agua para que se inicien procesos químicos? La explicación se encuentra en la teoría de las colisiones, la que establece que para que se forme una sustancia nueva (reacción química) se requiere que los reactivos choquen con la energía necesaria para formarla. Si la reacción sucede entre 2 gases basta con ponerlos en contacto y tal vez calentarlos, sus partículas tienen suficiente movimiento para que muy probablemente choquen. Pero si los reactivos se encuentran en estado sólido, las partículas que deben encontrarse para formar la nueva sustancia no tienen ni la libertad ni la energía cinética para chocar entre ellas. Muchos compuestos sólidos que se disuelven en agua se disocian liberando iones que son atraídos por moléculas de agua, estos iones adquieren gran cantidad de movimiento aumentando la posibilidad de colisionar entre sí.

Ejercicio Anota ejemplos de disoluciones acuosas que usamos cotidianamente __________________________________________________________________________ Pon un ejemplo que demuestre que la presencia de agua provoca cambios químicos o biológicos__________________________________________________________________ Recientemente se encontraron momias milenarias en un desierto chileno, ¿Cuál crees que sea la causa de su conservación?_______________________________________________ ¿Por qué crees que se preparan disoluciones de diferentes compuestos en laboratorios, empresas, etc.? __________________________________________________________________________ ¿Cuál es la evidencia empírica que demuestra que “muchos compuestos sólidos que se disuelven en agua se disocian liberando iones”? __________________________________________________________________________

VII. ¿Cómo está formada la materia? Mezclas, compuestos, elementos VII. 1. Separar para investigar (romper para analizar) ¿Has observado a los niños cuando quieren saber como funcionan sus juguetes? Los desarman. Algo similar hace los científicos con los materiales; separan sus componentes para estudiarlos.

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Hemos llegado a la conclusión que es muy difícil tener agua pura, que siempre se encuentra acompañada de otras sustancias formando mezclas y si queremos saber de qué y cómo está formada, necesitamos aislarla lo mejor que se pueda. Investiga a) Enumera todas las posibles fuentes de agua b) ¿Qué proporción de agua contiene nuestro cuerpo, los vegetales, el aire, los alimentos, los productos de limpieza, entre otros?

VII. 1.1. Los componentes de las mezclas. El agua como ejemplo. Después de eliminar de las mezclas o soluciones acuosas a las sustancias que acompañan al agua, esta queda casi pura; pero ¿cómo saber de qué está hecha? Y si ya sabemos esto, ¿cómo demostrarlo? La destrucción que se requiere es ahora más drástica, implica una descomposición química (reacción química) la cuál involucra energías mayores, sobre todo con un compuesto tan estable como el agua que a pesar de ser calentada hasta cerca de 1000C solo cambia de estado, no se descompone en sus elementos químicos. Sigue siendo agua solo que en estado gaseoso. Se logra un cambio físico, no hay formación de nuevas sustancias diferentes al agua. Para conseguir la descomposición del agua, es decir, para destruirla es necesario aplicar energía eléctrica.

Electrólisis es la aplicación de la energía eléctrica para originar un cambio químico en una sustancia.

VII. 2. Representación simbólica de un cambio. Un primer acercamiento La ecuación en Química es la representación de un cambio a través de las fórmulas químicas de las sustancias que intervienen. VII. 2. 1. Representación simbólica de la evaporación y de la electrolisis del agua 1).H2Oliquida + energía calorífica 2). H2Oliquida + energía eléctrica





H2 38

H2O gas +

CAMBIO FISICO 02

CAMBIO QUIMICO

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*Las sustancias gaseosas se indican con una flecha apuntando hacia arriba Ejercicio Analiza los símbolos, las fórmulas y las ecuaciones completas, ¿cuál es la diferencia? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

en este caso la fórmula del agua (H2O) significa que está

Ejercicio • ¿qué significa la fórmula NO2? __________________________

compuesta por 2 átomos de hidrógeno (H2) y un átomo de

•

Una sustancia pura se representa por medio de fórmulas,

oxígeno (O) al descomponerse se produce hidrógeno gaseoso formado por moléculas, cada una compuesta por 2 átomos de hidrógeno (H2). Se produce también oxígeno gas formado también por moléculas, cada una, compuesta

¿Cómo se representa a nivel simbólico el nitrógeno de la atmósfera, si está formado por moléculas con 2 átomos de nitrógeno? ________________________

•

¿Qué significa la siguiente representación: 3 H2? ________________________________ ____________________________

por 2 átomos de oxígeno (O2).

En el caso del CAMBIO FISICO (evaporación del agua) vemos la misma fórmula a la

izquierda de la flecha que a la derecha, NO HAY FORMACIÓN DE NUEVAS SUSTANCIAS, sólo hubo cambio de estado. En el caso del CAMBIO QUÍMICO (electrólisis de agua), segundo HAY FORMACIÓN DE NUEVAS SUSTANCIAS, diferentes a la iniciales. Las sustancias que anteceden al cambio se llaman REACTIVOS, las sustancias que son resultado del cambio se llaman PRODUCTOS. En el cambio químico el único reactivo es el agua y los productos son el hidrógeno y el oxígeno. Los cambios se indican con una flecha cuya punta señala hacia los productos. En ambos casos se requirió energía y por lo tanto se llaman reacciones ENDOTÉRMICAS (necesitan de energía para llevarse a cabo). Otro cambio en el experimento de electrólisis fue la disolución del electrolito en el agua ¿qué tipo de cambio supones que es y por qué? __________________________________________________________________________ VII. 2. 2. Reacción de síntesis. Identificación del hidrógeno en la electrólisis

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Una de las reacciones que se practica frecuentemente en el laboratorio, es la que se produce al acercar un cerillo al gas hidrógeno, el resultado visible es una explosión, el famoso “POP” nos indica que el gas es efectivamente hidrógeno. La siguiente ecuación representa la reacción de la formación de agua (síntesis del agua), la cual es la reacción inversa a la electrólisis, (descomposición de agua). H2

+

O2

H2O



+

energía

¿De acuerdo a la ecuación que representa la formación de agua, crees que la reacción CONTAMINE? ______________________________________________________________ __________________________________________________________________________ En la formación del agua los reactivos equivalen a los productos de la descomposición del agua. Señala si se trata de de una reacción de síntesis o descomposición, indicando los reactivos y los productos a) H2 + O2  H2O, la reacción es de _______________, los reactivos son: _________________ y los productos son: _______________________ b) H2 O  H2 + O2 la reacción es de _______________, los reactivos son: ________________ y los productos son: _______________________ La energía en la descomposición del agua.

formación

La

requiere

energía

que

se

y

para

descomponer el agua se recupera cuando se sintetiza agua. ¿Qué sistema es entonces más estable; al que hay que meter energía para desestabilizarlo o el que con solo una chispa nos devuelve una gran cantidad de energía? El sistema más estable en este caso es el agua, para

El esquema representa las posibles opciones para la formación de la molécula de agua (a

descomponerla hay que proporcionar energía

nivel nanoscópico) En los siguientes casos, señala que condición guarda cada sistema, ESTABLE o INESTABLE a) mezcla de hidrógeno y oxígeno ________________ b) agua líquida _____________

(reacción endotérmica). El sistema inestable es la mezcla de gases hidrógeno y oxígeno, libera mucha energía, cuando reaccionan (reacción exotérmica). Si se tiene un recipiente cerrado con los gases hidrógeno y oxígeno pueden permanecer sin

40 reaccionar por siempre, pero si el recipiente es golpeado o recibe algún tipo de energía explotará produciéndose agua.

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c) mezcla de gasolina y oxígeno ________________ d) bióxido de carbono gaseoso _______________ Señala, EXOTÉRMICA/ ENDOTÉRMICA, REQUIERE ENERGÍA/ DESPRENDE ENERGÍA a) combustión de hidrógeno ______________ y ______________________________ b) electrólisis_________________________ y _______________________________ c) combustión de butano ________________ y _______________________________ Investiga ¿Qué ocurrió en las tragedias del Zepelin y del Challenger? VII. 2. 3. Representación de los cambios que liberan energía al ambiente; reacciones exotérmicas Una reacción exotérmica se reconoce cuando se calienta el ambiente, se produce luz o electricidad al suceder la reacción, la energía se representa como un producto más (se obtiene energía de la reacción)1 La ecuación general que representa una reacción exotérmica es:

La energía producida en una reacción Reactivos → Productos + ENERGÍA puede señalarse en Ejemplos de reacciones exotérmicas son las combustiones en las forma independiente de la ecuación, se que un combustible (butano, propano, gasolina, carbón), se quema indica como cambio al combinarse con oxígeno, liberando grandes cantidades de de energía mediante El signo ∆ que en este energía. caso indica variación y con un signo negativo - ∆ energía (cambio Gasolina + oxígeno → bióxido de carbono + agua + energía exotérmico) y +∆ energía (cambio 1 Generalmente no se considera la energía al representar los cambios, a menos que se esté endotérmico) estudiando su papel en las reacciones. 41

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C8 H18

+ O2

→ CO2

+ H2 O + Energía térmica

VII. 2. 4. Representación de los cambios que requieren energía del ambiente; reacciones endotérmicas Las reacciones que requieren energía se reconocen porque toman energía del medio y provocan un descenso de temperatura en los alrededores del sistema de reacción o porque se debe suministrar energía (térmica, eléctrica o luminosa) constantemente o de lo contrario la reacción se suspende. La energía se representa como un reactivo más (se requiere para que la reacción proceda) Reactivos + ENERGÍA → Productos Ejemplo. Las reacciones de descomposición en las que un compuesto estable es difícil de descomponer y solo lo hace si recibe energía suficiente, las electrólisis son una clase de estas reacciones en las que se suministra electricidad como en la electrólisis de agua o de sales como el cloruro de sodio.

NaCl + Energía eléctrica → Na(s) +

Cl2 (g)

Formas de energía liberada en las reacciones exotérmicas

Formas de energía suministrada en las reacciones endotérmicas

Energía térmica (combustiones)

Energía térmica (descomposición de óxido de mercurio)

Energía luminosa (chispas en la combustión de Energía luminosa (fotosíntesis en las plantas) carbón en polvo) Energía eléctrica (baterías eléctricas)

Energía eléctrica ( electrólisis de una sal)

Tomado de Visions. Austin, Education Publishing Canada. 1997

Otra forma de representar a las reacciones exotérmicas y endotérmicas para estudiar la energía involucrada son los diagramas de energía para la reacción. Un diagrama de energía es un gráfica de dos ejes, en el eje de las ordenadas se representa el tamaño relativo de la energía contenida en los reactivos y en los productos, en ocasiones puede incluirse la energía del complejo activo (especie química intermedia entre los reactivos y los productos) en este eje puede representarse el valor numérico de la energía. En el eje de las abscisas se coloca el tiempo de reacción, por lo que al inicio del eje (tiempo cero) se tendrán a los reactivos, y al final del eje a los productos (fin de la reacción). El diagrama es muy útil para visualizar la energía potencial relativa de reactivos y productos, por ejemplo: Si el contenido de energía en los productos es mayor que en los reactivos se 42 deberá proporcionar energía al sistema de reacción para que proceda

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En el siguiente esquema se muestra de forma general una reacción endotérmica y una reacción exotérmica.

Reacción exotérmica Reactivos

Productos Ep Reacción endotérmica

Ep

Productos

Reactivos

∆E

∆E

Sale energía del Entra energía sistema total de al sistema total reacción a las de reacción vecindades desde las El diagrama ilustra el cambio de energía que se desprende o que es tomado por el sistema vecindades de reacción comparando las energías potenciales de reactivos y de productos. VII. 2. 5. Conservación de la energía en las reacciones La energía neta del universo se conserva, a nivel macroscópico se observa que la energía de los materiales solo se transforma en diversos tipos, la cinética en potencial, mecánica o eléctrica. De la misma forma la energía química almacenada (potencial) en unas sustancias puede ser liberada. A nivel nanoscópico, cuando se forman combinaciones nuevas en los productos, las atracciones de los átomos de los reactivos son vencidas. Si la reacción desprende luz o calor significa que las nuevas combinaciones están a menor energía que las combinaciones originales. Si los enlaces nuevos en los productos están a un nivel de menor energía que los enlaces en los reactivos, el exceso de energía es liberada hacia las vecindades del sistema de reacción (reacción exotérmica) no puede desaparecer. La energía almacenada en las sustancias se le considera energía potencial, esta energía se libera cuando las sustancias cambian a otras de menor energía potencial

43

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En una reacción endotérmica se requiere más energía para romper enlaces en los reactivos que la que se devuelve cuando los enlaces de los productos se forman, esta energía se absorbe de las vecindades. Cuando la energía almacenada de los productos es mayor a la de los reactivos el sistema de reacción toma energía de los alrededores. La energía SÓLO se intercambia, NO aparece y NO desaparece Ejemplo Uno de los procesos naturales más valiosos para la vida es la fotosíntesis en la que las plantas verdes son capaces de transformar a 2 sustancias muy estables del aire, bióxido de carbono y agua, en carbohidratos, aunque empleando clorofila y luz solar La ecuación que representa la reacción es CO2 + H2 O

+ energía → C6 H12 O6 + O2 ----------(1)

La fotosíntesis requiere energía Los productos están a un nivel de energía potencial mayor

Los animales y los seres humanos aprovechamos el trabajo de las plantas, y usamos la energía que los carbohidratos tienen para movernos, mediante los procesos metabólicos de los carbohidratos en nuestras células; la ecuación neta que representa la descomposición de los carbohidratos es:

La combustión de glucosa desprende energía C6 H12 O6 + O2 → CO2 + H2 O + energía ............... (2) Los productos estánela Los alimentos que comemos, las edificaciones que habitamos, nuestro propio cuerpo, un nivel menor de Glucosa aire que respiramos, las montañas que nos rodean, están formados deenergía MATERIA. potencial Algunas veces es posible que los materiales que nos rodean sean SUSTANCIAS Aunque reacciones involucradas en la fotosíntesis (1) y los en la respiración (2) son PURAS,las pero esto es bastante improbable, generalmente materiales quecelular observamos más complicadas, considerarse que el resultado neto de los dos es quede la son MEZCLAS, laspuede que pueden ser separadas en sus componentes por procesos métodos físicos energía que se en la primera es la la energía que sede devuelve en la segunda. separación. El toma esquema 1 ilustra composición los materiales que observamos La reacción 1 puede ser la contraria de la reacción 2, la energía que las plantas toman EL del cotidianamente los que pueden ser agrupados en 4 materiales fundamentales EL AGUA, sol se devuelve cuando la LA aprovechamos en nuestras(la células. La energía se conserva. AIRE, LOS MINERALES, MATERIA ORGÁNICA, hidrosfera, la atmósfera, la litosfera, la biosfera). VII. 3. La estructura de la materia a escala macroscópica Las mezclas acuosas (refrescos, shampoos, disoluciones, emulsiones medicinales, limpiadores, jugos, leche, bebidas alcohólicas etc.) pueden separarse por destilación. La sustancia que se obtiene en mayor proporción es el agua que es el componente 44 mayoritario de las mezclas acuosas, en menor proporción se obtienen las sustancia que están disueltas o formando emulsiones o coloides.

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¿Podrán ser separados de forma parecida los materiales que nos rodean? Explica cómo __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Las

sustancias

puras

Ejercicio Completa con mezclas / sustancias puras. a) los materiales que observamos todos los días son generalmente _____________________________ _ b) muy rara ves podemos encontrarnos con ________________ c) se pueden separar por métodos físicos _________________________ d) los refrescos son ejemplos de _____________________ e) los elementos son __________ ______________________________ f) el aire es ejemplo de

son

COMPUESTOS o ELEMENTOS y se les reconoce

porque

tienen

propiedades

características definidas. Si una mezcla sólida contiene fierro y queremos disponer de él, lo separamos, para estar seguros de que no esta acompañado determinamos

de

otra

algunas

sustancia de

sus

propiedades como por ejemplo densidad la que debe ser de 7.8 g/cm3 Ejercicio:

1. Analiza el esquema 1 y como ejercicio coloca los símbolos y fórmulas correspondientes en los elementos y los compuestos.

45

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2. Considerando que los 4 grupos que representan a los materiales son como se indica en el esquema 1, investiga los símbolos y fórmulas para los componentes de cada material según los siguientes casos, y colócalos del lado derecho del cuadro: a) El agua: de uso doméstico, tiene disueltas algunas sales, bióxido de carbono y oxígeno b) El aire: que contiene oxígeno, nitrógeno, bióxido de carbono, agua, argón c) Los minerales: que forman las rocas, como algunos óxidos, sulfatos, carbonatos y arcillas

a) El ________ de uso doméstico, tiene disueltas

algunas

_______,

________

y

__________ b) El ________ que contiene ______, _______, ________, _________, __________ c) Los _________ que forman las rocas como algunos _______, _________, ________ y

________ d) Los vegetales: celulosa, glucosa, como d)Los __________: _________, _________, ejemplos de los constituyentes de dichos como ejemplos de los constituyentes de dichos vegetales vegetales.

3. ¿Qué podremos hacer para comprobar si un material es una sustancia pura? ________________________________________________________________________

agua

aire

vegetales

minerales

Formados de

Generalmente en forma de

materia

Pocas veces se encuentran como

Formadas por

mezclas

sustancias puras Pueden ser

compuestos

moleculares como agua

no moleculares como Cloruro de sodio

46

elementos

atómicos como Hierro

moleculares como Cloro

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Esquema 1. Composición de los materiales VII. 3. 1. Características de las mezclas Como ya vimos las mezclas están formadas por sustancias puras, las que conservan sus propiedades. Las sustancias que forman a la mezcla pueden estar en diferentes proporciones. Ejemplo: La mezcla " agua salada" = H2O / NaCl puede contener diferentes proporciones como: 100g de H2O : 1g NaCl = agua salada 100g de H2O : 5g NaCl = agua salada 100g de H2O :10g NaCl = agua salada En los tres casos la mezcla es la misma pero las proporciones son diferentes y solo hace falta evaporar el líquido para recuperar la sal. En este caso la mezcla está formada por dos sustancias puras, agua y sal, las que pueden ser reconocidas por sus propiedades. VII. 3. 2. Características de los compuestos La sustancia pura compuesto está formada de elementos, los que pierden sus propiedades al formarlo. Los elementos que forman el compuesto, al unirse lo hacen en proporciones constantes. Ejemplo: El cloro Cl2 es un gas amarillo-verdoso muy reactivo y venenoso, el sodio Na es un metal muy reactivo que debe ser guardado en aceite para que no reaccione con el oxígeno del aire. El sodio y el cloro son sustancias puras y son ELEMENTOS porque no pueden ser separados en sustancias más simples, al ponerlos en contacto forman el compuesto cloruro de sodio que es una sal muy estable e indispensable en nuestra dieta y como sabemos tiene propiedades muy diferentes a los elementos que la forman, es decir, sus componentes perdieron sus propiedades, pero además deben estar en proporción constante (23 g de sodio y 35 g de cloro); siempre que se trate de este compuesto va a contener 60.3 % de cloro y 39.6 % de sodio. Ejercicio: 47

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A. Contesta las siguientes preguntas: a) ¿Qué sustancias puras conoces que forman la mezcla vino blanco? ¿Cómo las separarías y como las reconocerías?_____________________________________________ __________________________________________________________________________ b) ¿Qué sustancias puras forman la mezcla bronce? ________________________________ c) ¿Cómo separarías una mezcla de tres líquidos que tienen diferente punto de ebullición?__________________________________________________________________ B. Clasifica las siguientes sustancias en mezclas, compuestos o elementos 1.-El oro que contiene un anillo._______________ 2.-Agua potable.______________ 3.-Alcohol etílico.______________ 4,.El oxígeno que está disuelto en agua.______________ 5.-Un refresco.___________________ 6.-Amalgama que puede ser separada en dos metales ________________ 7.-La gasolina que puede ser separada en varios líquidos _________________ 8.- Agua pura.______________ 9.- Agua de manantial._________________ 10.- Tubería de cobre _________________

VII. 4. La estructura de la materia a nivel nanoscópico Si fuera posible dividir los materiales que vemos (su composición que quedó representada en Formados de

el esquema 1) de tal manera que se pudieran ver las partículas más pequeñas que están formando la gran cantidad de masa que sí podemos observar, obtendríamos un esquema materia Pocas veces se Generalmente en

encuentran como

forma nanoscópico como eldeque sigue: Formadas por

mezclas

sustancias puras Pueden ser

compuestos

moleculares como

no moleculares 48 como

elementos

atómicos como

moleculares como

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Esquema 2. Composición nanoscópica de los materiales

VII. 4. 1. Características a nivel nanoscópico de las mezclas compuestos y elementos Características Mezclas

Compuestos

Moleculares

No moleculares

Elementos

Formadas de diferentes elementos compuestos o combinaciones de ambos

Ejemplos o

Formados por átomos de diferente tipo, existen grupos de átomos unidos por compartimiento de electrones, estos grupos son llamados moléculas, cada grupo es representado por una fórmula química Formados por átomos de diferente tipo, son agregados de infinidad de átomos en estructuras que se forman con la repetición de una unidad. La fórmula representa la unidad estructural que resulta ser la proporción de los átomos de cada elemento que forman el agregado Sustancias con el mismo tipo de átomos, pueden ser moléculas formadas de 2 o más átomos del mismo tipo, cuando son un gran número de átomos se pueden encontrar como en los agregados estructurales no moleculares

Ejercicio 49

aire (N2, O2, CO2, etc.), amalgama (de zinc, Zn, y mercurio, Hg), mezcla de sal y agua (NaCl y H20), Oxígeno disuelto en agua (O2 y H20), etc. H2O, CO2, C6H12O6, etc.

NaCl, AgCl, Al2(SO4)3, etc.

Fe, O2, S8, diversas formas de carbono como diamante, grafito, fullereno (C60), etc.

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Observa con detenimiento los dos esquemas (1 y 2, página 44 y 46), compáralos, busca correspondencias. ¿A escala nanoscópica, indica qué diferencias encuentras entre los compuestos moleculares y no moleculares?____________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ¿A escala nanoscópica, qué diferencia encuentras entre los elementos moleculares y los atómicos?__________________________________________________________________ Como podemos ver al analizar los dos esquemas, los materiales están formados de sustancias que van desde muy simples (elementos) hasta muy complejas (polímeros). Cuando hablamos de agua normalmente nos referimos a una mezcla ya que como hemos aprendido es difícil conservarla pura, el aire contiene elementos y compuestos en estado gaseoso, los vegetales están formados de moléculas muy grandes (polímeros) hechas de cadenas de carbono, hidrógeno, y oxígeno, las rocas que forman las montañas que observamos o sobre las que estamos parados, están formados por minerales, formados por compuestos o elementos. Los compuestos, que forman los sólidos de las montañas son no moleculares, la mayoría de las veces, estos compuestos están estructurados en redes cristalinas muy complejas. Sin embargo es posible encontrar algunas sustancias puras aunque sea en pequeñas cantidades como oro, cuarzo, platino, ya que estas son muy estables, es decir no reaccionan fácilmente para formar compuestos. Ejercicio: Contesta las siguientes preguntas con base a la lectura anterior: 1.- Es difícil conservar al agua como sustancia pura, por lo que se encuentra generalmente como ______________________ 2.- El aire contiene elementos y compuestos por lo que es __________________ 3.- Los vegetales están formados de ___________________ hechas de _______________ que contienen los elementos____________________ 4.- Los minerales se encuentran formando ___________________ 5.-

La mayoría de las veces

los compuestos que forman los minerales son

________________ Resumen de las características de las mezclas compuestos y elementos. 50

CCH. Plantel Azcapotzalco. Agosto 2007 material

Mezcla

Compuesto Elemento

Nivel macroscópico Pueden separarse en sustancias más simples, por métodos simples (físicos)

Nivel nanoscópico Formada de sustancias compuestas de átomos de diverso tipo

Nivel simbólico 1.- NaCl en H2 O. 2.- aire formado de N2, O2, CO2

Puede separarse en Formado por 2 o más tipos de sustancias más simples por átomos. métodos más drásticos. No puede separarse en Formado de un solo tipo de sustancias más simples átomos

NaCl, CuSO4, C6 H12 O6 Cl2 , S8 , Ag, O2

VIII. Representación de la materia. El lenguaje de la Química. Nivel simbólico Para comunicarnos respecto a la estructura de la materia y sus cambios, los químicos han desarrollado un lenguaje, el que ha evolucionado junto con el desarrollo de la ciencia:

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Los elementos se representan por símbolos y los encuentras en la tabla periódica, como verás son alrededor de 100 pero pocos son los que forman la mayor parte de los materiales. En los esquemas de la materia vemos que los elementos pueden presentarse como: Átomos (no forman moléculas) Tal es el caso de los metales:

O el caso de los gases nobles:

Ejemplos: El hierro que se representa Fe

Ejemplos: El helio se representa He

El sodio que se representa Na

El kriptón como Kr

El mercurio como Hg

El argón se representa Ar

Moléculas; Muchos de los no-metales forman moléculas diatómicas (formadas por 2 átomos) como los halógenos, el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno. Ejemplos; Un átomo de flúor se representa F pero debido a su gran reactividad no puede existir solo y forma rápidamente con otro átomo la molécula de flúor F2 Del mismo modo un átomo de oxigeno se representa O pero el oxígeno que respiramos es el molecular O2 Actividad

Es

conveniente

que

recuerdes el nombre y símbolo de los primeros 20 elementos y de algunos otros como el hierro, cobre, zinc, bromo, plata estaño, yodo, bario, oro, mercurio, plomo y uranio.

Ejercicio 1. Representa simbólicamente los siguientes elementos: Argón _____ bromo _____ aluminio _____ 2. Contesta: elementos moleculares atómicos. Pb ________________________ Cl2 ________________________ N2 ________________________ _I2 ________________________ Fe ______________

o

Para representar más de un átomo o molécula se usan números que anteceden al símbolo o a la fórmula. Ejemplos

3 átomos de plata se representan 3 Ag 2 moléculas de oxígeno

2 O2

Ejercicio. Representa un átomo de cobre, un átomo de nitrógeno, el nitrógeno gaseoso ____________________________________________________________________ 52

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Los compuestos se representan por medio de fórmulas. En los compuestos moleculares las formulas contienen el tipo y número de átomos de los elementos que forman una molécula. Ejemplo:

tres moléculas de agua se representan. 3 H2O

El número 2 se encuentra como subíndice y significa que en la fórmula hay 2 átomos de hidrógeno, el número 3 significa que hay 3 moléculas de agua. En los compuestos no-moleculares las fórmulas representan la proporción de los elementos que forman las redes cristalinas. Ejemplo:

el cloruro de sodio se representa NaCl y significa que la proporción de átomos de

sodio a los átomos de cloro es 1:1, si en un cristal hay 8 átomos de sodio, entonces hay también 8 átomos de cloro. 2 fórmulas de cloruro de sodio se representan: 2NaCl Hemos considerado hasta ahora partículas como átomos y moléculas (nivel nanoscópico) más adelante veremos que podemos referirnos al nivel macroscópico (gramos/mol) empleando las mismas fórmulas. Investiga ¿Cómo se representa con un dibujo una red cristalina de cloruro de sodio (NaCl)? Las estructuras de: hidrógeno molecular, oxígeno molecular, nitrógeno molecular, agua, dióxido de carbono, etanol, ácido clorhídrico, amoniaco y trióxido de azúfre. Actividad. Modelos de plastilina 1.- Colorea en la siguiente tabla cada modelo de acuerdo al código. 2.- Cuántas veces es mayor la masa del nitrógeno con relación a la del hidrógeno ______________ 3.- Cuántas veces es mayor la masa del átomo de azufre con relación a la del oxígeno ______________ 4.- El modelo de plastilina del átomo de flúor pesa __________ 5.- El modelo de plastilina del átomo más ligero pesa _________

53

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Modelos de plastilina: Representaremos a los átomos de los elementos más comunes de acuerdo a su masa relativa y al siguiente código de colores para identificar con mayor facilidad a los elementos. Con ellos simularemos los cambios físicos y químicos que estamos reproduciendo, además de los compuestos y elementos involucrado Símbolo Masa Color Modelo H

1g

Blanco

C

12 g

Negro

N

14 g

Azul

O

16 g

Rojo

F

19 g

Verde claro

P

31 g

Anaranjado

S

32 g

Amarillo

Cl

35 g

Amarillo verdoso

Ejercicio 1.- Usando los modelos, los símbolos y las fórmulas correspondientes, representa a las siguientes sustancias a)

4 moléculas de hidrógeno: modelo; __________

fórmula

4H2

b)

2 moléculas de ozono O3

fórmula

2O3

modelo: __________

2.- Construye los modelos de plastilina de las siguientes sustancias: a) H2; b)O2; c)N2; d)H2O; e)CO2; f)CH3CH2OH; g)HCl; h)NH3; i)SO3 3.- Representa la descomposición de 2 moléculas de agua Modelo: Ecuación:

 2H2 O



2H2

+

O2

Observa en este caso como el número de átomos que forman a los reactivos es el mismo número de átomos que aparecen como productos (Ley de la conservación de la masa). 4.- ¿Cuántas moléculas de agua pueden formarse en la combustión de 3 moléculas de hidrógeno? __________________________ 5.-Representa 3 moléculas de oxígeno______________________________ 54

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6.-¿Cuáles de las siguientes especies químicas se producen en la electrólisis del agua? a) H+

b) O -2

c) O 2

d) O 3

e) H2

7.-Representa una mezcla gaseosa formada por hidrógeno y oxígeno, (nivel nanoscópico, con modelos).

8.- Representa la reacción con la que identificamos al oxígeno (astilla encendida) (nivel simbólico)

9.- Representa al agua líquida, (nivel nanoscópico, modelos)

10.- Cual de los siguientes esquemas representa al agua de la llave 1a)

b)

c)

d)

1+ 11.-Representa al agua en forma de gas (nivel nanoscópico)

12.-Si el hidrógeno y el oxígeno al reaccionar producen agua y una gran cantidad de energía, cual sistema es más estable: el agua ó la mezcla de hidrógeno y oxígeno _______________________________

13.- ¿Por que la reacción de combustión de la gasolina se clasifica como exotérmica? 55

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__________________________________________________________________________ 14. - Cómo diferencias al oxígeno disuelto en agua del oxígeno que forma la molécula de agua. Usa tus modelos y fórmulas.

15. Completa la tabla SÍMBOLO / FÓRMULA

MODELO NANOSCÓPICO

MASA (umas)

A) 3H2 B) C) 2H2 0 D) CO2

44 umas

E) F) G) H) 3O2

IX. Las reacciones químicas Una reacción química es un proceso por medio del cual ciertas sustancias descritas como reactivos se transforman en sustancias diferentes denominadas productos. Lo anterior implica la ruptura y formación de enlaces químicos, los cuales originan que los átomos se reacomoden para formar sustancias nuevas, que tienen propiedades distintas de la materia original o reactivo. En algunos casos podemos observar un cambio de color, la formación de un gas, la formación de un sólido, etc. Esto no siempre indica una reacción química. Las reacciones químicas siguen principalmente 2 leyes: 56

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•

La ley de la conservación de la masa

•

La ley de las proporciones constantes

IX. 1. Ley de la conservación de la masa La ley de la conservación de la masa se comprende si sabemos que los átomos que forman a todos los materiales no se destruyen en un cambio químico, incluyendo la explosión de un gas o dinamita. Si representamos la electrólisis del agua con los modelos de plastilina, vemos la necesidad de reacomodar todos lo átomos en los reactivos y los productos, sin dejar alguno fuera, esto nos demuestra la ley de la conservación de la masa. Cuando analizamos una ecuación química y observamos que hay diferente número de átomos de un elemento antes de la reacción (reactivos) que después de la reacción (productos) debemos corregir esta diferencias aumentando el número de fórmulas en el lado de la ecuación apropiado, este proceso se conoce como balanceo de ecuaciones, con el que se cumple con la ley de la conservación de la materia. IX. 2. Ley de las proporciones constantes La ley de las proporciones constantes (definidas), establece que los componentes de un compuesto están siempre en la misma proporción. Ejercicio 1. - Si se descomponen 2 moléculas de agua, ¿cuantas moléculas de hidrógeno y de oxígeno pueden producirse? Ilustra la reacción con modelos y con una ecuación __________________________________________________________________________ 2.- Si reaccionan 2 moléculas de hidrógeno y 2 moléculas de oxígeno, ¿cuantas moléculas de agua se forman, explica por qué sobra oxígeno?, ilustra la reacción con modelos y con la ecuación _________________________________________________________________________ 3.- Para que en la reacción de electrólisis se produzcan 6 moléculas de oxígeno cuantas moléculas de agua se deben descomponer ___________________ 4.- ¿Cuantos mililitros de hidrógeno se producen en la electrólisis del agua si se producen 7 mililitros de oxígeno? ______________________

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X. ¿Qué relación hay entre los modelos y los átomos reales? Las masas molares. El mol. El mol Si los átomos son tan extremadamente pequeños que no se pueden ver ni con el microscopio más potente. ¿Por qué estamos usando modelos que pesan varios gramos? ¿A que se refieren entonces los pesos atómicos de la tabla periódica? Los pesos atómicos de los elementos que encontramos en la tabla periódica no tienen unidades, porque son pesos relativos y pueden ser aplicados en dos niveles: el nanoscópico (se refieren a un solo átomo) y el nivel macroscópico (se refiere a una mol de átomos). ¿Pero que es un MOL? El mol es un número inmensamente grande, tan grande que se le conoce expresado en potencias de 10, este número es 6.02 x 1023, si no usamos potencias lo escribimos en forma ordinaria como 602, 000, 000, 000, 000, 000, 000,000, como puedes ver, para no escribir tantos ceros multiplicamos a un solo dígito entero por una potencia de 10, tal que el resultado sea el número que se desea simplificar. Para tener una idea aproximada de la magnitud de este número comparémoslo con el número de habitantes en la Tierra, actualmente, los habitantes en la tierra han rebasado los seis mil millones (6, 000, 000,000) ¿cuantas moles de habitantes hay? La respuesta es 10

–14

mol (0.00000000000001 mol) esta cantidad es todavía muy

pequeña, el número de habitantes sobre la Tierra esta muy lejos de representar a un mol.

Ejercicio 1.- ¿Cuales son las unidades de los pesos atómicos de la tabla periódica? ____________________________ 2.- ¿Cómo se pueden interpretar los números atómicos, a escala nanoscópica? ____________________________ 3.- ¿Cómo se interpretan los números atómicos a escala macroscópica? ____________________________ 4.- Determina haciendo los cálculos necesarios, el número de moles de habitantes sobre la tierra.

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¿Porque usar este número tan grande? Este número conocido como número de Avogadro, porque fue este científico el que lo propuso, es en cierta forma parecido a otros números conocidos como la “docena”, (12 unidades), un “ciento” (100 unidades), “un millar” (1000 unidades), o una “gruesa” (144 unidades) manejados por todos cotidianamente. Si compramos naranjas y no se dispone de una balanza, se adquieren por el número de ellas y si sabemos que una docena tiene un peso aproximado de kilo y medio (1500 gramos). Podemos relacionar el número de docenas, el número de naranjas y el peso. Si compramos 2 docenas sabemos que son 24 naranjas y que pesan 3000 gramos. Si se trata de duraznos, la docena en número es la misma, pero en peso no, ya que son de menor tamaño, pero si sabemos que una docena pesa aproximadamente 600 gramos. Sabremos que peso aproximado llevaremos al comprar 2 docenas, por ejemplo. Todo esto si suponemos que las piezas son iguales. Ejercicio Completa la siguiente tabla. FRUTA Naranjas

No. DE DOCENAS No. DE PIEZAS 2

Duraznos

24

Naranjas Duraznos

Masa

6000 gramos 3

Naranjas

18

Duraznos

2400 gramos

Como puedes observar; conociendo una de las tres cantidades podemos saber las otras dos. El caso del Mol y el Número de Avogadro es parecido, recuerda que los átomos de un elemento son iguales entre si y difieren en tamaño a los átomos de otros elementos. Un mol de átomos contiene 6.02 x 1023 átomos. Un mol de iones contiene 6.02 x 1023 iones. Un mol de moléculas contiene 6.02 x 1023 moléculas. Dos moles de átomos de oxígeno contienen 12.04 X 1023 átomos de Oxígeno Para tener una idea del Número de Avogadro, vamos a pensar en algo pequeño como una hormiga roja (hormiga no tan pequeña) de medio gramo cada una. Un mol de hormigas, esto 59

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es 6.02 x 1023 hormigas rojas puestas sobre la superficie de la tierra una junto a otra, ¡No cabrían! se requerirían 1000 superficies como la de la tierra. Algo más pequeño que una hormiga roja es un grano fino de arena de 0.00008 gramos cada grano: Un mol de granos de arena ocuparía todo el desierto del Sahara con 2 metros de profundidad. El átomo es tan pequeño que para medir su masa se utiliza una unidad especial, la unidad de masa para nosotros muy común, el gramo (g) resulta demasiado grande. Las UNIDADES DE MASA ATÓMICA (UMAS) son más apropiadas para referirse a las masas tan pequeñas como las de unos cuantos átomos o moléculas. Solo cuando hablamos de un mol, que contiene como ya vimos una gran cantidad de átomos podemos usar como unidades a los GRAMOS. Esto puede explicarnos por qué los químicos usan el MOL. Es posible pesar gramos de cualquier material pero no es posible pesar umas. Ejemplos: Un átomo de carbono (C) pesa 12 umas, pero un mol de átomos de carbono pesa 12 gramos. 2 átomos de hidrógeno (2H) pesan 2 umas, pero 2 moles de átomos de hidrógeno (2H) pesan 2 gramos. Como podemos observar la cantidad numérica es la misma para un átomo que para un mol de átomos, la diferencia son las unidades. Otra observación que podemos hacer es que representamos del mismo modo un átomo que un mol. Ejercicios. Cuál es la masa de: ¿3 átomos de Aluminio? _______________

¿Cómo se simbolizan? ________________

¿3 moles de átomos de Aluminio? ____________ ¿Cómo se simbolizan? _______________ ¿Que significa la siguiente expresión? 3 O. A nivel macroscópico _____________________________ A nivel nanoscópico ______________________________ Completa la siguiente tabla: TIPO

DE No.

DE No.

DE MASA 60

SÍMBOLO

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PARTICULA Atomo de H Átomo de O Átomo de C Átomo de Cl Átomo de H

MOLES 1 2 1

PARTICULAS 6.02 x 1023 12.04 x 1023

1 gramos 32 gramos

H 2O

12.04 x 1023 2 gramos

Masa molar de elementos que forman moléculas. En la tabla del ejercicio anterior, hay solo moles de átomos de algunos elementos como los de Hidrógeno, pero sabemos que estos son muy reactivos y no pueden permanecer solos, el Hidrógeno que existe es molecular (H2) y entonces una mol contiene 6.02 x 1023 moléculas (las partículas ahora están formadas de 2 átomos cada una de ellas). La masa será el doble, es decir 2 g. Y la masa de una sola molécula será de 2 umas. La masa de una molécula de Ozono (O3) es 48 umas, pero la masa de una mol de Ozono, MASA MOLAR es de 48 gramos. Masa molar de compuestos moleculares La masa de una molécula de un compuesto se encuentra sumando las masas atómicas de los átomos que la forman, por ejemplo: La masa de una molécula de agua se obtiene sumando la masa de 2 átomos de Hidrógeno (H) y la masa de un átomo de Oxígeno (16): El resultado es 18, en este caso 18 umas. LA MASA MOLAR (de un mol) numéricamente es el misma pero en gramos. Ejercicio Determina la masa molar de los siguientes compuestos CO2 ___________ HCl ___________ N2

___________

61

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Masa molar de compuestos no-moleculares LA MASA MOLAR de los compuestos que no forman moléculas se determina tomando en cuenta la unidad fórmula. Una mol de unidades fórmula contiene 6.02 x 10 23 unidades fórmula. El Cloruro de Sodio es un ejemplo (NaCl) su suman las masas de los elementos y se reporta en gramos. En este caso 23 gramos Na + y 35 gramos de Cl -l = 58 gramos. Ejercicio Completa la tabla: Símbolo

Significado/ nivel

Masa/ nivel

nanoscópico

nanoscópico

2 2O2

moléculas

de

oxígeno molecular

Significado/ nivel

Masa/ nivel

macroscópico

macroscópico

2 moles de moléculas 64 umas

de oxígeno

64 g

2 H 2 O3 3 H2 3O 2 H2 O

XI. Nivel nanoscópico de la materia. Los átomos. Modelos. Muy probablemente tenemos una idea mas aproximada del diminuto tamaño de los átomos Ejercicio Dos principales griegas. que forman a la teoría materia, hasta el momento son para nosotros una especie canicas 1.- ¿Cuál es lade idea de Las primeras teorías de la materia nacen en la época de los compactas de diferente masa (al menos en el curso). En la siguiente Demócritounidad acerca veremos de cómo que está griegos, 400 Aunque existieron diversas sonfilósofos más complejos queaños eso, AC. como muchos alumnos ya saben. ¿Pero de donde sale esta formada la materia? propuestas acerca de la constitución de la materia, 2 fueron las

teoría de los átomos? más reconocidas.

2.-

Una de las principales fue la de Demócrito, quién pensó que la materia estaba formada por partículas indivisibles, por lo cuál las llamó átomos (a=sin, tomos=división) La materia es discontinua

¿Cuál

es

Aristóteles

la

idea

de

acerca

de

la

constitución de la materia? ________________________ 3.- ¿Por qué no se consideran

Otra teoría fue la de Aristóteles, quien propuso que la materia no estaba formada por partículas, sino que podía dividirse hasta el infinito. La materia es continua

62 la reflexión Estas teorías fueron producto de la observación, inteligente,

________________________

pero

experimentación.

no

estuvieron

respaldadas

por

la

totalmente científicas? ________________________ 4.- Qué significa el concepto de discontinuidad ________________________

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Ejercicio 1.- ¿Cuál es la diferencia entre el modelo de Dalton y los modelos griegos, respecto a sus

Modelo atómico de Dalton A principios del siglo XIX después de varias décadas de experimentación cuantitativa en los

fundamentos?

laboratorios y después de haber descubierto

Fundamento los griegos ____________________________________

regularidades y leyes en el comportamiento de las substancias, el científico inglés John Dalton

Fundamentos de Dalton ____________________________________ 2.- De acuerdo a los postulados del modelo de

relacionó las fórmulas que el propuso para algunos compuestos con las Leyes de la Composición Química y para explicarlas sugiere

Dalton: a.- ¿Cuál es la partícula más pequeña que forma a la materia? ________________ b.- ¿Cuál es la característica en común que

un modelo de la composición de la materia que establece. Ejercicio Toda la materia se compone de átomos.

Dibujade la figura que representa el modelo átomos un elemento tienen propiedades La figura que representa el Modelo Atómico Los1.tienen los átomos de un mismo elemento? de Dalton de Dalton en una esfera compacta e idénticas ____________ Los átomos de dos o más elementos pueden nuestros c.- indivisible ¿Qué tipo (Como de sustancia es la modelos que está de combinarse en PROPORCIÓN CONSTANTE formada por diferente tipo de átomos? plastilina). 2.-formar ¿Cuantas moléculas de agua se pueden para nuevas sustancias. __________ Este modelo explica de forma muy sencilla formar al combinarse una molécula de

la Ley de la Conservación de la Materia, la

hidrógeno

Ley de las Proporciones Constantes, la Ley

oxígeno?_______

de la Proporciones Múltiples,

3.- ¿Cual partícula sobra? ___________

El modelo de Dalton nos ilustra también que

4.- ¿Como ilustra el ejemplo la ley de las

en

proporciones

una

reacción

química

los

átomos

y

una

molécula

de

constantes?

63 permanecen intactos y que solo se arreglan

______________________________

de diferente manera para formar nuevas

Y la ley de la conservación de la materia

substancias.

________________________

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Ejercicio Usa tus modelos para comprobar la Ley de las Proporciones Constantes al representar la reacción de la Síntesis del Agua, usando 4 moléculas de Oxigeno y 4 moléculas de Hidrógeno.

XII. Cálculos Estequiométricos Ahora estamos en posibilidades de pasar del estudio cualitativo y cuantitativo de las reacciones químicas al estudio la aplicación práctica de los cambios químicos. El poder hacer cálculos cuantitativos posibilita a la ciencia a establecer leyes y a demostrarlas mediante la aplicación de fórmulas matemáticas. En el desarrollo histórico de la ciencia química este paso capacitó a los químicos, no solo a predecir el rumbo de las reacciones sino también a controlar las cantidades de los productos o reactivos de acuerdo a sus necesidades. Así por ejemplo: •

¿Que dosis de medicamentos debe aplicarse a una persona?

•

¿Qué cantidad de hipoclorito de sodio debe agregarse al agua contenida en un tanque de 1000 litros para evitar microorganismos?

•

¿Cuántas toneladas de roca debe procesar una planta cementara para producir una tonelada de cemento?

64

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•

¿Qué cantidad de Hidrógeno es necesario para hidrogenar una tonelada de grasa animal?

•

¿Qué cantidad de Hidrógeno y Oxígeno deben ponerse a reaccionar para impulsar una nave espacial?

Las leyes de la Química y las masas molares resuelven estos problemas En nuestro curso no haremos cálculos tan complicados solamente trabajaremos con ejemplos sencillos, usando reglas de tres (revisado en el apartado IV.Repasando nuestras herramientas matemáticas, relaciones y proporciones) Ejemplos ¿Cuantos gramos de Hidrógeno se producen en la electrólisis de 1.2 gramos de agua? Se escribe la reacción balanceada cuyo significado podemos expresar en masas molares 2H2O

2H2

36 g

4g

+

O2 32 g

La proporción desconocida es X gramos, de H2/ 1.2 g de H2O Igualando proporciones: Xg H2 4g H2 --------------- = ---------------1.2 g H2O 36 g H2O Despejando X 4g H2 Xg de H2

=

-------------------------

(1.2 g H2O) =

0.13 g de H2

36 g H2O Si en la descomposición de 1.2 g de agua se produjeron 0.13 g de Hidrógeno ¿qué cantidad de Oxígeno se produce al mismo tiempo? La cantidad de Oxígeno que debe producirse es lo que falta para 1.2 g de agua ya que no hay otro producto, la suma de los 2 gases producidos deben pesar la masa del reactivo (agua) (Ley de la conservación de la materia). En este caso: 1.2 g - 0.13 g = 1.07 g. De oxígeno. Ejercicios: 65

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¿Cuantos gramos de Cloruro de Zinc se producen al reaccionar totalmente 3 gramos de Zinc con suficiente ácido clorhídrico?, La ecuación sin balancear es la siguiente: HCl

•

+

Zn

ZnCl2

+

H2

Observa la ecuación, ¿si necesitamos Hidrógeno gaseoso en el laboratorio podríamos usarla?

•

¿Si necesitamos 20 mililitros de Hidrógeno que cantidad de zinc se necesita?

•

¿Cuántos gramos de Oxígeno se producen al descomponer 3.5 gramos de Clorato de Potasio? (2KClO3 → 2KCl + 3O2)

•

¿Si se descomponen 3 gramos de agua cuántos gramos de Hidrógeno y Oxígeno se producen?

•

En un submarino se tienen 2.2 g. De Hidrógeno en un tanque y se quiere producir agua y energía con el gas, ¿que cantidad de Oxígeno se necesita?

66

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Anexo A. Actividades Experimentales Actividad Experimental 1: "Profe, ¿qué quiere que haga?” Tema(s): Metodología Científica Objetivo(s): Evaluación de la actividad “Metodología científica” I. Noticia de última hora “Pepito ha muerto” Se acuerdan de Pepito el de los cuentos, ¿qué creen?, ya se murió (h), déjenme contarles: Cuando el poli llegó a casa de Pepito lo encontró tirado en un charco de sangre (o), o sea muerto, tenía un cuchillo clavado en la espalda (e), y su casa estaba toda revuelta (e), su coche había desaparecido del garage (e) y su cocinero no estaba (e), el poli llamó al MP (Ministerio Público) y a la SEMEFO (Servicio Médico Forense). Cuando los especialistas llegaron (i) tomaron fotos y muestras de sangre, huellas digitales y otras cosas que pudieran servir como pruebas del delito (e). Los agentes encargados del MP revisaron los periódicos anteriores (i) y encontraron que en Mexicali, Acapulco y Tijuana ocurrieron casos similares al de Pepito y se sospecha de un cocinero apodado “Matapepitos” (r) que fue detenido en Guadalajara con unos cubiertos de plata. Por otro lado las investigaciones arrojan que el último que estuvo con Pepito fue su amigo Juanito, quien días antes le gritara en un centro comercial “te voy a matar infeliz, me bajaste a mi vieja”. Los agentes no han podido localizar a Juanito para que declare, es decir, está desaparecido (i). Los vecinos aseguran que vieron salir de la casa a Juanito muy agitado y nervioso el día en que Pepito murió, además afirman que el “Matapepitos” se parece al cocinero de Pepito según un retrato hablado que vieron en la tele (e). El “Matapepitos” asegura que el no mató al tal Pepito y que los polis sólo quieren un chivo expiatorio ya que en esos días el se encontraba trabajando en un hotel en Puerto Vallarta (hi). El MP revisando toda la información encontró muchas similitudes en los casos de Mexicali, Acapulco, Tijuana y el de Pepito, empezando por que en todos había un cocinero (g). ¿QUIÉN MATÓ A PEPITO? Con base en la información desarrolla los siguientes puntos: 1. Menciona el hecho central de la historia 2. Describe dos observaciones 3. Menciona tres evidencias que le sirvan como base al MP en sus pesquisas 4. ¿Qué regularidades se pueden establecer en la lectura? 5. ¿Qué elementos sirven de información al MP en su trabajo? 6. ¿Cuál es la hipótesis central? 7. ¿Qué generalizaciones se hacen en la lectura? 8. ¿Qué conclusión le darías a la historia? II. Contesta las siguientes preguntas con la (s) palabra (s) adecuada (s)

67

CCH. Plantel Azcapotzalco. Agosto 2007 1. Un científico inicia una investigación con: _______________________________ 2. La Hipótesis es: ___________________________________________________ 3. El modelo es: _____________________________________________________

4. Un objetivo es: ____________________________________________________ 5. Los científicos para estudiar un fenómeno buscan: ________________________ 6. Una observación permite al científico: __________________________________ 7. Las Generalizaciones son aseveraciones que permiten al científico: ____________________________________________________________________

8. La conclusión permite al científico que la hipótesis sea: ____________________________________________________________________ 9. Una Ley científica se refiere a:________________________________________

10. La metodología científica es:__________________________________________ ____________________________________________________________________ 11.Tres virtudes de los científicos o de aquella persona que investiga. _____________________________________________________________________

12. La ciencia para demostrar o refutar sus conocimientos y los hechos que la componen utiliza: _____________________________________________________________________ III. Actividad adicional Realiza la lectura de “Mortandad de peces provoca una emergencia de agua en Pueblo Verde” y: a) Elabora una lista con todos los hechos (no opiniones) relacionados con la mortandad de los peces b) Presenta una lista de por lo menos 5 preguntas relativas a los hechos, que desearías tuvieran respuesta antes de que puedas decidir acerca de las posibles causas de la mortandad de peces

Actividad experimental 2: "En busca de una regularidad" ¿Qué relación hay entre la masa de diferentes volúmenes de agua, por ejemplo de 1ml, 3ml, 5ml, 10ml? Dibuja una gráfica de masa (x) contra volumen (y). ¿Qué tipo de relación es esta? 68

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¿Cual regularidad encuentra? ¿A cuales predicciones conduce? Actividad experimental 3: “Tensión superficial” Actividades. Antes de iniciar cada actividad piensa y escribe las posibles diferencias. Colocar una gota de agua sobre la mesa y comparar con una de alcohol

¿Qué crees que pase con las gotas en ambos casos? Escribe tus observaciones. Dibuja la forma de las gotas Observa con cuidado y escribe las diferencias.

Comparar el desplazamiento de los 2 líquidos a través de tubos de vidrio Colocar clips sobre una superficie ¿Qué crees que suceda con los clips al de agua y sobre alcohol ponerlos sobre los 2 líquidos? Piensa en una posible explicación. Actividad experimental 4: “Densidad del alcohol y agua” Deseamos saber si cantidades diferentes de un mismo líquido tienen densidades diferentes, es decir. ¿Depende la densidad de una sustancia de la cantidad de sustancia? Cada equipo determinará la densidad de uno de los líquidos. Pesar una probeta graduada, introducir un volumen del líquido, pesar la probeta con el líquido. Dividir la masa del líquido entre el volumen del líquido. No olvidar poner las unidades correspondientes en cada medición y en el resultado.

* Anota cual es el propósito de la experimentación • Escribe tu hipótesis. • Planeación: anota los materiales que vas a usar. Anota el procedimiento. • •

Anotar los resultados de cada equipo en el pizarrón. Escribe tus conclusiones después de analizar los resultados de todo el grupo.

Actividad experimental 5: “Análisis de la variación de temperatura al calentar hielo hasta ebullición” Si queremos determinar la temperatura a la que el agua cambia de un estado de agregación a otro (Sólido  líquido y de líquido  gas). ¿Qué propones hacer? ¿Crees que la temperatura cambie en forma regular al calentar hielo hasta que alcance el estado gaseoso? Explica 69

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Procedimiento:  Coloca de 50 a 200g de hielo triturado en un vaso de precipitados.  Toma la temperatura del hielo y procede a calentarlo lo mas suavemente que puedas tomando la temperatura cada 30 segundos.  Continúa con el calentamiento hasta llegar a la ebullición y sigue tomando la temperatura por 5 minutos más.

 ¿Que temperatura supones que tiene el hielo?  Recoge en una tabla como la siguiente los datos que estás obteniendo: Tiempo de Temperatura (0 C ) Calentamiento (min)

 Construye una gráfica temperatura vs. tiempo.

de

Actividad experimental 6: “Determinación de la capacidad calorífica del agua y el alcohol” Si calentamos al mismo tiempo cantidades iguales de agua y alcohol ¿cual líquido alcanzará más rápidamente 500 C. Calentar 30g de agua y 30g de  ¿Tomaron el agua y el alcohol la misma cantidad de alcohol en baño maría después

energía para alcanzar 500C?

de tomar su temperatura inicial,  ¿Qué substancia tardó más tiempo en llegar a la tomar el tiempo que tardan en

temperatura inicial?

0

alcanzar 40 C sacar del baño y  ¿Hay una relación directa ente el calor dejar enfriar hasta temperatura proporcionado y la temperatura alcanzada? original. (mientras tanto hacer Establece la diferencia entre el calor proporcionado por otras actividades)

el mechero a las dos substancias y la temperatura que alcanzaron en este experimento.

Actividad experimental 7: “Capacidad disolvente del agua. Comparación con alcohol” ¿Cuál líquido será mejor disolvente, el alcohol o el agua? Plantea tu hipótesis: __________________________________________________________ Utilizando los siguientes solutos, diseña un experimento a través del cual resuelvas el problema. (Cada equipo se responsabilizará de traer 5 sustancias diferentes). Solutos: azúcar, sal, aceite, frisco, café, detergente, pino, lápiz labial, champú, miel, etc. 70

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¿Será importante trabajar con la misma cantidad de soluto? (Se recomienda trabajar con cantidades pequeñas de soluto, por ejemplo 0.1g). ¿Podríamos llegar a una conclusión confiable si al hacer el estudio comparativo, utilizamos diferentes cantidades de solventes? ¿Cuál sería tu propuesta en cuanto a la cantidad a utilizar? Haz un cuadro en el que anotes tus resultados en forma ordenada, especificando si la sustancia es muy soluble, soluble o poco soluble. Soluto

Disolvente Agua

Alcohol

Sal Azúcar Los resultados de cada equipo se anotarán en el pizarrón para su discusión grupal. Actividad experimental 8: “Solubilidad” Prepara 4 botellas que contengan lo siguiente: A: Hexano B: Solución acuosa de permanganato de potasio C: Agua D: Solución de yodo en hexano

A

B

C

D

Adiciona en una probeta cantidades iguales de las botellas A y B. Registra tus observaciones. Repite la operación pero con las botellas C y D. Registra tus observaciones. • ¿Por qué en el primer caso la solución incolora quedó arriba y en el segundo quedó abajo? •

¿Qué ocurre si adicionamos más agua a las probetas?

•

¿Por qué el permanganato de potasio no es soluble en hexano

Actividad experimental 9: "La importancia de las soluciones acuosas" Para observar el efecto de agregar agua a 2 sales en estado sólido. ¿Qué esperas observar si se mezclan 2 sales, nitrato de plomo y yoduro de potasio, sin agua? __________________________________________________________________________ ¿Y agregando una gota de agua? __________________________________________________________________________ Formula tu hipótesis: _________________________________________________________ 71

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A

1.- Coloca unos cristales de las 2 sales unos junto a los otros sobre un vidrio de reloj.

vi d

cti da

Observaciones:

2.- mezcla los sólidos Observaciones:

3.- agrega una gota de agua a la mezcla Gotero con agua

Observaciones:

experimental 10: "Separación de los componentes de una mezcla" Cada

equipo

seleccionará

una

de

las ¿Qué método se usa para separar agua de una

siguientes mezclas, a partir de la cual separará 2 muestra? componentes, uno de ellos será el agua el otro componente será elegido por el grupo de trabajo.

¿A qué se debe que el agua separada conserve

Mezclas a escoger: refresco, cerveza, agua de el olor característico de la mezcla original? frutas, licuado de chocolate, vino, una fruta (sandía, melón, naranja, toronja).

¿Qué argumentos usarías para demostrar que

Cada equipo deberá entregar el agua separada el líquido separado es agua? al profesor ya que ésta será utilizada en el experimento de electrólisis.

¿Qué harías para saber si el agua es un elemento o un compuesto?

Actividad experimental 11: "Electrólisis del agua" Las muestras de agua obtenidas de las mezclas del experimento anterior se reunirán en una sola, la cual se someterá al proceso de electrólisis en el aparato de Hoffman. (Puede hacerse también con 2 tubos de ensayo) 72

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Observa la relación de volúmenes de las sustancias obtenidas y lo que pasa con ellas cuando el profesor acerca un cerillo. OBJETIVO: Identificar que tipo de sustancia es el agua (mezcla, compuesto o elemento). Escribe tu hipótesis: __________________________________________________________ I. Instrucciones: Con base en el experimento realizado contesta lo siguiente. a) ¿Cuál es la función que cumple el electrólito (sulfato de sodio Na2SO4) en la electrólisis del agua? _______________________________________________________________________ _ b) ¿Qué gas identificaste en el ánodo? _______________________________________________________________________ _ c) ¿Qué gas identificaste en el cátodo? _______________________________________________________________________ _ d) Según tus observaciones ¿en qué proporción se producen los gases? _______________________________________________________________________ _ e) ¿Cuál de los dos gases se obtuvo en mayor proporción? Justifica tu respuesta _______________________________________________________________________ _ f) Con base en las evidencias obtenidas durante la electrólisis, indica que tipo de sustancia es el agua. Fundamenta tu respuesta. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __ g) ¿La formula química del agua permite establecer alguna hipótesis respecto a la proporcionalidad de sus componentes? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __ h) Si se tienen 1000 moléculas de hidrogeno ¿cuántas moléculas de oxigeno se necesitaran para producir 1000 moléculas de agua? Explica tu respuesta. _______________________________________________________________________ _

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i) Indica en el siguiente aparato de Hoffman donde se localiza: el ánodo, el cátodo, el hidrógeno, el oxígeno, el electrolito y la energía eléctrica.

II. Una planta salina de Baja California usa la electrolisis para la obtención de cloro gaseoso y sodio metálico utilizando como electrolito el mismo cloruro de sodio fundido a partir de esta información escribe: a) La ecuación química que representa dicho proceso: b) Indica de que tipo de reacción se trata: exotérmica o endotérmica, de síntesis o de descomposición. Justifica tu respuesta. c) ¿Qué sustancia se obtendrá en el cátodo y cuál en el ánodo? d) Con base en este análisis ¿cuál es tu hipótesis respecto a la proporción en que se obtendrán el sodio metálico respecto al cloro gaseoso?

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Actividad experimental 12: "Síntesis del agua" Para hacerse por equipo o una demostración para abreviar tiempo. Material: recipiente con agua, 2 tubo de ensayo, (con tapón horadado, para conexión de tubo de vidrio y manguera.) Al tapón de uno de los tubos se inserta una jeringa con HCl concentrado, en el fondo del tubo se tendrán unas granallas de zinc. Se conectará este tubo con otro invertido en el agua del recipiente como en la figura. (Puede usarse una botella desechable de refresco, de ½ litro) al agregar HCl por la jeringa se desprende hidrógeno que se recoge hasta ¾ partes del tubo invertido. El otro tubo que contiene agua oxigenada se agregan un poco de Mn O 2, se desprende oxígeno que se recibe en el tubo invertido hasta completarlo. Cuando el tubo invertido (o botella) está lleno se saca sin girarlo Y se acerca un cerillo encendido. 1.- Una reacción química puede dar ventajas si se logra su control, como en el experimento. Busca otro ejemplo en el que la tecnología contribuya a la utilización benéfica de las reacciones químicas. _________________________________________________________ 2.- Investiga en la bibliografía, la ecuación que representa la reacción entre el agua oxigenada y el óxido de manganeso. ____________________________________________ 3.- ¿Cual compuesto es más estable el agua o el agua oxigenada? ____________________ 4.- Completa la reacción: HCL + Zn Actividad experimental 13: "Ley de las proporciones constantes" Procedimiento: 1. Pesar un tubo de ensayo 2. Pesar de 0.4 a 0.5 g de clorato de sodio (o de potasio) y agregar 0.05g de bióxido de manganeso 3. Calentar el tubo directamente sobre la llama del mechero, CUIDAR DE NO DIRIGIR LA SALIDA DEL TUBO HACIA ALGUNA PERSONA. 4. Acercar una astilla encendida a los gases que salgan del tubo. 5. Cuando no salga más gas, dejar enfriar el tubo y pesar

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Resuelva: La ecuación que representa la reacción de descomposición del clorato es: KClO3

KCl + O2

a) Balancea la ecuación y calcula la cantidad de cloruro que se debe obtener, esta será la hipótesis b) Realiza los cálculos y compara el resultado con el calculado, mediante la ecuación c) Compara en una tabla hecha en el pizarrón los resultados del grupo. Actividad 14: Para representar la proporción de agua dulce y salada en la tierra. Analizar los datos correspondientes a la distribución del agua en la tierra (anexoB. Lectura no. 1). Colorear un litro de agua de la llave con azul de metileno. Este litro representa el total de agua en el planeta (100%) calcular los volúmenes que representan los porcentajes correspondientes a los océanos, ríos etc. Coloca los volúmenes correspondientes en tubos de ensayo comparar y anotar observaciones y conclusiones.

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Anexo B. Lecturas Lectura no. 1. “LA PROBLEMÁTICA DEL AGUA” Es importante ahora considerar la distribución del agua sobre la tierra, el uso que de ella se hace, así como la problemática con respecto a sus aprovechamiento y contaminación. Distribución del agua en la tierra océanos 97 % Glaciares polares 2.25% tierra 0.61% lagos 0.016% Humedad atmosférica 0.001% ríos 0.0001%

Salada dulce Dulce Dulce Dulce dulce

El agua dulce constituye el 3% de la hidrosfera y tres cuartas partes de ella forman los casquetes polares.

Gasto promedio diario por persona en algunos países.

EUA CANADA JAPON MEXICO INDIA REINO UNIDO CHINA INDONESIA

7200 L 4800L 3600L 2000L 1500L 1400L 1200 700L

Uso personal del agua en: • Zona Metropolitana • Estado de México • Países Europeos

% del total de agua Agricultura industria 34 57 7 84 29 61 88 7 92 2 1 85 87 7 86 3

Municipio 9 9 10 5 6 14 6 11

364litros /persona 230litros /persona 120litros /persona

En la zona metropolitana: • El 70% del agua potable se extrae de los mantos acuíferos, • El 3 % de las personas compran el agua por pipas o por tanque. • El 20% de agua se pierde en fugas • Se usan 227 plantas de bombeo para abastecer las zonas altas. • Cada segundo se extraen del subsuelo 45 cm3 se recuperan en forma natural solo 25 cm3. • Hay 27 plantas de tratamiento donde se trata sólo el 7% de las aguas residuales. La problemática del agua en la ciudad de México Las actividades humanas requieren básicamente del uso de agua que nos proporciona la naturaleza. 77

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Uno de los factores de formación de las ciudades a través de la historia ha sido la disponibilidad de agua. Son ejemplos de esto: Roma, Babilonia y México. La mayoría de las ciudades han fundado cerca de un río. Sin embargo la ciudad de México se establece en una cuenca sin ríos cercanos, con baja velocidad de viento, con alta sismicidad y sobre el lecho lodoso de un lago, lo que implica grandes riesgos ambientales. El crecimiento de la población de la ciudad de México ha sido muy rápido (actualmente es de 4.5 % anual), debido a un modelo político concentrador y centralista. La migración del campo a la ciudad y el desconocimiento de una cultura que permita un desarrollo sustentable han generado grandes áreas marginadas así como inmensos problemas sociales y ecológicos. Así, por ejemplo, la eliminación de las zonas boscosas provoca inundaciones y disminuye la captación de agua por los mantos acuíferos (también conocidos como "mantos freáticos". En nuestra ciudad la proporción de áreas verdes es muy baja. Los cuerpos de captación de aguas superficiales han desaparecido porque la urbanización cubre los suelos evitando la filtración de agua y en consecuencia se disminuye la recarga de los mantos acuíferos. Por otro lado, por medio de pozos muy profundos en diferentes puntos de la ciudad se está extrayendo más agua de los acuíferos de la que se recarga en ellos, con lo que se ha provocado el hundimiento de la ciudad. Además, también se tiene que hacer un bombeo para sacar las aguas negras de la cuenca ya que, por falta de filtración del agua de lluvias en los suelos deforestados tiende a formar encharcamientos e inundaciones. Abastecimiento de agua en la ciudad de México El abastecimiento de agua de la ciudad de México se logra en un 70 % por medio de los 1 400 a 1 450 pozos existentes en el valle de los que se extraen alrededor de 40 a 45 m³/ segundo. Otra fuente son los acuíferos del río Lerma localizados a 10 Km. de la ciudad. El agua llega a Chapultepec; éste suministro constituye un 9 % del total y, finalmente del río Cutzamala, distante 127 Km. aporta un 25 % (se obtienen 5.5 m³/segundo. No existen otras fuentes cercanas de agua. Para potabilizar toda esta agua se usan tratamientos especiales como la cloración, se almacena y luego se distribuye. El gasto promedio de la ciudad es de 360 litros por persona, cantidad excesiva en comparación con el de otras ciudades. El acuífero se recarga anualmente con 693 millones de metros cúbicos de agua pero se le extraen 1 300 millones de metros cúbicos, si el acuífero sigue reduciéndose acabará por agotarse. Más del 30 % del agua se pierde en fugas a través de las redes envejecidas de distribución. Los habitantes no tenemos la educación cultural necesaria para cuidar del agua. La ciudad está situada en un valle cerrado sin desagües naturales causando que durante la época de lluvias tiende a inundarse y convertirse en un lago; esto motivó la creación de un drenaje profundo que sigue en expansión hasta alcanzar 170 Km. en el año 2000. Desalojo de las aguas negras de la ciudad de México Las aguas residuales que todos arrojamos al drenaje de nuestros caños van al colector de la calle, de ahí al de la colonia o fraccionamiento donde vivimos y, finalmente se vierten al gran 78

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canal del desagüe, que los saca de la cuenca por el tajo de Nochistongo y los túneles de Tequixquiac. En estos lugares se controla su desfogue por medio de compuertas. A su paso por el Estado de México y de Hidalgo se le unen arroyos de las aguas pluviales y sus aguas son aprovechadas para riego por los campesinos de éstas regiones. Kilómetros más al noreste el río recibe el nombre de Río Moctezuma y ya en territorio veracruzano después de recorrer 385 kilómetros se conoce como río Pánuco cuyo principal afluente es el río Tamesí. Aquí ya las aguas son cristalinas desembocando en los límites de Tamaulipas y Veracruz. Propuestas para solucionar el problema Es urgente tomar medidas como: Reducir los volúmenes de extracción de los acuíferos hasta los niveles de recarga (24 m3/segundo). Aumentar el tratamiento de aguas negras. Presionar a las industrias para tratar y reciclar las aguas que emplean en sus procesos. Alentar la participación ciudadana para mantener y fomentar las áreas verdes. Apoyar el cultivo chinampero tradicional. Aplicar la ley con rigor a las industrias contaminantes. Impulsar la investigación en aspectos relacionados con el medio ambiente. Regular el crecimiento de la ciudad por medio de un cinturón de cultivos de alta rentabilidad que no permitan invasiones. Programar la regeneración de canales y ríos en la cuenca. Almacenamiento de aguas pluviales y desarrollo de sistemas de inyección a los acuíferos. Mantenimiento de las redes de distribución para reducir fugas. Mantener las zonas de captación de agua protegiendo y reforestando los bosques que rodean a la ciudad. Bibliografía: Escurra E. et. al. Problemas ambientales en la ciudad de México. Ciencias, enero 1991. Gutierrez Roa Jesus, et. al. "Educación ambiental. Caminos Ecológicos. Distrito federal". Editorial Limusa. Guerrero Legorreta, Manuel. "El agua". La Ciencia desde México. Fondo de cultura económica. Guía de lectura. 1.- ¿Cuáles son las características geográficas de la ciudad de México? 2.- ¿La ubicación de la ciudad de México es apropiada para el abastecimiento y desalojo del agua requerida por sus habitantes? 3.- ¿De donde se obtiene el agua que usamos en el DF? 4.- ¿Cómo es desalojada el agua de desecho?

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5.-En el mapa de la República Mexicana representa las fuentes hidrográficas de abastecimiento y desalojo del agua que usamos en el DF.

6.- ¿Cuál es el destino final de dicha agua? 7.- ¿Podrías explicar qué es un manto freático e indicar dos de los que aún tenemos en nuestra ciudad? 8.- ¿Qué ocurre con el agua de lluvia sin vegetación? 9.-Menciona dos propuestas para solucionar el problema. 10.-En la lectura se menciona que los ciudadanos del DF. no tenemos la educación cultural necesaria para cuidar el agua. Te invitamos a que propongas y te comprometas a asumir una actitud como dice el canal 11, por una cultura del agua. Menciona dos medidas que ayuden a cuidar el agua.

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Lectura no.2. Hidrógeno. Combustible del futuro. En la edad media los alquimistas comprobaron que al verter ácido sulfúrico sobre hierro en polvo se desprendía un gas inflamable. Cavendish en 1766 demostró que el hidrógeno al quemarse en aire produce vapor de agua. Su ligereza la proporciona la primera aplicación; el llenado de aereostatos. Esta idea la explotaron dos franceses en 1783, los hermanos Montgolfier al inflar globos de papel. Pero la producción de hidrógeno era muy difícil ya que se usaba el producido a partir de la descomposición de una mezcla de paja, zapatos viejos y carne putrefacta. Puede notarse que lo que realmente usaban era una mezcla de gases producto de la descomposición orgánica. El físico francés J, Charles improvisó un generador de hidrógeno y consiguió lanzar el primer globo de hidrógeno en París en agosto de 1783.Unos meses después J. Charles se elevó en un globo lleno de aire a 3000 metros de altura. Pero el hidrógeno es un gas inflamable y explosivo en presencia de aire, por lo que fue reemplazado por helio a raíz del espectacular incendio del Zepelin Hinderburg en el aeropuerto La Kehurst en mayo de 1937 al término de una travesía sobre el Atlántico ocasionando la muerte de varias personas. El otro accidente espectacular ocasionado por el hidrógeno es la explosión del cohete Challenger. Aquí en la ciudad de México el hidrógeno fue el combustible responsable de la explosión de la fábrica de jabones Puente. La reacción de combustión menos contaminante es precisamente la del hidrógeno, y proporciona gran cantidad de energía 143 kJ/g, mientras que el etano da 46 kJ/g y la del metano da 54 kJ/g. La dificultad radica en el control de esta energía, se han propuesto motores más o menos seguros pero aún tienen un buen nivel de peligrosidad. Uno de los problemas es el gran volumen que ocupa. Se ha propuesto licuarlo pero mantenerlo en estado líquido requiere de un alto costo ya que se licúa hasta los -259ºC. En la década de los ochenta se propuso una técnica que aprovecha la capacidad de algunas aleaciones metálicas de tierras raras de absorber grandes cantidades de hidrógeno como la aleación de Lantano-Cobalto cuya estructura cristalina deja huecos en los que el H2 se aloja. El tanque de combustible está lleno de aleación La-Co, se inyecta H2 a presión, este se libera al aumentar la temperatura y se envía al motor. Sin embargo, este procedimiento resulta todavía muy caro. Otro problema es la obtención del H2 a partir de sus compuestos, reacciones que requieren energía (endotérmicas). Un proceso más conveniente es el uso de energía solar para romper las moléculas de agua, para la reacción se requiere de un catalizador (molécula compleja a base de rutenio) que absorbe un fotón de la luz solar, en este estado el catalizador reduce el agua a hidrógeno molecular. Otra forma de generación de energía es la celda de combustión que convierte energía generada por un combustible (H2 en este caso) en energía eléctrica. La pila consta de dos electrodos de carbón con Ni y NiO embebidos. Se burbujean hidrógeno y oxígeno en los compartimentos del ánodo y del cátodo respectivamente, separados por una solución electrolítica. El resultado neto es la formación de agua, la reacción se hace en forma parcial en los dos electrodos según: 81

CCH. Plantel Azcapotzalco. Agosto 2007 Anodo: Cátodo: Total:

2H2(g) + OH-(aq)

4H2O (liq)

O2(g) + 2H2O

4OH-(aq)

2H2(g) + O2(g)

2H2O

Cuando la celda está en operación los electrodos se conectan a una toma de corriente por medio de alambres conductores. La eficiencia de la pila alcanza un 70%. Los reactivos deben reponerse y los productos deben retirarse continuamente, como el la electrólisis. Bibliografía: Hidrógeno. Enciclopedia Salvat del estudiante. Tomo 13. A Truman Schwartz eit. Chemistry in context. Wm C. Brown Publishers. Chang Raymond. Química Mc. Graw Hill. Guía de lectura. 1.- ¿Qué produce el hidrógeno cuando se quema? 2.- ¿Es un conocimiento nuevo que el hidrógeno se puede quemar? 3.- ¿Cómo podemos obtener el hidrógeno a la usanza del los alquimistas? 4.- ¿Se puede considerar que el hidrógeno sea un gas pesado? 5.-Busca el significado de la palabra aereostato. 6.- ¿Qué papel juega el hidrógeno en el lanzamiento de globos? 7.- ¿Qué ocurre con el hidrógeno en presencia de aire? 8.- ¿Por qué se usó hidrógeno mezclado con helio en lugar de aire? 9.-Menciona el caso de un accidente donde se considere que es ocasionado por hidrógeno. 10.-Sin embargo, al hidrógeno se le ha considerado un combustible de elección. ¿Podrías decir por que? 11.- ¿En que radica la dificultad del uso de hidrógeno como combustible? 12.- ¿Es posible obtener energía eléctrica a partir de la reacción del hidrógeno con el oxígeno sin que sea explosiva? 13.- ¿Cómo podemos obtener el hidrógeno?

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Anexo C. Evaluación formativa 1.- Señala en cada una de las siguientes expresiones a cual de los siguientes conceptos se refiere; masa, peso o volumen. A) Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre la cantidad de materia ______________ B) Se expresa en centímetros cúbicos o en mililitros ______________ C) Se mantiene constante en un cambio químico ______________ D) Tiene magnitud y sentido ______________ E) Es el espacio que ocupa una cierta cantidad de materia ______________ F) Se mide en una probeta ______________ 2.- Completa con: Hipótesis, observación, conclusión o problema, las siguientes oraciones: A) Determinar la densidad del azúcar ______________ B) Este sólido se disuelve mejor en alcohol ______________ C) Cuando calentamos los 2 líquidos, el alcohol ______________ llegará a 50°C en menos tiempo D) Durante los cambios de estado la temperatura ______________ permanece constante

3.- Coloca en el espacio en blanco: fusión, solidificación, densidad, cohesión, temperatura, ebullición A) Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia ______________ B) Nos da idea del contenido de energía cinética de una sustancia ______________ C) Es el cambio de líquido a sólido ______________ D) Es el cambio de líquido a gas ______________ 3 E) Es la masa contenida en cada cm de una sustancia ______________ F) Es la fuerza que ejercen entre sí las partículas de un líquido ______________ G) Es el cambio de sólido a líquido ______________ Señala la respuesta correcta 4.- La densidad del agua sólida (hielo) es menor que la densidad del agua líquida porque al formarse el hielo: A) la masa aumenta B) la masa disminuye C) el volumen disminuye D) el volumen aumenta

6.- El agua es importante en la regulación del clima debido a su: A) Densidad B) Tensión superficial C) Capacidad calorífica D) Tipo de enlace 7.- El esquema que representa la gota del líquido formado por partículas unidas por fuerzas de mayor magnitud es:

5.- En el punto de ebullición de un líquido la temperatura permanece constante a pesar de seguir suministrando calor porque las moléculas del líquido absorben esta energía para: A) aumentar su energía cinética B) romper enlaces entre ellas C) aumentar la cohesión entre ellas D) ordenar mejor su estructura

D) 83

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8.-Si comparamos la rapidez a la que se enfría un trozo de metal, con la velocidad a la que se enfría un trozo de cera con la misma temperatura inicial, se puede concluir que. A) el metal tiene mayor capacidad calorífica B) la cera tienen mayor capacidad calorífica C) la cera transmite mejor el calor D) el metal es pésimo transmisor de calor

D) 1 y 4 11.- Se conoce al hidrógeno como “combustible limpio” debido a que su combustión A) produce gran cantidad de energía. B) se combina con oxígeno. C) es una reacción de oxidación. D) se produce agua. 12.- La electrólisis se clasifica como una reacción de A) síntesis. B) exotérmica. C) descomposición. D) análisis.

9.- Al calentar 30 gramos de alcohol y 30 gramos de agua hasta 500 C, se observa que el alcohol tardó 12 minutos y el agua tardó 14 minutos, se puede concluir que: A) El calor es absorbido a la misma velocidad por el agua y el alcohol B) Las moléculas de agua adquieren energía cinética más fácilmente C) Las moléculas de alcohol están más fuertemente unidas entre sí D) Las moléculas de agua están más fuertemente unidas entre sí

13.- El hidrógeno se reconoce porque al acercar un cerillo al gas, se produce una explosión. Identifica la ecuación que representa la reacción: A) H2 O → H2 + 02 B) H2 + 02 → H2 O C) H2 O2 → H2 O + 02 D) C + 02 → CO2

10.- La electrólisis del agua puede ser clasificada como una reacción. 1.-exotérmica 3.- endotérmica 2.-de síntesis 4.- de análisis A) 1 y 2 B) 3 y 4 C) 2 y 3

14.-Escribe sobre los espacios en blanco a que estado físico del agua (sólido líquido o gas) se refiere cada planteamiento. A) Las moléculas tienen la mayor libertad ______________ B) Las moléculas solo tienen movimientos vibratorios ______________ C) Estado del agua con mayor densidad ______________ D) Las moléculas forman agregados que se deslizan unos sobre otros ______________ E) Las moléculas se arreglan en estructuras geométricas ______________ F) No existen uniones entre las moléculas ______________ G) Estado en el que el agua necesita mayor volumen ______________ 15.- En el desierto del Sahara, durante el día se registran temperaturas muy altas (arriba de 400 C y por la noche hace frío (80 C), formula una hipótesis que explique este hecho. __________________________________________________________________________ 84

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16.- Relaciona las columnas A.- Pureza en Química

(

)

B.- Materia en general C.- Mezcla D.- Pureza del agua o aire (en el lenguaje común) E.- Sustancia pura

( ( ( ( (

) ) ) ) )

Grado que indica lo benigno del ambiente para la salud de los seres vivos Grado que indica que tanto una sustancia está aislada Sustancia aislada totalmente Todo lo que tiene masa, peso y volumen Se representa por una fórmula o símbolo Material formado por 2 o más substancias puras

17.- Escribe en los espacios en blanco si se trata de mezcla, compuestos o elemento. A) Sustancia que no puede ser separada en otra sustancia más simple ______________ B) Sus componentes conservan sus propiedades ______________ C) Sus componentes se encuentran en cualquier proporción ______________ D) Sus componentes pierden sus propiedades ______________ E) Sus componentes se encuentran en proporción constante ______________ F) Sustancia pura formada por un solo tipo de átomos ______________ 18.- Cual es el significado de la siguiente expresión química a nivel nanoscópico (moléculas) y a nivel macroscópico (moles) 302 Nivel nanoscópico: ___________________________________________________________ Nivel macroscópico: __________________________________________________________ 19.- De acuerdo a la siguiente ecuación, HCl + Zn → Zn Cl2 + H2 ¿Qué cantidad de hidrógeno se produce si reaccionan 3 gramos e zinc con ácido clorhídrico suficiente?

20.-Señala cuales de los siguientes planteamientos corresponden a los postulados del modelo atómico de Dalton. I.- Una mol de un gas ocupa 22.4 litros en condiciones normales de temperatura. II.- La materia está formada de partículas indivisibles. III.-En una reacción química, los átomos permanecen sin cambiar y solamente cambian de arreglo. IV.- Los componentes de un compuesto se encuentran en proporciones fijas. V.- Los elementos están formados por átomos iguales. 21.- Escribe falso o verdadero según corresponda, en cada uno de los siguientes planteamientos: A) En una reacción química el número de moles es constante ______________ B) En una reacción química la masa se mantienen fija ______________ C) En una reacción química se forman nuevas sustancias ______________ D) En una reacción física se forman nuevas sustancias ______________ E) En una reacción física las sustancias siguen siendo las mismas ______________ F) En una reacción química el número de moles es constante ______________ 85

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22.- Completa la tabla: Símbolo / Número fórmula de moles A) H2 O

Elemento / compuesto

2 6.02 x 1023

B) O3 C) H2

No. de partículas

1

D) HCl

18.06 x 1023

23.- Escribe Ley de las proporciones constantes o Ley de la conservación de la materia, en los espacios: A) Se cumple al balancear una reacción B) La masa de oxígeno antes y después de una electrólisis es la misma C) La fórmula de una sustancia determinada siempre es la misma D) El porcentaje de oxígeno en el agua es 88.8 %

______________ ______________ ______________ ______________

-A partir de la siguiente información, contesta las preguntas 24, 25 y 26: “Para tener idea de la enorme cantidad de partículas que contiene un MOL (6x10 23) pensemos en algo tan pequeño como una hormiga roja de medio gramo de peso. Un mol de hormigas, puestas sobre la superficie de la tierra, una junto a otra... ¡NO CABRIAN! Se necesitarían 1000 superficies como la tierra. El número de partículas que un mol contiene es tan grande que un mol de canicas ocuparía 116 montañas como El Everest. Como vemos, este número no es útil para contabilizar cosas que vemos cotidianamente, pero es útil para saber que cantidad de átomos o moléculas hay en las cantidades de materia que manejamos normalmente”. 24. -Si existiera un mol de hombres ¿que superficie ocuparían? A) Una superficie terrestre B) 1000 superficies terrestres C) más de 1000 superficies terrestres D) menos de 1000 superficies terrestres 25.- De la lectura se deduce que: A) El mol es útil para cuantificar objetos comunes. B) Es fácil acomodar un mol de canicas. C) El mol contiene un número imaginable de partículas. 26.- 0.5 mol de canicas ocuparían A) 58 montañas grandes B) 116 montañas grandes C) 232 montañas grandes D) 0.5 montañas grandes 86

CCH. Plantel Azcapotzalco. Agosto 2007 27.- Si estuviera en tu mano decidir sobre la asignación de un presupuesto gubernamental, Cual sería el orden de importancia (de mayor a menor) que darías a los siguientes proyectos. Coloca el número 1 al de mayor y el número 6 al de menor importancia: ( ) Aumentar la producción de gasolina. ( ) Estudios sobre contaminación atmosférica en las ciudades. ( ) Aumentar el abastecimiento de gas natural. ( ) Desarrollo de tecnología para usar hidrógeno como combustible. ( ) Investigación para mejorar la calidad de las gasolinas. ( ) Aumentar el número de plantas para tratar aguas negras.

28.- COMPLETA EL MAPA CONCEPTUAL es reacción de tipo

requiere de

electrólisis

para producir

de porque requiere

iones H2 O

energía

produce

O 2

es

es

combustible

29.- Elaborar por equipo un mapa conceptual para cada uno de los siguientes conjuntos de conceptos. A) Densidad, Capacidad Calorífica, Capacidad Disolvente, Propiedades Características, Substancias Puras B) Reacción de Descomposición, Ley de la Conservación de la Materia, Mezcla, Compuesto, Elemento, Ley de las Proporciones Constantes, Electrólisis del Agua. 30.- La electrólisis es una reacción: A) Exotérmica B) De síntesis C) De análisis D) De combustión

31.-Un cambio químico se reconoce porque se reproduce A) Una solución B) Un cambio de Estado C) Substancias nuevas D) Energía.

32.- Una reacción en la que se desprende gran cantidad de energía es de: 33.-Un material formado de componentes en A) desplazamiento proporciones definidas es: B) Síntesis A) Una mezcla C) Formación B) Un compuesto D) Combustión C) Un elemento D) Una solución 87

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34.- La síntesis del agua es una reacción: A) Exotérmica B) De síntesis C) De análisis D) De combustión

35.-La descomposición del Clorato de Sodio es un ejemplo de cambio: A) Químico B) Físico C) De estado D) De proporción

36. Usa tus modelos para explicar cómo el modelo de Dalton ilustra la Ley de las Proporciones Constantes (Emplea 2 moléculas de Hidrógeno y 2 moléculas de Oxígeno para formar agua)

37. ¿Por qué no se considera a las teorías griegas de la materia como teorías científicas? __________________________________________________________________________ 38. A partir de siguiente información, contesta las preguntas de la “a” a la “h” “Juan y Jazmín son novios desde hace don semanas, sin embargo, sus gustos son muy diferentes, por ejemplo, a Juan le gusta el café muy dulce, por lo que al prepararlo agrega una cucharada de café y tres de azúcar al agua caliente, en cambio Jazmín prefiere el café de olla, aunque a éste, a pesar de ser colado, siempre le quedan residuos del grano, en el fondo de la taza y generalmente lo toma sin azúcar. Juan prefiere recibir que dar, le gusta la cerveza, fuma mucho (enciende un cigarrillo tras otro) y siempre está nervioso; Jazmín en cambio, es muy tranquila, detesta el humo del cigarro y le encanta que le regalen objetos de oro y plata, flores naturales, chocolates y helados” a.- Escribe los elementos químicos que encontraste en la lectura __________________________________________________________________________ b.- ¿Qué compuestos se mencionan en la lectura? __________________________________________________________________________ c.- Escribe las mezclas homogéneas __________________________________________________________________________ d.- ¿Qué mezclas heterogéneas se mencionan en la lectura? __________________________________________________________________________ e.- Selecciona una de las mezclas: ___________ en la que el soluto es _______________ y el disolvente es _______________ f.- ¿Cuál es el cambio de estado del agua que sucede cuando Juan calienta su café? ______________

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g.- En el caso de la fabricación de helados que tanto gustan a Jazmín, ¿cómo se llama al cambio de estado que sufre el agua? _____________________________ h.- Dibuja modelos moleculares que representan al agua en el helado, en el agua líquida y en forma gaseosa.

39. ¿Cuantas veces más agua salada que agua dulce existe sobre la tierra? Si hay 97% de agua salada y 0.00016% de agua dulce (se toma en cuenta el procedimiento)

40. Diseña un experimento para distinguir entre un trozo de plata y uno de aluminio __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ 41. Escribe 2 medidas que tomas personalmente para preservar el agua potable. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 42. Los cambios de estado del agua que requieren energía (calentamiento) son: _____________________ y ____________________ 43. El porcentaje de agua disponible se mantiene constante gracias a: ________________ 44. Completa el siguiente mapa conceptual

Mezcla

ejemplo

Formada por

Pueden ser

Se

ejemplo

pue de

89

sep ara r e n

ejemplo

H2O

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Horizontales 1. Permite separar en una solución un sólido de un líquido (el sólido forma cristales) 4. Cuando un gas pasa al estado líquido se dice que se… 5. Permite separar dos líquidos con diferente punto de ebullición, o un sólido de un líquido (el líquido se recupera) 7. Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (siglas) 8. Todo lo que ocupa un lugar en el espacio 13. Propiedades de la materia que sirven para identificarla (singular) 18. Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo 19. Permite separar en una solución un sólido de un líquido (el líquido no se recupera) 20. Propiedad de la materia definida como la cantidad de materia que tiene un cuerpo

3. Sus partículas están muy alejadas unas de otras, hay mayor energía cinética 5. Permite separar un líquido de un sólido que sedimente 6. Permite separar dos sólidos siempre y cuando, por calentamiento, uno pase al estado gas sin pasar por el líquido 9. Propiedad de la materia definida como la cantidad de masa por unidad de volumen 10. Nombre que se le da a la unión de dos o más sustancias puras sin que éstas pierdan sus propiedades 11. Permite separar un líquido de un sólido que se encuentra en suspensión 12. Propiedades de la materia que sirven para cuantificarla 14. Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo 15. Sus partículas se agrupan y se “deslizan” unas sobre otras, tienen volumen fijo pero no forma definida 16. Sus partículas están muy unidas formando estructuras muy rígidas 17. Cambio que sufre la materia cuando se encuentra en estado sólido y pasa al líquido

Verticales 2. Permite separar sólidos de líquidos con diferente densidad, empleando una centrífuga 1

2

3

4 5

6 7

8 9 13

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14 15 16 17

18 19

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Anexo D. Bibliografía Para fundamentos químicos:  Dickson, T. R. "Introducción a la Química". Publicaciones Cultural. México, 1987.  Dickson, T. R. "Química, enfoque ecológico". Limusa Noriega - Editores. México, 1996.  Miller G. H., Frederick B. Augustine. Harla. México, 1977.  Zundahl S. S. Fundamentos de Química, Mc Graw Hill 1992  Malone, Leo J. "Introducción a la Química". Limusa Noriega - Editores. México, 1992  Raymond Chang. "Química". Ed. Mc. Graw Hill. México, 1992.  Schwartz A., Truman, et. al. "Chemistry in Context". Ed. Wm. C. Brown Communications, Inc. 1994.  Phillips et al Química conceptos básicos, Mc Graw Hill 1999.  Smoot y Price, Química, Un Curso Moderno Cia Editorial Continental 1985 Bibliografía en relacion con la TECNOLOGÍA Y LA SOCIEDAD  Guerrero, Manuel. "El agua". Colección: "La ciencia desde México", tomo 102. Fondo de cultura económica. México. 1991.  Guy Leray. "Planeta agua", de la serie: "Conocer la ciencia". RBA Editores. París, 1990.  Haber-Schaim, Uri, et. al. "Curso de Intruducción a las Ciencias Físicas" (IPS). Editorial Reverté. 1994  Jenkins Frank, et al. "Nelson - CHEMISTRY". Nelson Canadá. 1993.  "Handbook of Engineering Fundamentals". 3ª. Edición. Wiley Handbook Series. 1975.  Fiálkov, Yu. "Propiedades extraordinarias de las soluciones corrientes" Ed. Mir Moscú. 1985.

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