Aire Version 2007-1

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL (1) AZCAPOTZALCO

AREA DE CIENCIAS EXPERIMENTALES

CURSO MODULAR DE QUIMICA I

UNIDAD OXÍGENO, COMPONENTE ACTIVO DEL AIRE

AUTORES Olguín González María del Rosario Sandoval Pérez Sandra

Hernández Ángeles Silvia

López Abundio Martha Patricia Lira Vázquez Gilberto Velásquez de la Mota Amada M.

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

Octubre de 2007 1

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 A MANERA DE INTRODUCCIÓN 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 “Oxígeno, componente activo del aire”. Este segundo modulo contiene cuatro tipos de 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

relacionados con Tecnología y Sociedad.

2

y

la

que

contiene

temas

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

RECOMENDACIONES •

Visita con frecuencia la biblioteca del plantel. 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 textos de consulta, revistas y libros de divulgación científica, que te aportaran toda la información requerida para tus clases. Pide a tu profesor referencias bibliográficas de utilidad para tu curso.

•

En la Ciudad de México y la zona conurbada, contamos con un buen número de bibliotecas públicas. No olvides visitar la Biblioteca Central en Ciudad Universitaria.

•

Puedes participa en eventos de divulgación de la ciencia, organizados por el propio Colegio para sus alumnos.

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¡¡Para tener éxito en tu curso de Química, ESTUDIA y NO DUDES en consultar con tu profesor (a), cualquier duda por pequeña que sea!! Octubre, 2007

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

CONTENIDO UNIDAD OXÍGENO, COMPONENTE ACTIVO DEL AIRE.................................................................1 I.¿Por qué es importante el aire?........................................................................................................5 I.1. Propiedades físicas del aire. ¿Cuál es el papel del aire en el clima?...........................................5 I.2. Componentes de la mezcla “aire”................................................................................................6 I.3. ¿Se pueden separar los componentes del aire?............................................................................8 I.4. Propiedades químicas de los principales componentes del aire................................................10 II. Modelos atómicos que nos explican el comportamiento complejo de la materia.......................13 II.1. Modelo de Dalton.....................................................................................................................13 II.2. Modelo de Thompson...............................................................................................................14 II.3. Modelo de Rutherford..............................................................................................................14 II.4. Modelo de Bohr........................................................................................................................20 II.4.1. Comportamiento de la Luz como ondas................................................................................20 II.4.2. La luz como paquetes (“quantums”) en la Teoría Cuántica..................................................23 II.4.4. Relación entre el modelo de bohr y la tabla periódica..........................................................27 III. Tabla Periódica. Clasificación de los elementos........................................................................28 III.1. Una primera clasificación: Metales y No Metales..................................................................30 III.2. ¿Cómo varían las propiedades de los elementos en la Tabla Periódica? Periodicidad...........33 III.2.1. Carácter metálico.................................................................................................................33 III.2.2. La Combustión. Propiedad química del oxígeno.................................................................34 III.2.3. Tamaño atómico. Capacidad de formación de iones............................................................36 III.2.4. Energía de ionización y Electronegatividad.........................................................................39 III.2.5. Reactividad de los elementos. Otra regularidad periódica...................................................40 III.3. Cómo se unen los átomos, las moléculas y los iones. Enlaces...............................................41 IV.1. Concepto de orbital y regla del octeto.....................................................................................42 IV.2. Configuración de Lewis..........................................................................................................43 IV.3. Posibilidades de enlace............................................................................................................45 IV.4. Compuestos iónicos.................................................................................................................48 IV.4.1. Propiedades de los compuestos iónicos................................................................................49 IV.5. Elementos Moleculares...........................................................................................................49 IV.6. Compuestos covalentes (Moleculares)....................................................................................50 IV.6.1. El Carbono (C), formador de covalencias............................................................................51 IV.6.2. Propiedades de los compuestos moleculares (Covalentes)..................................................52 IV.7. Enlaces intermoleculares.........................................................................................................52 IV.7.1. Procesos de solvatación........................................................................................................53 V. Fórmulas de los compuestos........................................................................................................54 Sección B. Experimentos de laboratorio..........................................................................................57 Sección C. Lecturas y cuestionarios de reflexión............................................................................69 Sección D. Evaluación formativa.....................................................................................................84 Bibliografía......................................................................................................................................91

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UNIDAD II. OXÍGENO, COMPONENTE ACTIVO DEL AIRE I.

¿Por qué es importante el aire?

¿Cuánto tiempo puede vivir sin comer un ser humano? ¿Cuánto tiempo sin tomar agua? ¿Cuánto tiempo sin respirar? Discute con tu equipo y registra sus conclusiones. __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ Es evidente la importancia que para nosotros tiene el AIRE y en adelante alrededor de este tema seguiremos estudiando el comportamiento de la materia.

I.1. Propiedades físicas del aire. ¿Cuál es el papel del aire en el clima? Corrientes de aire El aire es una mezcla homogénea, formada principalmente de nitrógeno (78%), de oxígeno (21%) y pequeñas cantidades de argón, dióxido de carbono, neón, helio, kriptón, hidrógeno, xenón y ozono. Por tratarse de una mezcla gaseosa, el aire tiene un comportamiento típico de los gases, sigue las leyes del estado gaseoso: aumentan su volumen y su presión al aumentar su temperatura y los disminuyen al disminuir su temperatura, es decir el volumen y la presión son variables dependientes de la temperatura. Como consecuencia del aumento de volumen de una capa de aire (de masa constante) su densidad disminuye, esta capa se eleva, el espacio abandonado se llena de aire más frío que estaba encima o en las zonas laterales, el que al calentarse sube también, creándose un proceso continuo, en el que las capas de aire caliente suben y las capas de aire frío bajan, de forma similar al proceso de calentamiento de agua en un recipiente. Este proceso puede ser muy rápido, creándose corrientes de viento intensas. El mismo principio explica los fenómenos observados cuando se encuentran corrientes de aire que tienen temperaturas muy diferentes. Como cualquier gas, la presión del aire aumenta si su volumen se reduce y si el volumen aumenta la presión disminuye, es decir la presión del aire es una variable dependiente del volumen.

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Ejercicio 1. ¿Qué pasa con la densidad de las capas de aire que son calentadas por el sol? _______________________________________________________________________ _ 2. ¿Porqué pueden flotar los barcos si están hechos de materiales tan densos que un pedazo de ellos se hunde en agua? _______________________________________________________________________ _ 3. ¿Cómo explicas que una esfera hueca de aluminio pueda flotar en agua? _______________________________________________________________________ _ 4. ¿A qué forma de agregación afecta más un cambio de temperatura, al sólido, al líquido o al gas? ¿Por qué? _______________________________________________________________________ _ 5. ¿Qué importancia tienen los cambios de temperatura que sufre el planeta en nuestro clima? _______________________________________________________________________ _ 6. ¿Qué tipo de material es el aire, una mezcla, un compuesto o un elemento? Y ¿por qué? _______________________________________________________________________ _ Investiga ¿En que consiste el fenómeno del “NIÑO”?

I.2. Componentes de la mezcla “aire” Los principales componentes del aire son el nitrógeno y el oxígeno, los componentes menores son el argón, bióxido de carbono, agua, los demás componentes son considerados trazas.

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Como todos sabemos los componentes de las mezclas se encuentran en proporción variable. Completa la siguiente tabla con los datos de los componentes del aire y contesta el cuestionario.

Componentes

Símbolo/

del aire Nitrógeno Oxígeno Argón Dióxido de

fórmula N2 O2 Ar

78.1 21 0.93

-196 -183

CO2

0.03

-78

Ne NH3 He CH4 Kr H2O

0.0018 0.001 0.00053 0.0002 0.0001 0-4

carbono Neón Amoniaco Helio Metano Kriptón Agua

Porcentaje

p. eb. (ºC)

Compuesto/

Modelo micro

elemento

La proporción del aire es constante dentro de la troposfera, capa atmosférica que alcanza hasta 12 Km arriba de la superficie terrestre, excepto el contenido de agua que varía de acuerdo a la zona geográfica. Cuestionario 1. ¿Por qué supones que el contenido de agua se dé en un porcentaje con tanta variación? _______________________________________________________________________ _ 2. En qué lugares de la Tierra el porcentaje de agua será alto (cercano a 4%) _____________________ y en cuáles será bajo (casi 0%) ______________________ 3. ¿Qué efecto tiene el agua en los cambios de temperatura de un lugar?

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 _______________________________________________________________________ _

4. Representa con un dibujo a escala nanoscópica de lo que sucede con las moléculas del aire, cuando éste se dilata.

El aire contiene dos componentes con alta capacidad calorífica, el bióxido de carbono y el agua, juntos contribuyen a la conservación del clima. Pero si el contenido del bióxido de carbono es mayor, se genera el calentamiento excesivo del Planeta. Investiga el nombre de este fenómeno y describelo.

I.3. ¿Se puedenY separar los componentes del aire? LICUEFACCIÓN DESTILACIÓN DEL AIRE Aplicación Si se baja la temperatura del aire hasta cantidades inferiores a -196º C (temperatura de ebullición del nitrógeno) el aire se licua, si se permite que vuelva a calentarse los componentes se vuelven a gasificar, hierven a sus correspondientes temperaturas de ebullición, esta diferencia de puntos de ebullición se aprovecha para separar el nitrógeno y el oxígeno del aire. Estos elementos separados tienen diversos usos. Explicación Cuando las moléculas de oxígeno (o nitrógeno) gaseoso que están separadas se someten a enfriamiento, reducen sus movimientos (su energía cinética), a tal grado que se atraen entre sí, cuando las fuerzas de atracción son suficientes se forma un líquido con enlaces entre moléculas (enlaces intermoleculares), éstas fuerzas de atracción son más débiles que las que mantienen unidas a las moléculas de agua líquida. Al aumentar la temperatura del aire líquido, la energía cinética de las moléculas vuelve a elevarse, hasta romper los enlaces intermoleculares (durante la ebullición) formándose otra vez el estado gaseoso. El nitrógeno 8 alcanza la ebullición antes que el oxígeno (temperatura de ebullición=-183°C), situación que se aprovecha para separarlos por destilación.

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Ejercicio 1. ¿Cuál componente del aire hierve a menor temperatura? __________________________________________________________________________ 2. ¿Qué propiedad específica permite la destilación de los componentes del aire? __________________________________________________________________________ 3. ¿Qué sucede con la energía cinética de las moléculas al enfriarse? __________________________________________________________________________ 4. Cuando se forma oxígeno líquido a partir del gaseoso, ¿se forman o se rompen enlaces intermoleculares?_________________________________________________________ 5. Cuando hierve nitrógeno líquido, ¿se forman o rompen enlaces intermoleculares? __________________________________________________________________________ 6. Con el uso de modelos ilustra los cambios en el enfriamiento (A) y el posterior calentamiento (B) del aire

(A)

(B)

7. ¿Se forman nuevas sustancias en estos cambios? _______________________________ 8. ¿Qué tipos de cambios son éstos? ___________________________________________ 9. ¿En qué estado de agregación las moléculas del aire están unidas? _________________ 10. ¿Hay unión entre las moléculas en estado gaseoso? _____________________________ 11. ¿Cuándo se forman uniones entre las moléculas, al calentar o al enfriar el aire? _________________________ 9

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 12. ¿Las uniones que se forman al licuar el aire son entre átomos o entre moléculas? Explica __________________________________________________________________________ Investiga. ¿Cuáles son los usos del nitrógeno y del oxígeno?

I.4. Propiedades químicas de los principales componentes del aire Propiedades del Nitrógeno El principal componente del aire es el nitrógeno, sus propiedades determinan el comportamiento de la mezcla, por ejemplo, el nitrógeno es un gas muy estable, es decir poco reactivo, y por eso disminuye la gran reactividad que tiene el oxígeno, si el oxígeno estuviera en mayor proporción, las oxidaciones serían más rápidas, incluyendo las combustiones, es decir habría más incendios. El nitrógeno existe como molécula diatómica (N2), para que reaccione (forme otras sustancias) el enlace entre los átomos de nitrógeno que forman la molécula debe romperse, para lograrlo se requiere de energía, llamada energía de disociación. Los datos que se tienen de la energía necesaria para romper el enlace entre la molécula de nitrógeno (N2), es de 941 KJ (Kilo Joules), en contraste con la energía de disociación del oxígeno (O2), que es de 498 KJ y la del hidrógeno (H 2), que es de 436 KJ, dichas energías están relacionadas con los enlaces interatómicos en estas moléculas, N=N, O=O, H-H. Una prueba muy común para determinar la facilidad que un elemento o compuesto tienen para reaccionar es el comportamiento de las sustancias en presencia del fuego, si se acerca hidrógeno a una flama se produce un estallido, la interpretación es que dicho elemento es muy reactivo, si se acerca CO2 a una flama esta se apaga, se concluye que este gas es poco reactivo, si se acerca N2 a una flama ésta se apaga también, por lo que se demuestra que el nitrógeno es poco reactivo. Ejercicio 1. ¿Qué pasaría si el aire tuviera una mayor proporción de oxígeno? __________________________________________________________________________ 2. ¿Cuáles son los elementos que se encuentran como moléculas diatómicas? __________________________________________________________________________ 3. ¿A qué se le llama energía de disociación? __________________________________________________________________________ 10

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 4. ¿Qué evidencias demuestran que el N2 es más estable que el O2? __________________________________________________________________________________ 5. Escribe la reacción que sucede al acercar Hidrógeno a una llama __________________________________________________________________________

Propiedades del Oxígeno Es un gas formado por moléculas diatómicas (O2). Se cree que apareció en la Tierra cuando los primeros vegetales lo formaron por medio de la fotosíntesis. La reacción que representa este proceso es: CO2 + H2O + luz solar

CARBOHIDRATOS + O2

Generalmente un carbohidrato se representa con la fórmula abreviada C6H12O6, por lo que la reacción queda: CO2 + H2O + luz solar

C6H12O6 + O2

El oxígeno se une químicamente con la mayoría de los elementos formando óxidos. La combinación de sustancias (elementos o compuestos) con el oxígeno se llaman oxidaciones. Si las oxidaciones producen gran cantidad de energía estas oxidaciones se llaman combustiones, en las que el oxígeno es el comburente y los materiales que se combinan con el oxígeno son los combustibles. Oxidaciones Fe + O2

Fe2O3

Combustiones CH4 + O2

CO2 + H2O + Energía

Oxidación de Fierro Cu + O2 CuO

Combustión del metano C8H18 + O2 CO2 + H2O + Energía

Oxidación de Cobre

Combustión de gasolina (Fórmula de octano)

Una de las reacciones más importantes para la vida es la que sucede durante la respiración celular en la que se desprende energía almacenada en la glucosa, produciéndose agua y dióxido de carbono. El proceso comprende muchas reacciones complejas, pero se ha convenido resumirla en la siguiente: C6H12O6 + O2

CO2 + H2O Energía

Ejercicio

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 1. La energía con la que calentamos nuestros alimentos, proviene de la reacción entre el gas butano (C4H10) y el oxígeno. Escribe la ecuación e indica si se trata de una oxidación común o una combustión. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __ 2. ¿De dónde proviene principalmente el oxígeno que respiramos? _______________________________________________________________________ _ 3. ¿Cuáles son los productos de la oxidación de carbohidratos? _______________________________________________________________________ _ 4. ¿Qué es un comburente? _______________________________________________________________________ _

Distribución del Oxígeno El oxígeno es uno de los elementos más abundantes en el Planeta, como elemento está presente en un 20% en el aire, forma parte del compuesto agua en un 89%, formando parte del agua y de las biomoléculas (carbohidratos, lípidos y proteínas) de un ser humano constituye aproximadamente un 60%. En las rocas se encuentra formando los silicatos y otros compuestos.

Ejercicio 12

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 1. ¿En qué parte del Planeta se encuentra Oxígeno elemental? __________________________________________________________________________ 2. ¿Qué biomoléculas contienen Oxígeno? __________________________________________________________________________ 3. Haz un dibujo que represente la combustión de una vela, en la que se muestre en que zona de la vela se llevan a cabo las reacciones y anota los reactivos que intervienen. El combustible, la vela, en este caso, es también una sustancia compleja (una cadena larga de átomos de carbono e hidrógeno), para facilitar la tarea supondremos que se trata de otro combustible más sencillo, como el metano (CH4). Macroscópico

Nanoscópico

Simbólico

II. Modelos atómicos que nos explican el comportamiento complejo de la materia II.1. Modelo de Dalton El modelo de Dalton nos explica la ley de la conservación de la materia, la ley de las proporciones constantes y la ley de las proporciones múltiples, leyes que rigen las reacciones químicas, pero no nos explican porque la materia presenta fenómenos eléctricos o porque un elemento es más reactivo que otro o que factores determinan las proporciones de los elementos que forman un compuesto. ¿En qué aspectos no funciona el modelo de Dalton? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Para contestar estas y otras preguntas sobre el comportamiento de la materia debemos recurrir a otros modelos atómicos. 13

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 ¿Sería necesario plantearse otro modelo? (Si) (No) ¿Qué nuevo modelo sugerirías? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

II.2. Modelo de Thompson A finales del siglo XIX el físico inglés J. J. Thomson al pasar corriente eléctrica a través de tubos que contenían diferentes gases en pequeñas cantidades, encontró que estos producían partículas cargadas negativamente, encontrando evidencia de la existencia de los electrones, partículas subatómicas que podían ser adquiridas o desprendidas por los átomos; Thomsom concluyó que los átomos son esferas que contienen cargas positivas y negativas, y que un átomo estable debe de ser neutro.

-

-

-

-

Modelo de Thomson. Postulado en 1897

-

¿Qué patrón de comportamiento (regularidades) encontró Thomson en sus experimentos __________________________________________________________________________ De acuerdo con la lectura ¿Cuál fue la hipótesis que Thomson se planteó? __________________________________________________________________________ ¿Qué hechos dan cuenta de la existencia de los electrones? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Describe el modelo que propuso Thomson __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

II.3. Modelo de Rutherford Investigación Documental 14 Investiga en que consiste el experimento de Rutherford y los resultados

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

A finales del siglo XIX se descubre la radioactividad y cuando se hacen experimentos con ella, los resultados conducen a modificar aún más la teoría atómica. Entre 1898 y 1907 el físico Ernest Rutherford descubre el NUCLEO ATOMICO, formado por PROTONES (carga positiva) y propone que los electrones están alrededor, muy lejos del núcleo. Tiempo después, en 1932 Chadwick descubre los NEUTRONES (sin carga), que se encuentran en el núcleo atómico. Con base en el experimento y los resultados que obtuvo Rutherford, ¿Cuál fue la hipótesis de la que partió? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ El núcleo es muy pequeño, diez mil veces más pequeño que el átomo completo. Para tener idea de lo que significa esta proporción podemos utilizar una analogía que consiste en considerar a una hormiga (la atómica) colocada en el centro de un estadio de futbol (por ejemplo el Azteca), la hormiga representa el tamaño de un núcleo, el estadio representa el átomo, la relación en tamaños es similar a la del átomo y su núcleo; el estadio es diez mil veces mayor que la hormiga. La mayor parte del átomo está vacío. Este hecho es difícil de comprender; si observamos a los objetos que nos rodean parecen estar constituidos por materiales muy compactos (el espacio ocupado por materia), no se puede creer que haya tanto espacio vacío en los átomos que los forman. Si todo el espacio de que disponen los átomos estuviera ocupado por las partículas subatómicas, ¿que densidad crees que tendrían los materiales? Por ejemplo, la densidad del cobre es 8.9 g/cm3 (cada un centímetro cúbico de cobre pesa 8.9g, si el volumen se redujera diez mil veces, la densidad aumentaría diez mil veces, ¿puedes imaginar esta densidad? 89000g/cm3 al dejar caer una pelota formada por este material tan denso, atravesaría la Tierra. ¿Existe en el universo algo parecido a esto? Las estrellas de neutrones, las enanas 15

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 blancas, las zonas llamadas agujeros negros deben estar hechas de materiales con tan altas densidades que son capaces de atrapar a la luz. El modelo de átomos va evolucionando y ahora además de tener cargas positivas y negativas adquiere ya una distribución: existe el núcleo donde se concentra la carga positiva y la mayor parte de la masa porque ahí se encuentran las partículas que pesan más.

En el modelo atómico de Rutherford, el núcleo contiene protones y neutrones por lo que se les conoce también como NUCLEONES y los electrones giran alrededor del núcleo. Un discípulo de Rutherford, H. G. J. Moseley encontró que la carga positiva en el núcleo de los átomos aumenta una unidad al pasar de un elemento al siguiente en la tabla periódica, conduciendo al concepto de NUMERO ATOMICO (Z) que es el número de protones contenidos en el núcleo, mediante este número se identifica a un elemento. Partícula Protón Neutrón Electrón

Masa (uma*) 1 1 ≅ 0 **

Carga 1+ 0 1-

uma* : unidades de masa atómica

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Localización en el átomo

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 **La masa atómica del electrón es 9.11 x 10-28 g

Número atómico (Z) = Número de protones Masa atómica (A) = Número de protones + Número de neutrones ¿Qué regularidades encontró Moseley? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Para los fines del curso consideraremos que los electrones tienen una masa tan pequeña que no la tomaremos en consideración y la masa de un átomo está dada por la masa de los nucleones (protones y neutrones). De esta información se puede inferir que: 1. Si un átomo es neutro el número de electrones debe ser igual al número de protones 2. Las partículas que contribuyen mayoritariamente a la masa de un átomo son los protones y los neutrones. 3. El número de protones de un elemento no cambia cualquiera que sea la forma en que éste se presente. 4. En un átomo los nucleones no pueden ser removidos fácilmente. 5. Son los electrones los que pueden ser removidos con relativa facilidad, durante las reacciones. Escribe dos ejemplos que demuestren cada una de las inferencias arriba citadas: Inferencia 1: ________________________________________________________________ Inferencia 2: ________________________________________________________________ Inferencia 3: ________________________________________________________________ Inferencia 4: ________________________________________________________________ Inferencia 5: ________________________________________________________________ Ejemplo: Los isótopos del carbono son 2: el carbono 12 y el carbono 14, el 12 y el 14 indican el número de masa de cada isótopo. El número atómico del carbono es 6 y es el mismo para

17

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 los isótopos, por tratarse del mismo elemento. La información se indica como sigue 14

12

C y

6

C:

6

Completa la tabla: Masa atómica

Número atómico

C

12

6

C

14

6

Isótopo 12

Número de protones (p+)

Número de neutrones (n+)

Número de electrones (e-)

6 14 6

Estos son átomos del mismo elemento por contener el mismo número de protones, pero tienen diferente número de neutrones, el carbono 12 tiene 6 neutrones y 6 protones; el carbono 14 tiene 8 neutrones y 6 protones. Los isótopos difieren en el número de neutrones y por lo tanto en el número de masa, que es el resultado de sumar neutrones y protones. El átomo nuclear de Rutherford explica la existencia de isótopos, la relación de la materia y los fenómenos eléctricos, la formación de iones, la existencia de objetos masivos en el universo, como las estrellas de neutrones. Los nucleones (protones y neutrones) permanecen en el núcleo, no pueden ser removidos en las reacciones químicas, en estas reacciones son los electrones los que pueden ser removidos para formar nuevas uniones químicas (enlaces). Ejercicio I.

Completa la siguiente tabla Partícula

Átomo de Hidrógeno

Masa atómica

Número atómico

H

1

1

1

H

2

1

1

H

3

1

H1+

1

0

Símbolo 1

Protones

Neutrones

Electrones

1

Átomo de Deuterio

2 1

Átomo de Tritio

3 1

Ión Hidrógeno Átomo de Helio

4

2

He 18

2

2

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Átomo de Litio

Li

3

3

4

Átomo de Flúor

F

9

9

10

Ión Flúor

F1-

19

Partícula

Símbolo

Masa atómica

Número atómic

Protones

Neutrones

Átomo de Cloro

Cl

Ión Cloro

Cl

35

Isótopo de Cloro

Cl

37

3

Electrones

17 17

Cuestionario ¿Qué regularidad encuentras en los isótopos de Hidrógeno? __________________________________________________________________________ Busca esta regularidad en el átomo de carbono y explica representando los diferentes isótopos conocidos __________________________________________________________________________ II. Subraya la respuesta correcta 1. Los átomos de un elemento tienen el mismo número de: a) Nucleones b) Neutrones c) Electrones d) Protones

2. Un isótopo es un átomo de un elemento que tiene un mismo número de protones pero: a) Igual número de neutrones b) Diferente número de electrones c) Igual número de nucleones d) Diferente número de neutrones

3. Escribe sobre las líneas las partículas que forman a los átomos, así como la carga eléctrica y el lugar donde se encuentran en el átomo: Partícula Carga eléctrica Posición en el átomo Electrón ____________ _________________ _________ ____________ _________________ _________ ____________ _________________

19

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 4. ¿Cuál sería la densidad del aluminio si los orbitales en los que giran los electrones desaparecieran y los núcleos se juntaran? (Esto quiere decir, que el volumen de los átomos se reduzca 10000 veces Densidad del aluminio = 2.7 g/cm3 __________________________________________________________________________ 5. ¿Qué tipo de partículas cambian en el átomo cuando se forma un ion? __________________________________________________________________________ 6. A partir de un átomo neutro, ¿qué pasa con el número de electrones si se forma un ion positivo? __________________________________________________________________________ 7. A partir de un átomo neutro, ¿qué pasa con el número de electrones si se forma un ion negativo?________________________________________________________________

II.4. Modelo de Bohr Hemos estudiado los modelos propuestos por Thomson y E. Rutherford. En el modelo de Rutherford se consideran a las partículas subatómicas, pero requería ser refinado, debido a que no explicaba ¿porqué los electrones de carga negativa no son atraídos hacia el núcleo donde se encuentran los protones de carga positiva?, si se sabe que cargas opuestas se atraen. Esta es la falla del modelo y el problema es resuelto por el modelo de Bohr, al que se llega después de considerar otros tipos de fenómenos esta vez con relación a la luz. Para comprender la relación que hay entre la luz y los átomos estudiaremos brevemente la naturaleza de la luz (¿qué es la luz y como se comporta?). ¿Qué hecho conduce a plantear un nuevo modelo basado en los trabajos de Rutherford? __________________________________________________________________________ ¿Cuál es el planteamiento del problema que se planteó Bohr? __________________________________________________________________________

II.4.1. Comportamiento de la Luz como ondas. Observemos lo que le sucede a un corcho colocado en la superficie de agua contenida en un recipiente. Agitar el agua suavemente moviendo un objeto hacia arriba y abajo del agua. ¿Hacia donde se mueven las ondas generadas por el objeto? Describe el movimiento del corcho. ¿Se dirige hacia las orillas del recipiente? ¿Se mueve hacia arriba y hacia abajo rítmicamente de acuerdo a las ondas generadas?

20

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

De manera general las ondas tienen una longitud de onda (λ), que es la medida en metros de cresta a cresta o de valle a valle, una frecuencia (ν), que es el número de ondas completas que pasan por un punto en una unidad de tiempo y su unidad de medida es segundos-1 también llamados hertz (Hz), una energía (E) y una amplitud (A). λ A

Si tenemos ondas de diferentes longitudes (λ) que viajan a la misma velocidad, tendremos diferentes frecuencias y energías: Cuanto mayor sea la frecuencia de una onda mayor será la energía asociada a ésta. A

B

λ

C

P Analizando las figuras anteriores se puede deducir que a mayor longitud de onda menor frecuencia y menor energía, y a menor longitud de onda mayor frecuencia y mayor energía. 

La frecuencia (ν) varía inversamente a la longitud de onda (λ).

21

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 

La energía es directamente proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional a la longitud de onda.

Aparte de las ondas de agua existen otros tipos de ondas, como las electromagnéticas a las cuales pertenece la luz blanca, éstas son generadas por campos eléctricos y magnéticos. También están las ondas del sonido, las cuales se transmiten a través del aire y son captadas por nuestros oídos. El tamaño relativo de las ondas electromagnéticas se puede comparar en el llamado espectro electromagnético, que es una escala de acuerdo a las ν , las λ y las energías. ν(Hz)

1014 Ondas de Radio

λ(m) 104

Microondas 102

1

10-2

I. R. 10-4

10-6

1016 U. V. 10-8

1018 RX 10-10

1020

1022

R cósmicos

10-12

10-14

1024 R gamma 10-16

Violeta

Azul Verde

Amarillo

Naranja

Rojo

Como vemos, la luz que podemos observar es energía transmitida en forma de ondas y está constituida por diferentes tamaños de onda, la más pequeña de estas ondas que podemos detectar con nuestros ojos es interpretada como color violeta, la mayor de las ondas que podemos ver es el color rojo. Si recibimos todas las ondas que se encuentran entre la roja y la violeta la percibimos como la luz blanca, que no es otra cosa que la luz solar o la luz eléctrica. Un objeto azul contiene entre sus componentes sustancias que absorben todas las longitudes de onda que componen la luz blanca, excepto la correspondiente a la del color azul y ésta es la que llega a nuestros ojos.

Luz Blanca

Color azul Objeto 22

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Un objeto negro está formado, entre otros componentes, de una sustancia que absorbe todas las longitudes de onda de la luz blanca y no deja salir ninguna, de tal manera que lo que observamos es el color negro. Así, cuando vestimos de negro en un día soleado sentimos más calor que si vistiéramos de otro color, porque la tela está absorbiendo gran cantidad de energía. Ejercicio: 1.- Ilumina del color correspondiente las longitudes de onda de la región del visible en el espectro electromagnético. 2.- De las figuras A, B, y C ¿Cuál tiene mayor longitud de onda, λ, y a cuál le corresponde una mayor energía? _________________________________________________________. 3.- ¿Qué crees que ocurra con las ondas electromagnéticas cuando percibimos el color blanco en algún material ?_____________________________________________________ __________________________________________________________________________ 4.- ¿Y cuándo observamos un color naranja? _____________________________________ __________________________________________________________________________ 5.- Observa el espectro electromagnético y compara las λ de las ondas de radio con las de los rayos ultravioleta, indica cuales son más dañinas y ¿porqué?_______________________ __________________________________________________________________________

II.4.2. La luz como paquetes (“quantums”) en la Teoría Cuántica. En 1900 Max Planck observó que la luz emitida por algunos objetos calientes variaba de color en forma definida con la temperatura, esta observación lo llevó a proponer que hay una relación entre la energía de los átomos que formaban el sólido y la longitud de onda de la luz emitida (el color observado). La luz emitida es la energía que los átomos tienen, si la luz cambia de color, cambia la energía que tienen los átomos y Planck propuso que esta energía no puede ser de cualquier tamaño, sino que toma valores de tamaño determinados, por esto la luz es definida y depende de cada material; LA ENERGIA QUE LOS ATOMOS EMITEN VARÍA EN RELACIÓN DE NUMEROS ENTEROS. Einstein completó esta teoría en sus trabajos sobre el efecto fotoeléctrico que consiste en la producción de energía eléctrica por elementos metálicos sobre los que incide un tipo de luz (el fenómeno inverso al observado por Planck). Einstein sugiere que LA LUZ ES EMITIDA 23

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 EN PAQUETES. La energía de una longitud de onda de luz es una cantidad específica y no cualquier cantidad. La luz emitida por los diferentes elementos corresponde a los colores percibidos por nuestros ojos, pero si los pasáramos a través de un prisma veríamos que están formados por ondas de diferentes tamaños, lo que es llamado ESPECTRO DE EMISIÓN y cada elemento tiene un espectro diferente, lo que ayuda a identificarlos. Así por ejemplo, el calcio al ser calentado emite energía electromagnética de longitudes de onda correspondientes al naranja, el sodio emite energía amarilla (observa el alumbrado público), el potasio devuelve energía violeta. La luz emitida por el hidrógeno gaseoso es pasada por un prisma y produce líneas de luz roja, verde azul y violeta, éstas conforman su espectro de emisión, dicho fenómeno fue ampliamente estudiado por Balmer.

La Teoría Cuántica nos indica que la materia está íntimamente relacionada con la energía, y que la energía tiene comportamiento de ONDAS y que se absorbe o se emite en PAQUETES (quantums). La palabra quantum significa cuántico, es decir que las magnitudes solo pueden tener ciertos valores, para aclarar el término se presenta las siguientes analogías: 1.- Nuestros modelos de átomos de plastilina supuestos indivisibles son cuánticos; solo podemos tener un número entero de átomos: 1, 2,3, 4 o 5 átomos, no hay valores como 1.3 átomos o 2.9 átomos pues los átomos son indivisibles. 2.- Los pisos de un edificio son cuánticos porque decimos “voy al piso 3” y no “voy al piso 3.6”. Ejercicio Escribe un ejemplo donde se usen números cuánticos: __________________________________________________________________________ ¿Cómo interpreta Niels Bohr todos estos hechos que relacionan a la materia con la luz?

24

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 El genio de Bohr consiste en tener la capacidad de relacionar las aportaciones de Planck, la propuesta de Einstein y los cálculos de Balmer acerca del espectro de hidrógeno y la energía correspondiente a cada color. Plank. "Los átomos emiten luz de tamaños definidos y varían de acuerdo a múltiplos de números enteros". Emisión de luz por cuerpos incandescentes.

Einstein. "La luz se transmite en forma de paquetes o quantums (fotones)" Efecto fotoeléctrico

Balmer. Cálculos de λ,ν y de E de las líneas del espectro de emisión del Hidrógeno.

Bohr

n=1

Bohr

n=2

Modelo Los electrones en órbitas de energía definidas

Modelo Los electrones se encuentran en órbitas de energía definida

n=3

Bohr explica de la siguiente manera las líneas del espectro del hidrógeno:  Los átomos reciben energía en forma de electricidad o calor  Los electrones absorben solo la energía que es necesaria (quantums) para pasar a niveles superiores  Al regresar a sus niveles originales devuelven la energía que tomaron, es decir ocurre el fenómeno de emisión.  Propone que el electrón en un átomo de hidrógeno no absorbe toda la energía que recibe, sino la suficiente para alcanzar los niveles de energía permitidos, una vez en estos niveles, los electrones regresan a su nivel original (base), devolviendo la energía que tomaron (no la que se les proporcionó). Si esta energía es del tamaño correspondiente al que podemos detectar con nuestros ojos, observamos luces de colores, como en los fuegos pirotécnicos. Una analogía que puede ayudar a comprender esto, es considerar una pelota que está en el piso y es lanzada hacia una escalera, entonces ésta alcanzará la altura correspondiente al 25 Menor energía potencial

Mayor energía potencial

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 impulso que se le dé, pero la pelota solo podrá rebotar en la altura donde existe escalón, si la pelota regresa al piso entonces devuelve la energía correspondiente al impulso proporcionado.

La pelota necesitará más impulso para llegar a un escalón más alto, que tiene una mayor energía potencial, que para llegar a uno en nivel inferior. La pelota tendrá oportunidad de rebotar solamente a la altura donde haya escalón (energía definida y cuantizada). Por ejemplo, si la pelota recibe más impulso que el necesario para llegar al primer escalón (pero menor al correspondiente para llegar al 2º escalón), ésta rebotará solo en el primer escalón, de energía inferior, pero no se suspenderá entre el primer y el segundo escalón. Postulados del Modelo atómico de Bohr  Los niveles en los que pueden estar los electrones van del 1, 2, 3 al 7. Los electrones no pueden estar en un lugar intermedio (no hay escalón)  El número máximo de electrones en los niveles son 2, 8, 8, 18, 18 y 32, para los niveles 1, 2, 3, 4, 5 y 6.  Un átomo que tiene el número máximo de electrones en su nivel externo de energía NIVEL 1 2 3

MAXIMO DE ELECTRONES 2 8 8

es más estable.

Este último postulado de Bohr, sugiere que el número y arreglo de los electrones explican el comportamiento de los elementos y por lo tanto explica la Ley Periódica. Así por ejemplo: la estabilidad de los gases nobles se debe a que tienen lleno su último nivel de energía. La reactividad de los halógenos se debe a que su última órbita esta incompleta y les falta un electrón. Ejercicio 1. Completa la siguiente tabla Elemento

Número atómico

Protones (carga

Nivel electrónico

Nivel electrónico

26

Nivel electrónico

Electrones en su último nivel

Familia

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 positiva)

H He Li Be B C N O Elemento

F Ne Na Mg Al Si P

1 2 3

1 2

o energético 1

o energético 2

1 2 2

0 0 1

o energético 3

1 2 1 2 3 4

4 5 6

3 4 5

6 7

8 Número atómico

9 10 11

II A

6 Protones (carga positiva)

10 11

Nivel electrónico o energético 1

Nivel electrónico o energético 2

2

8

Nivel electrónico o energético 3

Electrones en su último nivel

Familia

1 2

13

8 4

15

2

VA

2. ¿Qué regularidad se puede observar en la tabla anterior? __________________________________________________________________________ 3. Observa como el número de electrones de valencia del H, Li y Na es 1 y están en la familia IA. Escribe los elementos que tengan 4 electrones en su última órbita ¿A qué familia pertenecen y que diferencia hay entre ellos? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 4. Enlista los elementos que tienen 7 electrones de valencia. ¿Qué diferencia hay entre ellos? ¿Cuántos electrones les faltan o sobran para tener 8 electrones en su última órbita? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

II.4.4. Relación entre el modelo de bohr y la tabla periódica RELACIÓN ENTRE EL ÚLTIMO NIVEL ENERGÉTICO DE LOS ÁTOMOS Y LOS PERIODOS EN LA TABLA PERIÒDICA

27

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007  El nivel energético (N=1,2,3..7) en el que se encuentra el último electrón en un átomo equivale al número de período en la tabla periódica (líneas horizontales). Así hidrógeno y helio (H y He) que se encuentran en el primer periodo tienen acomodados sus electrones solo en el primer nivel energético, los elementos del periodo 2 tendrán su o sus últimos electrones en el 2º nivel energético, y así sucesivamente.

RELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE ELECTRONES DEL ÚLTIMO NIVEL ENERGÉTICO DE LOS ÁTOMOS Y LAS FAMILIAS EN LA TABLA PERIÓDICA.

 El número de electrones en el último nivel de los átomos, correspondiente a las familias de los elementos representativos. Así los elementos de la familia IA tienen 1 electrón en el último nivel energético, los de la familia IIA, tendrán 2 electrones, etc. Sin embargo, la mayoría de los elementos de números atómicos grandes, no pueden ser explicados por el modelo de Bohr, y se debe recurrir a otros modelos más complicados. Ejercicio 1. ¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre el fósforo (P) y el arsénico (As), respecto a su posición en la tabla periódica y respecto a sus modelos de Bohr? __________________________________________________________________________ 2. ¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre el Na, Mg, Al, respecto a su posición a la tabla y a sus modelos de Bohr? __________________________________________________________________________

III. Tabla Periódica. Clasificación de los elementos Investigación Documental Investiga acerca del desarrollo histórico de la Tabla Periódica y traza una línea de tiempo. A medida que se fueron descubriendo los elementos, los hombres de ciencia trataron de organizarlos de acuerdo a sus características, es decir buscaron similitudes y diferencias.

28

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 La actitud del ser humano de tratar de organizar esquemas que proporcionen información organizada para aumentar su utilidad en forma eficaz y rápida, un ejemplo claro es el calendario azteca, esquema en el cual nuestros antepasados recogieron información útil. ¿Puedes poner otros ejemplos de esquemas? El desarrollo tecnológico ha permitido que las propiedades de los elementos (masa atómica, número atómico, punto de fusión, punto de ebullición, etc.) sean cada vez mejor calculados. Estudiando las propiedades químicas de los elementos, como su capacidad de combinación con el hidrógeno, también conducen a encontrar esquemas para agrupar a los elementos. Por ejemplo en 1864, el Químico inglés J. A. Newlands, ordenó los elementos conocidos en aquella época de acuerdo a su masa atómica, al hacerlo notó que algunas propiedades físicas y químicas se presentaban algunas regularidades. A este descubrimiento lo llamó LEY PERIÓDICA. Una de las más sorprendentes aportaciones al desarrollo de la clasificación periódica fue la que hizo el célebre ruso Dimitri Mendeleiev (1834-1907). Organizó los elementos en forma similar a la de Newland, pero además colocó a los elementos con propiedades similares en columnas, aunque quedarán espacios. Mendeleiev sostuvo que estos espacios deberían ser llenados con elementos que en aquella época aún no se conocían, pero de acuerdo a su posición en la tabla era posible predecir sus propiedades físicas y químicas. La tabla periódica actual además de tomar en cuenta la masa atómica de los elementos considera su número atómico y la distribución de los electrones. ♦ Los elementos se representan por símbolos. ♦ Los números enteros que acompañan a los símbolos, es el número atómico. ♦ Los números fraccionarios corresponden a la masa atómica (porque es un valor promedio de las masas de los isótopos de los elementos). ♦ Se considera que los elementos en la tabla se encuentran en el estado de agregación que tienen en condiciones de presión y temperatura normales (establecida por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada IUPAC), estas condiciones son 1 atmósfera de presión y 25 º C de temperatura. Ejercicio Contesta los siguientes cuestionamientos: 29

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 1) ¿Qué estado de agregación tiene la mayoría de los elementos? ____________________ 2) Localiza a los elementos que son gases en condiciones ambientales. ________________ 3) Enumera los elementos que se encuentran en estado líquido._______________________ 4) ¿Cuáles son los elementos esenciales en nuestro organismo? _____________________ 5) Enuncia dos regularidades en las que se basa la ley Periódica _____________________ __________________________________________________________________________ 6) ¿Qué ideas sirvieron para la construcción de la Tabla Periódica actual? ______________ __________________________________________________________________________

III.1. Una primera clasificación: Metales y No Metales

Investigación Documental Investiga las propiedades de los metales y de los no metales. Ejercicio En la siguiente tabla: 1. Escribe los números de los períodos y familias,

en

los

lugares

correspondientes. 2. Colorea con distintos colores el bloque de los elementos metálicos y el bloque de los no metálicos. 3. Escribe los primeros 36 números atómicos de los elementos, recuerda que los períodos se llenan de izquierda a derecha.

30

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 4. Clasifica en metales (M) y no metales (NM) a los siguientes elementos: As, F, K, Fe, Ti, N2, y O2 _________________________________________________________________ Una característica química de los METALES es la formación de BASES, al combinar sus óxidos con agua: Una BASE es un compuesto químico que se reconoce porque hace cambiar el indicador universal de color verde a color azul. METAL + OXIGENO →

OXIDO METÁLICO

OXIDO METÁLICO + AGUA → BASE Por otro lado, los óxidos de los NO METALES al reaccionar con agua forman ÁCIDOS, estas sustancias se reconocen porque cambian el indicador universal de verde a amarillo o rojo. Los óxidos de los no metales también se llaman ANHIDRIDOS. → ANHIDRIDO (OXIDO NO METÁLICO)

NO METAL + OXIGENO

OXIDO NO METÁLICO + AGUA →

ACIDO

Ejemplo C + O2

CO2

(anhídrido carbónico)

CO2 + H2O

H2 CO3

(ácido)

K + O2

K2O

K2 O + H2O

(óxido metálico)

KOH

(hidróxido o base)

Las últimas dos ecuaciones pueden representarse en forma secuenciada como: + H2 O K + O2

K2 O

KOH Color azul o morado con indicador universal.

El símbolo del agua sobre la flecha indica que ésta se agrega al óxido.

La formación de una base se puede representar como sigue: Síntesis del óxido metálico Nivel Simbólico (ecuación balanceada) Nivel Nanoscópico

4K + O2 → 2K2O +

→

31

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Nivel Macroscópico

4 moles de Potasio + 1 mol de oxígeno → 2 moles de óxido de potasio

Síntesis de la base Nivel Simbólico (ecuación balanceada)

K2O + H2O → 2KOH

Nivel Nanoscópico

+

Nivel Macroscópico

→

4 moles de Potasio + 1 mol de oxígeno → 2 moles de óxido de potasio

Investigación Documental ¿En qué consiste la lluvia ácida? ¿De qué color cambiará al indicador universal?

Ejercicio 1. Analiza las fórmulas de los siguientes ácidos: HCl, H2SO4, HNO3, H2S, HBr, H3PO4, ¿qué tipo de elementos forman los ácidos? __________________________________________________________________________ 2. ¿Cuál es el elemento común de los ácidos y en que posición se encuentra? __________________________________________________________________________ 3. Analiza las fórmulas de las siguientes bases: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Al(OH)3, ¿qué elementos forman las bases? __________________________________________________________________________ 4. ¿Qué especie química identificas en las bases? __________________________________________________________________________ 5. Completa y balancea las siguientes reacciones: a)

P

b)

K

c)

Mg

d)

SO3

e)

K2O

+ + + + +

O2

______________________

O2

______________________

O2

______________________

H2O

______________________

H2O

______________________

6. Representa en tu cuaderno, los incisos “b y d” a nivel nanoscópico y macroscópico. 7. De la siguiente ilustración, anota si la sustancia utilizada es un ácido o una base vinagre

H(2OC)CH3

32

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

NH4OH

H( OC)CH(OH)CH

3 III.2. ¿Cómo varían las propiedades de los elementos en2 la Tabla Periódica? Periodicidad

III.2.1. Carácter metálico Podemos resumir las características de los metales de la siguiente forma: La mayoría de los elementos son metales, los que tienen color gris plateado a excepción del oro y el cobre, todos son sólidos, solamente el Hg, es líquido, tienen brillo, reflejan la luz, son maleables, buenos conductores de la electricidad y calor. Tienen puntos de fusión elevados (arriba de 800 ºC). Estas características varían de un metal a otro; algunos metales conducen mejor la electricidad que otros, se moldean más fácilmente o tienen más brillo que otros. El comportamiento anterior se conoce como carácter metálico. Si analizas la columna en la tabla periódica que encabeza el Nitrógeno, observamos que mientras el nitrógeno es un gas y no tiene ninguna propiedad de los metales, el Fósforo ya es sólido y el Arsénico es un sólido gris pero es quebradizo y no es conductor, más abajo se tiene al Antimonio (Sb), que es un sólido gris brillante y está cerca de la división entre metales y no metales por lo que se conoce como Metaloide, esta familia tiene como representante al Bismuto, que tiene todas las características de los metales. En general el carácter metálico aumenta hacia abajo y a la izquierda de la tabla y decrece hacia la derecha y hacia arriba de la tabla. Ejercicio 1. Deduce las características de los no metales __________________________________________________________________________ 2. ¿Cuál de cada par de elementos tiene mayor carácter metálico?: 33

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 a) El Br o el I

_____

b) El Sr o el Rb _____ c) El Si o el C

_____

d) El P o el S

_____

3. Completa los símbolos de los elementos en el esquema de la Tabla Periódica que se encuentra en la parte de abajo. 4. Señala en la Tabla Periódica con flechas, cómo se incrementa el carácter metálico de los elementos a través de las familias y a lo largo de los períodos 5. Señala en la misma Tabla, usando otro color, como varía el número atómico y el tamaño del átomo H Na

III.2.2. La Combustión. Propiedad química del oxígeno. El oxígeno del aire se combina con casi todos los elementos de la tabla periódica formando ÓXIDOS, también se combina con muchos compuestos y muchas de estas reacciones proporcionan gran cantidad de ENERGIA, en este caso los compuestos son conocidos como COMBUSTIBLES. Las reacciones de combustión son aprovechadas por el hombre en sus actividades cotidianas.

34

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Ejemplos de estas reacciones: A)

H2

B)

C

C)

CH4

D)

CH3CH2OH

E)

C6H12O6

F)

C8H18

+ + + + + +

O2 O2 O2 O2 O2 O2

→ → → → → →

H2O CO2 CO2 CO2 CO2 CO2

+ + + + + +

E H2O H2O H2O H2O H2O

+ + + + +

E E E E E

Ejercicio 1. Balancea las ecuaciones 2. Señala la reacción que no contamina el ambiente……………………………………….. ( ) 3. ¿Cuál reacción corresponde a la respiración celular?................................................... ( ) 4. ¿Cuál reacción corresponde a las estufas que usan gas natural?................................ ( ) 5. ¿Cuál reacción sucede en los anafres?......................................................................... ( ) 6. ¿Cuál reacción sucede en los motores de los autos?................................................... ( ) La reacción contraria a la respiración celular se lleva a cabo en las plantas, las que mediante la clorofila y luz combinan CO2 y H2O para formar glucosa. Escribe y compara las reacciones indicando la relación: Respiración Celular CO2 + H2O 35

C6H12O6 + O2

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Estas 2 reacciones son parte del ciclo del Oxígeno / Bióxido de carbono Investigación Documental  Investiga en que consisten estos dos ciclos completos y construye un esquema que los ilustre  Contaminantes del AIRE

III.2.3. Tamaño atómico. Capacidad de formación de iones A medida que se recorre una familia hacia abajo en la tabla periódica el tamaño de los átomos aumenta. Si se recorre un periodo, por ejemplo el tres, hacia la derecha el tamaño de los átomos disminuye ligeramente ¿A que se debe? Comparemos los átomos del periodo 3. 23 11

Na

Na n.a = 11

24 12

,

Mg

,

27 13

Al

Mg n.a = 12

Al n.a = 13

Se debe a que el aumento en el número atómico hace que la carga positiva en el núcleo y el número de electrones crezca en una unidad, con el mismo número de niveles electrónicos

Li

B

Be

C

F

N

ocupados, dando como resultado una mayor fuerza de atracciónOelectrostática entre los átomos del último nivel y el núcleo, lo que hace al átomo más chico.

Mg

Na 1A

2A

A

3A

P

S

4A

5A

KH

Ca

Ga

Rb

Sr

In

S

C s

Ba

T

Pb

6A

G e

36

S

As

C 7A

Se

Br

Sb

Te

I

B

Po

At

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Una característica de los METALES es su capacidad de formar iones positivos al perder electrones. Los NO METALES atraen electrones, si logran ganarlos totalmente forman iones negativos, si no los ganan, los atraen con fuerza formando enlaces polares.

7 3

Los

metales

IA)

pueden

Li

3+ 4n

2e-

1e -

alcalinos 23 11

Na

3+ 4n

2e-

8e-

(familia

perder un electrón

1e-

para

formar

ellos

formará

más rápidamente el

ión?

Veamos

las configuraciones

electrónicas de familia: modelos

al

39 19

K

19+ 20n

2e-

8e-

8e-

iones +1. ¿Cual de

1e-

los átomos de una analizar

de

Bohr

se

los deduce

que es más fácil que el potasio (K) forme un ión positivo, ya que su último electrón está más alejado del núcleo.

37

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Ejercicio 1. ¿Qué relación existe entre el tamaño de los átomos y el tamaño de los iones? Analiza la siguiente tabla (Medidas en picómetros (10-12 m)) Átomo pm(10-12 m)

Li Na Be Mg

152 186 111 160

Ión pm(10-12 m) +1

Li Na+1 Be+2 Mg+2

60 95 31 65

Átomo pm(10-12 m)

F Cl

64 99

Ión pm(10-12 m) -1

F Cl-1

136 181

2. ¿Qué relación hay entre el tamaño de los iones positivos y el tamaño de los átomos de los que proceden? ¿Por qué? _______________________________________________ __________________________________________________________________________ 3. ¿Qué relación hay entre el tamaño de los iones negativos y el tamaño de los átomos de los que proceden? Explica __________________________________________________ __________________________________________________________________________ 4. Mediante el modelo de Bohr explica a que se deben las tendencias en la formación de iones positivos y en la formación de iones negativos. _____________________________ __________________________________________________________________________

38

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

III.2.4. Energía de ionización y Electronegatividad Otra propiedad periódica que nos ayuda a hacer hipótesis respecto al comportamiento de los elementos es la ENERGIA DE IONIZACION, que es la energía requerida por un átomo para formar un ión positivo; a mayor energía de ionización menor facilidad para formar iones positivos. La ELECTRONEGATIVIDAD es una propiedad periódica que puede ser considerada contraria a la facilidad de formación de iones positivos, y es la capacidad que tiene un átomo para atraer un electrón. Linus Pauling, un químico norteamericano ideó una escala que va de 0.7 para el Francio y 4.0 para el Fluor. El elemento más electronegativo es el Fluor y es el no metal con mayor reactividad. Ejercicio 1. Investiga y llena la siguiente tabla con los valores de electronegatividad para los elementos más comunes 2. Señala con flechas la tendencia que sigue la electronegatividad a lo largo de un período y dentro de una familia.

3. Con ayuda de los valores de electronegatividad, señala la respuesta correcta ¿Cuál elemento formará, más fácilmente un ion negativo? a) El Cloro o el Bromo

______

b) El Azufre o el Fósforo

______

c) El Oxígeno o el Azufre ______

39

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

III.2.5. Reactividad de los elementos. Otra regularidad periódica. Los metales más reactivos tienen la capacidad de desplazar a los metales menos activos de los compuestos formados por estos. Por esta razón, a este tipo de reacciones se les ha llamado de REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO. Aquí se incluye al hidrógeno por su comportamiento de carácter metálico en cuanto a formar iones positivos. Ejemplo: El hidrógeno del agua puede ser desplazado por metales muy activos, ésta reacción podemos representarla como: H-O-H + Mg

Mg(OH)2 + H2

Balancea la ecuación anterior. Investigación Documental Investiga y escribe en tu cuaderno las propiedades, reactividad, usos y funciones de los elementos alcalinos, alcalinotérreos y de la familia del aluminio. Compara en una tabla las fórmulas de los óxidos y de los cloruros de cada elemento.

Ejercicio 1. Analiza la serie de actividad reportada en los libros de química y trata de deducir: a) ¿Cuales elementos forman compuestos más fácilmente y/o más estables? __________________________________________________________________________ b) ¿Qué elementos se pueden encontrar libres en la naturaleza? __________________________________________________________________________ c) ¿Por qué los elementos del final de la serie son más caros? __________________________________________________________________________ d) Los elementos platino y oro son considerados muy valiosos debido a su escasez pero también debido a su inactividad. Investiga en que se usan y relaciona estos usos con sus propiedades. __________________________________________________________________________ e) ¿Crees que se pueda encontrar sodio puro? ¿Por qué? __________________________________________________________________________ f) ¿Por qué crees que el sodio y el potasio elementales se guardan sumergidos en aceite? __________________________________________________________________________ 2. Completa las siguientes reacciones usando la serie de actividad de los metales: KOH + Na → ___________________ CuSO4 HCl

+ +

Fe Pt

→ →

___________________ ___________________ 40

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 HCl

+

Ni

→

___________________

3. ¿Por qué el hidrógeno se encuentra en la serie de actividad de los metales? __________________________________________________________________________ 4. ¿Qué tipo de reacciones son las que pudieron realizarse? __________________________________________________________________________ Investigación Documental Investiga las propiedades, importancia y usos industriales de los halógenos. Ejercicio 1. Compara la reactividad de los halógenos 2. Indica en la siguiente Tabla Periódica el lugar de los halógenos, gases nobles, alcalinos, alcalinotérreos, coloca el número de familia, el periodo, el número de electrones de valencia de los elementos representativos. 3. Indica el lugar de los elementos de transición, los lantánidos y actínidos.

III.3. Cómo se unen los átomos, las moléculas y los iones. Enlaces ¿Por qué las moléculas de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno tienen diferente reactividad? ¿A qué se debe que las moléculas tengan formas tan específicas? ¿Por qué hay tanta diversidad en las propiedades de los compuestos? ¿Por qué unos compuestos se disuelven fácilmente en el agua y otros no se disuelven en lo absoluto? ¿A qué se debe que algunas sustancias conduzcan la electricidad con facilidad y otras no? Las respuestas a estas cuestiones pueden ser en gran parte resueltos por los modelos de Enlace Químico. ENLACE QUÍMICO: Unión química entre átomos, iones o moléculas a través de los electrones de valencia 41 o por fuerzas de atracción

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Para manejar estos modelos recurrimos a algunos conceptos: • El modelo atómico de Bohr, ya estudiado. •

El concepto de orbital de la mecánica cuántica.

•

La regla del octeto y el diagrama de puntos propuesto por Lewis

•

La escala de electronegatividades de Pauling.

IV.1. Concepto de orbital y regla del octeto La mecánica cuántica propone que los electrones se mueven en zonas espaciales llamados ORBITALES, en estos espacios hay mayor probabilidad de localizar a los electrones en un momento dado (como se localizan las partículas de agua en una nube) y como las nubes las zonas tienen formas diversas. Para fines del curso, consideramos únicamente a los electrones de valencia de los elementos representativos (a partir del Litio). Estos elementos tienen disponibles 4 orbitales en su nivel de valencia. En cada orbital pueden ser colocados 2 electrones, por lo tanto en estos 4 orbitales cabe un total de 8 electrones y cuando el átomo de un elemento tiene los 4 orbitales ocupados, se comporta como los gases nobles: REGLA DEL OCTETO. REGLA DEL OCTETO: Por lo general, cuando ocurren enlaces químicos, los átomos tienden a adquirir una configuración con ocho electrones de valencia. La teoría de los orbitales propone que un orbital puede estar: a) Vacío pero disponible, no hay posibilidad de enlace. b) Semilleno con un solo electrón y en este caso el electrón es enlazante. c)

Lleno con dos electrones no hay posibilidad de enlace (hay muchas excepciones a esta regla pero no serán consideradas en este nivel del curso).

Cuando los electrones ocupan los orbitales disponibles, prefieren primero abarcarlos y después llenarlos. Se comportan como los usuarios de un autobús; cuando se tiene una larga fila de personas esperando abordar un autobús, al subir las primeras personas

42

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 prefieren ir ocupando los asientos y solo se irán llenando totalmente cuando ya no haya asientos vacíos. ¿Por qué se dice “Teoría de los orbitales” y no “Ley de los orbitales”? __________________________________________________________________________

IV.2. Configuración de Lewis Lewis propone colocar a los electrones de valencia de los elementos representativos alrededor del símbolo, ocupando 4 lugares alrededor de este: arriba, abajo, izquierda y derecha. Los electrones de valencia son representados por puntos, el símbolo representa al núcleo y los niveles internos Combinando estos conceptos, podemos inicialmente y en los casos más simples, considerar que estros cuatro orbitales están en los 4 lugares alrededor del símbolo. Ejemplo:

Li El Litio tiene un electrón de valencia, éste ocupa uno de los cuatro orbitales, al quedar solo este orbital es del tipo enlazante, así puede unirse al orbital de otro átomo en condiciones similares. En el aluminio los 3 electrones de valencia ocupan 3 orbitales, resultan entonces 3 orbitales enlazantes.

Al El oxígeno con 6 electrones de valencia (dos orbitales están completos con dos electrones cada uno), quedan sólo 2 posibilidades de enlace:

O 1. Las ideas que propuso Lewis corresponden a: a) Ley b) Modelo c) Teoria d) Hipótesis 43

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 2. Encuentra una regularidad para el grupo I, VI y VII, basada en las ideas de Lewis __________________________________________________________________________ 3. ¿Cómo explica la propuesta de Lewis la estabilidad de los gases nobles? __________________________________________________________________________ 4. ¿Cuántos enlaces puede formar el Hidrógeno y el oxígeno? __________________________________________________________________________ 5. Completa la siguiente tabla

44

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IV.3. Posibilidades de enlace Cuando dos átomos chocan puede suceder que un orbital enlazante de cada uno se traslape, los núcleos de ambos átomos atraen a los electrones de este orbital encimado. De acuerdo al dibujo, ¿Cuál átomo tiene mayor capacidad para atraer a estos electrones? Esto depende de la electronegatividad de cada átomo.

H

H

Una analogía útil para comprender esto es considerar una cuerda sujeta en sus extremos por dos niños, ¿hacia cual de los niños se desplaza?, la respuesta esta dada por el tamaño de la fuerza de cada uno de los niños. En general se pueden presentar 3 posibilidades: a) Uno de los átomos jala con tanta fuerza que se lleva al electrón del otro átomo. Adquiriendo una carga negativa completa (-). El otro átomo se quedará sin su electrón adquiriendo una carga completa positiva (+). En este caso hay formación de iones de signo contrario que se atraen, el resultado es un enlace iónico.

45

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Electronegatividad

0.9



3.0

Dif. Elec. 2.1

Se considera más iónico a un enlace que tiene mayor diferencia de electronegatividades (∆e) Se considera menos iónico a un enlace con menor ∆e.

Ejercicio 1. Representa el enlace entre el Br y el Na, calcula la ∆e (diferencia de electronegatividades)

2. Ordena de más iónico a menos iónico lo enlaces formados en los siguientes compuestos: CaO, KI, LiCl

b) En este segundo caso los átomos que sobreponen sus orbitales enlazantes tienen la misma electronegatividad. El ejemplo común es la formación de un enlace entre 2 átomos iguales (del mismo elemento)

electronegatividad

3.0



3.0

Dif. Elec. 0

Los elementos comparten equitativamente a los electrones formándose un orbital molecular común y el enlace es llamado COVALENTE PURO (no polar), cuando los átomos comparten equitativamente a los electrones en un orbital común llamado orbital molecular. Ejercicio Representa la molécula de Hidrógeno (H2), ¿cuál es la diferencia de electronegatividades entre los átomos?

46

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 c) El tercer caso se presenta cuando la diferencia de electronegatividades entre los átomos es mediana, los electrones solo se desplazarán hacia el átomo que tiene un mayor valor de electronegatividad, sin que este átomo adquiera totalmente al electrón del otro átomo, cerca del átomo se crea una zona de mayor densidad electrónica con una parte de carga negativa δ- (no completa) el átomo de menor electronegatividad adquiere una parte de carga positiva δ+; no pierde totalmente su electrón. Los dos electrones quedan en un orbital común, como en el caso anterior. Los enlaces de este tipo son conocidos como covalentes polares. Cuando dos elementos comparten dos electrones, esto se representa por un guión (-) entre dichos elementos. Ejemplo

electronegatividad 2.1  El enlace puede representarse H-Cl

3.0

Dif. Elec. 0.9

Ejercicio Representa el enlace entre los elementos; H y Br

DIFERENCIA DE ELECTRONEGATIVIDAD CERO ENTRE CERO Y 1.7 MAYOR A 1.7

TIPO DE ENLACE COVALENTE PURO COVALENTE POLAR IONICO

No existe una frontera clara entre los enlaces covalentes y iónicos, sino un continuo que va desde un carácter muy iónico hasta un carácter covalente puro, se acostumbra hacer comparaciones entre los enlaces de acuerdo a esta teoría.

47

CARÁCTER

CARÁCTER

IONICO

COVALENTE

BAJO

ALTO

INTERMEDIO

INTERMEDIO

ALTO

BAJO

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

IV.4. Compuestos iónicos Son los compuestos formados por iones de carga contraria, un ión positivo queda rodeado de iones negativos y viceversa. Los iones quedan unidos por fuerzas tan grandes que difícilmente pueden separarse; los puntos de fusión y ebullición de estas sustancia son muy altos. La formula NaCl, que conocemos para la sal de mesa, no indica que exista una cantidad simple formada por un átomo de Na y un átomo de Cl (no existe la molécula de NaCl). Los compuestos iónicos como ya vimos, se forman por la atracción de iones de signo contrario, los iones se van agrupando formando una red cristalina de estructura geométrica, en donde hay una relación constante entre el número de iones positivos y de iones negativos para cada compuesto. La relación Número de iones (+)/Número de iones (-), esta de acuerdo a la carga de los iones y al tamaño de los mismos. La formula NaCl, indica que la relación de iones Na +/iones Cl - es 1/1. Por lo tanto los compuestos iónicos no son compuestos moleculares.

Ejercicio 1. Clasifica de más iónico a menos iónico los siguientes compuestos: A) KF B) CaO C) MgO D) NaI

48

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 2. Indica en la Tabla Periódica la tendencia que tienen los elementos representativos para formar compuestos iónicos (Representa a las familias I, II, VI, VII).

IV.4.1. Propiedades de los compuestos iónicos •

Este modelo explica algunas propiedades de los compuestos, por ejemplo los compuestos iónicos tienen puntos de fusión y de ebullición altos, lo que indica la alta fortaleza de sus enlaces.

•

Conducen la corriente eléctrica en solución o fundidos. ¿Trata de explicar este hecho usando el modelo de compuestos iónicos?

•

En general se disuelven bien en agua.

¿Dónde se encuentran los compuestos iónicos? Los compuestos iónicos menos solubles forman las rocas que constituyen las montañas, como los silicatos, formados por enlaces entre Si-O2 Los más solubles están disueltos en las diversas aguas del planeta. En la casa tenemos algunos ejemplos de compuestos iónicos con son la cal (CaO), el carbonato de calcio CaCO3, el yoduro de potasio KI, que se agrega a la sal de mesa.

IV.5. Elementos Moleculares Los elementos que se encuentran libres formando moléculas son los siguientes no metales: como: F2, Cl2, _____, ______, ______, ______, _____. Ejercicio 1. Completa la lista anterior 2. Los gases nobles no forman moléculas, explica ¿por qué? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __ 3. Otros elementos moleculares son: P4 y S8, representa los enlaces.

49

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 4. ¿Cómo se forman las moléculas de O2, N2 y H2? Utiliza la estructura de Lewis

5. ¿Cómo explica éste modelo la gran estabilidad del N2?

6. Las fórmulas de los elementos pueden estar más desarrollados (desglosados) ¿qué significado tienen las siguientes fórmulas? H-H

___________________________________

O=O ___________________________________ N≡N ___________________________________ 7. Con base en el modelo iónico, identifica las características del NaI a) Bajo punto e fusión o alto punto de fusión b) Insoluble en agua o soluble en agua c) Conduce la electricidad en disolución o es mal conductor en disolución

IV.6. Compuestos covalentes (Moleculares) El modelo que explica como están unidos los átomos en un compuesto covalente, establece que el enlace se produce al traslaparse los orbitales semillenos de cada uno de los átomos que chocan, por lo que hay formación de moléculas y por lo tanto si hay una entidad simple que tiene todas las propiedades del compuesto formado. Por tal razón estos compuestos son conocidos como COMPUESTOS MOLECULARES. Moléculas más complejas, el caso del agua. La formula del agua H2O contiene tres átomos, esto sugiere que debe haber una forma espacial ¿Cual es este arreglo para el agua? Las propiedades del agua, que hemos estado estudiando sugieren que el arreglo espacial más probable, es el que permite un ángulo de 109 º entre los enlaces de O-H

O H

109° 50

H

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Si fuera lineal, no habría zonas polarizadas, las fuerzas se anularían (mismo tamaño, hacia la misma dirección pero en sentido contrario). H

O

H

Más simplemente puede representarse el agua como un triángulo en donde δ- representa una carga parcial negativa y δ+ representa una carga parcial positiva δδ+

δ+ Ejercicio

Otros casos: Predice con ayuda de los valores de electronegatividad, si los siguientes compuestos tienen enlace covalente polar o covalente no polar. Comprueba tu respuesta buscando en la bibliografía. A) CH4

D) CCl4

B) CO2

E) NH3

C) H2S

IV.6.1. El Carbono (C), formador de covalencias El carbono con 4 electrones de valencia ocupan los cuatro orbitales disponibles, generando 4 electrones enlazantes y con una electronegatividad de 1.5, es el compartidor por excelencia y esto explica su capacidad para formar enlaces entre otros átomos de carbono, permitiendo la existencia de millones de compuestos orgánicos e inorgánicos. Ejercicio Representa los enlaces entre los siguientes hidrocarburos Nombre 51

Número de

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 CH3-CH3 CH3-CH2-CH3

Etano Propano Butano

CH2=CH2 CH≡CH

Etileno Acetileno

carbonos 2 3 4 5 6 7 8 2 2

IV.6.2. Propiedades de los compuestos moleculares (Covalentes) Si pensamos en la facilidad con la que cera, manteca o el azúcar se funden y la comparamos con la cantidad de calor que se requiere para que se funda el cloruro de sodio, podemos concluir que los compuestos moleculares tienen bajos puntos de fusión y bajos puntos de ebullición. Sabemos también que estas substancias, son aislantes de la electricidad, es decir no la conducen. Los aceites, grasas, gasolina son compuestos covalentes puros (no polares), no se disuelven en agua, recuerda que no puedes diluir pintura de aceite con agua. Sin embargo los compuestos covalentes polares si se disuelven en agua, como es el caso del alcohol o el azúcar.

IV.7. Enlaces intermoleculares Existen diversos enlaces que mantienen unidas a las moléculas, estos son más débiles que los enlaces entre los átomos y son los que se rompen o forman en los cambios de estado o al formar soluciones, es decir, en los cambios físicos. En esta ocasión pondremos atención en el llamado PUENTE DE HIDRÓGENO. El que, como ya hemos visto, mantiene unidas a las moléculas de agua, puedes observar otra vez la página 19 del cuadernillo AGUA. Después de estudiar los modelos de enlace estamos en posibilidad de comprender mejor el esquema. Las líneas que unen a las moléculas de agua representan un puente de hidrógeno el que se forma por la atracción entre el hidrógeno (δ +) de una molécula y el oxígeno (δ-) de otra molécula. Más generalmente el puente de hidrógeno se forma entre el hidrógeno de una molécula y un átomo muy electronegativo de otra molécula. Así, este enlace puede formarse entre

52

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 moléculas de substancias diferentes como en las soluciones acuosas de compuestos covalentes polares como el alcohol o el azúcar. Ejercicio 1. Elabora un esquema que represente al alcohol etílico en estado líquido y en estado gaseoso

2. ¿Podemos mediante estos modelos de enlace explicar por qué los compuestos iónicos y los compuestos covalentes polares se disuelven en agua? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

IV.7.1. Procesos de solvatación Los compuestos iónicos se disocian en agua. Cuando se coloca un cristal de cloruro de sodio en agua los iones superficiales del cristal atraen a las moléculas de agua. Los iones positivos atraen a los oxígenos de las moléculas de agua, los iones negativos atraen a los hidrógenos del agua. Al quedar rodeados de moléculas de agua se alejan del resto de la sal.

53

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Se dice que los iones están HIDRATADOS cuando quedan rodeados de moléculas de agua. Se conoce cono DISOCIACION al proceso que como este da como resultado la separación de iones del cristal. La solución resultante contiene iones con la libertad suficiente para conducir la corriente eléctrica. Solvatación de compuestos orgánicos Los compuestos covalentes polares como el azúcar o el etanol se disuelven en agua. La solvatación tiene lugar cuando las zonas positivas del soluto son atraídas por el polo negativo del agua y las zonas negativas del soluto por los polos positivos del agua, de este modo las moléculas del soluto se dispersan. Ejemplo: H H H H

H

H

C C

H

H

H

H H

H

C

H

H H

O

H

C

O

O

H

H

C C

O

H

H

Ejercicio 1.- Dibuja en tu cuaderno, el proceso de disolución del KI 2.-Explica porqué el metanol (CH3 - OH) puede disolverse en agua. 3.-Dibuja el enlace de hidrógeno que se forma entre la molécula de etanol y la molécula de agua.

V. Fórmulas de los compuestos Para predecir fórmulas de compuestos parecidos a los que hemos estudiado hasta ahora utilizaremos las regularidades encontradas. OXIDOS Consideremos la capacidad de enlace del átomo de oxígeno. Recuerda que se encuentra en la familia VI cuyos integrantes tienen 6 electrones de valencia quedando 2 orbitales

54

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 enlazantes el átomo de oxígeno al aceptar a 2 electrones en mayor o menor medida queda con una carga total o parcial de 2-. Cuando se forma el óxido la carga debe ser neutralizada. Ejercicio 1.- Completa la tabla anterior, consulta la tabla periódica. I +1-2

11

III

Li2 O +2

+3

Mg

Al

IV

V

CO2

N2O3

Si

P

VI

SO2

K

2.-Comprueba que las cargas (+) en cada óxido sean igual que las negativas (-). 3.-Escribe el nombre de cada uno de los óxidos. 4.-Escribe una lista de óxidos básicos y una de óxidos ácidos. 5.-Construye otra tabla como la anterior, colocando al ion Sulfuro S-2 en lugar del ion oxigeno O-2, los compuestos que resultan, se llaman sulfuros, este ejercicio solo aplica a metales. HALOGENUROS (SALES). Los halógenos se combinan con los metales para producir sales, las que se nombran cloruros, bromuros, etc. Ejercicio 1. Completa las fórmulas de la siguiente tabla y escribe el nombre de cada una de las sales 11+ Na 1+ K 2+ Ca

F 1+1NaF

1Cl

1Br

CaCl2 55

1I

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 2+ Mg 3+ Al 2. Escribe la representación macroscópica y nanoscópica del MgCl2, KF y AlI3.

3. Qué significan las siguientes expresiones a) 2Na ________________________________ b) Na1+ ________________________________ c) N2 __________________________________ d) 2KCl ________________________________ e) K1+ + Cl1- ____________________________ f) K2SO4 _______________________________

56

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Sección B. Experimentos de laboratorio. Experimento 1.El submarino Dibuja el submarino

Como puedes ver, dentro de una botella cerrada hay un tubo invertido, parcialmente lleno de agua que está flotando, en la parte superior hay un espacio que contiene aire, a este conjunto de elementos le llamaremos "sistema" o submarino. Oprime la botella y observa. Anota tus observaciones. ¿Como puedes explicar el fenómeno? Escribe tus hipótesis

 ¿Qué le pasa al sistema cuando oprimes la botella?  ¿Cambia la masa del vidrio que forma el tubo?  ¿Cambia la masa del aire dentro del tubo?  ¿Cambia la masa del agua dentro del tubo?  ¿Cambia la masa del sistema?  ¿Cambia el volumen del vidrio que forma el tubo?  ¿Cambia el volumen del aire dentro del tubo?  ¿Cambia el volumen del agua dentro del tubo?  ¿Cambia el volumen del sistema?  ¿Cambia la densidad de cada componente? Explica

 ¿Cambia la densidad del sistema? Recuerda que D=M/V  Puedes ahora explicar que se debe hacer para que un submarino se hunda

57

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007  ¿Qué papel juegan las cantidades de agua y aire en el "submarino" y su relación con la densidad del sistema?  ¿Cuando el submarino flota como es su densidad en comparación con la del agua?  Anota tus conclusiones.

 ¿Porqué pueden flotar los barcos si están hechos de materiales tan densos que un pedazo de ellos se hunde en agua?  ¿Como explicas que una esfera hueca (no compacta de aluminio) pueda flotar en agua? Experimento 2. El carrusel que se mueve con velas. Dibuja el carrusel

Observa el carrusel. ¿Que crees que suceda al encender las velas? •

Anota tus predicciones.

•

Ahora enciende las velas y observa

•

¿A qué se debe el fenómeno observado?

•

¿Qué sucede con la temperatura del aire próximo a la llama?

•

Sí la temperatura del aire próximo a la llama aumenta, ¿que le pasa a su volumen?

•

¿Qué pasa con la densidad de este aire al dilatarse?

Explica tu respuesta usando la fórmula : 58

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 D aire= M aire/V aire

¿Cuál es la relación entre Volumen de aire / Temperatura del aire? ¿Cuál es la relación Densidad del aire / Temperatura del aire? ¿Cómo es la densidad del aire caliente en comparación con la densidad del aire frío? ¿Por qué se eleva un globo aerostático abierto en el fondo, en donde se coloca una fuente de calor? ¿Que papel juega el aire en el calentamiento de la tierra cada día? ¿Cómo es que el agua contenida en un recipiente se calienta uniformemente si sólo el agua del fondo está en contacto directo con la fuente de calor? ¿Cómo se forman los vientos? ¿Cómo se forman los huracanes y los tornados? ¿A qué forma de agregación afecta más un cambio de temperatura, al sólido, al líquido o al gas? ¿Qué importancia tienen los cambios de temperatura que sufre el planeta en muestro clima?

En este experimento suceden 2 cambios: la combustión de la vela y la dilatación del aire explica si son físicos o químicos.

¿Qué tipo de material es el aire? Una mezcla, un compuesto o un elemento?

59

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Como todos sabemos, contiene oxígeno un elemento ya manejado en la unidad anterior, pero ¿contiene otras sustancias? Experimento 3. Combustión de una vela en un recipiente cerrado. ¿Qué sucede con el volumen de aire encerrado en un recipiente al encender una vela dentro? ¿Cuánto tiempo permanecerá la vela encendida? Escribe tus hipótesis __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Poner agua en un recipiente en medio del cuál se coloca un corcho y sobre este se pone una vela, encenderla, colocar encima de la vela una probeta o vaso invertido.

Antes de encender la vela observa el volumen de aire que quedó atrapado. Marca el nivel del agua. Anota el tiempo que tarda la vela en apagarse. Marca el nuevo nivel del agua. ¿Cuál es la relación de la disminución del volumen al volumen inicial? ¿Qué componente del aire se consumió? ¿Qué reacción química sucedió? ¿Qué componentes permanecen dentro de la probeta?

Compara tus resultados con los datos que se presentan a continuación después de lo cuál escribe tus conclusiones Componente del aire Nitrógeno Oxígeno Argón Bióxido de carbono Neón Helio Kriptón Agua

Símbolo químico N2 O2 Ar CO2 Ne He Kr H2 O

Porcentaje 78.1% 21.0% 0.93% 0.03% 0.0018% 0.00053% 0.0001% 0-4%

T. ebullición (ºC) -196 -183 -78

100

¿Recuerdas que ventajas sobre la variación del clima tiene el contenido de agua?

60

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Considera también que en el caso del aire otro componente que tiene alta capacidad calorífica es el bióxido de carbono y junto con el agua contribuyen a la conservación del clima. Conclusiones del experimento: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Experimento 4. ¿Es el aire una mezcla o una sustancia pura? Descubriendo las propiedades del aire con nitrógeno líquido. Plantea los objetivos de la actividad: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 1.- Actividad experimental: Escribe la hipótesis sobre la situación experimental que se plantea en el procedimiento de abajo __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Material: 2 globos, bomba de aire, 1 tortillero. Sustancias: nitrógeno líquido Procedimiento: 1.- Infla los 2 globos, uno con la bomba y el otro con tu boca, amárralos bien. 2.- Con ayuda del profesor, adicionar nitrógeno líquido dentro del tortillero 3.- Introduce los globos en el tortillero que contiene nitrógeno líquido. 4.- introduce la flor, la fruta y el frutsi dentro del nitrógeno y registra tus observaciones Resultados:

A. Completa la siguiente tabla Observaciones

B. Representa a nivel nanoscópico: Nitrógeno gaseoso

Aire gaseoso

Explicaciones

Nitrógeno líquido

Aire líquido 61

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

1.- ¿Qué diferencias encuentras entre el aire y el nitrógeno? __________________________________________________________________________ 2.- ¿Cómo representarías al aire en nivel simbólico?

Análisis de los resultados:

Conclusiones:

Evaluación de los aprendizajes: 1.- ¿Qué es el aire? ¿Por qué es importante el aire para los seres humanos? __________________________________________________________________________ 2.- ¿Qué componentes del aire identificaste y en que evidencias te basaste? __________________________________________________________________________ 3.- ¿Consideras que la composición del aire es importante? ¿Qué crees que pasaría si ésta fuera diferente?______________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 4.-Enlista los componentes del aire, en orden decreciente, de acuerdo a su proporción en el mismo ____________________________________________________________________ 5.- ¿Es importante la proporción en la que se encuentran los componentes del aire? ¿Por qué? ______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 6.- ¿Cuál es el componente activo del aire?________________________________________ 7.- ¿A qué temperatura se encuentra el nitrógeno líquido que manejaste? __________________________________________________________________________ 8.- ¿Qué estado de agregación tiene el nitrógeno a temperatura ambiente? ¿Por qué?____________________________________________________________________ 9.- ¿Qué le ocurrió a la flor, la fruta y al frutsi al ponerlos en contacto con el nitrógeno líquido? ¿Por qué? ________________________________________________________ 62

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 __________________________________________________________________________ 10.- Con base en tu respuesta anterior menciona un uso del nitrógeno líquido que sea de relevancia en tu vida cotidiana: _________________________________________________ Experimento 5. ¿Qué le sucede a las sustancias al quemarlas? Plantea el o los objetivos de la actividad: Objetivos: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Materiales: Botellas con atomizador (Lo ideal es una por cada elemento que queramos identificar). Mechero Bunsen o camping gas Sustancias: • Etanol. • Sales de distintos compuestos: cloruros de Li, Na, K, Ba, Ca y Cu. (Se pueden utilizar otro tipo de compuestos, como CuSO4, (pero los cloruros son más volátiles y dan mejores resultados) I. Identificación de los elementos a la flama Se pondrán a la flama diferentes disoluciones que contienen los siguientes metales: sodio, potasio, calcio, litio, bario y cobre Anota tus observaciones en la siguiente tabla Sustancia

Fórmula

Estado físico

Características

Color de la flama

Cloruro de Sodio Cloruro de Potasio Cloruro de Calcio Cloruro de Cobre Cloruro de Bario Cloruro de Litio II. Combinaciones con Oxígeno Quema en el mechero las siguientes sustancias: √ Un pedazo de vela √ Alcohol √ Butano √ Hidrógeno Llena la siguiente tabla: Sustancia Vela

Observación

Explicación

63

Reacción química

Elemento que se identificó

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Alcohol Butano Magnesio Hidrógeno Representa a nivel nanoscópico las reacciones químicas que se llevan a cabo Vela

Alcohol

Magnesio

Hidrógeno

Butano

Evaluación de los aprendizajes: 1. ¿Qué le sucede a un metal cuando se calienta? a) Sin Oxígeno: ______________________________ b) Con Oxígeno: _____________________________ 2. ¿Qué le sucede a una sal cuando se calienta? _________________________________________________________________________________ 3. ¿Qué le sucede a las sustancias orgánicas al quemarlas? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 4. ¿Que le sucede al hidrógeno al quemarlo? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 5. ¿Que le sucede a un no metal cuando se quema? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 6. ¿Cuándo se considera una reacción una combustión y cuándo una oxidación? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 7. ¿Cuál es el origen del Oxigeno que se combinó con todas las sustancias quemadas? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 8. ¿Qué es un espectro de emisión y para qué sirve? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Experimento 6. Formación de óxidos metálicos y óxidos no metálicos Plantea el o los objetivos de la actividad: Objetivos: _________________________________________________________________________

64

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 _________________________________________________________________________________

Elabora tus hipótesis para los siguientes planteamientos: 1. se coloca una tira de Magnesio en la flama del mechero de Bunsen _________________________________________________________________________________ 2. Se coloca una tira de Cobre en la flama del mechero de Bunsen hasta que se ponga al rojo vivo y posteriormente se deja enfriar la tira. _________________________________________________________________________________ 3. Se coloca carbón vegetal en la flama del mechero y una vez que esté al rojo vivo introducirlo a un matraz erlenmeyer de 500 mL. _________________________________________________________________________________ 4. Se coloca azufre en la flama del mechero y una vez que esté fundido introducirlo a un matraz erlenmeyer de 500 mL. _________________________________________________________________________________ I. Obtención de óxidos metálicos a) Se coloca una tira de Magnesio en la flama del mechero de Bunsen. Si hubiera luz deja que esta brille y retira las pinzas para crisol de la flama y coloca todo el residuo en un vidrio de reloj. a.1. Escribe en tu libreta las observaciones y explicaciones a.2. Plantea la reacción química:

b) Agrega una gotas de agua al vidrio de reloj y adiciona 2 gotas de indicador universal b.1. Escribe en tu libreta las observaciones y explicaciones

Plantea tu reacción química c) Se coloca una tira de Cobre en la flama del mechero de Bunsen hasta que se ponga al rojo vivo y déjalo 5 minutos en la flama. Posteriormente se coloca la tira con residuo si lo hubiera en un vidrio de reloj. Repetir la operación dos veces más (Calentar y nuevamente poner en caliente la tira en el vidrio de reloj) c.1. Escribe en tu libreta las observaciones y explicaciones c.2. Plantea la reacción química:

65

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 d.1. Agrega una gotas de agua y pon 2 gotas de indicador universal d.2. Escribe tus observaciones y explicaciones d.3. Plantea tu reacción química

II. Obtención de óxidos no metálicos. a) Coloca un pedazo de papel en la flama del mechero y una vez que esté encendido introducirlo en un matraz erlenmeyer de 500 mL a.1 Escribe en tu libreta las observaciones y explicaciones a.2. Plantea la reacción química b.1. Agrega 200 ml de agua y agrega 4 gotas de indicador universal b.2. Escribe tus observaciones y explicaciones b.3. Plantea tu reacción química

c) Se coloca azufre en una cucharilla de combustión y posteriormente a la flama del mechero y una vez que esté fundido introducirlo a un matraz erlenmeyer de 500 mL. que contiene 300 mL de agua con 4 gotas de indicador universal. c.1 Escribe en tu libreta las observaciones y explicaciones c.2. Plantea las reacciones químicas c.2.1. Al fundirlo y estar en contacto con el aire

c.2.2. Al colocar la cucharilla de combustión caliente con el azufre fundido dentro del matraz erlenmeyer con agua

Llena la siguiente tabla como resumen de las diferentes sustancias utilizadas en los experimentos

Sustancias

Tipo

Función Química

Símbolo

Oxígeno Magnesio Cobre Óxido de Magnesio Óxido de Cobre II

66

Fórmula

Estado Físico

Vire con Indicador Universal

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Hidróxido de Magnesio Hidróxido de Cobre II Azufre Carbono Dióxido de Carbono Trióxido de Azufre Ácido Carbónico Ácido Sulfúrico

Experimento 7. ¿Todos los metales reaccionan de la misma forma? Obtención de una serie de actividad de algunos metales Compara la facilidad con la que reaccionan el calcio y el sodio con agua. PRECAUCION: estas reacciones son peligrosas deben hacerse con mucho cuidado, espera las indicaciones del profesor. Compara las reacciones del magnesio, fierro, plomo, zinc, aluminio y cobre, con ácido clorhídrico diluido. Anota observaciones. Escribe las ecuaciones que representan las reacciones. De acuerdo a tus observaciones ordena de más a menos reactivo (serie de actividad) Reacción con agua. Escribe las reacciones que corresponden y señala que patrón siguen. Reactivos

Productos

Reacción con ácido clorhídrico Escribe las reacciones que corresponden y señala que patrón siguen. Reactivos

Productos

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Si tomas en consideración sólo a los metales representativos (Sodio, Magnesio, Calcio y Aluminio) puedes relacionar su actividad con la tendencia en la facilidad de formación de iones predicha por el modelo de Bohr 1.-Dibuja los modelos de estos átomos y establece una relación con la facilidad de formación de iones.

Experimento 8. Comparar la reactividad de los halógenos De acuerdo a su relativa posición dentro de la familia ¿Cuál de los halógenos; cloro bromo o yodo es el más reactivo? Formula tu hipótesis

68

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Obtención de cloro. Investiga un procedimiento para obtener el cloro

Experimento 9. Clasificación de sustancias por su conductividad Para predecir si algunas substancias conocidas conducen la corriente eléctrica y se disuelven en agua. Prueba con azúcar, aceite, alguna grasa, sal, bencina (limpiador en tintorerias), tetracloruro de carbono, sulfato de cobre, cal, yeso, sosa o cualquier otra que tengas a la mano. Construye una tabla para comparar la solubilidad en agua y la conductividad eléctrica. De acuerdo a los resultados clasifica a las substancias en iónicas, covalentes polares y covalentes no polares. A manera de resumen completa la siguiente tabla Tipo de compuesto Comportamiento de los electrones Puntos de fusión y de ebullición

Iónico

Covalente puro Compartimiento equitativo de electrones

Bajos

Solubilidad en agua Conductividad eléctrica

Covalente polar

No se disuelven Buena

Ejemplos

Sección C. Lecturas y cuestionarios de reflexión. CONTAMINACIÓN DEL AIRE El término "contaminación atmosférica" se comenzó a utilizar en forma frecuente en la década de los setenta por los habitantes de las grandes ciudades, ya que para entonces se hizo evidente el deterioro en la calidad del aire, como consecuencia de las actividades productivas concentradas en dichas urbes, del número creciente de vehículos en circulación, 69

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 de las emanaciones e incineración de toneladas de basura, del uso de sustancias químicas y, en gran medida, de los procesos de producción de energía eléctrica que requieren estas ciudades para su funcionamiento. Solamente en la ciudad de México se emiten anualmente a la atmósfera alrededor de 4 500 000 toneladas de contaminantes a la atmósfera, lo cual representa, a su vez, la generación de un gran número de problemas, que van desde el aumento de enfermedades, principalmente respiratorias, hasta el gasto de sumas millonarias para la investigación en tecnologías capaces de disminuir en alguna medida la producción y/o la emisión de estas sustancias contaminantes. Por otra parte, el problema de la contaminación atmosférica no es solamente un problema local de cada ciudad, ya que debido a las características de movimiento del viento, los contaminantes en el aire pueden viajar kilómetros y trasladar los problemas a otras localidades del país. INVERSIÓN TÉRMICA Las llamadas condiciones de inversión se presentan cuando la temperatura aumenta con la altura, en estas condiciones la atmósfera es estable y la mezcla de contaminantes en el aire es muy pequeña. Varios de los eventos trágicos provocados por la concentración de contaminantes se dieron en estas condiciones meteorológicas. Las inversiones pueden producirse de varias formas, una de ellas está asociada a sistemas de alta presión en los que hay un calentamiento desde arriba que provoca el hundimiento y compresión de una masa de aire, a éstas se les llama inversiones subsidentes. Las inversiones también se pueden formar durante la noche, como consecuencia del enfriamiento del suelo por la radiación de la tierra hacia el espacio, a medida que amanece y el sol va calentando la tierra, la capa de inversión desaparece. Las condiciones geográficas pueden contribuir mucho en las inversiones térmicas, durante la noche, las colinas o montañas alrededor de un valle se enfrían, el aire frío y denso que se forma desciende hacia el valle y aunque existan corrientes de aire cálido que pasen sobre las montañas no hay mezclado del aire, más aún, si hay aire caliente sobre la capa de inversión, los rayos del sol siguen penetrando y se incremento la secuencia de las reacciones del smog, convirtiendo el valle en un recipiente gigantesco de reacciones químicas. La condición 70

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 de inversión térmica puede durar días especialmente en épocas de invierno. En la ciudad de México se tiene este tipo de geografía, por lo que en la estación invernal las inversiones térmicas son frecuentes. EL EFECTO DE LAS CIUDADES Las ciudades pueden afectar el clima en varias formas. En primer lugar, los edificios impiden el paso del viento, reduciendo su velocidad; después, al concentrarse los contaminantes, se forman núcleos de condensación que incrementan la niebla y la lluvia; y por último, hay un mayor calentamiento del aire superficial asociado a la actividad cotidiana de la población, el flujo vehicular y las industrias; a este fenómeno se le denomina "Islas de calor". ÓXIDOS DE AZUFRE El dióxido de azufre es un gas incoloro que en altas concentraciones tiene un olor irritante, se difunde fácilmente en el aire, es muy soluble en el agua y forma ácido sulfuroso (H2SO3). De sus fuentes naturales la principal es la erupción volcánica. Su presencia en la atmósfera se debe a la quema de combustibles fósiles que contienen azufre, como el DIESEL y el combustóleo, utilizados en la Industria o por transportes de carga, también los emite la industria de la fundición, la del papel y la del petróleo. El S02 puede reaccionar en forma catalítica o fotoquímica para formar trióxido de azufre SO3. En el aire, por la presencia de algunos metales como el hierro o manganeso que actúan como catalizadores se lleva a cabo la siguiente reacción:

Mn S02

H20, 02 03

HS03

H2SO4

El mecanismo fotoquímico por el cual el S02 se convierte en S03 depende mucho de la atmósfera que lo rodea y puede deberse al oxigeno, al ozono y a la presencia de óxidos de nitrógeno o hidrocarburos. El trióxido de azufre se disuelve en las gotas de agua presentes en la atmósfera formando el ácido sulfuroso, para después pasar a ácido sulfúrico. La presencia de este ácido provoca otro tipo de problema en el medio ambiente, pues cuando 71

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 llueve se mezcla con el agua y provoca la "lluvia ácida" ya que al estar presente un ácido en la lluvia, el pH se modifica a valores menores, ocasionando diferentes tipos de dados como es la corrosión de los metales, deterioro de estructuras de piedra y severos daños a la vegetación. En algunas ciudades europeas, el pH de algunos lagos ha descendido a niveles que ponen en riesgo la supervivencia de las especies vegetales y animales que a pH menor a 4 mueren. Por otra parte el S02 en presencia de amonio puede formar sulfato de amonio en forma de partículas que, por su tamaño, pueden penetrar en la parte más profunda de los pulmones, produciendo graves daños en la salud. El S02 y los compuestos que se derivan de él tienen alta tendencia a formar aerosoles ácidos con tiempos de residencia de hasta varios días, durante los cuales el viento puede llevarlos a kilómetros de distancia en lugares donde no se espera la presencia de este tipo de compuestos. MONÓXIDO DE CARBONO El monóxido de carbono es, un gas incoloro e inodoro. Hasta hace tres, décadas la fuente principal de su emisión era la quema de combustibles para la industria y la calefacción, pero, en la actualidad, la fuente más importante, sobre todo en áreas urbanas, son los automóviles con motor de combustión interna. A una escala global, también se producen grandes cantidades de monóxido de carbono a partir de la oxidación del metano por el radical hidroxilo (OH). El monóxido de carbono tiene acción tóxica en el ser humano, por su afinidad con la hemoglobina a la cual se enlaza disminuyendo el transporte del oxigeno en el cuerpo. El grado de daño producido dependerá del tiempo de exposición y la concentración del contaminante. La concentración de monóxido de carbono en áreas urbanas presenta variaciones, diarias y semanales, que se relacionan en gran medida con los patrones del tránsito vehicular donde los horarios picos se presentan en la mañana y en la tarde en los días hábiles, de igual modo hay variaciones estacionases que dependen mucho de las condiciones meteorológicas. Las tendencias anuales son muy dependientes del crecimiento de la población vehicular. El tiempo de residencia del CO en la atmósfera va de 1 mes a 1 año. Se ha observado que el mecanismo de remoción natural del CO involucro su oxidación por el radical hidroxilo para formar dióxido de carbono. También se ha mostrado que la acción biológica de los suelos puede ser un factor importante en la remoción del CO.

72

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 CO + OH

C02 + H

Los metales aparecen en un rango de solamente 0.01 al 3% del total de partículas, pero pueden afectar mucho al acumularse o al tener efectos sinérgicos con otros contaminantes. De todos los metales tóxicos presentes, el que se encuentra en mayor concentración, principalmente en las áreas urbanas, es el plomo y sus compuestos. La fuente más importante de plomo proviene de la combustión de gasolinas con plomo que utilizan los automóviles, ya que para aumentar él octanaje de las gasolinas es usual agregar tetraetilo de plomo. Otros metales considerados como riesgosos para la salud son el cadmio, el níquel y el mercurio. El cadmio, por ejemplo, está implicado como causa de enfermedades cardiovasculares e hipertensión e interfiere con el metabolismo del cinc y el cobre. Los asbestos son un tipo de partículas de especial consideración. Se ha demostrado en estudios realizados con trabajadores, que pueden provocar la incidencia de cánceres respiratorios e intestinales. El término asbesto se utiliza, en forma genérica, para un gran número de minerales fibrosos que son complicadas mezclas de óxidos-de silicio, magnesio, hierro, aluminio, calcio y sodio con pequeñas cantidades de humedad. Las fuentes de emisión se dan por la molienda de estos minerales, en el asfaltado y en revestimientos de frenos de los automóviles, principalmente. ÓXIDOS DE NITRÓGENO Los óxidos de nitrógeno generalmente se representan por el símbolo NOx; los dos contaminantes principales son el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) El primero de ellos es incoloro, pero en la atmósfera por efecto de las reacciones fotoquímicas pasa a NO2 que es un humo color café rojizo característico de las chimeneas de plantas de ácido nítrico, además es el principal responsable del color característico de la capa de smog, otros óxidos de nitrógeno son óxido nitroso (N20) que es incoloro, y el que más abunda en la baja atmósfera porque es producido por acción biológica, ya en la atmósfera se transforma en NO; el N203 de color café que es inestable y al reaccionar con agua produce ácido nitroso (HNO2) Y finalmente el N205, que es incoloro e inestable y al reaccionar con el agua produce ácido nítrico HNO3 Los óxidos de nitrógeno emergen en forma natural por la acción en los suelos y se incrementan por la aplicación de fertilizantes artificiales. Las fuentes fijas de ácido nítrico son 73

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 las plantas de generación de energía y los calentadores industriales. Las fuentes móviles aportan la mayor parte de los contaminantes mencionados, pues se producen en altas temperaturas en los motores de combustión interna, por la presencia del nitrógeno en el aire. Formación de óxido nítrico en la troposfera alta y estratosfera: N20 + 0

2NO

Formación del óxido nítrico a altas temperaturas: N2+ 02

2NO

que es seguida de las siguientes reacciones: 2NO + 02 N02+ NO

2NO2 N203

2NO2

N2O4

3NO2 + H20

7HN03+ NO

El dióxido de nitrógeno contribuye a la formación de aldehídos y cetonas, así como a la formación de ozono por procesos fotoquímicos. El NO es irritante y daría los tejidos del tracto respiratorio, principalmente por la formación de ácido nítrico. El vapor de agua se combina con el NO, de la atmósfera para producir ácido nítrico, el cual también contribuye al descenso del pH en la formación de la "lluvia ácida". OZONO Como se mencionó anteriormente, el ozono no es un contaminante que se emita directamente a la atmósfera, sino que se forma en la atmósfera a partir de reacciones muy complejas en las que participan los óxidos de nitrógeno los hidrocarburos y la radiación solar. El resultado de todas estas complejas reacciones es la formación de lo que se conoce como smog "fotoquímico". La palabra smog se deriva de la combinación de los vocablos smoke, humo y fog niebla, el término fotoquímico implica la participación de la energía radiante hν. 74

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 El mecanismo que inicia la producción de este smog fotoquímico es la absorción de energía por el NO, lo que ocasiona el rompimiento de la molécula en óxido nítrico y oxígeno atómico. Este último elemento es muy reactivo e inestable y reacciona inmediatamente con el oxígeno para formar ozono. NO2 + hν

NO+O

O+ O2

O3

Normalmente hay un ciclo en el cual el ozono reacciona con el NO y regresa a la molécula inicial de NO2, sin embargo, en episodios con altas concentraciones de ozono el ciclo se rompe, ya que algunos hidrocarburos reaccionan con el NO impidiendo que reaccione con el ozono. 03 + NO

N02+02

El CONTROVERTIDO TEMA DEL AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO Nuestro planeta, Tierra, contiene una atmósfera que lo distingue de los demás y que ha permitido la vida tal como la conocemos. La atmósfera está integrada por dos partes principales: la troposfera y la estratosfera. En ambas capas existe entre otros gases, el ozono, pero, es el ozono de la estratosfera particularmente importante porque lo contiene en mayor proporción logrando un efecto de auténtico escudo protector contra los rayos ultravioleta (uv) de la luz solar. La palabra ozono proviene del griego y significa "oler, y justamente su olor es semejante al que se desprende de una tormenta eléctrica o al que producen los trenes de tracción eléctrica. (2) El ozono se localiza principalmente en la estratosfera entre 10 y 15 km de altura y abraza su máxima densidad entre los 15 y 20 km. Aunque se haya en cantidades diminutas menos de moléculas por cada millón de aire, es de enorme importancia pues absorbe la radiación ultravioleta nociva para todo organismo viviente. (2) 75

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 En ausencia de dicha pantalla la acción de los rayos uv directamente en los materiales terrestres provocarían cambios drásticos debido a que éste tipo de luz es de frecuencia muy alta. Todos los tipos de luz son radiaciones electromagnéticas y algunos son invisibles al ojo humano, como los rayos x, la luz uv y las radiaciones infrarrojas. Sólo podemos ver los tipos de luz que pertenecen a los colores del arco iris que corresponden a la descomposición de la luz blanca. La luz blanca es aceptable para la vida, pero exponemos a radiaciones no visibles y de onda corta ofrece un alto riesgo para la bien organizada pero exponernos a radiaciones no visibles y de onda corta ofrece un alto riesgo para la bien organizada pero por demás vulnerable y frágil estructura molecular de la materia viva. El daño provocado a los seres vivos es grave, principalmente a su material genético y entro otras cosas provoca alteraciones en la piel. El descubrimiento de que dicha capa de ozono estaba sufriendo un adelgazamiento que posteriormente se ha convertido en un verdadero hoyo en las zonas más frías del planeta como los Polos, y siendo un problema que nos afecta a todos los habitantes del mismo se han convocado a reuniones de discusión con integrantes de los ámbitos científicos, políticos, industrial y la sociedad civil, para buscar las causas y alternativas de solución. Se han propuesto posibles causas, En 1970 se pensó que el responsable podría ser el Concorde posteriormente se encontró que los clorofluorocarbonos (CFC) usados en aerosoles y frigoríficos modernos actuaban destruyendo al ozono. Ya en 1979 la cantidad de ozono de la estratosfera había bajado de un modo significativo, en cinco años se alcanzaban los niveles más baja observados en la Tierra, entonces surgió el agujero en la capa de ozono. En 1866 tuvo lugar una reunión de expertos donde se analizó la controversia dado que, la atmósfera terrestre había sido tocada lo que provoco que se enfrentaran científicos, industriales y políticos ante el argumento de que este problema era equivalente a que los humanos estábamos cortando la rama que nos sostiene con vida en nuestro planeta. En 1987 se elaboró una denuncia que agitó al mundo científico-político. Durante el periodo de calificación del Concorde, los investigadores norteamericanos señalaron que este tipo de aparatos inyectaban sustancias como óxido de nitrógeno (N20), con lo que algunos medios industriales y políticos evitaron los vuelos del avión. 76

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 La química de los óxidos de nitrógeno es muy compleja, para explicarla se recurre a los ciclos de destrucción catalítica que consiste en lo siguiente: ♦

En la atmósfera existe N20 (hemióxido de nitrógeno) procedente de la actividad química natural de la superficie del suelo o de los océanos.

♦

Al llegar a la estratosfera el N20 emite átomos de oxígeno libres (0)

♦

Por acción sobre el O3 forma NO2

♦

El NO2 + O ->NO + 02

♦ El NO se encuentra al principio y al final de esta cadena y puede volver a activar, actuando como catalizador. El esquema anterior se cumple con otros compuestos nitrogenados como el N03, N205, NO2, HNO3 etc, El suelo proporciona a la atmósfera por lo menos 60 Megatoneladas anuales de NO y los rayos, cósmicos 19 producen in situ de forma natural hasta hace poco lo anterior no preocupa por que la atmósfera mantenía el equilibrio en niveles adecuados. En 1970 se anunciaron bajas en el 03, para los opositores al Concorde resultó una excelente oportunidad de fincarle responsabilidades como causante del desastre. Se organizaron programas de estudio de la atmósfera para reglamentar el uso de este tipo de aparatos. Los estudios llevaron a establecer que la estratosfera es muy compleja, existe un movimiento atmosférico en capas y organizaciones de mezcla muy variables con la altitud y la latitud, además ocurrían en, ella por lo menos 100 reacciones diferentes que explicarían la existencia de las especies químicas detectadas. De los anteriores estudios, quedó establecido que no eran responsables absolutos del daño a la capa de ozono los aviones súper-sónicos, sino que también contribuyen los Boening 747, 704, Airbus, etc., mismos que introducían a la estratosfera grandes cantidades de agua y de óxidos de nitrógeno. También la agricultura con sus abonos y los lanzamientos espaciales.

77

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 En 1976, tres de las grandes potencias económicas, Estados Unidos de Norteamérica, Gran Bretaña y Francia, firmaron un acuerdo para mantener la vigilancia sobre el tema y realizar estudios, con lo que por el momento el Concorde, se había salvado. La controversia demostró que los estudios meteorológicos y aerónomos no debían limitarse a la troposfera. Se hizo evidente la necesidadd de realizar estudios que permitían una visiónglobal de la estructura químico, térmica. Y dinámica de la atmósfera mediante pro ramas vía satélite. En 1979 se lograron representaciones espacio-tiempo por métodos ópticos a escala planetaria de las especies química, al mismo tiempo que se hicieran algunas pruebas de mediciones en globos y aviones en la zona de la atmósfera donde habitan los seres vivos. Hasta 1970 la fisicoquímica de la atmósfera habla sido asunto de especialistas y sus resultados eran un tanto confidenciales. Hoy se escriben obras didácticas con amplias explicaciones del tema. En 1985 la academia francesa del aire y el espacio organizó un coloquio sobre la exploración de la estratosfera, en ésta región el ozono coexiste en un precario equilibrio con otros gases muy enrarecidos y por un mecanismo multiplicador se podría ocasionar una catástrofe ecológica. ¿Cómo consiguieron apoyo los científicos para sus investigaciones? La respuesta es cloroflurocarbono. Además de los óxidos de nitrógeno, se investigaron otras sustancias que pudieron conducir a los ciclos catalíticos destructores del ozono. En 1970 los norteamericanos R. Stolarsky y R. Cicerone pusieron atención en óxidos de cloro como el CIO que se comporta como el NOx en su análisis solo pensaban en las fuentes industriales clásicas: el aerosol, marinos, los volcanes y los cohetes. M. Molina y R. Rowland abocaron sus esfuerzos a estudiar los cloro-fluoro-carbono. Más tarde S. Woffsy, M.B. Mac Elroy y sus colaboradores añadieron los óxidos de bromo, el más interesante como BrO. La mayoría de estos óxidos son de origen artificial. El cloro liberado en el aire se combina con el agua para dar ácido clorhídrico regresando al suelo. Para alcanzar la estratosfera debe unirse a una molécula no miscible o inerte. Los productos de estas características son los freones, los clorofluorocarbonos (CFC), con el Freón 11 C 13 y el Freón 12 (CF 2CI2), los cuáles se usan en vaporizadores, en frigoríficos y

78

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 en la industria química y electrónica como gases impulsores, disolventes, agente espumantes. Inertes, en las capas bajas de la atmósfera, estos productos se incorporan a ella, después, por

mecanismos

desconocidos

llegan

a

la

estratosfera,

esparciéndose

también

horizontalmente, Aquí los rayos uv hacen que las moléculas sufran una fotodisociación y los átomos de cloro quedan libres para actuar, los átomos de cloro y ozono muy oxidantes se unen, el ozono no sobrevive a esta unión y se reduce a oxígeno molecular. Cuando el cloro forma CIO que capta átomos de oxígeno libres provenientes de otras reacciones, los dos átomos de oxígeno forman 02 y el cloro libre busca una nueva pareja en la primera molécula de 03, Este átomo cuya permanencia media en la estratosfera es de dos años, puede llegar a destruir unas cien mil moléculas de ozono. Ejemplos: CFCl3 + Cl

+ 03

CIO 03

hν (longitud de onda 226 nm) CIO

+O +

O

CFCl2 + Cl

+ 02 Cl + 02 2O2

En el proceso el cloro no sufre alteración, es un catalizador de la destrucción del ozono, estas reacciones son rápidas y eficaces. El cloro puede formar compuestos, hidrogenados como el HCI, pero estas reacciones son lentas. La demostración de tales reacciones destacó, la gravedad del asunto a tal grado que se olvidó a los aviones supersónicos (que dicho sea de paso ya tenían graves dificultades comerciales). Todos los países industrializados estaban involucrados con los CFC. Por una parte, los científicos denunciaban los productos, los industriales que fabrican productos con CFC mostraban interés en la investigación, los poderes Públicos apoyaban a los industriales y a los científicos.

79

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Los medios de comunicación, como representantes de la sociedad civil, el hombre de la calle, que es el gran consumidor de CFC en sus vaporizadores, frigoríficos domésticos y sobro todo acondicionadores de aire sin los cuales naciones enteras se paralizarían, Finalmente los ecologistas aportaron ejemplos didácticos para sensibilizar tanto a unos como a los otros. Numerosas organizaciones mundiales investigaron la estratosfera principalmente los académicos, como consecuencia en la primavera de 1985, se encontró que en la Antártida el ozono había disminuido 40% señalando que solo los óxidos de cloro podían ser los responsables. Fue justamente un mexicano, Mario Molina, quién se hiciera merecedor del premio Nobel 1995, por haber participado en dichas investigaciones. En 1986 se organizó una campaña en la estación MC Murdo de resonancia mundial, donde todos los medios de comunicación fueron invitados y se hicieron tres descubrimientos: ♦ El contenido de óxidos de nitrógeno fue el más bajo, se descararon entonces los modelos naturalistas basados en cielos solares. ♦ La disminución del ozono se produce en estratos atmosféricos de 1.0 km de ancho entre 10 y 20 km de alto. Estas capas se identifican como nubes de cristales de hielo en suspensión. ♦ La disminución de ozono se produce en regiones muy frías de gran extensión horizontal. Se percibió la necesidad de introducir una química heterogéneo entre gases y aerosoles, una química de superficie que no existía en 1987, en las condiciones de la estratosfera polar; temperaturas menores a 205 Kelvin propician que el aerosol fije las especies nitrogenadas y forme ácido nítrico. Con los radicales OH formadas al salir el sol, se producen compuestos halogenados (óxidos de cloro y bromo). En 1987 se soltaron globos para análisis vertical del ozono y aerosoles, se usaron dos aviones con instrumentos para analizar la estratosfera a una altura entre 10 y 20 km y una satélite describía el ozono, los aerosoles, el NO2 y nubes polares a mayor altura, lográndose detectar mapas nocturnos 6 horas después del paso del satélite usando el infrarrojo.

80

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 Las rápidas variaciones de las especies en una gran extensión horizontal obligaron a pensar que, además de las reacciones fotoquímicas deben considerarse las condiciones meteorológicas. El canal de televisión que transmitía MC Murdo terminaba con una visión apocalíptica en la que sube el nivel de las aguas y el cielo se oscurece por el calentamiento de la tierra. Recordemos que la atmósfera se enriquece de CO, C02 y carbón en polvo como consecuencia de la utilización de combustibles fósiles. La radiación solar calienta la parte baja de la atmósfera y parte de esta radiación se remite al espacio. El gas carbónico disminuye esta remisión y el equilibrio se desplaza hacia el calentamiento atmosférico; en este problema todos somos un tanto culpables. El asunto de los CFC es diferente, se puede señalar a los países industrializados como los culpables, pero los dos factores contribuyen al efecto invernadero. Al problema ecológico siguió el político, por lo contradictorio de los intereses de las naciones, por la responsabilidad de los países industrializados en el futuro de la biosfera y por la relación entre el estado y los ciudadanos. A diferencia de las opiniones científicas en torno a las explosiones nucleares, los políticos se encuentran con opiniones contradictorias y oscuras respecto al problema del ozono. La sociedad pretende el bienestar de sus miembros, pero éste se basa en el consumo de energía. Más de dos terceras partes de la humanidad reclaman comodidades que tiene solo la tercer aparte y que producen el 80% de la contaminación. Los países subdesarrollados consumen 0.3 Kg de CFC per cápita, Estados Unidos 1.0 Kg per cápita y la comunidad europea 0.8Kg per cápita. Una parte de la solución es la sustitución de los CFC sobre lo cuál actualmente ya hay estudios. Finalmente los científicos confirman sus inquietudes, los políticos expresan las dificultades para reglamentar los usos de los clorofluorocarbonos, pero hay un acuerdo para continuar con el estudio atmosférico y la toma de conciencia ecológica colectiva. La contaminación de las ciudades no importa a la gente del campo, la del suelo no importa a los citadinos. La contaminación de la atmósfera importa a todos.

BIBLIOGRAFÍA:

81

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 1. Aimedieu P “La controversia del ozono” Mundo científico No. 79 volumen 8 pp 442456. 2. Cremoux C “Comodidades peligrosas” 1996. Ed. Lotería Nacional-UNAM. México, D.F., GUÍA DE LECTURA 1. ¿Qué significa la palabra ozono? 2. ¿Dónde se localiza el ozono atmosférico?

3. ¿Favorece siempre a la vida, la luz que recibimos de los rayos solares o contiene radiaciones que la amenazan? Por favor explica tu respuesta. 4. ¿Habrá en la naturaleza algo que pueda eliminar las radiaciones que pudieran dañarnos? En caso afirmativo , dibuja un modelo para explicarlo

5. Menciona algunos efectos de la luz ultravioleta en los seres vivos 6. ¿Qué motivó la reunión de expertos representantes de los ámbitos científico, político e industrial, para conocer las causas y consecuencias del adelgazamiento y perforación de la capa de ozono en la estratosfera?

7. Enumera algunos de los posibles responsables del problema en cuestión

8. Escribe y analiza las reacciones que resalta el documento sobre la presencia del NO2 emitido por el Concorde.

82

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 9. Además del concorde, señala si existen otras fuentes de compuestos nitrogenados que alteren el equilibrio que la naturaleza puede mantener, gracias a su capacidad de recuperación. 10. ¿Qué tipo de estudios de estudios fueron realizados con apoyo de los gobiernos y los industriales en los países desarrollados?

11. Revisa con detenimiento la acción del cloro en el ozono atmosférico y explica pro qué los clorofluorocarbonos se han considerado los principales responsables del problema

12. ¿Cuáles países son los responsables?

13. Indica qué porcentaje de disminución se habla alcanzado en 1985 y a qué conclusión se llegó sobre la principal causa del daño. 14. Menciona las conclusiones de la campaña que en 1986 realizó la estación de televisión Mc Murdo? 15. ¿Por qué en los polos y no en otro punto del planeta se presentó la perforación?

16. Indica algunas pruebas que fueron innovadoras en ese momento para conocer la composición atmosférica.

17. ¿Cuáles agentes químicos son los responsables del agujero de la capa de ozono? ¿Quiénes realizaron la investigación? 18. Te invitamos a que nos digas tu opinión personal sobre el tema 83

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

Sección D. Evaluación formativa. I COMPLETA EL MAPA CONCEPTUAL

84

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

II.- Señala la respuesta correcta b) disminuye su volumen y aumenta su densidad c) aumenta su masa y disminuye su densidad d) disminuye su masa y aumenta su densidad

1. El aire se clasifica como a) sustancia pura b) compuesto c) elemento d) mezcla 2. Proceso para obtener oxígeno líquido a) destilación de agua b) calcinación de suelo c) combustión de madera d) licuefacción de aire

5. El oxígeno que los peces respiran procede de a) el bióxido de carbono disuelto en agua b) las moléculas del agua c) el oxígeno disuelto en el agua d) el oxígeno combinado con hidrógeno 6. El nitrógeno se usa como atmósfera inerte (no ocasiona daño) porque es: a) muy reactivo b) un gas c) no metal d) poco reactivo

3. Componentes del aire que regula la reactividad del oxígeno y que se encuentra en mayor proporción a) H2O b) CO2 c) N2 d) Ar 4. Se explica que el aire caliente suba porque una cantidad determinada a) aumenta de volumen y disminuye su densidad

7. El oxígeno que respiramos tiene la siguiente representación 85

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 a) b) c) d)

O3 O O2O2

a) b) c) d)

8. Cuando el aire se enfría hasta –200°C a) Se rompen enlaces intermoleculares b) se forman enlaces intermoleculares c) se rompen enlaces interatómicos d) se forman enlaces interatómicos

N2 CO2 H2O O2

14. Señala las propiedades de los no metales a) forman iones negativos b) sus óxidos forman ácidos al reaccionar con agua c) sus átomos tienen 1,2 o 3 electrones de valencia d) forman iones positivos

9. Los experimentos con partículas alfa llevaron a Rutherford a concluir que el átomo tiene la siguiente característica: a) esfera compacta indivisible b) contiene niveles estacionarios c) tiene cargas eléctricas d) tiene un núcleo central

15. Señala los elementos que pueden formar iones positivos a) Al , N2 b) Na, Ca c) Fe, O d) F, Cl

10. El principal contaminante responsable del efecto invernadero es a) ozono b) argón c) bióxido de carbono d) nitrógeno

16. Elemento contaminante en las ciudades pero necesario en la estratosfera a) N2 b) CO2 c) O3 d) NO2

11. Señala los productos de la combustión de hidrocarburos a) H2O + O2 b) H2O + CO2 c) H2O d) CO2

17. Señala los óxidos que combinados con agua producen una base a) SO2 b) CaO c) CO2 d) K2O e) NO2 18. Señala al compuesto covalente polar a) NaCl b) N2 c) H2O d) KCl

12. Experimento que llevó a Bohr a proponer que el átomo contiene niveles estacionarios de energía. a) tubos de rayos catódicos b) partículas alfa c) espectros de emisión d) cálculos de porcentajes 13. Señala la sustancia más reactiva 86

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

III COMPLETA LAS SIGUIENTES ECUACIONES Color con indicador universal

H2O N2 + O2

___________

Ba + O2

___________

H2O

___________

___________

___________

___________

IV COMPLETA EL MAPA CONCEPTUAL Elemento puede ser

tiene

+ Oxígeno

tiene

+ Oxígeno

Electronegatividad alta forma

iones

+ H2O

forma

positivos

iones

+ H2O

ácido

V COMPLETA LA TABLA ELEMENTO

MODELO DE BOHR

87

ELECTRONES DE VALENCIA

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 ALUMINIO OXÍGENO SILICIO VI COMPLETA LAS SIGUIENTES REACCIONES USANDO ORDEN DE ACTIVIDAD DE METALES A) H2O + Na HCl + Hg HCl + Fe H2O + Au VII ORDENA DE MÁS A MENOS IÓNICO A LAS SIGUIENTES SUSTANCIAS: Na, Cl, O2, KI, CH4, MgO, KF

VIII REPRESENTA LOS ENLACES USANDO CONFIGURACIÓN DE LEWIS PARA H2O, N2.

IX COMPLETA LA TABLA Elemento (configuración de Lewis)

CAPACIDAD DE COMBINACIÓN 88

COMPUESTO QUE PUEDE FORMAR CON HIDRÓGENOS

CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007

P

C

S

X. RELACIONA COLUMNAS Combustión no contaminante ( Formación de una base (

)

Combustión de hidrocarburos ( Fotosíntesis (

)

Respiración celular ( Lluvia ácida (

)

)

)

)

a) C8H16 + O2

CO2 + H2O

b) CO2 + H2O

H2CO3

c) C6H12O6 + O2

CO2 + H2O

d) H2 + O2

H2O

e) CO2 + H2O

C6H12O6

f) Na2O + H2O

NaOH

XI. ESCRIBE LA FÓRMULA DEL CARBONATO DE POTASIO ( CO32-, K1+)

XII RESPONDE CON ELECTRÓN, PROTÓN, NEUTRO. a) b) c) d) e) f) g)

se encuentra en el núcleo por o que se les llama nucleones se encuentra en las órbitas tiene carga positiva son las que, principalmente dan la masa al átomo tiene carga negativa y muy poca masa cambia en los isótopos de un elemento cambia al formar iones

XIII RESPONDE IÓNICO, COVALENTE PURO (NO POLAR), COVALENTE POLAR DE ACUERDO AL TIPO DE ENLACE. a) se forma cuando se transfieren electrones de un átomo a otro b) el compuesto con este tipo de enlace se disuelve fácilmente 89

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 en agua c) se forma entre elementos con electronegatividad igual d) se forma entre átomos de electronegatividad muy diferente e) se forma entre átomos que comparten equitativamente electrones f) el agua tiene este tipo de enlace g) el cloruro de sodio tiene este tipo de enlace h) la diferencia de electronegatividad entre los átomos es muy baja pero no llega a cero

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LECTURA El intercambio de carbón sucede entre la atmósfera, la corteza terrestre y los cuerpos de agua Anualmente se fijan (las sustancias pasan de gas a alguna forma líquida o sólida) millones de toneladas de bióxido de carbono. Una parte de la fijación se realiza por medio de la fotosíntesis, se forma glucosa y se incorpora a los tejidos de las plantas, una parte de la fijación sucede al disolverse el gas en los océanos, concentrándose en los corales en forma de carbonato de calcio (CaCO3), carbonato de sodio (Na2CO3) o carbonato de potasio (K2CO3). Cuando las plantas mueren y se descomponen, eliminan bióxido de carbono que vuelve a la atmósfera. Otras plantas entran a las cadenas alimenticias al servir de alimento a los animales y humanos, las moléculas complejas de las plantas son degradadas hasta formar bióxido de carbono y agua. Los animales exhalan bióxido de carbono. Las rocas de carbonatos se descomponen y se forma bióxido le carbono que escapa a la atmósfera en los volcanes. Se estima que la mayoría de los átomos de carbono que existen han completado el ciclo 20 veces en el curso de la historia de la tierra, desde sedimentos a formas móviles y de estas a sedimentos. a) ¿En que consiste el proceso de fijación? b) ¿Cual es el proceso por medio del cual las plantas fijan el bióxido de carbono? c) ¿Como se fija el bióxido de carbono en el océano? d) ¿Qué procesos suceden en los animales para devolver bióxido de carbono a la atmósfera? e) ¿Cual es el proceso por el cual las rocas formadas de carbonatos devuelven bióxido de carbono a la atmósfera?

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CCH. Plantel Azcapotzalco. Octubre 2007 f) ¿Cuales zonas del globo terrestre participan en el ciclo del carbono?

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