texto quimica by miguel farias

QUÍMICA

GUÍA DIDÁCTICA PARA EL PROFESOR

Mónica Rojas Rosales

Profesora de Química y Ciencias Naturales. Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación.

Jorge Valenzuela Pedevila

Profesor de Biología y Química. Universidad de Chile. Doctor en Química (PhD). The University of Texas, USA.

Martín Contreras Slotosch

Doctor en Ciencias Naturales. Dr. Rer. Nat. Universidad de Karlsruhe, Alemania. Profesor de Estado en Química. Universidad de Chile.

Gianni Cordano Carrara

Químico Farmacéutico. Universidad de Chile. Académico de la Fac. de Cs. Químicas y Farmacéuticas. Universidad de Chile.

I.S.B.N.: 978-956-12-1973-1. 1ª edición: diciembre de 2008. Número de ejemplares: 3.401 © 2008 por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Inscripción Nº 176.071. Santiago de Chile. Derechos exclusivos de edición reservados por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Editado por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Los Conquistadores 1700. Piso 10. Providencia. Teléfono 8107400. Fax 8107455. E-mail: zigzag@zigzag.cl Santiago de Chile. El presente libro no puede ser reproducido ni en todo ni en parte, ni archivado ni transmitido por ningún medio mecánico, ni electrónico, de grabación, CD-Rom, fotocopia, microfilmación u otra forma de reproducción, sin la autorización escrita de su editor. Impreso por RR Donnelley. Antonio Escobar Williams 590. Cerrillos. Santiago de Chile.

QUÍMICA IV MEDIO GUÍA DIDÁCTICA PARA EL PROFESOR Es un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A. Gerencia General

Ramón Olaciregui

Dirección Editorial

Mirta Jara

Edición

Cristián Galaz Esquivel

Asesoría pedagógica

José Navarrete Palominos Guillermo Salgado Morán

Corrección de estilo

Elisa Castillo

Director de Arte

Juan Manuel Neira

Equipo de diseño

Erika Federici Pamela Buben Daniel Brown Franco Giordano

Ilustraciones

Jaime Castro Leyton

Fotografías

Archivo editorial

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1. Índice 1. Índice

2. Organización del texto • Contenidos de las Unidades

/4 /5

3. Estructura del texto

4. Planificación General • Unidad 1: Los polímeros • Unidad 2: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones • Unidad 3: Procesos químicos industriales

/8 /8 /8 /9

5. Orientaciones didácticas por Unidad

/ 10

5.1 Primera Unidad: Polímeros sintéticos y naturales 5.1.1 Planificación de la Unidad 1 5.1.2 Orientaciones didácticas de la Unidad 1 • Capítulo 1: Polímeros naturales • Capítulo 2: Polímeros sintéticos 5.1.3 Solucionarios • Evaluación del capítulo 1 • Evaluación del capítulo 2 • Evaluación de la Unidad 1 5.1.4 Errores y dificultades más frecuentes 5.1.5 Anexos 5.1.5.1 Material complementario de apoyo a los CMO • Elaboración de Mapas Conceptuales para los capítulos de la Unidad 1 • Autoevaluación (KSPI) 5.1.5.2 Recursos electrónicos para la Unidad 1: Los polímeros 5.1.5.3 Instrumento de evaluación fotocopiable 5.1.6 Bibliografía de la Unidad

/ 55 / 57 / 59

5.2 Segunda Unidad: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones 5.2.1 Planificación de la Unidad 2 5.2.2 Orientaciones de la Unidad 2 • Capítulo 1: Propiedades del núcleo • Capítulo 2: Radioactividad • Capítulo 3: Fisión y fusión nuclear 5.2.3 Solucionarios • Evaluación del capítulo 1 • Evaluación del capítulo 2 • Evaluación del capítulo 3 • Evaluación de la Unidad 2 5.2.4 Errores y dificultades más frecuentes 5.2.5 Anexos 5.2.5.1 Instrumentos de evaluación fotocopiables 5.1.6 Bibliografía de la Unidad

/ 60 / 61 / 62 / 62 / 66 / 73 / 77 / 77 / 78 / 80 / 82 / 85 / 85 / 85 / 92

/ 10 / 11 / 12 / 12 / 30 / 38 / 38 / 41 / 44 / 51 / 52 / 52 / 53 / 54

5.3 Tercera Unidad: Procesos de la industria química 5.3.1 Planificación de la Unidad 3 5.3.2 Orientaciones didácticas de la Unidad 3 • Capítulo 1: Minerales metálicos • Capítulo 2: Minerales no metálicos • Capítulo 3: Vidrios, cerámicas y cemento 5.3.3 Solucionarios • Evaluación del capítulo 1 • Evaluación del capítulo 2 • Evaluación del capítulo 3 • Evaluación de la Unidad 3 • Preguntas directas 5.3.4 Anexos 5.3.4.1 Actividad complementarias para la Unidad 5.3.4.2 Instrumento de evaluación 5.3.5 Bibliografía de la Unidad

/ 93 / 94 / 95 / 95 / 102 / 110 / 114 / 114 / 116 / 117 / 119 / 125 / 127 / 127 / 130 / 59

6. Anexos / 137 6.1 Instrumentos de evaluación fotocopiable / 137 • 1. Ejemplos de pautas para evaluar diversas modalidades de trabajo colaborativo / 137 • 2. Pautas para evaluar habilidades de aprendizaje colaborativo / 138 • 3. Ejemplos de modelos para diseñar protocolos experimentales, pautas de entrevista, fichas, encuestas. / 140 • 4. Ejemplos y fichas de autoevaluación / 143 • 5. Escala para la valoración de dibujos de ciencias / 144 • 6. Pauta para evaluar el cuaderno de ciencias / 145 • 7. Pauta para evaluación de lectura de textos científicos en parejas / 146 • 8. Pauta de seguimiento del desarrollo de habilidades científicas / 147 • 9. Breve guía metodológica para orientar el trabajo grupal / 148

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2. Organización del texto 2.1. Introducción El programa de 4º año de Enseñanza Media muestra un énfasis en la integración de las ciencias. En la primera Unidad, Polímeros sintéticos y naturales, sus contenidos señalan una clara relación de la Química Orgánica con la Biología; en la segunda Unidad, Fenómenos nucleares y sus aplicaciones, la Química se relaciona con la Física y la Medicina, y en la tercera Unidad, Procesos químicos industriales, se abarcan contenidos en los que están presentes la Química Orgánica y la Química Inorgánica. El texto de Química para Cuarto Año Medio ha sido construido alternando actividades basadas en el método indagatorio con las materias propias de cada unidad. A su vez, cada unidad se distribuye en capítulos que se correlacionan. Este método de enseñanza asegura en el alumno o alumna la incorporación de aprendizajes a través de la investigación y experimentación por sí mismo de los conceptos científicos necesarios para internalizar los contenidos y lograr los objetivos propuestos por el Mineduc para este Nivel.

El Método Indagatorio Este método está siendo ampliamente utilizado como alternativa metodológica para la enseñanza de las ciencias. La metodología indagatoria basada en el razonamiento científico, contempla cuatro etapas: Focalización, Exploración, Reflexión y Aplicación. La Focalización es la etapa en la que se formula una situación problemática a través de preguntas que conllevan el objetivo a lograr. Estas preguntas son sobre preconceptos que el alumno o alumna tiene acerca de un determinado tema. La Exploración es la segunda etapa. En ella los alumnos o alumnas realizan experimentos o análisis de textos que los llevan a corroborar o descartar las posibles respuestas o hipótesis planteadas en la

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primera etapa. De esta manera, el o la estudiante construye su propio conocimiento en forma autónoma. El trabajo en equipo en esta etapa refuerza competencias intelectivas, valorativas argumentativas, interpretativas propositivas, entre otras. Durante la etapa de Reflexión, se comparan o contrastan sus respuestas con lo obtenido experimentalmente. En esta etapa, si el trabajo ha sido hecho responsablemente, los alumnos o alumnas deberían lograr aprendizajes significativos sobre el tema en desarrollo. Posteriormente, los o las estudiantes pueden transferir lo aprendido a situaciones nuevas, lo que constituye la etapa final de Aplicación. Lo interesante de esta metodología, es que los o las estudiantes no son seres pasivos frente al proceso de enseñanza-aprendizaje, sino que pasan a ser los actores principales en la adquisición de conocimientos, habilidades y competencias, confirmando o modificando sus preconceptos, en este caso de Química. Por otro lado, al ser esta una metodología que requiere del trabajo cooperativo, en equipo, refuerza y/o desarrolla en los estudiantes habilidades y competencias sociales, argumentativas, de comprensión lectora, de responsabilidad, entre otros, que están presentes en los objetivos transversales de la Química y de todas las asignaturas científicas. El profesor, por su parte, se transforma en un guía y deja de ser el único conductor de la clase, como también se traslada la responsabilidad del aprendizaje del profesor al estudiante. Este cambio de mirada en la metodología de la enseñanza de las ciencias, en este caso de la Química, es una buena oportunidad para tener estudiantes más participativos y comprometidos con su aprendizaje y con la sociedad.

Contenidos de las Unidades Unidad 1:

Unidad 2:

Unidad 3:

Polímeros naturales y sintéticos

Fenómenos nucleares y sus aplicaciones

Procesos químicos industriales

• Concepto de polímeros Formación de polímeros de adición. Descubrimiento y aplicaciones comerciales de algunos polímeros. Caucho sintético y natural. Vulcanización.

• Isótopos y estabilidad nuclear. Radiactividad nuclear y cinética de desintegración. Conceptos de vida media y de serie radiactiva. Datación de objetos de interés arqueológico e histórico.

• Fuentes de materias primas en la hidrósfera, litósfera y biósfera para algunos procesos industriales.

• Composición de péptidos: aminoácidos esenciales. Estructura y propiedades de péptidos y polipéptidos. Niveles de organización de proteínas. Importancia de la estructura de las proteínas en relación con su función biológica. Clasificación de las proteínas. Estructura simplificada y replicación de ácidos desoxirribonucleicos.

• Fisión y fusión nuclear. La bomba atómica y los reactores nucleares. El impacto de las tecnologías nucleares sobre la vida del ser humano, en especial sus consecuencias éticas, sociales y sicológicas. Ventajas, beneficios, peligros y amenazas de la utilización de las tecnologías nucleares en diversos ámbitos. • Aplicación de los isótopos y de la radiación a la medicina, agricultura e investigación química y bioquímica. Efecto de la radiación sobre los seres vivos.

• Estudio de los procesos de obtención de los metales cobre, hierro y litio y de los no metales yodo y azufre a partir de sus minerales. Obtención de ácido sulfúrico. Reacciones químicas involucradas en los procesos anteriores y sus aspectos estequiométricos, termodinámicos y cinéticos. Estudio del valor agregado en la purificación de los metales hierro y cobre. Aceros. • Procesos industriales de algunos materiales de uso masivo. • Materias primas principales y los procesos básicos de obtención del vidrio, cemento y cerámica. • Fabricación de polímeros sintéticos: polietileno, nailon y siliconas. • Aspectos elementales de la cinética de estas reacciones. Uso de catalizadores.

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3. Estructura del texto Tal como se ha planteado, este texto está orientado hacia el aprendizaje significativo del estudiante, para lo cual se promueve la autonomía y curiosidad, mediante una organización de la información y actividades, que considera los siguientes aspectos y recursos: • Un inicio de cada capítulo mediante una actividad indagatoria que busca contextualizar y explorar ideas previas de los estudiantes. • Presentación coloquial de los contenidos, partiendo fundamentalmente de interrogantes o situaciones que generen “quiebre cognitivo”, invitando a la lectura y estimulando la curiosidad e interés por aprender. En esta sección, se busca que el estudiante se apropie de manera gradual y significativa de los conceptos tratados. • Actividades no experimentales para desarrollar en clases, cuyo objetivo es la aplicación y uso significativo del conocimiento. • Actividades experimentales para la profundización, extensión y construcción del conocimiento. • Síntesis gráfica de cada capítulo. • Actividades de evaluación. • Al finalizar cada unidad, se plantea además el desarrollo de un proyecto de integración y la lectura de un artículo periodístico que ilustra relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad, a lo largo de la historia.

Estos recursos se presentan en el texto mediante las siguientes secciones: Para cada capítulo se contempla: • Exploremos: consiste en una pequeña actividad o preguntas de tipo indagatorias para estimular el aprendizaje significativo de los estudiantes. • Para tener en cuenta: es un microtexto que establece aclaraciones y/o profundizaciones referidas a los conceptos involucrados en el tema que se está desarrollando. • Concepto clave: al igual que “para tener en cuenta” es un microtexto, pero focalizado en la precisión de un concepto determinado, es decir, reemplaza al tradicional glosario puesto a pie de página o al fin de cada unidad, pero con una aclaración inmediata y por lo tanto más significativa.

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• Actividad experimental: es un desafío para el estudiante, en el que debe poner en práctica una metodología de tipo indagatoria. Esta actividad busca integrar y organizar el conocimiento del estudiante. • Actividad indagatoria: es una actividad breve de reflexión, orientada a la indagación, pero no necesariamente experimental. • Síntesis del capítulo: mediante un mapa conceptual, se organizan gráficamente los principales conceptos tratados en el capítulo, estableciendo relaciones entre ellos. Esta síntesis gráfica se acompaña, además, de un texto de resumen. • Evaluación: se propone como una instancia más de aprendizaje, con el objeto de establecer en qué medida los estudiantes se han apropiado de los aprendizajes esperados de la unidad relacionados con los temas tratados en el capítulo. Cierre de la Unidad • Proyecto científico: es una propuesta de trabajo experimental que busca integrar de manera global los aprendizajes del estudiante desarrollados en la unidad. Esta propuesta de actividad propone el trabajo autónomo y colaborativo del estudiante. • Camino al Bicentenario: es una actividad de reflexión y aplicación basada en la lectura de un artículo de tipo periodístico, que ilustra las relaciones e impactos de la ciencia en la cultura, a través de la historia. • Síntesis de la Unidad: de manera análoga a la síntesis propuesta para cada capítulo, esta es una síntesis global que relaciona de manera gráfica (en un mapa conceptual) los principales conceptos de la unidad. • Evaluación de la Unidad: propone diferentes formas de verificar el nivel de dominio de los aprendizajes por parte de los estudiantes.

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4. Planificación general

Los polímeros

Unidad 1

Fenómenos nucleares y sus aplicaciones

Unidad 2

Temas/aprendizajes

1. Polímeros naturales.

2. Polímeros sintéticos.

Temas/aprendizajes

1. Propiedaades del núcleo.

2. Radiactividad.

3. Fisión y fusión nuclear.

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Tiempo (semanas)

Recursos didácticos

Tipo de evaluación

Exploremos (1) Actividad indagatoria (10) Concepto clave (4) Para tener en cuenta (9) Actividad experimental (4) Síntesis (1)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

Exploremos (1) Actividad indagatoria (4) Concepto clave (2) Para tener en cuenta (6) Actividad experimental (3) Síntesis (1)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

Camino al bicentenario Proyecto de Ciencias Síntesis de la unidad

Evaluación de unidad.

Tiempo (semanas)

Recursos didácticos

Tipo de evaluación

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave (2) Para tener en cuenta (11) Actividad experimental (3) Síntesis (1)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave (-) Para tener en cuenta (10) Actividad experimental (7) Síntesis (-)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave (3) Para tener en cuenta (8) Actividad experimental (3) Síntesis (1)

Evaluación de unidad.

Proyecto de ciencias Síntesis de la unidad

Evaluación de la Unidad

Procesos químicos industriales

Unidad 3

Capítulo

Temas / Aprendizajes

1. Minerales metálicos en chile y su metalurgia

Reconocer las principales materias primas de la industria química nacional. Describir procesos moderno de obtención de metales Comprender y analizar aspectos básicos estequiométricos.

Tiempo (semanas)

Recursos didácticos

Tipo de evaluación

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave (3) Vocabulario (3) Para tener en cuenta (7) Tablas (11) Actividades (7) Síntesis (1)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave ( ) Para tener en cuenta (16) Tablas (13) Actividades (11) Síntesis (1)

Reconocer las principales materias primas de la industria química nacional. 2. Minerales no metálicos

Describir procesos moderno de obtención de no metales. Comprender y analizar aspectos básicos estequiométricos. Comprender y analizar los apectos básicos del ácido sulfúrico.

3. Vidrios, cerámicas y cemento

Mostrar conocimiento de materiales de uso masivo: vidrio, cemento y cerámica

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Vocabulario (3) Concepto clave ( ) Para tener en cuenta (16) Tablas (4) Actividades (3) Síntesis (1)

Evaluación del capítulo (1) (Evaluación de contenidos, para cada capítulo o tema de la unidad).

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5. Orientaciones didácticas por Unidad 5.1 Primera Unidad: Polímeros Mapa conceptual de la Unidad Polímeros son

Macromoléculas

conformadas por

Monómeros

Composición

Estructura

que si son

Iguales

Propiedades físicas

que puede ser

Distintos

Lineal

Ramificada

se denominan

Homopolímeros

se clasifican según

Termorrígidos como

Copolímeros

Entrecruzada

La baquelita Resinas epoxídicas

Termoplásticos Orgánicos

Inorgánicos como la

los hay

Silicona Naturales

Sintéticos

como

La celulosa El almidón Las proteínas El ADN El ARN

como el

Polietileno Polipropileno Poli (cloruro de vinilo) Teflón Policarbonato

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como El polietileno El poliestireno

Elastómeros como El caucho natural

Fibras como nylon dacrón

Aprendizajes

Polímeros sintéticos

Capítulo Polímeros naturales

5.1.2 Planificación de la Unidad 1 Tiempo

Recursos didácticos

Destrezas científicas

• Reconocer las estructuras de polímeros orgánicos y sus monómeros. • Identificar la estructura, composición y organización de las proteínas. • Comprender el rol biológico de las proteínas. • Reconocer la estructura de ácidos nucleicos y sus funciones.

Exploremos (1) Actividad indagatoria (10) Concepto clave (4) Para tener en cuenta (9) Actividad experimental (4) Síntesis (1)

Observar, describir, predecir, verificar, formular objetivos, concluir. Medir, ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, comparar, graficar, calcular, relacionar.

• Comprender la formación de polímeros de adición y condensación. • Distinguir propiedades físicas de algunos polímeros de uso común.

Exploremos (1) Actividad indagatoria (4) Concepto clave (2) Para tener en cuenta (6) Actividad experimental (3) Síntesis (1)

Habilidades del pensamiento

Reflexionar, comprender información, discutir. Comprender, interpretar, aplicar, interpretar, inferir, analizar y sintetizar.

(Semanas)

Recursos tecnológicos

Observar, describir, predecir, verificar, formular objetivos, concluir. Medir, ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, comparar, graficar, calcular, relacionar. Evaluación

Sitios Web • http://www.textoscientíficos.com/polímeros/introduccion • http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/ urbano/2006/04/06/150776.php • http://www.revistainterforum.com/espanol/ articulos/072902Naturalmente.html • http://www.monografias.com/trabajos14/polimeros/polimeros.shtml Polímeros naturales: • http://www.pslc.ws/spanish/natupoly.htm • http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero • http://es.wikipedia.org/wiki/ Categor%C3%ADa:Pol%C3%ADmeros_naturales • http://www.monografias.com/trabajos11/polim/polim.shtml http:// es.wikipedia.org/wiki/Seda • http://www.icarito.cl/medio/articulo/0,0,38035857_157509696_2002 76008,00.html

Mapas conceptuales y Autoevaluación (KPSI)

Sitios Web: • http://wwwprof.uniandes.edu.co/infquimi/revista01/id89.htm

Mapas conceptuales y Autoevaluación (KPSI)

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Unidad 1

5.1.2 Orientaciones didácticas de la Unidad 1

UNIDAD 1 Los polímeros Los autores han estimado procedente dividir esta unidad en dos capítulos: el primero, de Polímeros Naturales, y el segundo, de Polímeros Sintéticos. Este orden corresponde exclusivamente a razones temporales. Los polímeros naturales siempre han estado con nosotros, en cambio los sintéticos son producto de la creatividad humana. A los y las docentes del área química se les recomienda que al enfrentar estos temas los aborden fundamentalmente desde el punto de vista químico básico. Corresponde a los profesores de biología referirse a los papeles y funciones de proteínas y ácidos nucleicos.

Polímeros naturales Páginas 14 a 39

Exploremos: Mi primer polímero (Página 15)

En esta actividad, se pretende acercar al alumno o alumna al concepto de polímero haciendo una analogía con la unión de clips. El concepto de monómero también es deducido a partir de esta actividad, como asimismo algunas características que debe tener una molécula para ser un monómero. Los o las estudiantes observarán que la nueva estructura se va haciendo cada vez más grande. Deberían concluir que las propiedades de la nueva molécula polimérica deben ser diferentes, ya que se han modificado enlaces y ha cambiado su tamaño. En esta actividad los estudiantes podrían mencionar algunas propiedades que cambian de monómero a polímero. Claramente hay diferencias en puntos de ebullición y fusión, su densidad, aspectos físicos como fase, dureza, flexibilidad, entre otras. Fácilmente deberían concluir que la masa molar será mayor y dependerá de la cantidad de monómeros unidos. Debido a que la cantidad de monómeros en un determinado polímero es variable, se acostumbra en la literatura especializada informar para el polímero una masa molar promedio. Con la pregunta de cómo debe ser una molécula para ser monómero de un polímero, la respuesta esperada es que la molécula inicial debe tener al menos dos sitios de enlace para unirse con otras dos moléculas. Se espera que el estudiante observe que esta nueva disposición de los monómeros dará mayor rigidez al polímero.

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1. Introducción a las macromoléculas poliméricas (Página 16)

Es importante que al término de la actividad se haga una integración a nivel del curso para reforzar y dar una definición común de los conceptos de polímero y monómero. Por ejemplo: Monómero: unidad molecular mínima que se repite en un polímero, molécula individual con características propias. Polímero: larga cadena molecular formada por unidades moleculares más pequeñas, iguales o diferentes. En las siguientes páginas Web se encuentra información sobre cristalización y estado vítreo de polímeros. http://www.textoscientificos.com/polimeros/temperatura http://pslc.ws/spanish/tg.htm

Actividad indagatoria: ¿Qué polímeros encontramos en nuestro entorno? (Página 18)

En esta segunda actividad, los objetivos son recolectar, clasificar y comparar algunos polímeros que se encuentran en nuestra vida cotidiana. El estudiante ya tiene una idea del concepto de polímero y sabe que los plásticos son un tipo de ellos. Sin embargo, a través de la indagación, conocerá otros polímeros presentes en su cuerpo, en los de animales y en las plantas. Partiendo de la premisa de que todos los materiales recolectados tienen estructuras poliméricas, el estudiante clasifica y ordena en una tabla dichos materiales según su origen, natural o artificial. Posible tabulación: Naturales

Artificiales

Lana, algodón, pelo, madera

Papel, recipiente de yogur, caja de CD, botella, cola fría

Según sus preconceptos, el estudiante debe saber que son materias primas la lana, el algodón y la madera. Para identificar la composición química, podrían diseñar experiencias simples como quemar y verificar la presencia de C, H y O. Pueden buscar en la literatura la estructura de cada material y luego comentar y comparar. De acuerdo con sus conocimientos, el estudiante concluirá que la lana y pelo tienen un origen animal y el algodón y la madera son materias vegetales. Las actividades realizadas lograrán que el estudiante identifique algunos polímeros existentes en la naturaleza.

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Unidad 1

Más sobre polímeros: http://www.textoscientificos.com/imagenes/polimero-aromatico.gif http://www.freepatentsonline.com/6936399-0-large.jpg http://www.steve.gb.com/images/molecules/polymers/lignin.png

2. Polímeros en plantas e insectos (Página 19)

Actividad indagatoria: ¿Qué es la β-D-glucosa? (Página 19)

En esta actividad se pretende que el estudiante aplique algunos preconceptos aprendidos en Biología sobre la glucosa y fortalezca los mismos con respecto a la parte estructural, ya que esta molécula es el monómero de algunos polímeros que se tratan más adelante. El o la docente debe tener especial preocupación en la representación de sacáridos, dado que es algo compleja la representación de estructuras comprensibles de moléculas tridimensionales, en particular en moléculas que poseen centros asimétricos. El problema es cómo representar en un plano tanto moléculas abiertas como cíclicas. Generalmente se utilizan las fórmulas de proyección de Fischer y de Haworth. Estructuras de Fischer Es una forma de representar moléculas orgánicas en donde existen enantiómeros. Todas las uniones son líneas simples en el plano de la hoja. Las líneas verticales son uniones que se proyectan hacia atrás del plano y las horizontales son uniones que se proyectan hacia adelante del plano (hacia el lector). Estructuras de Haworth Corresponde a la estructura cíclica de una molécula orgánica dibujada en el plano, pero tratando de representarla en el espacio. Para ello se marcan en negrita los enlaces C – C que están hacia delante del plano, ubicando el átomo de oxígeno en la parte superior derecha. Los sustituyentes de cada carbono están sobre el plano y bajo él. A continuación, se presenta la estructura de cadena abierta de la D-glucosa.

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Los monosacáridos se encuentran principalmente en forma cíclica. Por ejemplo, la glucosa habitualmente presenta las siguientes estructuras:

Estructura A

Estructura B

Observa las estructuras A y B. ¿Qué diferencia notas entre ellas? Averigua qué nombre recibe cada una de estas moléculas. Con esta pregunta se logrará que el estudiante, a través de la observación, identifique la estructura de la glucosa y diferencie entre las estructuras denominadas a-glucosa (estructura A) y b-glucosa (estructura B), observando la posición del grupo OH del carbono que se encuentra a la derecha de cada estructura. Notará que el resto de los grupos OH presentan la misma ubicación. Dos moléculas de glucosa pueden formar un disacárido a través de la unión entre los carbonos 1 de una molécula y 4 de la otra. El alumno debería darse cuenta de la liberación de una molécula de agua al unir dos moléculas de glucosa. De acuerdo con los preconceptos de Biología debería saber que dicho enlace se denomina glicosídico o glucosídico. Aquí es importante que el profesor o profesora dibuje en la pizarra o muestre al curso la estructura de dos moléculas de glucosa e indique la forma en que se produce este enlace y el desprendimiento de la molécula de agua. A continuación se representa la formación de la maltosa por condensación de 2 moléculas de glucosa.

Unidad 1 Guía didáctica para el profesor

Unidad 1

En esta etapa, el profesor o profesora, puede hacer una clase expositiva donde clasifique los carbohidratos o azúcares, en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, conectando de esta manera la Química con la Biología. A través de la estructura, aplicará los conceptos aprendidos en Química Orgánica con respecto a los grupos funcionales presentes, diferenciando entre cetohexosa y aldohexosa. También aquí se pueden introducir las pentosas como la ribosa y la desoxirribosa que se encuentran en los ácidos nucleicos.

Pentosa Aldopentosa

Hexosa Aldohexosa

Hexosa Cetohexosa

Algunas aldopentosas naturales son:

Ciclación de la glucosa La molécula de cadena abierta (proyección de Fisher) de la glucosa se puede ciclar por condensación entre el grupo carbonilo del carbono 1 con el OH del carbono 5, lo que se puede representar de la siguiente manera:

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β-D-glucosa Forma hemiacetálica

D-glucosa cadena abierta

α-D-glucosa Forma hemiacetálica

Un carbono hemiacetálico es aquel que tiene enlaces con hidrógeno, un hidroxilo, un grupo R-O y un grupo R, tal como se muestra en la figura siguiente:

En la ciclación se forman dos isómeros ópticos llamados anómeros, que en su nomenclatura se diferencian con las letras griegas α y b. En esta reacción, se forman dos isómeros ópticos llamados anómeros. Estas especies se diferencian en su nomenclatura con las letras griegas α y b. Otra forma de representar la ciclación de la D-glucosa es a través de las proyecciones de Haworth, en las que en un plano se representa el ciclo en tres dimensiones, marcando más fuertemente los enlaces que están más cerca del lector y colocando el átomo de oxígeno en la parte superior derecha del ciclo (hacia atrás). En cada átomo de carbono hay un sustituyente sobre el plano del anillo y otro bajo el plano del anillo. ¿Cuál parece más entendible, la estructura de Haworth o la hemiacetálica? Se le da la denominación α, a aquella molécula que, en la proyección de Haworth para la glucosa (estructura cíclica a la derecha), presenta el grupo OH del carbono anomérico bajo el plano del anillo, y b a aquella estructura que tiene el grupo OH del carbono anomérico sobre el plano del anillo.

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Unidad 1

Representación de la ciclación con fórmulas de Haworth

Se recomienda ver las siguientes páginas Web sobre estructuras de glúcidos. http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B1_BIOQUIMICA/ t13_GLUCIDOS/informacion.htm http://www.monografias.com/trabajos24/carbohidratos/carbohidratos.shtml http://www.um.es/qcba/carbo/carbo1.ppt#2

Actividad indagatoria: El almidón (Página 21)

En el texto del estudiante se pregunta si las estructuras de la amilosa y amilopectina pueden ser consideradas polímeros. Enlace α 1-4

Una sección de la amilosa

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Una sección de la amilopectina

Al realizar esta actividad, los estudiantes observarán en los esquemas que el monómero del almidón es la glucosa. Podrán identificar las diferentes uniones de la glucosa en la amilosa y en la amilopectina. En estas estructuras observarán que la amilosa tiene estructura lineal y la amilopectina ramificada. Finalmente, comparando la estructura del almidón y de la celulosa, observarán que están formadas por el mismo monómero, la glucosa. El profesor o profesora puede realizar otra actividad, construyendo las estructuras de tres moléculas de glucosa con esferas de plumavit y mondadientes, para luego, realizar las uniones pertinentes entre ellas, verificando la formación de polímeros como el almidón o la celulosa. Por otra parte, al relacionar las estructuras del almidón y la celulosa, el o la estudiante podrá justificar alguna de las diferencias entre estos dos polímeros naturales. Por ejemplo, que el almidón es parcialmente soluble en agua y la celulosa es insoluble. Se sabe, además, que el almidón sirve de alimento a los humanos y a muchos animales, ya que existen enzimas digestivas en sus organismos que catalizan la hidrólisis de los enlaces α-glucosídicos presentes en el almidón, pero no tienen enzimas capaces de catalizar la hidrólisis de enlaces b-glucosídicos como los que tiene la celulosa. Los rumiantes pueden degradar la celulosa de hierbas y otros vegetales, ya que poseen microorganismos que contienen las enzimas apropiadas para ello (b-glucosidasas). Las termitas también poseen estas enzimas, de ahí que su principal alimento es la madera.

Actividad experimental: Reconociendo el almidón (Página 22)

En esta actividad, el estudiante aplica sus conocimientos previos en cuanto a alimentos que contienen almidón. Experimentalmente reconoce la presencia de esta sustancia con lugol. La coloración violeta observada en el reconocimiento del almidón con lugol se debe a que el yodo se introduce entre las espiras de la molécula de almidón, formando

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Unidad 1

un compuesto de inclusión. Si bien esta reacción modifica las propiedades físicas del almidón (coloración) no produce un cambio químico en el mismo. Este cambio se observa en frío. Al calentar la solución violeta del almidón con lugol, el color violeta desaparece, debido a que el lugol se desplaza de la molécula de almidón. Si se vuelve a enfriar nuevamente, aparece el color violeta. El lugol da coloración azul intenso con la amilosa (20% del almidón), fracción soluble en agua y es rojiza con la amilopectina (80% del almidón), fracción insoluble Actividad indagatoria: El caucho o hule (Página 23)

En esta actividad, el estudiante podrá relacionar lo aprendido en Química Orgánica de Segundo Año Medio sobre la nomenclatura de compuestos orgánicos con la estructura del caucho o hule (poli-cis-isopreno). Además, el profesor puede comenzar a introducir los polímeros semisintéticos con el concepto de vulcanización, que se estudia más adelante. Actividad indagatoria: Descubriendo la seda (Página 24)

Esta es otra actividad de indagación, ocupando en este caso un polímero natural como lo es la seda. Es un material que los estudiantes han oído nombrar o conocen en su vida diaria, pero del que no saben su origen ni su estructura química. Existe bastante información en Internet sobre este tema que puede resultar atractivo para el estudiante, por ser algo conocido.

Dextrina

¿Cómo producen la seda las orugas de la mariposa de seda? La oruga de la mariposa de seda conocida como Bombyx mori, tiene bajo su labio inferior la trompa de seda o hilera, que es el orificio por donde sale la hebra de seda. Al deglutir, el alimento pasa por el esófago y recibe el líquido secretado por las glándulas salivales. Después, este mismo líquido viscoso transforma en dextrina el almidón de las hojas de la morera y el líquido alcalino secretado por el estómago continúa la digestión y la asimilación. Las glándulas sedosas, donde se acumula la seda, tienen la forma de dos tubos alargados y brillantes, situados debajo del tubo digestivo, los que se unen de modo que sólo sale un fino hilo de seda. Las dextrinas son un grupo de carbohidratos de baja masa molar producidas por la hidrólisis del almidón. Tienen la misma fórmula general que los carbohidratos pero son de una longitud de cadena más corta. La producción industrial es realizada generalmente por la hidrólisis ácida del almidón de patata. Las dextrinas son solubles en agua, sólidos de color blanco hasta levemente amarillo, ópticamente activos. Analíticamente, las dextrinas se pueden detectar con la solución del yodo, dando una coloración roja. La mayor parte de las sedas están constituidas por la proteína fibrosa fibroína y por una proteína amorfa viscosa llamada sericina, que desempeña el papel de cementación.

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

La fibroína de la seda está formada por cadenas con plegamiento β antiparalelo, en el cual las cadenas se extienden paralelamente al eje de la fibra. Los estudios muestran que grandes extensiones de la cadena están constituidas por seis residuos que se repiten. (- gli -ser - gli - ala - gli - ala - )n

Dos cadenas polipeptídicas vecinas; se muestra la alternancia de glicina y alanina intra e intercadena. Las hojas β proyectan la glicina hacia una superficie, las cadenas laterales de la alanina y la serina están dispuestas hacia la otra superficie. Además, las cadenas se apilan, de modo que las capas en las que se establece contacto con las cadenas laterales de la glicina se alternan con aquellas de alanina y serina. Esta estructura explica, en parte, las propiedades mecánicas de la seda.

Dos cadenas polipeptídicas antiparalelas de la fibroína de la seda (modelo

de esferas llenas).

Más información se puede encontrar en los sitios: http://es.wikipedia.org/wiki/Seda http://www.icarito.cl/medio/articulo/0,0,38035857_157509696_200276008,00. html http://www.agrobit.com/Microemprendimientos/cria_animales/MI000003cr.htm http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761561821_2/Textiles.html http://www2.uah.es/biomodel/model5/beta/j/inicio.htm http://bifi.unizar.es/jsancho/estructuramacromoleculas/6Proteinasfibrosas/ fibroina.JPG http://www.bioquimicaqui11601.ucv.cl/unidades/proteinas/ptnas6fid.html

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Unidad 1

3. Proteínas (Página 25) Actividad indagatoria: Recordemos las proteínas (Página 25)

Nuevamente en esta actividad se relaciona la Química con la Biología. Las proteínas son un tema que los estudiantes han visto y, por lo tanto, en esta actividad de indagación recordarán algunos preconceptos. El profesor o profesora puede hacer en esta parte un esquema en la pizarra con las funciones que tienen las proteínas en los seres vivos y nombrar algunas características generales como que son específicas y que a través de algunas de ellas se expresa la información genética. Un posible esquema de funciones se presenta en la siguiente representación: reserva

movimiento

transporte

proteínas

hormonal

enzimática

homeostática

estructural inmunológica

Respuesta a algunas preguntas del texto del alumno: ¿Qué grupos funcionales orgánicos aparecen en las unidades moleculares que forman las proteínas? R: amino y ácido carboxílico ¿Qué elementos químicos están presentes en las proteínas? R: C, H, O, N y en algunas S y P. ¿Qué estructuras presentan las proteínas? R: Estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Actividad experimental: ¿Qué elementos químicos están presentes en las proteínas? (Página 25)

Con esta actividad experimental se corroboran preconceptos con respecto a la composición química de las proteínas. El profesor o profesora puede inducirlos a experimentar con otros materiales que el alumno o alumna suponga que contienen proteínas. a) ¿Qué elemento reconoces en la carbonización? R: Se reconoce el carbono. b) Observa las paredes del tubo. ¿Qué sustancia identificas?

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R: En las paredes del tubo se observa condensación de agua, con lo que se estaría reconociendo la presencia de hidrógeno y oxígeno, aunque parte del oxígeno lo aporta el aire. c) ¿Cuáles son los elementos químicos que la forman? R: C-H-O-N a veces S y P. d) Acerca un fósforo encendido a la boca del tubo. ¿Qué ocurre? ¿Qué sustancia reconoces? R: Al acercar el fósforo encendido a la boca del tubo, observarán que éste se apaga. Cuando las proteínas se oxidan se forma N2, H2O y CO2. Por ejemplo:

CH3

NH2

CH3 NH

COOH +

15 O 2 2

6CO2 + 6 H2O + N2

Con la muestra de pelo u otras sustancias que contienen proteínas, se deberían obtener resultados similares. Actividad indagatoria: Unión entre aminoácidos (Página 28)

La siguiente actividad permitirá que los estudiantes concluyan que las proteínas también son polímeros cuyos monómeros son los aminoácidos. El realizar la modelación de aminoácidos para formar un dipéptido, es una forma de internalizar la estructura básica de una proteína y de sus monómeros. Nuevamente el trabajo en grupo refuerza competencias sociales, argumentativas, etc. Exponer y fundamentar las respuestas dadas por los o las estudiantes ante el curso y discutirlas con la profesora o profesor, nuevamente es una instancia para reforzar competencias que se quiere fomentar en los o las estudiantes. ¿Cómo se unen los aminoácidos para formar las proteínas? R: Para explicar la unión de aminoácidos se sugiere, por ejemplo, copiar en la pizarra el esquema que aparece en el libro e indicar el proceso químico que ocurre en la unión. Los aminoácidos se unen a través de enlaces llamados peptídicos. El enlace peptídico se forma entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido carboxílico de otro, con la liberación de una molécula de agua.

Esquema de la unión peptídica de dos aminoácidos.

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Unidad 1

¿Pueden considerarse las proteínas como polímeros? R: Las proteínas se consideran como polímeros biológicos por ser moléculas polipeptídicas con pesos moleculares muy elevados (hasta 50 millones en unidades uma) ¿Cuántos dipéptidos pueden formarse por la unión de dos aminoácidos diferentes? R: Suponiendo que ambos aminoácidos tienen un grupo carboxilo y un grupo amino, por ejemplo, glicina y alanina, sólo pueden formarse dos dipéptidos: gli-ala y ala-gli, lo que depende de cuál grupo amino reacciona con el grupo carboxilo del otro aminoácido. Si los aminoácidos tienen más de un grupo carboxilo o más de un grupo amino, por ejemplo el ácido aspártico (2 grupos COOH) o la lisina (2 grupos NH2), se pueden formar mayor cantidad de dipéptidos de acuerdo con las combinaciones posibles. ¿Cuántos tripéptidos pueden formarse por la unión de tres aminoácidos diferentes? R: Según lo indicado anteriormente, si los aminoácidos tienen sólo un grupo amino y sólo un grupo carboxilo, por ejemplo, glicina (gli), alanina (ala) y fenilalanina (fen), se pueden dar 6 combinaciones : 1) gli-ala-fen 2) gli-fen-ala 3) ala-gli-fen 4) ala-fen-gli 5) fen-gli-ala y 6) fen-ala-gli. Actividad experimental: ¿Cómo reconocer la presencia de proteínas? (Página 31)

Esta Actividad grupal de exploración a través de la experimentación tiene como objetivo que el alumno o alumna identifique y aplique algunas técnicas de reconocimiento de proteínas en alimentos de consumo diario. a) Al agregar ácido nítrico concentrado en el trozo de carne notará la desnaturalización de la proteína, que toma un aspecto de carne cocida y en algunas zonas un tono amarillento.

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b) En el caso de la clara de huevo, por desnaturalización se coagula, adquiriendo un color blanco y también puede aparecer alguna zona amarillenta. Al agregar la solución de NaOH, se ve claramente una coloración naranja que indica la presencia de proteínas. Este método de reconocimiento de proteínas se conoce como método Xantoproteico, ya que el ácido nítrico al actuar sobre ciertas las proteínas, produce el ácido xantoproteico de color amarillo. c) Con la acción del ácido acético sobre la leche, se logra extraer la proteína de la leche llamada caseína. Al practicar el método xantoproteico se observa la típica coloración amarilla. Una vez realizada la actividad, el alumno o alumna puede practicar este método de reconocimiento de proteínas sobre otros alimentos de su vida diaria. Otro método que se puede utilizar para reconocer proteínas es el Método de Biuret. Las proteínas y péptidos, en presencia del ion Cu2+, forman complejos de color violeta en medio básico que dependen de la presencia de enlaces peptídicos. La práctica consiste en preparar una solución con la sustancia que tiene proteínas, agregarle 1 mL de solución de NaOH al 10% m/m, y luego 5 gotas de solución de sulfato cúprico (Reactivo de Benedict) Reactivo de Benedict: Solución de 17,3 g de sulfato de cobre cristalizado, 173 g de citrato de sodio o potasio, 200 g de carbonato de sodio en 1 L de agua destilada En la siguiente página Web se encuentran variados experimentos de reconocimiento: http://www. ellaboratorio.8k.com/bioquimica.htm Actividad experimental: Ruptura de los polímeros que forman las proteínas (Página 32)

En esta actividad los alumnos o alumnas identifican el concepto de desnaturalización de las proteínas y pueden aplicarlo a las actividades anteriores. El siguiente esquema muestra el proceso de desnaturalización de una proteína. En el proceso de desnaturalización de una proteína, se altera la disposición espacial de sus cadenas polipeptídicas, transformándose en una estructura más desordenada. La desnaturalización puede ser reversible o irreversible. Esto último ocurre cuando se rompen enlaces bisulfuros. Los efectos de la desnaturalización pueden ser varios, entre ellos la disminución de la solubilidad por el desbloqueo de los grupos hidrófobos, una alteración en la retención de agua y la pérdida de la actividad biológica. La desnaturalización puede ser causada por diferentes agentes.

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Unidad 1

Agentes físicos

Agentes químicos

Calentamiento Enfriamiento Tratamientos mecánicos Presión hidrostática

Ácidos Bases Metales Disolventes orgánicos Soluciones de sustancias orgánicas (urea, guanina)

Irradiación Conclusiones:

• La estructura de las proteínas se mantiene estable mientras se encuentre en un medio adecuado. • Diversos factores pueden alterar la estructura de una proteína provocando su desnaturalización, lo que la hace perder su función. Algunos de estos factores son alteraciones en: pH, temperatura, concentración de sales, sustancias básicas, entre otros. • Al desnaturalizarse una proteína, generalmente se mostrará como un precipitado. Su reconocimiento experimental puede ser efectuado con el método Xantoproteico. En las siguientes páginas se encuentra información adicional sobre proteínas y su desnaturalización: http://docencia.izt.uam.mx/docencia/alva/fisicoquimica20.html http://es.wikipedia.org/wiki/Desnaturalizaci%C3%B3n_(bioqu%C3%ADmica) http://www.monografias.com/trabajos13/prote/prote.shtml

4. Ácidos nucleicos: ADN y ARN (Página 33) Actividad exploratoria: En el baúl de la memoria (Página 33)

Actividad de refuerzo e indagación de conocimientos previos tendiente a aproximar a los alumnos en el recuerdo de información acerca de los ácidos nucleícos. Actividad indagatoria: ¿Cuál es la estructura del polímero de ADN y de ARN? (Página 35)

Utilizando la nomenclatura de códigos de color, los alumnos o alumnas esquematizan estructuras de ADN y ARN, concluyendo que estas macromoléculas también pueden ser consideradas polímeros cuyos monómeros serían los ácidos nucleicos. Por otra parte, identifican las secuencias de las bases nitrogenadas en el ADN y ARN, constatando sus semejanzas y diferencias.

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Actividad indagatoria: El polímero de ADN (Página 37)

Esta actividad representa cierta complejidad dado que son muchas las posibilidades de combinación. La siguiente figura representa una sección de ADN. Indica la base nitrogenada que debería ir en cada número. 1

¿Cuál sería la secuencia de bases nitrogenadas en las moléculas de ARN, formadas de cada cadena de la estructura de ADN del ejercicio? R: Cadena superior ADN: T – C – G– T – C – G – A – A ARNm: U – G – C – U – G – C – T – T Cadena inferior

ADN: A – G – C – A – G – C – T – T ARNm: T – C – G – T – C – G – A - A

¿Qué aminoácidos presentaría la sección de las proteínas formadas por cada una de las cadenas de ARN encontradas? Para responder se debe utilizar la tabla de codones incluida en el texto del estudiante. R: el alumno o alumna debe recordar y si no lo sabe lo expondrá el profesor o profesora, que el ARNm se sintetiza a partir de la hebra molde del ADN; éstos a su vez transfieren la información al ARNt quien finalmente une los aminoácidos correspondientes. Cadena superior ADN: T – C – G- T – C – G – A – A ARNm: U – G – C – U – G – C – T – T ARNt: T – C – G - T – C – G – A – A Aminoácidos: Cys – Cys Cadena inferior Aminoácidos:

ADN: A – G – C – A – G – C – T – T ARNm: U– C – G – U– C – G – A – A ARNt: A – G – C – A – G – C – T – T Ser – Ser -

Recordar que cada aminoácido se codifica a partir de tres bases nitrogenadas, en el ejemplo se pueden distinguir dos aminoácidos, que en la cadena superior corresponden a la cistina y en la inferíor a la serina. El profesor o profesora puede hacer múltiples ejercicios agregando más bases para obtener cadena de aminoácidos de mayor tamaño.

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Unidad 1

Páginas para consultas: http://www2.uah.es/biomodel/model4/dna/codons.htm http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/ T402_ACIDNUCLE/INDICE.htm

Actividad complementaria para el profesor Enzimas de importancia biológica El estudio de las enzimas es un tema que el profesor o profesora puede anexar al contenido de proteínas. El tratamiento puede ser a través de experimentación simple como la que se sugiere más abajo. Las enzimas son proteínas especializadas, por lo tanto son estructuras poliméricas cuyos monómeros son aminoácidos El término enzima, propuesto en 1867 por Wilhelm Kühne, deriva del griego zymc que significa “en fermento”. Algunos tipos de enzimas son: • Enzimas hidrolíticas: Son aquellas que aceleran reacciones de rompimiento de sustancias al reaccionar con moléculas de agua. • Enzimas oxidantes: Son aquellas que aceleran las reacciones de oxidación. • Enzimas reductoras: Son aquellas que actúan en reacciones de reducción con desprendimiento de oxígeno. Para nombrar las enzimas, se agrega el sufijo “asa” al nombre del sustrato sobre el que actúan. Por ejemplo, las que actúan sobre las proteínas se denominan proteasas: Dentro de ellas se encuentran la pepsina y la tripsina. 1. Un experimento simple consiste en el reconocimiento de la catalasa. Esta enzima se encuentra formando parte de las células animales y vegetales y su función es descomponer el peróxido de hidrógeno que se desprende en algunos procesos metabólicos. La función de esta enzima es actuar sobre la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno para transformarlo en agua y oxígeno. Materiales: tubo de ensayo, trocito de hígado, agua oxigenada, pipeta. Procedimiento: colocar el trozo de hígado crudo en el tubo de ensayo y agregar 5 mL de agua oxigenada. Observar y anotar. El intenso burbujeo que el alumno o alumna notarán es oxígeno. El profesor o profesora puede proponer acercar una pajuela de escoba incandescente a la boca del tubo lo que hará arder la pajuela. Con ello se comprobará el poder comburente del oxígeno. 2. Otra experiencia que el profesor o profesora puede realizar con sus alumnos o alumnas, es la desnaturalización de la catalasa. Se realiza el mismo procedimiento anterior, pero con hígado cocido. El alumno o alumna observará que no se produce ningún tipo de reacción. Aquí el profesor o profesora recordará al alumno o alumna el concepto de desnaturalización de las proteínas.

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3. Se puede realizar otra experiencia simple con la hidrólisis del almidón que ocurre en la saliva por acción de la amilasa o ptialina, enzima que ayuda en la reacción de rompimiento del almidón para transformarse en maltosa. Sobre esta actúa la maltasa que rompe la maltosa (disacárido) para convertirlo finalmente en glucosa. Una forma muy simple de observar estos cambios es masticar un trozo de pan durante algunos minutos hasta sentir el sabor dulce de la glucosa, por degradación del almidón. 4. Si el establecimiento educacional cuenta con laboratorio y reactivos de Fehling A y B y Lugol, otra forma de observar la acción de la amilasa, podría ser la siguiente: Materiales: soluciones de glucosa y almidón al 1%, cuatro tubos de ensayos rotulados, gradilla, reactivo de Fehling A y B, Lugol, pipeta, termómetro. Procedimiento: Colocar en el tubo 1 solución de glucosa y realizar la reacción de Fehling. Anotar coloración. En el tubo 2, poner 5 mL de solución de almidón y agregar Lugol. Anotar coloración. En los tubos 3 y 4 colocar unos 3 mL de almidón y agregar aproximadamente 1 mL de saliva donada por un alumno del grupo. Poner ambos tubos a calentar en un baño de agua a 37ºC por unos 15 minutos. Cuidar que la temperatura no suba, de lo contrario la enzima se inactivará. Luego, efectuar la reacción de Fehling en el tubo 3 y la del Lugol en el tubo 4. Resultados esperados. Tubo Nº

Reacción al Fehling

Rojo ladrillo

2 3 4

Reacción al Lugol

Conclusiones Presencia de glucosa

Violeta intenso Rojo ladrillo

Presencia de almidón Presencia de glucosa

Café

No hay almidón

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Unidad 1

Polímeros sintéticos Páginas 40 a 59

Los materiales plásticos tienen una enorme importancia en la vida del ser humano. A medida que aparecen nuevos tipos de plásticos, los objetos fabricados a partir de ellos desplazan a los materiales tradicionales (madera, metales, etc.) por su mayor durabilidad, comodidad y su menor costo. Actividad exploratoria: Polímeros sintéticos en nuestra vida cotidiana (Página 41)

Esta actividad tiene por objeto que el alumno comprenda que el uso cotidiano de los objetos plásticos, si bien ha contribuido a una mejor calidad de vida, ha provocado la legítima preocupación por el origen de ellos, debido a que las materias primas que se utilizan en su fabricación (petróleo, gas natural, carbón) no son renovables. Estos recursos se utilizan también para otros fines (principalmente energéticos). En un futuro no muy lejano, el progresivo agotamiento de estos recursos pondrá en peligro la subsistencia del ser humano. Por ello, es necesario que el alumno conozca las limitaciones que se producen por el uso de los materiales plásticos para crear conciencia de su uso racional y de la necesidad de la búsqueda de sustitutos que no afecten el sistema ecológico. El profesor o profesora, debe hacer referencia a todas estas ideas con el fin de incentivar a los o las estudiantes en el tema de los polímeros sintéticos, haciéndoles sentir que no es algo alejado de ellos, sino algo con lo que conviven día a día y de cuyo uso racional y manejo de desechos son también responsables.

1. Generalidades sobre los polímeros sintéticos (Página 42) Actividad experimental: ¿Se puede cambiar la estructura de un polímero? (Página 43)

Esta actividad es interesante de realizar, ya que a través de la experimentación el alumno o alumna puede descubrir que es posible cambiar las propiedades de un polímero. La fundamentación que se adjunta puede servir al profesor o profesora en el momento de la integración del Laboratorio. http://www.rmm.cl/index_sub.php?id_seccion=4152&id_portal=622&id_contenido=9520 La cola fría es un polímero del acetato de vinilo (PVAC), que tiene la consistencia de un líquido viscoso.

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Cuando se agrega bórax se produce un entrecruzamiento con el polímero y se genera un sólido esponjoso que si se le da forma esférica y seca bien, rebota. Se puede volver a la forma líquida por agregado de un ácido (se neutraliza el bórax) y si se neutraliza el ácido agregado se regenera el sólido nuevamente. Ese tipo de polimerización es reversible, por lo que no es una reacción química propiamente tal, sino interacciones electrostáticas. Cuando se agrega un ácido, por ejemplo vinagre, se rompe este tipo de enlace observándose la formación del líquido espeso blanco. Si se neutraliza el ácido agregado con una base, por ejemplo bicarbonato, se vuelve a producir la interacción eléctrica intermolecular y se forma nuevamente el sólido.

Esta actividad demuestra que, con reacciones muy simples, es posible cambiar la estructura de ciertos polímeros y con ello cambiar sus propiedades físicas. Otra actividad que se podría pedir a los alumnos que realicen en su casa es la preparación de engrudo e investiguen la química del proceso. http://es.wikihow.com/hacer-engrudo www.explora.cl/nuevo/nacional/medioteca_libros.php

2. Primeros polímeros sintetizados (Página 44) Caucho vulcanizado (Página 44)

¿Qué pasaría si se produce un entrecruzamiento excesivo en la vulcanización del caucho natural? R: Se produciría un caucho más duro y menos flexible. ¿Qué usos tiene actualmente el caucho vulcanizado? R: Neumáticos para automóviles o bicicletas, accesorios de maquinarias eléctricas, etc. Guía didáctica para el profesor

Unidad 1

Actividad experimental: Fabricando un polímero sintético (Página 45)

Cuando el fenol y la formalina (aldehído fórmico o formaldehído) se hacen reaccionar en caliente se forman muchos enlaces entrecruzados, produciéndose la condensación tridimensional múltiple entre estas moléculas, con pérdida de moléculas de agua. El polímero obtenido es una masa sólida, muy dura e insoluble (polímero termorrígido).

Esta experiencia demuestra que la preparación de un polímero sintético es relativamente simple y que los monómeros utilizados son moléculas sencillas de uso habitual en un laboratorio. http://www.answers.com/topic/bakelite http://www.techtransfer.ugent.be/pdf/gazeTTe/gazeTTe-2007-06-EN.pdf Inicialmente, la baquelita se usó para la fabricación de teléfonos, enchufes, interruptores, etc. Actualmente se usa en la industria automotriz como aislante de ruidos, materiales técnicos y en sistemas de frenos. Se usa también en recubrimientos y como aislante general; en aviación se usa como partes aislantes del fuego e impregnación de maderas. Sin embargo, debido a que los artículos de uso casero van perdiendo el color, la baquelita ha sido desplazada por polímeros termoplásticos que presentan estabilidad en el color.

3. Formación de los polímeros sintéticos (Página 46) Actividad indagatoria: ¿Qué estructuras puede presentar el polipropileno? (Página 48)

El objetivo de esta actividad es que el alumno o alumna relacione las diferentes estructuras espaciales de polipropilenos isómeros con sus propiedades físicas.

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Isotáctica

Sindiotáctica

Atáctica Algunas respuestas a preguntas en el texto del estudiante: ¿Cómo podrían unirse monómeros de un alqueno? R: La polimerización de alquenos se produce por reacciones de adición a través de mecanismos catalizados por aniones, cationes o radicales libres. ¿Cuál es la semejanza de las estructuras esquematizadas? R: Los polipropilenos indicados tienen la misma secuencia de átomos y grupos que se puede dibujar de la siguiente manera:

¿Cuál es la diferencia de las estructuras esquematizadas? R: En relación al esqueleto de átomos de carbono, en la estructura isotáctica todos los grupos metilo están ubicados al mismo lado; en la estructura sindiotáctica los grupos metilo están alternados regularmente y en la estructura atáctica los grupos metilo están orientados al azar. Es importante que esta actividad esté dirigida por el profesor o profesora con el fin de reforzar los conceptos que de ella derivan; por ejemplo, la importancia que tiene la estructura de una molécula con respecto a las propiedades que ella presenta. ¿Cómo influyen las diferencias estructurales en las propiedades del polipropileno? R: Las formas isotácticas y sindiotácticas, que pueden obtenerse por el uso de los catalizadores de Ziegler-Natta, tienen mayor rigidez y resistencia a la fractura que la forma atáctica. Al poseer una estructura ordenada, el polímero isotáctico tiende a ser cristalino, en cambio la forma atáctica es amorfa, debido a la distribución aleatoria de los grupos metilo en las cadenas poliméricas.

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Unidad 1

Actividad de aplicación: Reacción de formación del teflón (Página 50)

a) ¿Cuál es el mecanismo de polimerización del tetrafluoretileno? R: Se produce por el mecanismo de radicales libres. b) ¿Cómo se representa el polímero?

c) ¿A qué tipo de polímero corresponde? (homopolímero o copolímero) R: Es un homopolímero porque está constituido por un solo monómero. d) ¿Qué aplicaciones tiene el teflón? R: Como antiadherente en utensilios de cocina. Como fibras para empaquetaduras. En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales debido a las grandes diferencias de temperatura que es capaz de soportar. En medicina, aprovechando que no reacciona con sustancias o tejidos y es flexible y antiadherente se utiliza para prótesis, creación de tejidos artificiales y vasos sanguíneos. En revestimiento de cables y electrónica, por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura. En pinturas y barnices. En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos, así como en mangueras y conductos por los que circulan productos químicos. En la página Web se encuentra algo más sobre el teflón: http://www.jotea.cl/foro/showthread.php?t=127

Profundización de contenidos Algo más sobre la silicona (Página 53)

La silicona ha sido utilizada por más de 50 años para las más variadas aplicaciones, tanto en la vida diaria como en la medicina, siendo empleado por la industria farmacéutica y alimenticia, como también en dispositivos médicos como marcapasos, válvulas cardiacas, implantes mamarios, materiales de sutura, lubricantes y recubrimientos de agujas hipodérmicas y jeringas. Un mini implante de silicona puede contener en su interior nanopartículas diseñadas con distintos fines; bien para evaluar los efectos de ciertos fármacos, para saber si éstos han llegado al tumor e incluso determinar si la neoplasia está creciendo o respondiendo bien al tratamiento. El estudio de las siliconas puede ser un tema de investigación para un grupo de alumnos que culmine con una exposición ante el curso. En la siguiente página se informan usos de la silicona, además de abundantes datos sobre otros polímeros. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/ sec_7.htm 34

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4. Procesos industriales (Página 54) Actividad indagatoria: ¿Qué inconvenientes tiene y tendrá el uso de plásticos en nuestra sociedad? (página 54)

Objetivo: Analizar el impacto del amplio uso de plásticos en nuestra sociedad. Esta actividad la puedes desarrollar en un grupo de cuatro estudiantes. De ellos, uno debe ser el moderador y otro el secretario, que tome apuntes de la discusión. Para contestar la pregunta del inicio te proponemos limitar la discusión a los siguientes aspectos: a) Biodegradabilidad. b) Reciclaje. c) Materia prima. d) Contaminación ambiental. e) Educación de la sociedad en cuanto al desecho de estos materiales. f) Medidas para reducir los problemas y aprovechar su utilidad. Algunas respuestas esperadas: • Alto costo energético para la producción de plásticos a partir de recursos no renovables como el petróleo. • Muchos plásticos no son biodegradables ni reciclables. • Desarrollo insuficiente en la obtención de plásticos biodegradables. • Acumulación de productos plásticos debido a su bajo reciclaje (ver pág. Web) • Desconocimiento y falta de educación de la sociedad en cuanto a normas ecológicas de desecho y/o eliminación de estos materiales. • Insuficiencia en lugares de acopio para el reciclaje. • Para reducir los problemas que provoca el exceso de desechos plásticos, se requiere de una legislación medioambiental adecuada y de organismos centrales y municipales que incentiven la participación masiva de las personas en la clasificación y entrega de los plásticos desechados para su reciclaje. http://www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/saving/recycling/solidwaste/plastics. html

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Unidad 1

Actividad de aplicación: Eres el dueño de una manufactura de plásticos (Página 55)

Algunos objetos plásticos y técnicas principales de manufacturación. Objeto plástico

Técnica de fabricación

Envases para yogur

Moldeo

Tubos de PVC

Extrusión

Cucharas plásticas

Moldeo

Botellas de bebida

Extrusión y soplado

Bidones

Moldeo

Fundas para computador

Calandrado

Bolígrafos

Inyección

Juguetes

Inyección

Espumas plásticas

Espumación

Portafolios

Calandrado

Actividad indagatoria: ¿Cómo se identifican los plásticos para poder reciclarlos? (Página 56)

Se clasifican en 7 categorías, que algunas veces vienen incorporadas en artículos plásticos 1. Polietiléntereftalato (PET) 2. Polietileno de alta densidad (PEAD) 3. Poli (cloruro de vinilo) (PVC) 4. Polietileno de baja densidad (PEBD) 5. Polipropileno (PP) 6. Poliestireno (PS) 7. Otros polímeros (policarbonatos, poliuretanos, etc.) Sugerencia: Para el reciclaje de plásticos, consultar la siguiente página web: ttp://www.reschile.cl/default_26.html Esta actividad es muy enriquecedora para el o la estudiante, ya que el profesor o profesora tendría la opción de promover en su Liceo o Colegio una brigada ambientalista de recolección y clasificación de plásticos de desecho que se producen en su establecimiento. Una vez realizada la recolección y clasificación, podrían ser entregados a la municipalidad de la comuna o algún organismo encargado del reciclaje.

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Actividad experimental: Propiedades físicas de los plásticos (Página 57)

A continuación se indican algunas propiedades físicas de plásticos comunes que el profesor o profesora puede utilizar al integrar el Laboratorio con sus alumnos. Material

Tiras

PLÁSTICO Polietileno alta PVC densidad

Prueba

Polipropileno

Flexibilidad

Buena

Excelente

Buena

Mala

Color del pliegue

Ligeramente blanco

No cambia

Blanco

Dureza

Se raya

Efecto de la acetona

No le afecta

Se reblandece mucho

No le afecta

Se reblandece

Efecto del calor

No le afecta

Se dobla mucho

Se dobla

No le afecta

Transmisión de la luz (transparente, translúcido u opaco)

Translúcido

Transparente

Opaco / translúcido

Transparente

Alcohol + agua

Flota

Se hunde

Agua

Flota

Se hunde

Flota

Se hunde

Agua + sal

Flota

Se hunde

Flota

Granos Densidad Flota o se hunde

Poliestireno

Advertencia: Las experiencias de solubilidad con acetona y de calentamiento con mechero deben hacerse bajo una estricta supervisión del profesor o profesora.

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Unidad 1

5.1.3 Solucionarios Evaluación capítulo 1 Polímeros naturales (Página 39) Mapas conceptuales y autoevaluación (KPSI) 1. Observa las estructuras de la α-D-glucosa y de la b-D-glucosa. ¿Cuál es la diferencia entre ellas? R: En el carbono anomérico de la forma cíclica hemiacetálica, la α-D-glucosa tiene un grupo OH por debajo del plano del anillo; en cambio, en la b-Dglucosa el grupo OH está por arriba del plano del anillo. 2. ¿Cuál es la estructura que resulta de la condensación entre dos moléculas de glucosa, si la unión es α 1, 4? ¿A cuál compuesto corresponde? Averígualo. R: Al producirse esta condensación, la molécula resultante es la maltosa. 3. ¿Cuál es la estructura que resulta de la condensación entre dos moléculas de glucosa, si la unión es b 1, 4? ¿A cuál compuesto corresponde? Averígualo. R: Al producirse esta condensación, la molécula resultante es la celobiosa. 4. La celulosa y el almidón son polímeros naturales. ¿Cuáles son sus semejanzas y cuáles sus diferencias? R: Semejanzas: Son los polisacáridos más abundantes. Están formados por la unión de unidades de glucosa. Por no poseer grupos OH libres, en el carbono anomérico (salvo en el último), no son reductores y no presentan mutarrotación. Diferencias: En la celulosa las unidades de glucosa están unidas por enlaces b-1,4 y en el almidón por enlaces α-1,4 con ramificaciones α-1,6. La celulosa es completamente insoluble en agua y es el principal constituyente de las paredes celulares en las plantas. El almidón es parcialmente soluble en agua y constituye la reserva energética de las plantas. 5. ¿Cuál es el monómero del caucho natural? R: El monómero del caucho natural es el isopreno, en el que los dobles enlaces tienen la configuración cis. 6. ¿Qué significa que un aminoácido se clasifique como esencial? R: Los aminoácidos que no pueden ser sintetizados por el organismo humano se clasifican como esenciales, por lo que deben ser suministrados en la dieta.

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7. ¿Qué diferencia a un aminoácido de carácter ácido de un aminoácido de carácter básico? R: Un aminoácido de carácter ácido es el que tiene mayor cantidad de grupos ácidos que básicos en la molécula y un aminoácido de carácter básico es el que tiene mayor cantidad de grupos básicos que ácidos en la molécula. 8. ¿Cuáles son los aminoácidos presentes en la mayor parte de la fibroína de la seda? R: La fibroína tiene un alto contenido de los aminoácidos glicina, alanina y serina. 9. ¿Cuáles son los monómeros constituyentes de la lana y el pelo? R: Están formados, principalmente, por queratina, proteína fibrosa, rica en cisteína. 10. ¿Cuáles son las características que debe tener una molécula para ser el monómero de un polímero? R: Debe tener un grupo funcional que le permita reaccionar consigo mismo a través de reacciones de adición o con otro grupo funcional igual o diferente a través de reacciones de condensación. 11. Define “estructura primaria de una cadena polipeptídica”. R: Corresponde a la secuencia lineal de aminoácidos de la cadena polipeptídica, que le confiere su identidad individual. 12. ¿Cuál es la diferencia entre las estructuras secundarias y terciarias de una proteína con la estructura cuaternaria de la misma? R: Las estructuras secundarias y terciarias se originan por las interacciones internas, principalmente enlaces de hidrógeno, de los grupos funcionales CO y NH en una cadena polipeptídica; en cambio la estructura cuaternaria resulta de las interacciones entre distintas cadenas polipeptídicas. 13. Explica brevemente la desnaturalización de una proteína. R: Corresponde a la destrucción, generalmente irreversible, principalmente de la estructura terciaria de una proteína globular por un cambio en el pH o en la temperatura. De esta forma, se pierde la forma esférica resultante de las débiles interacciones intramoleculares y con ello se pierde su acción específica. 14. ¿Por qué las proteínas, el ADN y el ARN se consideran como polímeros? R: Porque están constituidas por la repetición de unidades monómericas. En el caso de las proteínas por polipéptidos y en los ácidos nucleicos por nucleótidos.

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15. Las proteínas presentan una organización estructural que depende de las interacciones entre los aminoácidos que las forman. ¿Cuáles son las características de las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria? R: Estructura primaria. Indica la secuencia de los aminoácidos en una cadena polipeptídica. Estructura secundaria. Se refiere a la forma como interacciona una cadena polipeptídica consigo misma a través de enlaces de hidrógeno. Estructura terciaria. Caracteriza la forma en que se curvan o pliegan en el espacio los segmentos del esqueleto peptídico. Estructura cuaternaria. Es la forma como se agrupan espacialmente varias moléculas de proteínas globulares para formar grandes agregados estructurales. 16. Una hebra de ADN contiene la siguiente secuencia de bases nitrogenadas: ATC – CCT – TTT – ATT – TCA – ATG a) ¿Cuál será la secuencia del ARNm? AUC – CCU – UUU – AUU – UCA – AUG b) ¿Cuál será la secuencia de aminoácidos de la cadena de proteína formada? Ile – Pro – Fen – Ile – Ser – Met 17. Una proteína presenta la siguiente estructura primaria de un péptido: Ala – Val – Lys – Asp – Glu – Met – Ala – ProThr – Leu a) ¿Cuál podría ser la secuencia de bases nitrogenadas de la hebra de ADN que formó este péptido? GCT – GTT – AAA – GAT – GAA – ATG – GCT – CCT – ACT – UUT b) Representa el enlace entre tres de los aminoácidos de la estructura primaria del péptido citado. Por ejemplo, para el segmento inicial Ala – Val – Lis.

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Evaluación capítulo 2 Polímeros sintéticos (Página 59) Mapas conceptuales y autoevaluación (KPSI) 1. ¿Cuál es la diferencia entre el caucho natural y el caucho vulcanizado? R: El caucho natural es un polímero del isopreno. Cuando se somete a un tratamiento con azufre elemental se producen enlaces S – S entre las cadenas isoprénicas, obteniéndose el caucho vulcanizado. 2. La baquelita es uno de los primeros polímeros sintéticos. ¿A partir de cuáles monómeros se sintetiza? a) fenol y formaldehído b) estireno y butadieno c) caucho natural y alcohol polivinílico R: Se sintetiza por sucesivas condensaciones entre fenol y formaldehído. 3. Explica por qué una polimerización aniónica se produce de preferencia por ataque de un anión sobre el doble enlace de un alqueno que posee sustituyentes atractores de electrones. R: Los sustituyentes atractores de electrones unidos a un doble enlace lo polarizan disminuyendo la densidad electrónica sobre él; luego el ataque de un anión (con carga negativa) sobre el doble enlace está favorecido. 4. Explica por qué una polimerización catiónica se produce de preferencia por ataque de un catión sobre el doble enlace de un alqueno que posee sustituyentes dadores de electrones. R: Los sustituyentes dadores de electrones unidos a un doble enlace lo polarizan aumentando la densidad electrónica sobre él; luego el ataque de un catión (con carga positiva) sobre el doble enlace está favorecido. 5. Explica las diferentes etapas de una polimerización por radicales libres. R: En la primera etapa se produce el radical libre por descomposición de un iniciador, habitualmente un peróxido (Etapa de iniciación). En la segunda etapa, el radical libre reacciona con el sustrato produciéndose el polímero por una reacción en cadena (Etapa de propagación). En una tercera etapa, se produce la combinación de radicales libres terminando de este modo la propagación (Etapa de término).

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6. Nombra al menos cinco polímeros sintéticos de adición y describe estructuralmente sus monómeros. R: Polímero

Monómero

Polietileno

Etileno

Poliestireno

Etenilbenceno

Polipropileno

Propileno

PVC

Cloruro de vinilo

Teflón

Tetrafluoretileno

7. Indica cinco tipos de polímeros sintéticos de condensación e indica, por lo menos, dos usos de cada uno de ellos en la vida cotidiana. R: Polímero

Monómero

Siliconas

Lubricantes, selladores.

Poliamidas

Fibras textiles para tapices, secadores de pelo, medias.

Policarbonatos

Cascos de seguridad, cielos artificiales.

Poliuretanos

Espumas, aislantes térmicos.

Polietilen tereftalato (PET)

Fibras para confección de ropa, envases para alimentos y bebidas gaseosas.

8. Los polímeros sintéticos se pueden obtener por adición o condensación. ¿Cuáles son las diferencias entre estos dos tipos de procesos de polimerización? R: Un polímero de adición resulta de un proceso de adición consecutiva de una molécula a una cadena sin pérdida de átomos en el proceso; en cambio, un polímero de condensación resulta de la reacción entre sí de monómeros bifuncionales con pérdida de moléculas pequeñas como agua o alcoholes. 9. Clasifica los siguientes productos comerciales como polímeros de condensación o de adición: a) Nylon b) Polietileno c) Policarbonatos d) Teflón e) Dacrón f) PVC R: Polímeros de adición: b, d , f Polímeros de condensación: a, c, e

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10. Escribe el nombre del polímero representado por las siguientes siglas: a) PP b) PVC c) PS d) PET e) PEAD R: a) Polipropileno b) Poli(cloruro de vinilo) c) Poliestireno d) Polietiléntereftalato e) Polietileno de alta densidad. 11. ¿Cuál(es) de los siguientes polímeros artificiales e clasifica(n) como homopolímeros? I) Polietileno II) Poliestireno III) Caucho natural A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III R: I, II y III (alternativa e) Un homopolímero es un polímero formado por la repetición de un solo tipo de monómero. Por ejemplo, polietileno (I) formado sólo por monómeros de etileno, poliestireno formado sólo por unidades de estireno y el caucho natural (III) que está formado sólo por unidades de isopreno. 12. ¿Cuáles de los polímeros citados a continuación se obtienen por condensación? I) PE II) PP III) PET IV) Policarbonatos A) Sólo I y II B) Sólo III y IV C) Sólo I y III D) Sólo II y IV E) Sólo II, III y IV R: Sólo III y IV. El polietileno (PE) y el polipropileno son polímeros formados por la adición sucesiva de etileno y propileno, respectivamente. En cambio, el polietiléntereftalato (III) se produce por condensación entre tereftalato de dimetilo y etilénglicol y el policarbonato se produce por condensación entre carbonato de difenilo y un difenol (por ej.; carbonato de difenilo y bisfenol A)

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Evaluación de la Unidad 1 Polímeros naturales y sintéticos (Página 63) Respuestas: 1C 2B 3B 10D 11B 12A 19A 20D 21B

4D 13C 22B

5E 14C 23E

6D 15D

7D 16E

8C 17D

9E 18D

1. De los siguientes polímeros, ¿cuáles tienen un origen natural? I) Teflón II) Nylon III) Algodón IV) Seda A) Sólo I y II. B) Sólo II y III C) Sólo III y IV D) Sólo I y III E) Sólo II y IV 2. Se afirma que, en su estructura de cadena abierta, la glucosa presenta grupos funcionales I) aldehído II) cetona III) alcohol primario IV) alcohol secundario V) alcohol terciario Es (son) correcta(s) A) sólo I, II y III. B) sólo I, III y IV. C) sólo II, III y V D) sólo III, IV y V E) sólo I, III, IV y V 3. El almidón es un polímero natural formado por moléculas de A) ribosa. B) glucosa. C) sacarosa. D) galactosa. E) fructosa.

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4. Se afirma que la celulosa se diferencia del almidón en I) su solubilidad en agua. II) en el monómero que lo compone. III) en el enlace glicosídico. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II C) sólo III D) sólo I y III. E) I, II y III 5. ¿Cuántos tripéptidos pueden resultar de la unión peptídica entre alanina, valina y glicina? A) 2 B) 3 C) 4 D) 5 E) 6 6. La hidrólisis enzimática de un ácido nucleico origina los nucleósidos que están constituidos A) sólo por una base heterocíclica. B) sólo por una pentosa. C) sólo por una pentosa y ácido fosfórico. D) sólo por una pentosa y una base heterocíclica. E) por una pentosa, ácido fosfórico y una base heterocíclica. 7. Una aldohexosa es una molécula que contiene A) 1 grupo aldehído y 6 grupos alcohol. B) 1 grupo cetona y 5 grupos alcohol. C) 6 grupos alcohol. D) 1 grupo aldehído y 5 grupos alcohol. E) 1 grupo cetona y 6 grupos alcohol. 8. ¿Cuál de los siguientes polímeros artificiales se clasifica como un polímero termoplástico? A) Baquelita B) Teflón C) Poliestireno D) Caucho E) PVC

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9. Los polímeros pueden obtenerse en forma de granulados mediante un proceso de A) moldeo B) vulcanización C) calandrado D) espumación E) extrusión 10. En cuál método de procesamiento de plásticos se adiciona un gas para otorgar mayor porosidad al polímero obtenido? A) moldeo B) vulcanización C) calandrado D) espumación E) extrusión 11. ¿Cuál es el polímero de mayor uso en la fabricación de bolsas para el empaque de productos en supermercados? A) PVC B) Polietileno C) PET D) Poliestireno E) Polipropileno 12. Uno de los materiales poliméricos que habitualmente no se somete a reciclaje, es el A) teflón. B) polipropileno. C) poliestireno. D) PVC. E) polietileno. 13. ¿Cuáles de los siguientes materiales, son polímeros naturales? I) PVC II) baquelita III) proteínas A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

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14. Son características de un polímero, tener: I) varias unidades de un compuesto llamado monómero II) propiedades físicas similares al monómero III) propiedades físicas distintas al monómero IV) masa molar variable A) sólo I B) sólo I y II C) sólo I y III D) sólo I y IV E) sólo I, III y IV 15. Una polimerización por condensación se caracteriza por A) la reacción de monómeros insaturados. B) el desprendimiento de oxígeno durante la reacción. C) la absorción de agua durante el proceso. D) la liberación de moléculas simples durante el proceso. E) el desprendimiento de hidrógeno. 16. ¿Cuál (es) de las siguientes materias primas se pueden usar para producir plásticos orgánicos? I) Petróleo II) Gas natural III) Carbón A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III 17. La sigla PP, significa A) Polietileno de alta densidad. B) Poliestireno. C) Poli(cloruro de vinilo). D) Polipropileno. E) Polietileno de baja densidad.

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18. El poli(cloruro de vinilo) proviene de la polimerización de A) Dicloroetano B) Dicloroeteno C) Cloroetano D) Cloroeteno E) Cloroformo 19. Para fabricar una tubería plástica, el mejor método sería: A) Extrusión B) Inyección C) Extrusión y soplado D) Calandrado E) Espumación 20.La transferencia de diferentes aditivos desde el material plástico hacia los alimentos, se denomina A) Extrusión B) Reciclaje C) Calandrado D) Migraciones E) Oxidaciones 21. Los plásticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma, se denominan: A) termoplásticos. B) termorrígidos. C) resinas. D) coloides. E) proteínas. 22. Son polímeros obtenidos por una reacción de condensación: I) Caucho natural II) Proteínas III) Nylon IV) Poliestireno A) Sólo I y II B) Sólo II y III C) Sólo III y IV D)Sólo I y III E) Sólo II y IV

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23. Son polímeros obtenidos por polimerización de adición el I) polipropileno. II) poliestireno. III) poli(cloruro de vinilo). A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

Preguntas abiertas 24. ¿Cuál es la diferencia estructural entre el almidón y la celulosa? 25. ¿Cuál es la estructura del monómero del caucho natural? 26. ¿Cuándo se puede considerar a un polipéptido como una proteína? 27. ¿Por qué no se puede considerar a una proteína como un polímero de un determinado polipéptido? 28. La siguiente estructura corresponde a una parte de un polipéptido:

La hidrólisis de esta parte del polipéptido origina tres aminoácidos. Escribe las estructuras para estos tres aminoácidos, identifícalos y clasifícalos según corresponda como ácido, neutro o básico. 29. ¿Qué tipo de compuestos se producen por hidrólisis de los nucleótidos? 30. ¿Cuáles son los azúcares presentes en los ácidos nucleicos?

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31. ¿Qué diferencia hay entre un nucleótido y un nucleósido? 32. ¿Cuál es el proceso químico que ocurre en la vulcanización del caucho natural? 33. ¿Cómo se produce la polimerización del estireno por radicales libres? 34. Nombra tres polímeros obtenidos por reacciones de condensación. 35. ¿Cuál es la diferencia entre un polímero termoplástico y un polímero termorrígido? 36. Escribe la estructura de un segmento del teflón que se considere como su monómero. 37. ¿Qué problemas pueden presentarse en el reciclaje de los materiales plásticos?

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5.1.4 Errores y dificultades más frecuentes En el tratamiento de esta unidad, es posible encontrar algunas dificultades ocasionadas por algunas preconcepciones erróneas que los estudiantes manifiestan al momento de abordar los contenidos de cada capítulo. Con respecto a las estructuras tridimensionales de los polímeros naturales o biomoléculas. Preguntas iniciales: ¿Cuáles son las principales funciones de los polímeros naturales? ¿Qué diferencia al almidón del glicógeno? ¿Por qué las proteínas adoptan diversas estructuras tridimensionales? Animación tridimensional de la hemoglobina: Software (ACDLABS, PYMOL, ARGUSLAB, WEBLAB LITE) o Sitio Web.

Con respecto a la presencia y usos de los polímeros sintéticos en nuestra vida cotidiana. Preguntas iniciales: ¿Cuáles son los principales usos de los polímeros de adición? ¿Cuáles son los principales usos de los polímeros de condensación? Animaciones de las diferentes reacciones de polimerización y videos del uso de estos polímeros sintéticos (Por ejemplo: los policarbonatos en la fabricación de gafas ópticas)

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5.1.5 Anexos 5.1.5.1 Material complementario de apoyo a los CMO Animaciones (applets/flash) para ejercitar y profundizar los temas tratados en la Unidad. http://www.colegioheidelberg.com/deps/fisicaquimica/ Capítulo 1: Polímeros naturales El ADN Animación que explica qué es el ADN, los tipos de ADN, los procesos de análisis del ADN, sus aplicaciones y enlaces para saber más. http://www.andaluciainvestiga.com/espanol/cienciaAnimada/cienciaAnimada. asp Forma cíclica de la glucosa Animación que simula la constitución de la forma cíclica de la glucosa. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/glucidos/glucosa.swf Formación de un disacárido (Maltosa) Animación sobre la formación del disacárido maltosa. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/glucidos/disacaridos/ carbohyd.htm http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos7.htm Biomoléculas: aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos. Biomoléculas animadas en tres dimensiones. http://www.um.es/bbmbi/Docencia/Practicas/Medicina/VirtualesMedicina/ contenido/biomodel/model3/inicio.htm Capítulo 2: Polímeros sintéticos Así se hace una botella de plástico Video que muestra el proceso de formación de una botella de plástico. http://tecnotic.wordpress.com/2008/02/01/asi-se-hace-botella-de-plastico/ Así se hace una bolsa de plástico Video que muestra el proceso de formación de una bolsa de plástico. http://tecnotic.wordpress.com/2008/02/01/asi-se-hace-bolsas-de-plastico/

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• Elaboración de Mapas Conceptuales para los capítulos de la Unidad 1: Los polímeros Capítulo 1: Polímeros naturales Conceptos

Conectores (palabras de enlace)

Polímeros naturales. Proteína. Aminoácido. Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Ácidos nucleicos: ADN y ARN. Nucleótido.

Capítulo 2: Polímeros sintéticos Conceptos

Conectores (palabras de enlace)

Polímero sintético. Monómero: Homopolímeros y Copolímeros. Polimerización por adición: aniónica, catiónica y por radicales libres. Polimerización por condensación. Procesos industriales: Moldeo o inyección, extrusión, calandrado, espumación. Identificación industrial de los polímeros.

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• Autoevaluación (KSPI)

Utilizando las categorías siguiente, marque con una X en el recuadro que corresponde a su nivel de conocimiento de acuerdo a lo afirmado. Categorías: 1. Se lo podría explicar a mis compañeros. 2. Creo que lo sé. 3. No lo entiendo. 4. No lo sé.

Capítulo 1: Polímeros naturales Afirmaciones

Polímeros naturales. Proteína. Aminoácido. Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Ácidos nucleicos: ADN y ARN. Nucleótido.

Capítulo 2: Polímeros sintéticos Afirmaciones Polímero sintético. Monómero: Homopolímeros y Copolímeros. Polimerización por adición: aniónica, catiónica y por radicales libres. Polimerización por condensación. Procesos industriales: Moldeo o inyección, extrusión, calandrado, espumación. Identificación industrial de los polímeros.

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5.1.5.2. Recursos electrónicos para la Unidad 1: Los Polímeros Capítulo 1: Polímeros naturales Modelos moleculares http://www.usal.es/~dbbm//modmol/ Ayudas al aprendizaje de bioquímica, biotecnología y biología molecular. http://www.biorom.uma.es/indices/index.html Capítulo 2: Polímeros sintéticos Macrogalleria: el maravilloso mundo de los polímeros. http://pslc.ws/spanish/index.htm Polímeros: material del futuro. http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2006/04/06/150776. php Ficha temática: Polímeros sintéticos y naturales h t t p : / / w w w. e d u c a r c h i l e . c l / Po r t a l . B a s e / We b / Ve r C o n t e n i d o . aspx?GUID=956d0e27-85f4-48ec-bd90-137b6963f06c&ID=136400 Microproyectos de investigación. Polímeros naturales y sintéticos La propuesta didáctica presentada en este artículo está diseñada con la finalidad de que los alumnos recojan, analicen y procesen saberes y actitudes propias de la actividad científica, y aprendan a utilizarlos en la toma de decisiones sobre problemas sociales actuales. Del mismo modo, permite relacionar los nuevos conocimientos que se proponen con los ya existentes en las estructuras cognitivas, realizando una asimilación eficaz de los nuevos contenidos a partir del aprendizaje significativo (Ausubel, 1983). La realización de experiencias y el planteamiento de preguntas abiertas y de situaciones simuladas favorecen la transición del pensamiento concreto al abstracto, lo cual es importante para el desarrollo del razonamiento intelectual formal de los estudiantes, al mismo tiempo que motivan a conocer y experimentar qué es realmente la ciencia, a comprender su potencial y sus limitaciones y a integrar diversas disciplinas de estudio. La propuesta relaciona contenidos de Química con temas medioambientales, tecnológicos y sociales. Plantea, además, el aprendizaje de las ciencias a partir del estudio experimental y la discusión de temas de actualidad relacionados con los productos químicos. http://www.rieoei.org/experiencias79.htm (accesada el 20/02/2008) Software para hacer mapas conceptuales EDraw: es un software para crear mapas conceptuales y mentales, permite dibujar de manera rápida y fácil los mapas mentales y conceptuales (representaciones gráficas de los procesos del pensamiento) para reflexionar sobre un concepto,

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solucionar un problema. Incluye millares de gráficos confeccionados para que el usuario los utilice de manera simple en la elaboración de su mapa. http://www.edrawsoft.com/freemind.php (accesado el 21/02/2008) FreeMind: es un software para crear y visualizar mapas conceptuales; este programa es software libre (GNU) http://freemind.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page (accesado el 21/02/2008) CmapTools: este software, desarrollado por el “Institute for Human and Machine Cognition” (IHMC), de la Universidad de West Florida (Estados Unidos), se diseñó con el objeto de apoyar la construcción de modelos de conocimiento representados en forma de “Mapas Conceptuales” aunque también pueden elaborarse con él “Telarañas”, “Mapas de Ideas” y “Diagramas Causa-Efecto”, todos dentro de un entorno de trabajo intuitivo, amigable y fácil de utilizar http://cmap.ihmc.us/

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Material fotocopiable 5.1.5.3. Instrumento de evaluación Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 1 Polímeros naturales Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________

1. Una de las siguientes asociaciones carbohidrato-función no corresponde: A) glucosa – principal fuente de energía del organismo. B) celulosa – constituyente principal de la pared celular de los hongos. C) desoxirribosa – constituyente del ADN. D) maltosa – fuente energética para el desarrollo del embrión de cereales. E) lactosa – fuente energética en mamíferos lactantes. 2. Son considerados compuestos orgánicos constituyentes de los seres vivos a: I. Los carbohidratos. II. El agua. III. Los lípidos. IV. Las proteínas. A) Sólo I y III B) Sólo I y IV C) Sólo II, III y IV D) Sólo I, III y IV E) I, II, III y IV 3. Los nucleósidos son: A) Estructuras constituidas por un azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada. B) Glicósidos constituidos por una pentosa y un grupo fosfato. C) Glicósidos constituidos por una hexosa y una pentosa. D) Glicósidos constituidos por una pentosa y una base nitrogenada. E) Estructuras constituidas por dos unidades de pentosa y una base. 4. Se considera que la forma piranósica de la D-glucosa es un hemiacetal cíclico producido por la reacción entre: A) El grupo aldehído de la posición 1 y el OH del Carbono 6 B) El grupo aldehído de la posición 1 y el OH del Carbono 4 C) El grupo OH del Carbono 2 y el OH del Carbono 6 D) El grupo aldehído de la posición 1 y el OH del Carbono 5 E) El grupo aldehído de la posición 1 y el OH del Carbono 3

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Material fotocopiable 5. La molécula de azúcar que forma parte de los ácidos nucleicos: A) Es cualquier D-aldopentosa B) Es D-ribosa ó D-2-desoxirribosa C) Se une a la posición 1 de las purinas D) Está en forma furanósica E) Ninguna de las anteriores 6. La desoxirribosa: A) Se encuentra en las moléculas de ARN B) Es la D-3-desoxirribosa C) Se encuentra en la forma furanósica D) Es la L-2desoxirribosa E) Se encuentra en la forma piranósica 7. En la estructura de los polinucleótidos (ácidos nucleicos) el grupo fosfato hace de puente entre: A) el C1 de una pentosa con el C3 de otra pentosa. B) el C3’ de una pentosa con el C3’ de otra pentosa. C) el C3’ de una pentosa con el C5’ de otra pentosa. D) el N9 de una pentosa con el C1’ de otra pentosa. E) el C3 de una pentosa con el N9 de otra pentosa. Solucionario de la evaluación 1. Polímeros naturales. 1. b); 2. d); 3. d); 4. d); 5. b); 6. c); 7. c) ; 8. c); 9. c)

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5.1.6 Bibliografía de la Unidad 1. R. K, Murray, P. A. Mayes, D. K. Granner, V. W. Rodwell. Bioquímica de Harper. 14ª edición. Editorial Manual Moderno S.A. de C.V., 1997. 2. J. Mc Murry. Química Orgánica. 6ª Edición. Thomson (2004). 3. H. Hart, D. J Hart, y L. E. Craine. Química Orgánica. 9ª Edición. McGraw Hill S.A. de C.V. (1995). 4. J. W. Hill y K.D. Kolb. Química para el nuevo milenio. 8ª Edición. Pearson, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. (1999). 5. R. Chang. Química. 9ª Ed. Española. McGraw Hill, 2007 6. M. A. Fox, y J. K. Whitesell. Química Orgánica. 2ª Edición, Pearson Education, Prentice Hall (2000). 7. T. L. Brown, H. E. LeMay y B. E. Bursten. Química. La ciencia central. 9ª Edición Española. Pearson Educación, 2004. 8. R. H. Petrucci. Química General. 8ª Ed. Española. Pearson Educación, 2003. 9. M.S. Silberberg. Química General , McGraw Hill, 2002. 10. J. W. Moore, J. C. Kotz, C. L. Stanitski, M. D. Joesten, J. L.Wood. El Mundo de la Química. 2ª Ed. Española, Pearson Educación. 11. A. Beiser. Conceptos de Física Moderna. McGraw Hill, 1965. 12. A. González. Riquezas minerales de Chile a nivel mundial. Ed. 2000.

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Unidad 2

5.2 Segunda Unidad: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Mapa conceptual de la Unidad

Radioactividad Ecuación nuclear: forma

gráfica que describe la transformación de reactantes a productos.

Pérdida de partículas α, β– o β+ o bien, captura de β–.

Decaimiento radiactivo: se produce

desintegración espontánea de mediante un núcleo, generando núcleos de menor masa, partículas se detecta pequeñas y energía.

mediante un

se representa por una

se expresa mediante una

Reacción nuclear: conversión

de elementos en otros, mediante reacción con algún tipo de partícula, fragmentación nuclear en núcleos más livianos, liberación de partículas subatómicas, absorción o liberación de radiación electromagnética altamente energética. Permite la

se relaciona con la

que ocurre la desintegración nuclear.

de utilidad en

toma en desintegrase a la mitad una muestra de un radioisótopo específico.

es importante

de reacciones nucleares que experimentan núcleos inestables con Z > 83 hasta convertirse en un núcleo estable

ejemplo

Serie del uranio-238: que decae e con una vida media de 4,51 ⋅ 109 años

Aplicaciones de radioisótopos: en datación, como trazador y seguimiento de rutas de reacciones, irradiación de alimentos, en cursos de aguas y medicina nuclear.

elementos que se encuentran más allá del uranio y se obtienen sintéticamente mediante transmutación nuclear.

Datación con C-14:

de materiales de origen orgánico vegetal o animal. ejemplos

Datación con U-238: de rocas que contengan este isótopo.

produce

Efectos de la radiación en los seres vivos: daño, tolerancia y beneficios ocasionados por radiación.

Vida media: tiempo que

por

Series radiactivas naturales: sucesión

versión inducida de un núcleo en otro de un elemento diferente mediante bombardeo con partículas.

Elementos transuránicos:

de la radiactividad.

Cinética del decaimiento se radiactivo: velocidad con caracteriza

Transmutación nuclear: con-

Permite la obtención de

Detector Geiger

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

ejemplos

Usos en la medicina:

como medio de diagnóstico y terapéuticos

5.2.1 Planificación de la Unidad 2 Capítulo

1. Propiedades del núcleo

2. Radiactividad

3. Fisión y fusión nuclear

Aprendizajes

Distinguir emisiones radiactivas y sus propiedades

• Identificar factores de la estabilidad nuclear • Reconocer y evaluar los riesgos de emisiones y su protección. • Reconocer beneficios de tecnologías nucleares • Reconocer y evaluar los riesgos de emisiones y su protección. • Reconocer beneficios de tecnologías nucleares

Habilidades de pensamiento Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar. Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar.

Tiempo (semanas)

Recursos didácticos

Destrezas científicas

Exploremos (1) Actividad indagatoria(1) Concepto clave (2) Para tener en cuenta (11) Actividades (3) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave ( ) Para tener en cuenta (10) Actividades (7) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Exploremos (1) Actividad indagatoria(1) Concepto clave (3) Para tener en cuenta ( 8) Actividades (3) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Recursos tecnológicos Páginas web adicionales sobre fenómenos nucleares http://www2.tandar.cnea.gov.ar/~scoccola/teaching/nuclear/cap3 • http://www.ing.una.py/DIREC_PPAL/ACADEMICO/APOYO/Fisica_III/PDF/clase_11.pdf •

http://www.textoscientificos.com/fisica/radiactividad/riesgos-medioambientales http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Universo.htm • http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi/perchart.htm • http://www.ii.udc.es/areas/inuclear/trabajos/radioisotopos.pdf • •

Sobre reactor nuclear http://www.angelfire.com/sc/energianuclear/tipos.html

•

Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar.

¿Cómo se formaron los elementos en el universo? • http://www.usal.es/~geozona/planetas/conferencias2003/Daniel%20Galaviz.pdf Bomba atómica y de hidrógeno • http://www.arrakis.es/~lallave/nuclear/prac.htm Formación de elementos http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?num=3628&nobar=1 • http://desacad.ita.mx/contec/num_17/rev17-4.pdf

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2

5.2.2. Orientaciones didácticas de la Unidad 2

UNIDAD 2 Procesos nucleares y sus aplicaciones Los temas de la presente unidad generalmente han sido parte de la asignatura de Física y en menor escala en Química. Dada esta diferencia es probable que esta unidad aparezca sobredimensionada. Sin embargo, los docentes deben tener presente que estamos educando para el futuro y no es lejana la posibilidad que en Chile se desarrolle la energía nuclear, considerando las limitaciones energéticas actuales. El país requiere de ciudadanos informados que sean capaces de tomar decisiones sobre una base mínima de conocimientos adquiridos en la Enseñanza Media. Esa es la pretensión de esta unidad. De todas maneras el o la docente, según el tiempo de clases disponible, podrá seleccionar lo que considere más importante.

Propiedades del núcleo

Páginas 68 a 85

En esta unidad se comentan principalmente las actividades propuestas en cada capítulo. Actividad exploratoria: ¿Qué sabes de los fenómenos nucleares? (Página 69)

Es una revisión de preconceptos que puede tener el estudiante. La mayoría de las preguntas están respondidas en las páginas siguientes del texto. En la actualidad han sido detectados sobre 2000 isótopos.

1. Introducción a las propiedades del núcleo (Página 70) Actividad indagatoria: Isótopos y su abundancia La información se puede obtener de http://nuclear.fis.ucm.es/ webgrupo/archivos/guiones/ consulta_tabla_isotopos.pdf http://nucleardata.nuclear.lu.se/ nucleardata/toi/perchart.htm

(Página 70)

Objetivo: Averiguar las composiciones nucleares de 10 elementos. En esta actividad el (la) profesor(a) le puede asignar a cada alumno uno o dos elementos en particular. Llama la atención la gran variedad de isótopos posibles en cada elemento. Si se consideran los elementos desde hidrógeno hasta uranio, en promedio cada elemento posee 3 isótopos estables. Sin embargo, hay 19 elementos que poseen un solo isótopo estable. Entre ellos están: F-19, Na-23, Al-27, P-31, Co-59 y Au197. En el otro extremo llama la atención la gran cantidad de isótopos estables

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de Sn (10), Te (8) y Xe (9). En la medida que aumenta Z crece enormemente la relación entre isótopos estables e inestables. Por ejemplo el plomo posee 4 isótopos estables y 24 inestables.

Actividad indagatoria: Tamaño y densidad nuclear (Página 73)

Objetivo: Estimar dimensiones del núcleo atómico. Se le pide al estudiante que escoja un elemento liviano y otro pesado en el que deben estimar el diámetro y densidad de sus núcleos, suponiendo que son cúbicos. Para un núcleo de número másico A se tiene lo siguiente. El radio de núcleo está dado por R = R0 A1/3 y si se supone que el núcleo es un cubo su arista será 2R0 A1/3. Luego, el volumen del núcleo sería 8 R03 A. Como R0 = 1,33 • 10–13 cm., V N = 1,88 • 10–38A y su masa MN = A • 1,6606 • 10–24g, la densidad del núcleo sería:

M N A ⋅ 1,6606 ⋅ 10 −24 g = 8,82 ⋅ 1013 g / cm 3 = −38 3 VN A ⋅ 1,88 ⋅ 10 cm Esta densidad es algo menor que la expresada para un núcleo esférico, debido a que el volumen de un cubo es algo mayor que la esfera inscrita en él. Si se selecciona el carbono-12 el volumen del núcleo sería VC =12 • 1,88 • 10–38 cm3 y su diámetro 6,1 • 10 –13 cm Nº núcleos de C-12 en 1 cm3 = 4,4 • 1036, cantidad mucho mayor que el número de Avogadro. Masa de l cm3 = 12 • 4,4 • 1036 • 1,6606 • 10–24 g = 8,8 • 1013 g = 8,8 • 107 toneladas Cada una de estas cifras son especulativas, pero serían cantidades posibles si los átomos colapsaran hasta condensar el tamaño de los núcleos, proceso que puede ocurrir en los “agujeros negros”.

Actividad indagatoria: Isótopos, abundancias, núclidos y espín (Página 74)

Objetivo: Averiguar la cantidad de isótopos de neón y sodio. Se hace la salvedad que en algunos textos se utiliza el vocablo “nucleido” en vez de núclido. 1. Del neón se conocen 8 isótopos con A comprendidos entre 17 y 24. Son estables los isótopos Ne-20 (90,92 %) Ne-21 (0,257 % y Ne-22 (8,82 %).

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Unidad 2

De sodio se conocen 7 isótopos, con A entre 20 y 26. Es estable solo el Na-23 (100 %). 2. Algunos valores de espín: Con I =1/2, H, T-3, C-13, F-19 Con I = 1, D-2, Li-6, N-14. Con I = 3/2, Li-7, B-11, Na-23.

2. Estabilidad nuclear (Página 74) Actividad de aplicación: Determinación de núclidos estables e inestables (Página 77)

Objetivo: Construir un cinturón de estabilidad a partir de algunos núcleos estables. La idea básica de esta actividad es trazar una curva a través de los valores de N/A de núcleos estables y luego trazar un par de curvas paralelas con 0,1 unidad hacia arriba y hacia abajo para delimitar aproximadamente un cinturón de estabilidad nuclear. Se podrá establecer de los núclidos considerados que Si-25, Cr-52, Zn-64 y Au-197 caen dentro de la zona estable. Las especies Na-33 y Ca-50 son inestables. Actividad indagatoria: Núclidos estables (Página 78)

Objetivo: Ubicar en una tabla de isótopos núcleos que posean los números mágicos (Z o N) igual a: 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126. Los núcleos que poseen números mágicos Z o N, son de gran estabilidad En la siguiente tabla están en negritas los números mágicos que tienen relación con núclidos estables. Elemento

126

N/Z

1,07

1,36

1,54

Si se relacionan los valores de N/Z con los de la página 76 se observará una gran coincidencia. Energía nuclear de enlace o energía de ligadura (Página 81)

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Actividad de cálculo: Energía nuclear de enlace (Página 81)

Objetivo: Determinar la energía nuclear de enlace por nucleón para el deuterio y para el hierro. Masas y equivalencias de unidades importantes Partícula

Masa

Electrón

5,486 • 10–4 u

Protón

1,00728 u

Neutrón

1,00866 u Equivalencias Velocidad de la luz : c = 2,998 • 108 m/s

Unidad de masa atómica: 1 u = 1,66054 • 10–27 kg Constante de Avogadro: NA = 6,022 • 1023 mol–1 Conversión de energía: 1 eV = 1,602 • 10–19 J 1 millón de electrón-voltios: 1 MeV = 1 • 106 eV = 1,602 • 10–13 J Equivalencia masa –energía: 1 u = 931,5 MeV

El cálculo de la energía nuclear de enlace se basa en establecer la diferencia de masa entre un núcleo y la cantidad de protones y neutrones que contiene. El principio general es manejar las masasen unidades de masa atómica: Masa de núcleo = masa de átomo - masa de Z electrones Defecto de masa Δm = masa de núcleo – masa (Z electrones + N neutrones) El valor de Δm es negativo lo que significa que en la formación del núcleo se libera energía equivalente al defecto de masa. Finalmente, la conversión a energía es ΔE = Δm • 931,5 MeV/u Para deuterio se obtiene 2,22 MeV, siendo su energía de enlace por nucleón Eb = 1,11 MeV. Para Fe-56 que tiene 26 electrones, 26 protones y 30 neutrones, se obtiene un defecto de masa Δm = 0,52840 u, los que en unidades de energía corresponden a ΔE = 492,2 MeV. Para la energía de enlace por nucleón se obtiene Eb = 8,79 MeV, que corresponde al valor máximo observado en la curva de energías de enlaces nucleares.

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Unidad 2

Radiactividad Páginas 86 a 109

1. Reacciones nucleares (Página 88) La reacciones nucleares son procesos de conversión de unos elementos en otros, mediante reacción con algún tipo de partícula, fragmentación nuclear en núcleos más livianos, liberación de partículas subatómicas, absorción o liberación de radiación electromagnética altamente energética.

Actividad exploratoria: Comparación de las reacciones químicas con las reacciones nucleares (Página 88)

Se destacan las características fundamentales que diferencian las reacciones químicas de las nucleares. ¿Cómo son comparativamente las velocidades de reacción? Tanto en lo químico como en lo nuclear hay reacciones lentas y rápidas. Destaca las características fundamentales que diferencian estos dos tipos de reacciones. En cada tipo de reacción: • ¿Qué se conserva de reactante a producto? • ¿Cómo es la naturaleza del reactante y del producto en ambos tipos de reacciones? • ¿Qué caracteriza a un compuesto y a un núclido? • ¿En qué consiste un cambio químico y un cambio nuclear? • ¿Hay liberación o absorción de energía? • ¿Cómo influyen la presión, temperatura, concentración, la presencia de catalizadores en ambos casos? • ¿Cómo son comparativamente las velocidades de reacción?

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Reacciones químicas

Reacciones nucleares

Naturaleza química de los reactantes y de los productos

Una sustancia se convierte en otra, pero sus átomos no pierden su identidad.

Los átomos de un elemento se convierten en átomos de otros elementos.

Conservación de la masa

La masa se conserva de reactantes a productos

Hay un leve cambio en la masa en reacciones altamente energéticas

¿Qué se rompe y qué se forma?

El cambio químico se produce por la ruptura y formación de enlaces en los que participan sólo los electrones.

En el cambio nuclear pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. Los electrones orbitales raramente participan.

Magnitud del cambio energético

La reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas y cambios de masa no detectables.

Las reacciones van acompañadas por absorción o liberación de grandes cantidades de energía y cambios de masa medibles.

Velocidad de la reacción. ¿De qué depende?

Las velocidades de reacción se ven influidas por la temperatura, presión, concentración, presencia de catalizadores y por el tipo de compuesto.

Las velocidades de reacción se ven afectadas por la cantidad de núcleos presentes, pero no por la temperatura, presión o uso de catalizadores.

2. Decaimiento radiactivo (Página 89) Actividad de aplicación: Estimación de la razón N/Z (Página 93)

Objetivo: Determinar N/Z del núcleo-padre y del núcleo-hijo en diferentes tipos de decaimientos radiactivos. Las reacciones nucleares anteriores a la actividad, son un buen ejemplo para ilustrar los diferentes tipos de decaimientos. Cada caso hay que confrontarlo con un cinturón de estabilidad relativamente detallado para percibir que el núcleo en su decaimiento poco a poco se acerca al sector de estabilidad. a) Núcleos a la izquierda del cinturón de estabilidad Los núcleos que se encuentran a la izquierda del cinturón de estabilidad poseen un exceso de neutrones y al emitir una partícula (- reducen el valor de N/Z acercándose a la zona estable. El Protactinio-234 resultante es una especie radiactiva que continúa en decaimiento, no así con el nitrógeno-14 que es un núcleo estable.

Reacción 234 90 Th

0 → 234 91 Pa + −1 e

14 → 147 N + −01 e 6C

(N/Z)Padre

(N/Z)Hijo

(234 – 90)/90 = 1,60

(234 – 91)/91 = 1,57

(14 – 6)/6 = 1,33

(14 – 7)/7 = 1

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Unidad 2

b) Núcleos por debajo del cinturón de estabilidad Emisión positrónica (+) Los núcleos por debajo del cinturón de estabilidad poseen un exceso de protones, que se reduce por la vía de emisión de una partícula (+ o bien por captura electrónica. De esta manera aumentan el valor de N/Z.

Reacción

(N/Z)Padre

(N/Z)Hijo

0 22 → 22 10 Ne + 1 e 11 Na

(22–11)/11 = 1

(22–10)/10 = 1,2

11 11 0 6 C → 5 B + 1 e

(11–6)/6 = 0,83

(11–5)/5 = 1,2

Reacción

(N/Z)Padre

(N/Z)Hijo

Ar + −01 e → 37 17 Cl

(37–18)/18 = 1,05

(37–17)/17 = 1,18

• Captura electrónica

37 18

c) Núcleos con número atómico igual o superior a 84 La emisión de partículas alfa produce leves incrementos en la razón N/Z, llegando solo a un núcleo estable en plomo-206.

Reacción

(N/Z)Padre

(N/Z)Hijo

234 238 4 He 92 U → 90 Th + 2 He

(238 – 92)/92 = 1,59

(234 – 90)/90 = 1,60

210 206 4 He 84 Po → 82 Pb + 2 He

(210 – 84)/84 = 1,50

(206 – 82)/82 = 1,51

Cinética del decaimiento radiactivo (Páginas 93 a 94)

Sin duda alguna lo más conocido en este tipo de fenómenos es la vida media del decaimiento radiactivo, especialmente el caso del carbono-14. Sugerencias al o la docente: a) El decaimiento radiactivo es un proceso estadístico de una muestra macroscópica. Lo que se sabe es que después de una vida media decae la mitad de los núcleos radiactivos. Por ejemplo, un átomo de C-14 no necesita esperar 5730 años para decaer. Si el tiempo de vida media es muy largo, un núcleo en particular de la muestra puede decaer de inmediato o decaer en 100 mil años.

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b) Los núcleos en general en forma libre casi no existen, forman parte de un átomo, y además el átomo es parte de una molécula de un compuesto. Por ejemplo, si ocurre la reacción nuclear 0 −1 e

14 7N

14 6C

y el carbono se encuentra en la forma de dióxido de carbono, suponiendo que estas moléculas no participan en ningún proceso en más de 10 mil años, lo que estaría ocurriendo en realidad es la transformación o transmutación. 0 −1 e

NO2 +

CO2

Lo más probable es que las moléculas de CO2 sean absorbida por las plantas, pero igual seguiría ocurriendo el decaimiento del carbono en las moléculas donde se encuentre. c) En el caso específico de carbono-14 se debe tener presente que todo ser vivo posee corporalmente una cantidad de estos átomos. Mientras está vivo a través del proceso metabólico incorpora y elimina moléculas con carbono-14, manteniendo un equilibrio. Normalmente emite electrones por la transformación de C-14 a N-14. Se estima que en 1 gramo de C-14 ocurren alrededor de 15 desintegraciones por segundo. Estas desintegraciones ocurren con esta velocidad mientras el ser permanece vivo. Una vez que muere se interrumpe el ciclo metabólico y comienza poco a poco a reducirse la velocidad de desintegraciones en el tiempo. Como el decaimiento es exponencial, teóricamente es impredecible cuando se desintegra el último núcleo de C-14 remanente.

Actividad de aplicación: Desintegración del Mo-99 (Página 95)

Objetivo: Confeccionar un gráfico de masa versus tiempo en unidades de vida media. Se dispone de 1 mg del isótopo que posee una vida media de 66 días. A partir del grafico se puede deducir que después de 5 vidas media se ha desintegrado sobre 0,97 mg del molibdeno inicial. Después de 2 vidas media (132 días) aún queda 0,25 mg sin desintegrar. La última pregunta es más compleja, la cual requiere del uso de las ecuaciones indicadas en el texto del estudiante:

N N == N N00ee − λ t

t1 / 2 =

0,693 λ

Si se sustituye una en otra y luego se toma logaritmo natural se obtiene, −

t1/ 2 0,693

N N0

donde N0 es la muestra original y N lo que queda después de transcurrir un tiempo t. Los tiempos transcurridos para 40 %, 60% y 80% son 48,6 días, 87,3 días y 153,3 días, respectivamente.

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2

Actividad de aplicación: Datación con C-14 (Página 96)

Objetivo: Averiguar la edad de vestigios de carbón. R: La cantidad de desintegraciones por minuto y por gramo de carbono es proporcional a N indicado en una fórmula anterior. El valor actual es N0 = 15,3 desint/s g y el observado en una muestra del pasado es 3,1 desint/s g. Mediante aplicación de la formula indicada en la actividad anterior se obtiene un tiempo de 13200 años.

3. Series radiactivas naturales (Página 77) Actividad de aplicación: Serie radiactiva del Uranio-238 (Página 98)

Objetivo: Analizar la serie de desintegración del uranio-238 La siguiente tabla resume todas las desintegraciones que ocurren a partir de U-238, de la cual se pueden responder todas las preguntas. Un aspecto interesante es que donde hay U-238, se encuentran todos los elementos que se indican en la tabla en diferentes proporciones y con distintas vidas media. Como la primera desintegración es la más larga, es, entonces, la más lenta y por lo tanto determina la velocidad del todo el proceso radiactivo.

Reacción de decaimiento

Vida media

U → 23490 Th + 42 He

4,51×109 años

238 92

234 90 Th

→ 91 Pa + −01 β

234

24,1 días

234 91 Pa

→ 92 U + −01 β

234

6,75 horas

230

2,48×105 años

226

8,0×104 años

→ 86 Rn + 42 He

222

1,62×103 años

218 84 Po

+ 42 He

3,82 días

→ 82 Pb + 42 He

214

3,1 minutos

234 92 U

→ 90 Th + 42 He

230 90 Th

→ 88 Ra + 42 He

226 88 Ra 222 86 Rn

→

218 84 Po

214 82 Pb

→ 83 Bi + −01 β

214

26,8 minutos

214 83 Bi

→ 84 Po + −01 β

214

19,7 minutos

214 84 Po

→ 82 Pb + 42 He

210

1,6×10–4 años

210 82 Pb

→ 83 Bi + −01 β

210

20,4 años

210 83 Bi

→ 84 Po + −01 β

210

5,0 días

210 84 Po

→ 82 Pb + 42 He

206

138,4 días

206 82 Pb

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Estable

4. Transmutación nuclear (Página 99) Aunque son muchas las transmutaciones posibles, una de las más importantes es la reacción 12 4 1 + 94 Be 6C + 0n 2 He

En red: En la siguiente página encuentras suficiente información http://nucleardata.nuclear. lu.se/nucleardata/toi/ perchart.htm

que llevó al descubrimiento del neutrón. James Chadwick, en 1932, al bombardear Be-9 con partículas, obtuvo C-12 y un neutrón, el que no había sido descubierto hasta ese momento por carecer de carga y de no disponerse la metodología apropiada. Aceleradores de partículas (Página 100) Sobre este tipo de aceleradores se encuentra información relativamente básica en las páginas: http://www.cchen.cl/index.php?option=com_content&task=view&id=245&Itemid=84 http://alojamientos.us.es/cna/Ciclotron.htm http://fisica.ciencias.uchile.cl/nuclear/instalaciones/historia.html http://aula2.elmundo.es/aula/laminas/lamina1134988431.pdf

5. Aplicaciones de radioisótopos (Página 101)

En el texto del estudiante se mencionan los usos más tradicionales. Es un área muy interesante que se aplica en nuestro país a la que no se le da mucha difusión probablemente para no influir negativamente en usos pacíficos de radioisótopos. En la agricultura tiene enormes aplicaciones que se citan de manera resumida: •

En eficacia de aprovechamiento de fertilizantes fosfatados se usa P-32 y en nitrogenados se usa N-15. El P-32 permite estimar cuanto fertilizante se le puede suministrar a una plantación a fin de no excederse en el consumo, ya que un exceso contamina el agua. Permite aminorar el daño al medio ambiente y rebaja los costos de la producción agrícola.

•

El uso de ciertos isótopos permite realizar mutaciones genéticas de semillas y fortalecer la resistencia a enfermedades, provocadas por plagas e insectos.

•

El uso de radioisótopos prolonga la vida de conservación de alimentos mediante irradiación, la que mata a organismos patógenos, insectos como la mosca de la fruta y polillas. La lucha contra algunos insectos opera vía de esterilización de machos que no producen descendencia.

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2 Las siguientes páginas web proporcionan informaciones muy claras sobre usos de la radioterapia http://www.ii.udc.es/areas/ inuclear/trabajos/radioisotopos.pdf Funciones de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CHEN) http://www.cchen.cl/index. php?option=com_content&ta sk=view&id=165&Itemid=84

•

En suma, la radiación evita riesgos a la salud provenientes de alimentos, los que se pueden almacenar por períodos más largos, se desinfectan granos, legumbres, frutas, pescado desecado y en general productos del mar congelados.

Un aspecto muy importante es destacar que los alimentos irradiados con radiación ionizante no producen radiactividad en la personas. Todos los alimentos son irradiados incluyen el logotipo internacional llamado radura.

Profundización de contenidos Actividad de aplicación: Uso del isótopo I-131 (Página 103)

Objetivo: Establecer la permanencia del isótopo I-131 en el organismo. Para el desarrollo de la actividad se considera la tabla de la página 104. El I-131 se utiliza en el diagnóstico de funcionamiento de las glándulas tiroides. Supone que a una persona se le suministra una muestra que contiene 1 mg de yodo en la forma de NaI. ¿Qué cantidad de la muestra original permanece en el organismo de la persona después de 1, 5, 10 y 100 días?

Tiempo/días

100

Porcentaje de lo que aún queda en el organismo

91,8 %

65,2 %

42,5

0,02 %

¿Cuándo termina el decaimiento completo del yodo suministrado? R: El suministro a un paciente yoduro de sodio, dopado con I-131 de una vida media de 8,1 días, garantiza que en poco tiempo disminuye la emisión ( la que permite un estudio controlado de la tiroides. Se sugiere utilizar la fórmula de desintegración nuclear para estimar la cantidad de la muestra radiactiva remanente. En forma teórica la muestra decae totalmente en un tiempo excesivamente largo. Al cabo de un año prácticamente no queda nada.

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

Fisión y fusión nuclear Páginas 110 a 123

Actividad Exploratoria: Energía nuclear (Página 111)

La actividad tiene por objetivo informarse de los Centros de Energía Nuclear en el mundo, ya sea para obtener energía o para investigación. Los alumnos pueden encontrar información en internet anotando reactores nucleares en el mundo. A modo de resumen, en aproximadamente 35 países existen 440 reactores funcionando para producir energía. A su vez hay alrededor de 40 reactores en construcción. Estados Unidos posee 104 reactores, Francia 59, Japón 56, Rusia 31. En Latinoamérica Brasil y Argentina tienen 2 cada uno. La mayor parte de los países poseen reactores de investigación y para producir isótopos que surten necesidades en medicina, agricultura y la investigación básica. Chile posee 2 reactores de esta naturaleza uno en La Reina y en Lo Aguirre (RM).

1. Fisión nuclear (Página 101) Fisión nuclear en un reactor de U-235 (Página 112)

En el texto se indican solo 4 reacciones de la fisión del uranio, pero la producción es mayor con diferentes rendimientos. Se señala que la fisión de uranio-235 da lugar a unos 200 isótopos diferentes de unos 35 elementos, cuyos números atómicos Z están comprendidos entre 30 y 65. Esto es equivalente a un rango de números másicos comprendidos entre 70 y 160 La figura adjunta muestra los porcentajes de rendimiento de los diferentes isótopos que se producen en la fisión. Claramente el rendimiento es mayor en isótopos en torno a A = 90 y A = 140.

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2

Bomba de hidrógeno En el texto del alumno en la página 116 se hace referencia solo a la bomba atómica que opera vía fisión nuclear. La bomba H es un artefacto explosivo también llamado bomba termonuclear es muy superior a la bomba atómica en un factor de unas mil veces superior. Utiliza un deuteriuro de litio-6 (LiD) como combustible. La detonación de la bomba ocurre en dos etapas: reacción de fisión (usa uranio o plutonio) seguida de una fusión nuclear. La primera produce una temperatura tan alta que es aprovechada por la segunda, que libera una enorme cantidad de energía. Algunas de las reacciones importantes son: 2 1

D + 31T → 42 He + 01 n

6 3

Li + 21 D → 2 42 He

2 1

D + 21 D → 31T + 11 H

La primera bomba H de carácter experimental fue explotada en 1952 por EE.UU. en un atolón de las Islas Marshall con un poder de 10,4 Mt (megatones).

Actividad experimental: Simulación de la fisión nuclear (Página 114)

La experiencia trata de simular una fisión, colocando una gota de aceite comestible suspendida en una mezcla agua alcohol. Colocar una cucharadita de aceite en la mezcla con sumo cuidado, porque de lo contrario se divide antes. Lo importante es tratar de colocarla en el centro de la mezcla. Todo está en el control de la densidad de la mezcla. Si se agrega agua o alcohol adicional debe ser prácticamente con un gotario, de lo contrario con mucha facilidad se va al fondo o queda en la superficie. Una vez colocada la gota en el centro de la mezcla basta tocarla con un lápiz o cuchillo y se secciona.

En red http://www.atinachile.cl/ node/2503 http://www.cchen.cl/

Actividad indagatoria: Debate sobre la energía nuclear (Página 116)

El profesor o profesora debe promover el debate de manera que se planteen las diversas opiniones que existen en nuestra sociedad. Los que estén a favor o los que estén en contra del desarrollo nuclear, deben fundamentar su posición.

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2. Fusión nuclear (Página 117) Actividad de aplicación: Nucleosíntesis especulativa (Página 121)

En esta actividad el estudiante debe proponer la síntesis de: deuterio, tritio, helio-3, berilo-7, litio-7, nitrógeno-13, carbono-13 y nitrógeno-14. Cada núcleo producto debe provenir de un núcleo cualquiera que sea impactado por protones, neutrones o núcleos de helio. Puede incluir la liberación de neutrones, protones, partículas b– o b+, Algunas de las reacciones posibles son: b+ = +10e b– = -10e 1 1 2 1H + 0n 1D + g 1 1 2 + 1H + 1H 1D + b + neutrino 2 1 3 1D + 1H 2He + g 3 3 4 1 2He + 2He 2He + 2 1H 3 4 7 2He + 2He 4Be + g 7 0 7 4Be + -1e 3Li + neutrino 12 1 13 6C + 1 H 7N + g 13 13 0 7N 6 C + +1 e + neutrino 13 1 14 6C + 1 H 7N

En red: sobre el origen de los elementos http://www.textoscientificos. com/quimica/inorganica/ origen-elementos http://www.geologia.unam. mx/academia/temas/ nucleosintesis.html

Proyecto de científico

Riesgos y beneficios del uso de la energía nuclear (Página 125)

Para el desarrollo de este proyecto se sugieren páginas web como las siguientes: http://www.textoscientificos.com/fisica/radiactividad/riesgos-medioambientales http://www.textoscientificos.com/fisica/radiactividad/riesgos-problemas http://www.textoscientificos.com/fisica/radiactividad/desechos-radiactivos http://www.textoscientificos.com/fisica/radiactividad/disposicion-residuos-radiactivos

5.2.5.1. Actividades complementarias para la Unidad Actividades de investigación El profesor o la profesora podría hacer con su curso las actividades de investigación que se proponen aquí, de modo de ver aplicaciones de la radioactividad en la actualidad y muchos de sus usos, así como también, investigar sobre los inicios de la misma desde el punto de vista histórico. 1. Marie Curie (1867-1934) Premio Nobel de física en 1903 y Premio Nobel de química en 1911. Se podría considerar como una de las pioneras de la radioactividad. Su historia es muy fascinante. Su sacrificio por la ciencia, ha

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inspirado novelas y realizados películas de largometraje sobre su extraordinaria vida. El profesor podría proponer al curso investigar sobre Marie Curie, sobre su vida, sobre sus importantes premios y descubrimientos. Incluso, podía hacerse una pequeña representación sobre algún pasaje importante de su vida o ver alguna de las películas que se han hecho sobre ella. Los siguientes enlaces pueden ser de gran ayuda: http://www.aip.org/history/curie/contents.htm, http://www.quimicaweb.net/ webquests/marie_curie/marie_curie_y_la_radiactividad.htm, http://www. astrocosmo.cl/biografi/b-m_curie.htm, http://www.geocities.com/fcueto/ Ciencia/Curie.htm, 2. Investigar sobre el nacimiento, vida y muerte de las estrellas, como producen su energía, cual es su combustible, relacionarlo con la “fusión fría”, averiguar si es posible realizar este tipo de reacción nuclear en nuestro planeta como fuente de energía, los pro y los contra, etc. Los siguientes enlaces pueden ser de gran ayuda: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_02.htm, http://www.tayabeixo. org/articulos/energia_estrellas.htm, http://www.nasa.gov/, http://erenovable.com/2006/06/01/fision-nuclear/. 3. Para la arqueología es de vital importancia el encontrar la fecha exacta de sus descubrimientos arqueológicos y verificar la veracidad de los mismos. Un caso emblemático de mito y realidad, ha sido la datación del “Santo sudario de Turín” o la autentificación de algunas momias egipcias y precolombinas, debido al gran número de falsificadores de reliquias arqueológicas. Investigar en qué consiste la datación radiactiva, cuáles son sus principales usos y dónde y cuándo ha sido de vital importancia para la autentificación de tesoros arqueológicos. Los siguientes enlaces pueden ser de gran utilidad: http://es.geocities.com/guijuelo10/datacion_c14.htm, http://oldearth.wordpress.com/2008/05/21/datacion-por-carbono-14-la-ciencia-y-la-religionse-dan-la-mano/, http://sabanasanta.bitacoras.com/archivos/2006/02/07/la-prueba-del-carbono14, http://www.answersingenesis.org/Espanol/docs/FRACASO.asp . 4. Investigar los pro y los contras de utilizar la energía nuclear como fuente de energía. Investigar el funcionamiento de un reactor nuclear y sus problemas. Hacer preguntas como: ¿Qué pasó en Chernóbil? ¿Podrá Chernóbil volver a ser lo que fue? Los siguientes enlaces pueden ser de gran utilidad: http://www.din.upm.es/trabajos/cherno/chernobil.html, http://archivo. greenpeace.org/chernobil/chernobil.htm, http://waste.ideal.es/chernobil.htm, http://www.who.int/mediacentre/news/ releases/2005/pr38/es/index.html, http://estaticos01.cache.el-mundo.net/elmundo/2001/graficos/abril/semana3/cherno.swf.

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5.2.3. Solucionarios Evaluación del capítulo 1 Propiedades del núcleo (Página 85) 1. ¿Qué investigadores descubrieron el electrón, protón y neutrón? R: J.J. Thomson, E. Rutherford, J. Chadwick 2. ¿Por qué un núcleo con A par puede tener espín I = 0, 1, 2, etc. y uno con A impar puede tener espín 1/2, 3/2, 5,2, etc.? R: El espín de un núcleo es la suma vectorial de los espines de los protones (I = 1/2) y neutrones (I = 1/2). Se pueden sumar o restar. En deuterio-2 (2 nucleones)es I = 1/2 + 1/2. En carbono-12 (12 nucleones I = 6 1/2 – 6 1/2 = 0, en Litio-7 (7 nucleones)) I = 5 1/2 – 2 1/2 = 3/2. 3. Entre los siguientes núclidos ¿cuáles son entre si: isótopos, isótonos o isóbaros? 64 30 Zn

76 34 Se

72 30 Zn

76 36 Kr

73 31 Ga

76 32 Ge

76 76 72 76 72 R: Isótopos: 64 30 Zn y ; 30 Zn Isóbaros: 34 Se y 32 Ge ; Isótonos: 34 Se , 30 Zn

y 73 31 Ga 4. La energía total de enlace nuclear para los núcleos 126 C y 238 92 U son 92,15 MeV y 1804 MeV, respectivamente. ¿Cuáles es la energía nuclear de enlace por nucleon en cada caso? Comparar con el gráfico de la página 77. R: 7,68 MeV y 7,58 MeV 5. La Tierra recibe en promedio desde el Sol 1,5 • 1019 kJ de radiación en un día. ¿A qué masa equivale esta radiación? R: 167 ton 6. En las ecuaciones siguientes, ¿qué núclidos o partículas faltan? 0 −1

a) 11 H + 11 H

β + 21 D ; Falta

b) 11 H + 11 H + 21 D , 01 β ; Falta c) 4 11 H 7.

4 2

He + ? ; Falta 2 1 β

Demostrar que en la reacción nuclear 2 2 1D + 1D

3 1T

+ 11 H se liberan aproximadamente 4 MeV. La masa de un átomo de tritio es 3,01605 u.

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Sugerencia: Estimar primero por separado los defectos de masa de deuterio y de tritio y luego estimar la energía liberada de manera similar como se calcula en una reacción química, es decir, energía del producto menos la energía de los reactantes. R: Descontada la masa de los electrones: Defecto de masa= masa productos - masa reactantes, (3,01550+1,00728) – 2( 2,01355= 0,00432 u = 4,024 Mev

Evaluación del capítulo 2 Radiactividad (Página 109) 1. ¿Qué significado tiene que un material radiactivo tenga 2 o 3 vidas media? R: Significa que de la muestra original en 2 y 3 vidas media ha decaído el 75% y 87,5%, respectivamente. 2. ¿Qué dificultades tiene el uso de carbono-14 para datar materiales con más de 4 vidas media? R: Cuando han transcurrido 4 vidas media (aprox. 23 mil años) del C-14 ha decaído más del 93% del material orgánico inicial, lo que a su vez implica una disminución de la sensibilidad acompañada de una imprecisión del método. 3. El isótopo del hidrógeno 31 H , tritio, es radiactivo y emite una partícula b con una vida media de 12,5 años. ¿Qué porcentaje de una muestra original de tritio quedan después de 25 años. R: Después de 25 años queda el 25% e la muestra original. 4. El isótopo del helio 23 He es estable, pero 22 He nunca ha sido detectado, es decir no existe. ¿Por qué? R: El He-2 no existe porque es insostenible un núcleo con solo 2 protones y carente de neutrones. La presencia de un número moderado de neutrones otorga estabilidad a los núcleos. 5. Los núcleos 148 O y 198 O son inestables. Observando la figura del cinturón de estabilidad ¿qué tipos de partículas emiten para alcanzar un núcleo estable? R: O-14: Está bajo del cinturón de estabilidad, emite un electrón y forma N-14. O-19, bajo el cinturón de estabilidad, emite un positrón y forma F-19.

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6. ¿Cómo decaen los radioisótopos que tienen neutrones o protones en exceso? Piensa en el cinturón de estabilidad. R: Un núcleo con exceso de neutrones tiene N/Z alto, decae por emisión de electrones. Con exceso de protones N/Z es bajo y emite un positrón o captura un electrón. 7.

Según la actividad de la página 77. ¿Cuáles de los siguientes núclidos pueden ser estables? y 93 Li R: Ambos núcleos están a la izquierda del cinturón de estabilidad. Son inestables y decaen por emisión de electrones. 20 8O

8. El radio-226 experimenta un decaimiento espontáneo formando los gases radón y helio. Discute la validez de la afirmación: “El radio es un compuesto químico formado por radón y helio”. R: La afirmación es falsa. Un núcleo de un átomo de radio no es un compuesto químico. Además, un átomo no es una mezcla de 2 átomos. 9. Discute la validez de la afirmación: “La radiactividad es una propiedad del núcleo de un átomo de un elemento y no del compuesto en que se encuentra el elemento”. R: Un elemento radiactivo puede estar presente en más de un compuesto químico y decae de la misma manera, independiente del tipo de compuesto. 10. Determina qué tipo de núclido se forma en los siguientes casos. Escribe las respectivas ecuaciones. a) Neptunio-232 captura un electrón. Forma U-232 b) 127 N emite un positrón y da lugar a C-12. c) 26 11 Na emite un electrón y da lugar a Mg-26 d) 212 83 Bi emite una partícula alfa y da lugar a Tl-208 e)

9 3 Li

emite un neutrón y da lugar a Li-8.

11. Una roca tiene 2,7 • 10-4mol de U-238 (vida media 4,51 • 10 9 años) y 1,1 • 10-4 mol de Pb-206. Suponiendo que el plomo proviene de la desintegración del uranio. ¿Cuál es la edad de la roca? R: De U-239 queda 0,00027 mol, pero en un comienzo era (0,00027 + 0,00011) mol. Permanece como U-238 el 71% del uranio original. Con la ecuación cinética se estima una edad de 2,2 • 109 años 30 12. El 27 13 Al se puede convertir en 15 P . ¿Qué tipo de partícula interviene en la transmutación? R: Al-27 absorbe He-3 y forma P-30.

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Evaluación del capítulo 3 Fisión y Fusión nuclear (Página 123) 1. Complete las siguientes reacciones nucleares (a)

249 98

Cf + 105 B

257 103

(b)

249 98

Cf +

263 106

12 (c) 238 92 U + 6 C

(d)

+ 42 He

Lr +

(2 neutrones)

Sg + 4 01 n (Oxígeno-18)

+ 6 01 n (Californio-244) 243 97

Bk + 01 n (Américo-240)

2. Entre la fisión y fusión nuclear a) ¿Qué clase de proceso da lugar a la formación de núcleos más pesados? b) ¿Cuál produce núcleos más livianos? R: La fusión produce núcleos más pesados mediante choques entre partículas o núcleos más livianos. La fisión origina núcleos más livianos. 3. ¿Cómo explicas que la fisión del uranio-235 puede llegar a una reacción en cadena? R: La fisión produce más neutrones que los que se emplean inicialmente. Los neutrones excedentes quedan disponibles para fusionar un mayor número de núcleos de uranio. De no existir barras de control la reacción en cadena es imparable. 4. En relación al material fisionable. ¿Qué significa masa crítica, masa subcrítica y masa supercrítica? ¿Cuáles son los riesgos? R: Masa crítica corresponde al mínimo de masa de material fisionable, tal que tras cada fisión produzca al menos otro neutrón capaz de producir otra fisión. La masa subcrítica está bajo la capacidad del reactor para sustentar una reacción en cadena ya que produce menos que un neutrón proyectil por fisión. La masa supercrítica genera demasiados neutrones siendo difícil de detener las reacciones. Si e sistema está en el estado subcrítico el reactor termina apagándose. En el estado supercrítico sin control se produce una enorme explosión (bomba atómica). 5. Un reactor consta de las siguientes partes: núcleo del reactor, barras de control, material fisionable, generador de vapor, turbina de vapor, generador eléctrico, condensador de vapor, torres de enfriamiento. ¿Qué papel cumple cada una de estas partes? R: El núcleo del reactor contiene el material fisionable que es bombardeado por neutrones. Las barras de control regulan la reacción en cadena y evitan un sobrecalentamiento del sistema. El agua que circula por el núcleo a alta

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presión y alta temperatura y sirve para hacer hervir agua en el generador de vapor. El vapor generado hace funcionar una turbina que induce la producción de electricidad en un generador. El condensador de vapor utilizado permite bajar la temperatura con sistemas de flujos de agua. Las torres de enfriamiento externo reducen la temperatura del agua circulante y reducen la contaminación térmica ambiental. 6. La fusión de 1 átomo de uranio-235 libera 218 MeV de energía, en cambio un mol de carbono libera 393,5 kJ. ¿Cómo es comparativamente la energía liberada por un átomo de uranio con la energía liberada en la combustión química de un átomo de carbono? R: Usando las conversiones de energía a joule, un átomo de uranio libera 3,49 • 10-11J. La energía correspondiente a la combustión de 1 átomo de carbono es 6,5 • 10-19J. Un cociente entre ambas cantidades indica que 1 átomo de uranio libera 53 millones más energía que un átomo de carbono en la combustión química. 7.

En estos momentos no se disponen de reactores de fusión en etapas productivas. ¿Qué dificultades prácticas existen? R: El fin de un reactor de fusión es generar energía eléctrica aprovechando las altas temperaturas del proceso. Aún no se llega a esto porque la reacción debe ocurrir confinada en un campo magnético que evite el contacto con paredes que no pueden soportar las elevadas temperaturas del medio. El proceso aún no es sustentable ya que es difícil mantener la continuidad. Lo favorable es que no se producen núcleos radiactivos contaminantes.

8. En las estrellas se puede formar un núcleo de 126 C a partir de 3 partículas (. ¿Cuánta energía en MeV se produce en esta reacción? R: Si a cada átomo de helio se le restan 2 electrones, la masa del núcleo de helio es 4,0015 u. En caso del carbono-12, se le restan 6 electrones y se obtiene una masa de 11,9967 u. Por lo tanto, el defecto de masa es 0,00779 u, que corresponde a 7,26 MeV. 9. Cuando se bombardean núcleos con protones y con neutrones, con los protones se requiere una mayor cantidad de energía. ¿Por qué? R: Si se bombardea un núcleo con protones se les debe imprimir mayor energía capaz de vencer la repulsión. Los neutrones ingresan al núcleo con menor energía ya que no son repelidos por el núcleo que choca. 10. ¿Por qué es más recomendable la activación neutrónica para el análisis de objetos históricos, pinturas famosas y en criminalística? R: La captura de neutrones no genera elementos diferentes y el producto no es radiactivo.

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Evaluación de la Unidad 2 Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Respuestas de preguntas de selección múltiple 1B 2B 3B 4C 5A 6D 7A 8C 9B 10E 11D 12B Preguntas abiertas 13. Escribir ecuaciones nucleares balanceadas para los siguientes casos: a) ¿Qué núclido capturó un electrón y formó Ag-107? (Cd-107) b) ¿A partir de que núclido se formó I-129 por decaimiento b– (Te - 129) c) ¿Qué núclido emitió un positrón y se formó Ti-48? (V-48) d) ¿Qué núclido se forma si N-12 emite un positrón. (C-12) e) ¿Qué núclido se forma si Ac-225 emite una partícula alfa? (Fr -221) 0 14. Explica las diferencias entre los términos: núcleo, nucleón, núclido. R: Núcleo: parte central del átomo; nucleón: protón o neutrón nuclear; núclido: núcleo con A y Z específico. 15. Entre las partículas a y b y la radiación g ¿cómo es su poder ionizante y su poder penetrante? R: El poder penetrante aumenta en el orden: a < b < g El poder ionizante aumenta en el orden: g < b < a 16. ¿Puede ser estable un núcleo pesado con Z < 92, si el número de neutrones es igual al número de protones? Si no es estable ¿cuál es el posible decaimiento radiactivo? R: Un núcleo con Z mayor a 92 en el que el número de protones sea igual al de neutrones no puede existir. Si existiera liberaría partículas. 17. Considera que tienes un compuesto de molibdeno que contiene 1 mg de Mo-99. Para este isótopo la constante de decaimiento es de 0,0105 dias–1. Calcula cuánto Mo-99 va quedando después de 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 y 20 días. a) Confecciona un gráfico masa de Mo-99 versus tiempo en días. b) Marca en el gráfico cuando ha transcurrido una vida media y luego dos vidas media. c) Toma el logaritmo natural de cada una de las masas estimadas en a) y grafica ln (masa) vs tiempo. Estima la pendiente de la línea trazada. ¿A qué es igual la pendiente? R: Este es una extensión de la actividad de la página 95. En el gráfico se obtiene una recta de pendiente λ (constante de velocidad del decaimiento radiactivo).

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18. ¿En qué principio se basa un detector Geiger? R: Toda partícula emitida por un material radiactivo impacta el gas argón del detector, formando iones Ar+, el que libera electrones que son detectados por el ánodo. 19. ¿A qué hecho atribuye que la masa de un núcleo de un elemento sea menor que la suma de las masas de los nucleones constituyentes? R: La constitución de un núcleo a partir de las masas de sus nucleones, es un proceso que ocurre bajo condiciones extremas, que se explica por la liberación de energía correspondiente a una diferencia o defecto de masa, según la ecuación de Einstein. 20. ¿Qué utilidad tiene conocer la energía de enlace o ligadura por nucleón en un núclido determinado? R: El conocimiento de la energía de enlace por nucleón da cuenta de la estabilidad nuclear de un núcleo en particular. 21. Considera la masa de oxígeno-16 y determina la energía de enlace nuclear del átomo y por nucleón. R: El defecto de masa es 0,137 u; la energía total del núcleo es 127,61 MeV y la energía de enlace por nucleón es 7,9758 MeV. 22. ¿Qué riesgos existen si una radiación ionizante produce una especie química radical? R: Si una especie radical ataca el agua corporal, puede generar finalmente radicales •OH, especie muy reactiva que al alcanzar cierto nivel de concentración podría causar un daño somático o genético. 23. ¿Por qué no reviste peligro el consumo de alimentos irradiados con radiación provenientes de una fuente de cobalto-60? R: La radiación afecta a los potenciales microorganismos presentes en un alimento y no altera la composición nuclear de los átomos a un nivel de producir un material radiactivo. 24. La radiación ionizante es más peligrosa en un niño que en un adulto. ¿Por qué? R: El niño se encuentra en una etapa de crecimiento. La radiación podría alterar su normal desarrollo al ocasionar un daño somático o genético. 25. ¿Por qué se utiliza activación neutrónica para el análisis de obras pictóricas de gran valor? R: La activación neutrónica ingresa neutrones a los átomos de la pintura, sin modificar el elemento químico, produciendo un isótopo radiactivo de corta vida (generalmente emite radiación), en un intervalo de tiempo suficiente para un estudio analítico obteniéndose un espectro de radiación. El espectro permite reconocer la composición química de la pintura usada.

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26. Si se desea estudiar el flujo de aguas subterráneas, ¿qué características debiera tener el radioisótopo que se utiliza? R: Es fundamental que sea un radioisótopo de corta vida y que no produzca elementos tóxicos. 27. En medicina nuclear, ¿cuál es la diferencia entre radioterapia interna y radioterapia externa? R: En la radioterapia interna se introduce en el interior del cuerpo del paciente una dosis de material radiactivo. En la radioterapia externa el paciente es sometido a irradiación desde una fuente que emite radiación a o b. 28. ¿Cuál es el denominador común en los isótopos utilizados en medicina nuclear? R: Son de corta vida media. 29. Diferencia el daño somático del daño genético por acción de radiaciones R: El daño somático altera el funcionamiento celular de un tejido y puede causar una enfermedad. El daño genético altera la secuencia de ADN y produce malformación en el tejido que puede trasmitirse a un descendiente. 30. ¿Por qué un estrella supernova termina su vida explotando? R: Cuando en el interior de una estrella se terminan el combustible nuclear y ha llegado a formar hierro, se produce una implosión (reducción del corazón de la estrella) seguido de un colapso gravitacional que termina en una gran explosión. 31. ¿Por qué la formación de elementos en algunas estrellas termina con la formación de Fe-56? R: Termina en la formación de Fe-56 porque es el núcleo más estable. 32. ¿Cuál es el primer núcleo estable que se forma al interior de una estrella? R: El primero es D-2 y le siguen He-3 y He-4 33. ¿Cuáles son las cantidades mínimas y máximas de neutrones que se pueden producir por fisión nuclear de U-235? R: Se emiten entre 1 y 4 neutrones según la reacción que ocurra. En general, el U-235 emite en promedio 2,5 neutrones por reacción.

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5.2.4. Errores y dificultades más frecuentes Esta área de la química posiblemente es una de las “más difíciles” de enseñar, ya que no es posible hacer experimentos a nivel de laboratorio en este capítulo. Las prácticas de laboratorio son de vital importancia porque permiten que el alumno vea en la realidad las materias que está viendo en forma teórica en las clases expositivas. De este modo, el alumno ve que la química es una ciencia experimental y que está al alcance de todos. Sin embargo, en este capítulo de Química Nuclear, la experimentación a nivel de laboratorio no es posible. Por lo tanto, es importante que el profesor o la profesora fomente los trabajos de investigación, hacer clases expositivas donde se vean aplicaciones de la química nuclear, visitar páginas web con el tema, visitar las centrales nucleares existentes en nuestro país (http://www.cchen.cl/) en la medida de sus posibilidades, que el alumno haga un clase expositivas sobre algún tema propuesto en las Actividades complementarias de la unidad, etc. En fin, hacer ver al alumno los pros y contras de la química nuclear y de cómo se encuentra presente en nuestros días.

5.2.5. Anexos 5.2.5.1. Instrumentos de evaluación fotocopiables Páginas web relacionadas con el capítulo Propiedades del núcleo • http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=17 • http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi/perchart.htm • http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?num=3628&nobar=1 • http://www.angelfire.com/sc/energianuclear/tipos.html Páginas web adicionales sobre Fenómenos nucleares • http://www2.tandar.cnea.gov.ar/~scoccola/teaching/nuclear/cap3 • http://www.ing.una.py/DIREC_PPAL/ACADEMICO/APOYO/Fisica_III/ PDF/clase_11.pdf • http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Universo.htm • http://www.usal.es/~geozona/planetas/conferencias2003/Daniel%20Galaviz.pdf • http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?num=3628&nobar=1 • http://desacad.ita.mx/contec/num_17/rev17-4.pdf • http://www.arrakis.es/~lallave/nuclear/prac.htm • http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=17 • http://www.angelfire.com/sc/energianuclear/tipos.html

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Material fotocopiable Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 1 Procesos nucleares Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________ 1. ¿Cuál es el orden de descubrimiento de los protones, neutrones y electrones del átomo, desde el más antiguo al más reciente? A) protón - electrón - neutrón B) electrón - protón - neutrón C) electrón - neutrón - protón D) protón - neutrón - electrón E) neutrón - protón - electrón 2. ¿Qué significa que una partícula tenga espín? I) Que solo hay un número limitado de giros. II) Que giran en cualquier dirección. III) Es una interconversión entre partículas. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) Solo II y III 3. El núcleo de un átomo X representado por 157 X tiene: A) 8 protones y 7 neutrones B) 7 protones y 15 neutrones. C) 7 protones y 8 neutrones. D) 15 protones y 8 neutrones. E) 8 protones y 15 neutrones. 4. Al comparar los isótopos 11 H , 21 D y 31T se establece que: A) corresponden a tres elementos diferentes. B) tienen la misma cantidad de neutrones. C) tienen la misma cantidad de protones. D) tienen más protones que neutrones. E) la masa desciende de izquierda a derecha.

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Material fotocopiable 5. ¿En qué se parecen los isótopos 21 D , 63 Li , 105 B y 147 N ? I) Tienen números másicos pares. II) Poseen un número impar de protones. III) Poseen un número impar de neutrones. Es (son) correcta(s) A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y II. E) I, II y III. 6. Respecto del cinturón de estabilidad nuclear se afirma que A) todos los núcleos con Z < 20 son estables. B) todos los núcleos con Z > 20 son inestables. C) la estabilidad es independiente de la cantidad de protones y neutrones que posea un núcleo. D) sobre Z > 20 tienen estabilidad los núcleos que poseen un número de neutrones levemente superior a Z. E) Cuando un elemento posee un sólo isótopo estable, es imposible sintetizar un isótopo inestable. Soluciones: 1B, 2A, 3C, 4C, 5E, 6D

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Material fotocopiable Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 2 Radiactividad Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________ 1. Dos núcleos de generan un núcleo de 31T y liberan A) un electrón. B) un positrón. C) un protón. D) dos electrones. E) un neutrón. 2. Al formarse el núcleo de un elemento como oxígeno a partir de protones y neutrones I) la masa de protones y neutrones se mayor que la del núcleo formado. II) se libera energía. III) se requiere una temperatura muy elevada para la fusión. Es (son) correcta(s): A) solo I B) solo II C) solo III D) solo I y III E) I, II y III 3. ¿Cuál(es) de las siguientes reacciones está(n) correctamente escrita(s)? I) 01 n + −01 β

1 1

II) 11 p + −01 β III) 11 p

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1 0n

1 0 0 n + −1 β

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) Solo II y III.

Material fotocopiable 4. El isótopo I-131 tiene una vida media de 8 días. Cuando ha transcurrido el 74% del decaimiento han transcurrido I) más de 8 días. II) más de 16 días. III) un poco menos de 16 días Es (son) correcta(s) A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) Solo II y III. 5. En la serie de desintegración del U-238 en la etapa de decaimiento de 22286 Rn a 21884 Po se emite(n): A) una partícula a. B) 4 protones. C) 2 deuterones. D) 1 protón y un tritio. E) 4 neutrones. 6. ¿Cuál(es) de las siguientes reacciones nucleares son de transmutación? I)

238 92 U

+ 01 n

II)

239 94 Pu

+ 42 He

III)

239 93 Np

0 239 93 Np + −1 β 242 1 96 Cm + 0 n

0 239 94 Pu + −1 β

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) I, II y III. Soluciones: 1C, 2E, 3E, 4D, 5A, 6E.

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2

Material fotocopiable Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 3 Fisión y fusión nuclear Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________ 1. El isótopo 187 N cuando decae libera una partícula b- y se transforma en: A) 186 C B) 177 N C) 197 N D) 188 O E) 178 O 2. Para producir una reacción en cadena sustentable es suficiente que el núcleo fisionado I) libere de 4 o más neutrones por núcleo. II) que la cantidad de material corresponda a la masa crítica. III) que las barras de control absorban los neutrones en exceso. A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) Solo II y III. 3. El agua que circula por el corazón de un reactor nuclear normalmente: I) hierve a 100 ºC. II) se calienta a más de 300 ºC y se le mantiene a una elevada presión. III) fluye directamente hacia una turbina para producir electricidad. A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) Solo II y III.

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

Material fotocopiable 4. En relación a la fisión y fusión nuclear: A) Ambos procesos puede generar grandes cantidades de energía. B) Para iniciar la fisión nuclear se requiere de una fuente que alcance por lo menos 106 ºC. C) La fusión solo se inicia con un bombardeo de neutrones. D) La fisión produce energía utilizando combustible nuclear de baja masa atómica. E) La fusión ocurre normalmente entre núcleos de elevada masa atómica. 5. Para realizar la fusión nuclear, I) se requiere una fuente de muy elevada temperatura. II) se debe someter el material fusionable a una alta presión. III) es fundamental confinar el material mediante un campo magnético. Es (son) correcta(s): A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) I, II y III. 6. Una estrella como nuestro Sol I) está compuesta principalmente por hidrógeno. II) la energía radiante proviene de fisiones nucleares. III) en su centro se concentran los núcleos más pesados. Es (son) correcta(s): A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y III. E) I, II y III. Soluciones: 1A, 2E, 3B, 4A, 5E y 6D

Guía didáctica para el profesor

Unidad 2

5.2.6. Bibliografía de la Unidad 1. Petrucci, Ralph H. Química general. Prentice Hall, 8ª ed., 2003. ISBN: 8420537829 2. Whitten, Kenneth W. Química general. Mcgraw-Hill, 5ª ed., 1998. ISBN: 8448113861 3. Ebbing, Darrell D. Química general. McGraw-Hill, 5ª ed., 1997. ISBN: 9701010256 4. Chang, Raymond. Química. McGraw-Hill, 9ª ed., 2007. ISBN: 97010611141 Tomada y adaptada de propuesta del prof. Daniel Saldivia, UFRO, 1997)

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

5.3 Tercera Unidad: Procesos de la industria química Mapa conceptual de la Unidad

Metalurgia de Cu

Estado físico de reactantes y productos

Lixiviación Flotación Fundición Electrólisis

Metalurgia de Fe

Éxtracción, molienda, cacentración magnética

Alto horno

Procesos de Li

Salmueras Evaporación Carbonatación

Li2CO3

Caliche. Extracción de Molienda. Cristalización

Proceso del azufre

S volcánico Chancao

SO2 SO3 S

CaCO3

Calcinación

Mezclas de óxidos de Si, Ca, Al y Fe

Cemento

Arcillas

Cerámicas

Arena, Caliza soda y óxidos metálicos

Vidrios

Cemento Cerámicas y vidrios

Acero

NaNO3 KNO3

Procesos de Nitratos y Yodo

Calizas

H2SO4

CaO

Guía didáctica para el profesor

Unidad 3

5.3.1 Planificación de la Unidad 3 Capítulo

Aprendizajes

1. Minerales metálicos en chile y su metalurgia

Reconocer las principales materias primas de la industria química nacional. Describir procesos moderno de obtención de metales Comprender y analizar aspectos básicos estequiométricos.

2. Minerales no metálicos

Reconocer las principales materias primas de la industria química nacional. Describir procesos moderno de obtención de no metales. Comprender y analizar aspectos básicos estequiométricos. Comprender y analizar los apectos básicos del ácido sulfúrico.

3. Vidrios cerámicas y cemento

Mostrar conocimiento de materiales de uso masivo: vidrio, cemento y cerámica

Habilidades de pensamiento Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar.

Tiempo (semanas)

Recursos didácticos

Destrezas científicas

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave (3) Vocabulario (3) Para tener en cuenta (7) Tablas (11) Actividades (7) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave ( ) Para tener en cuenta (16) Tablas (13) Actividades (11) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Exploremos (1) Actividad indagatoria (1) Concepto clave ( ) Para tener en cuenta (16) Tablas (13) Actividades (11) Síntesis (1)

Observar, describir predecir, verificar, formular objetivos, concluir, medir ordenar y clasificar, tabular, registrar datos, graficar, comparar, calcular, relacionar

Recursos tecnológicos http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=%20%20%3E%20%2078&tc=3&nc=5&art=286 http://www.codelco.com/coleccion/index.htm

Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar.

http://www.piedrasdecorativas.cl/litio_lithium_chile2.htm http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/gonzaleza01/ http://www.minmineria.cl/574/propertyvalue-1986.html http://www.sqm.com/aspx/AcercaDe/ProcesoProduccion.aspx http://www.textoscientificos.com/quimica/nitrato-potasico http://www.unap.cl/museomin/basededatos/salitre_antiguo.htm http://www.quiminet.com.mx/ar1/ar_%25E1%258C%25C4%2582%25D7%2582%2599%25 EA.htm http://www.textoscientificos.com/sulfurico/produccion http://html.rincondelvago.com/acido-sulfurico.html http://www.cochilco.cl/productos/otros_no_metalicos_tabla.asp

Reflexionar, comprender información, discutir y debatir. Comprender, interpretar, aplicar, inferir, analizar y sintetizar.

http://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtml http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal/layout?p_l_id=32603.23 http://www.holcim.com/CL/ESC/id/38286/mod/gnm20/page/editorial.html

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

5.3.2. Orientaciones didácticas de la Unidad 3

UNIDAD 3 Procesos químicos industriales Los y las docentes en Química conocen bien la importancia de los procesos químicos en la industria chilena. No obstante, por ser la última unidad del texto de 4º medio es probable que muchos de los temas sean obviados en el proceso de enseñanza, privilegiando algunos aspectos químicos en desmedro de procesos industriales que se realizan en gran escala en nuestro país. El texto contiene interpretaciones químicas, datos importantes de sustancias específicas y también datos estadísticos sobre producción. Desde luego esto último son solo referencias para generar conocimiento cualitativo en los estudiantes. En esta guía se comentan los aspectos más relevantes de las actividades propuestas.

Minerales metálicos Páginas 132 a 135

Actividad exploratoria: Metales en Chile (Página 133)

Esta primera actividad tiene como objetivo motivar a los estudiantes en el estudio de los elementos metálicos. Hace referencia a sus preconceptos sobre los metales en Chile, tema que ha sido tratado en la asignatura de Historia y en la Unidad de Materiales en la asignatura de Química en Primer año de Enseñanza Media.

1. Metalurgia (Página 134) La tabla de minerales, puede ser ocupada por el profesor o profesora realizando alguna actividad anexa como clasificar los minerales por elementos, por ejemplo, los que son de cobre o de hierro, para evaluar posteriormente la composición de los más importantes. Minerales matálicos oxidados y sulfurados Minerales oxidados

Fórmula

Minerales sulfurados

Fórmula

Cuprita

Cu2O

Galena

PbS

Sílice

SiO2

Calcosina

Cu2S

Hematita

Fe2O3

Molibdenita

MoS2

Magnetita

Fe3O4

Pirita

FeS2

Bauxita

Al2O3

Blenda

ZnS

Limonita

•

2Fe2O 3H2O

Calcopirita

CuFeS2

Caolinita

Al2O3•2SiO2•2H2O

Alumbre

KAl(SO4)2

Guía didáctica para el profesor

Unidad 3 Procesos físicos y químicos aplicados a la industria metalúrgica Utilizando los conceptos de procesos físicos y químicos de la industria metalúrgica, se puede pedir al estudiante, como actividad anexa, que diseñe un mapa conceptual, que sea revisado por la profesora o profesor, en forma individual o grupal. Es bueno recordar que los mapas conceptuales son una manera eficaz de sintetizar conocimiento, algo que a los estudiantes de nuestro país se les hace bastante difícil.

2. El cobre (Página 138) Conociendo el cobre Dado que el cobre el principal mineral de importancia económica en nuestro país, se ha dado bastante información con respecto a los procesos químicos industriales relacionados con su metalurgia. Actividad experimental: Propiedades del cobre (Página 140)

Se pretende que los estudiantes experimenten con algunas propiedades de este metal. El profesor o profesora deberá tomar las precauciones necesarias especialmente en las reacciones con ácidos. En el calentamiento de una lámina de cobre con el mechero se observa que en la zona de mayor calentamiento tomará color negro (CuO) y en otras zonas se verá rojizo (Cu2O) En los ensayos con ácidos se propone una tabulación como la siguiente: Minerales de cobre oxidado Minerales de cobre

Fórmula

Mineral

Fórmula

Azurita

2CuCO3•Cu(OH)2

Atacamina

CuCl2•3Cu(OH)2

Malaquita

CuCO3•Cu(OH)2

Crisocola

CuSiO3•2H2O

Brocanita

CuSO4•3Cu(OH)2

Cuprita

Cu2O

Calcantita

CuSO4•5H2O

Tenorita

CuO

Minerales de cobre sulfurado

Mineral

Fórmula

Mineral

Fórmula

Calcopirita

FeCuS2

Calcosina

Cu2S

Covelina

CuS

Enargita

3CuS3•As2S3

Bornita

2Cu2S•CuS•FeS

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

Ecuaciones de las reacciones: 1) Cu + H2SO4

CuSO4 + SO2 + 2H2O

2) 3 Cu + 8 HNO3

3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Metalurgia del cobre Se recomienda al profesor o profesora que los estudiantes reconozcan algunos minerales de cobre por sus fórmulas, por ejemplo los marcados con asterisco en la tabla que posteriormente pueden ser evaluados. Minerales de cobre oxidados y sulfurados más comunes Minerales de cobre oxidados Minerales de cobre sulfurados Cu reacciona con

Reacciona en frío

Reacciona en caliente

Desprende gases

Color de la disolución

Reacción exotérmica

HCl

incolora

–

HNO3

si, no

azul

H2SO4

si, lentamente

si, SO2

azul

H2O

Solución de NaCl

Actividad experimental: Separando el cobre de una sal (Página 142)

Esta trabajo, como todos los experimentales, es una excelente oportunidad para reforzar habilidades científicas, cognitivas y sociales. Precaución: El sulfato de cobre es una sustancia tóxica. Debe evitarse contacto con la piel e ingestión. La profesora o profesor deben tomar las medidas pertinentes de precaución al trabajar con este reactivo. 1. En la reacción con papel aluminio se observa una coloración rojiza. Es una reacción exotérmica en la que después de unos 5 minutos la temperatura puede alcanzar alrededor de 50 ºC. 2. Cuando se somete el papel de aluminio a una disolución que contiene sulfato cúprico y cloruro de sodio, el aluminio se oxida, se libera hidrógeno, el que se puede identificar con la llama de un fósforo que lo hará explotar. La disolución se decolora y se produce cobre metálico. El cloruro de sodio acelera la oxidación, porque el cloruro difunde más rápidamente que el ion sulfato. 3Cu2+ + 2 Al

3Cu + 2Al3+

Guía didáctica para el profesor

Unidad 3 3. Con la acción de metales como Fe, Mg y Zn. también se puede obtener cobre metálico desde una solución de sulfato de cobre. 4. Como actividades anexas, se puede realizar las reacciones entre CuSO4 e hidróxido de sodio, lo que formara un precipitado de color azul que corresponde al Cu(OH)2. 2NaOH + CuSO4 Na2SO4 + Cu(OH)2 Si se sigue agregando hidróxido de sodio se disuelve el precipitado y aparece un azul más intenso correspondiente al ion cuprato CuO22–. También, se puede hacer reaccionar CuSO4 con amoníaco, con lo que se forma un sal básica de cobre Cu2SO4(OH)2 de color verde azulado, que al agregar más amoníaco se disuelve generando el complejo Cu(NH3)42+, de color azul intenso. 2Cu2++ SO42– + 2NH3 + 2H2O Cu2SO4(OH)2 + 8NH3

Cu2SO4(OH)2 + 2NH4+ 2Cu(NH3)42+ + SO42– + 2OH–

Procesos específicos de la metalurgia del cobre (Página 142) Actividad experimental: Obtención de cobre por electrólisis (Página 144)

La actividad de obtención de cobre electrolítico, es interesante realizarla ya que muestra uno de los procesos de refinación del cobre que se practican en la industria metalúrgica de este metal. El profesor debe hacer reflexionar a los alumnos que esta técnica electroquímica tiene un gran valor agregado comercial en nuestro país. También se puede señalar a los estudiantes que la galvanoplastia utiliza la electrólisis para recubrir metales para evitar la corrosión o darle otra tonalidad al metal receptor. Como actividad anexa, se podría colocar como cátodo un clip y observar como se deposita cobre sobre el. Si el establecimiento cuenta con una balanza de precisión, se podrían medir las masas de las láminas antes y después de la experiencia. Si se conocen los valores de las masas, la intensidad de la corriente aplicada y el tiempo de la electrolisis, se podrían aplica la Leyes de Faraday . Primera Ley: La masa depositada por electrólisis de una sustancia es directamente proporcional a la corriente que circula. Segunda Ley: Si por varias celdas electrolíticas son conectadas en serie y provistas de electrodos inertes, pasa la misma cantidad de corriente eléctrica, las cantidades de sustancias depositadas en cada electrodo son proporcionales a los equivalentes-gramo de las sustancias depositadas.

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

Masa = M • I • t / (96500 • n) donde: m: masa en gramos que se deposita. M: masa molar del elemento I: Intensidad de la corriente en amperios t: tiempo en segundos de la electrolisis n: número de electrones intercambiados en la reacción 96500: factor de equivalencia 1F = 96500 Coulomb No se ha considerado una actividad de esta naturaleza en el texto del alumno debido a la poca probabilidad de contar con balanzas de precisión en los establecimientos educacionales fiscales. Si el establecimiento tiene estos medios podría realizar la experiencia. Lixiviación bacteriana Este tema se ha tratado en forma somera dada la complejidad del mismo. De acuerdo al tipo de curso el profesor o profesora podría profundizar en este tema. En la red En las siguientes páginas se encuentra información sobre la lixiviación bacteriana http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=%20%20%3E%20%2078&tc=3& nc=5&art=286 http://www.codelco.com/coleccion/index.htm

3. El hierro (Página 147) Conociendo al hierro (Página 147)

El hierro es un metal que ocupa el segundo lugar de importancia en producción a nivel nacional. En la siguiente actividad, se pretende que el estudiante reconozca las características más importantes de este metal. Actividad de indagación: El hierro en Chile y el mundo (Página 147)

En esta actividad el profesor o profesora puede sugerir a los estudiantes que muestren en un mapa de Chile los yacimientos de hierro. Hacer alusión a la Edad del hierro, conectando la Química con la Historia y hacer reflexionar a los estudiantes sobre la importancia que ha tenido este metal a lo largo de la historia humana.

Guía didáctica para el profesor

Unidad 3 Hierro en la naturaleza El profesor o profesora puede pedir a los estudiantes que reconozcan la composición y nombres de los minerales de hierro propuestos en la tabla. Mineral de hierro

Fórmula

Pirita

FeS2

Magnetita

Fe3O4

Siderita

FeCO3

Hematita

Fe2O3

Actividad experimental: Propiedades del hierro (Página 148)

Se proponen principalmente reacciones de un clavo con ácidos. El profesor o profesora, puede sugerir a los estudiantes que tabulen las reacciones de hierro con las distintas disoluciones propuestas, en forma similar a lo realizado para el cobre. El hierro reacciona con HCl, H2SO4 diluidos y en frío, produciendo soluciones verdosas que implican la presencia de iones ferrosos. Sin embargo, el hierro no reacciona con H2SO4 concentrado y en frío, esta propiedad es utilizada para el transporte de ácido sulfúrico que se realiza en recipientes de acero. En cuanto al HNO3, si está diluido y en frío, hay reacción formándose NO2 y el ion férrico. Si el HNO3 está concentrado, no habrá reacción, ya que el hierro pierde su capacidad reductora y se vuelve pasivo. Luego, puede hacer un paralelo entre las propiedades del cobre y del hierro haciendo reflexionar al estudiante sobre sus diferencias y sus usos. Pirometalurgia del hierro. Proceso de alto horno El profesor o profesora, debe aprovechar las reacciones ocurridas en alto horno para recordar y reforzar conceptos de ácido - base y óxido -reducción. En la actualidad, el proceso de alto horno utiliza un mineral de hierro, carbón coque, piedra cáliza (carbonato de calcio) como fundente, principalmente. El proceso en sí comprende reacciones de óxido-reducción y de ácido base, también se puede ver algo de nomenclatura básica. En la red: Algo más sobre el hierro. http://www.edicionesespeciales.elmercurio.com/destacadas/detalle/index.asp?i dnoticia=0129082007021X0020016&idcuerpo=614

100

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

Otros metales de importancia nacional (Página 151)

Se sugiere al profesor o profesora, utilizar la Tabla de Propiedades físicas y químicas de los metales Mn, Zn, Mo, Ag, Au y Pb, que aportan significativamente a la economía nacional. Algunas preguntas que se pueden proponer a los estudiantes son: a) Investigar sobre el uso de cada uno de estos metales. b) Comparar conductividades eléctricas de estos metales entre ellos, con el cobre y con el hierro. c) Reflexionar sobre las características de cada metal e relación a sus propiedades físicas. Mn

Masa atómica

54,94

65,39

95,94

1,44

197,0

207,2

Radio atómico/Å

1,24

1,33

1,36

1,44

1,75

Configuración electrónica

3d54s2

3d104s2

4d55s1

4d105s1

4d56s1

6d26p2

Estados de oxidación

+2, + 3, + 4, +5

+2, +3, +1 +4, +5, +6

+1, +3

+2, +4

Punto de fusión / oC

1244

419

2617

962

1064

327

Densidad g/cm3

7,43

7,13

10,2

10,5

19,3

11,3

100

Conductividad eléctrica* 2

*Conductividad comparada con valor arbitrario 100 para la plata. Esta tabla, también puede ser utilizada por el profesor o profesora para una actividad de reflexión con los alumnos, comparando las propiedades de estos metales con las del cobre y el hierro. Metal

Producción en miles de TM

5.381.761

5.234.651

43.158

36.238

9.771

1.607

672

TM: Toneladas métricas Fuente: Ministerio de Minería de Chile

Guía didáctica para el profesor

101

Unidad 3

Minerales no metálicos Páginas 156 a 177

Este segundo Capítulo, tiene como objetivo que el estudiante conozca y comprenda los procesos químicos industriales relacionados con la extracción de minerales no metálicos, que también forman parte de la riqueza mineral de nuestro país. Es importante que el profesor o profesora tenga claro que el concepto de mineral no metálico es más bien de índole operacional, ya que los alumnos pueden entrar en confusión al ver que muchos de ellos tiene en su estructura metales como el sodio, el litio, el calcio, el potasio, entre otros.

Actividad exploratoria: Minerales no metálicos (Página 157)

El docente puede proponer a los estudiantes el diseño de una tabla para indicar las fórmulas de los minerales no metálicos de la actividad exploratoria y luego revisarlo en conjunto con el curso en la pizarra. Escribe las fórmulas de los minerales no metálicos nombrados anteriormente. Compuesto

Fórmula química

Carbonato de calcio Carbonato de calcio Nitrato de sodio Nitrato de potasio Yodato de sodio Borato de sodio Cloruro de sodio Sulfato de calcio (yeso)

CaSO4•2H2O

Azufre Talco

(Mg3Si4O11•2H2O)

Silicato de sodio

a) ¿Qué es la “halita”, el yeso y el cuarzo? R: Halita: NaCl; Yeso: CaSO4 • 2H2O; Cuarzo: SiO2 b) Selecciona unos 5 minerales no metálicos y averigua en qué se utilizan. c) ¿A qué se llama “caliche”? ¿Cuál fue su importancia a nivel nacional? R: Mineral que contiene altas concentraciones de nitratos y de yodo. Fue el soporte de la economía nacional en el primer tercio del siglo XX.

102

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

d) Hecho histórico importante de nuestro país relacionado con el caliche. R: La Guerra del Pacífico e) Relación de la crisis económica del salitre con la síntesis del amoníaco. R: En 1909, en químico alemán, Fritz Haber sintetizó el amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico. El amoníaco fue oxidado hasta nitrato el que fue utilizado para sintetizar el salitre sintético.

1. El litio (Página 158) Química del litio Es importante que el docente, explique a los estudiantes por qué el litio no se encuentra en estado nativo en la naturaleza. En los salares del norte de nuestro país el litio se extrae como cloruro de litio desde salmueras, el cual es tratado hasta obtener el carbonato de litio que es el producto comercial. Actividad indagatoria: Conociendo el litio (Página 159)

En esta actividad, el estudiante debe indagar en qué zona se extrae el salitre, cómo se le encuentra y cómo se le conserva al estado metálico. Además, debería lograr conocer y comprender algunas propiedades del litio. El o la docente debe hacer hincapié en que el litio así como el sodio debe guardarse bajo hidrocarburos como éter de petróleo, por su gran reactividad con el oxígeno del aire y la humedad. Por otro lado, recalcar la importancia estratégica del litio, por sus usos en energía nuclear, específicamente en la fusión nuclear y en la fabricación de pilas o celdas voltáicas. Actividad indagatoria: Baterías de litio (Página 160)

El profesor o profesora, puede utilizar esta actividad para incentivar al estudiante en el estudio del litio, ya que la información que recolectará es actual y los usos de las baterías de litio están relacionados con muchos aparatos electrónicos que son de uso común. a) La composición de las baterías de litio R: LiCoO2, electrolitos poliméricos y ánodos de grafitos b) Usos de este tipo de baterías, R: Calculadoras, teléfonos inalámbricos, celulares, máquinas fotográficas y notebooks c) Ventajas e inconvenientes que presentan estas baterías. R: Ventajas: Es de bajo mantenimiento, alta carga de energía por unidad de masa, la autodescarga es menor que en otras baterías. Causan menos daño que las baterías de cadmio o plomo, las que contaminan el ambiente por su

Guía didáctica para el profesor

103

Unidad 3 toxicidad. No tiene efecto memoria, que implica la formación de cristales que reducen la capacidad del la batería, por lo tanto, no es necesario que la batería esté descargada para volver a cargarla. Inconvenientes: Requiere de un circuito de protección para mantenerse operando de forma segura, fabricación cara comparada con otras baterías (alrededor de un 40% más). d) La producción de automóviles eléctricos con baterías de litio. Ver http://www.electricdrive.org/

Carga específica

Carga específica para distintos ánodos

Masa necesaria para producir 1 Amperio durante 1 hora

4000 3000 2000 1000 0

3.85 g

2.13 g

0.26 g

Plomo (Pb)

Cadmio (Cd)

Litio (Li)

Reacciones del carbonato de litio Es importante que el estudiante tenga claridad en que forma se encuentra el litio en la naturaleza (LiCl) y cuál es el producto que se comercializa (Li2CO3). También, que conozca algunas reacciones químicas de formación de otros compuestos del litio, que también tienen alguna utilidad para el ser humano.

Procesos de extracción del litio (Página 159) El mapa conceptual en el texto del alumno resume las etapas básicas de la extracción del litio. El esquema debe ser tratado por el docente para explicar a los estudiantes los procesos de obtención del litio. Como actividad anexa el docente puede pedir a los estudiantes que diseñen un mapa conceptual con los usos del litio, en sus diversos compuestos, usando las Tablas que se presentan en el texto del alumno y otras fuentes de información que el estudiante encuentre en internet u otro medio. En la red Sobre el litio http://www.cienciateca.com/ctslibat.html http://www.piedrasdecorativas.cl/litio_lithium_chile2.htm

104

QUÍMICA 4 • Guía didáctica para el profesor

2. Los nitratos (Página 162) El nitrógeno y los nitratos (Página 162)

En este tema el estudiante debe observar la gran cantidad de compuestos de nitrógeno que existen y valorar los usos del nitrógeno puro y de algunos compuestos. El docente puede resaltar el Proceso de Ostwald en la obtención de ácido nítrico, reforzando nuevamente, la importancia de la química en la sociedad. La actividad de análisis de la tabla de propiedades de los nitratos, es útil para que los estudiantes apliquen sus preconceptos de las propiedades de una sustancia. Entonces, es importante que el profesor o profesora revise dicha actividad, reforzando o explicando aquellas propiedades que el estudiante demuestre no dominar. El docente puede hacer reflexionar a los estudiantes sobre la utilidad que pueda tener la diferencia de solubilidad del nitrato de sodio y el de potasio con la temperatura. Los valores se pueden graficar y prestarse para presentar situaciones problemas. Salitre

(Página 163)

El salitre ha sido uno de los importantes recursos de la minería no metálica en nuestro país. Esta es una instancia para relacionar la Química con la Historia de nuestro país. Se puede pedir como actividad anexa que los estudiantes averigüen algo más de la historia del salitre en la página que se menciona más abajo. Luego, puede servir para una reflexión del profesor o profesora con los estudiantes, rescatando algunos objetivos transversales como el valorar la historia de nuestro país y sus riquezas. La cronología de la historia del salitre se encuentra en: http://www.albumdesierto.cl/historia.htm Actividad indagatoria: Procesamiento del salitre (Página 166)

Es importante que el profesor revise con sus alumnos o alumnas las respuestas a las interrogantes que aparecen en el texto y contraste sus respuestas para luego, tener un resumen en común. Por otra parte, que los haga reflexionar sobre los métodos de obtención de nitratos comparando los que se hacía en los tiempos del auge del salitre en Chile y los métodos actuales. Método que se empleaba para extraer el salitre en los años del auge de este mineral en Chile. R. Después de triturar el caliche se colocaba en unos recipientes de cobre con agua y se sometía a ebullición: A medida que disminuía el agua se concentraba la solución, precipitando el cloruro de sodio obteniéndose una solución saturada en nitratos. El cloruro de sodio es menos soluble que los nitratos. Posteriormente, esta solución, llamadas “aguas madres”, era separada y se sometía a secado hasta obtener un sólido cristalizado.

Guía didáctica para el profesor

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Unidad 3 En la red: En las siguientes páginas puedes encontrar suficiente información sobre el procesamiento del salitre, http://www.sqm.com/aspx/AcercaDe/ProcesoProduccion.aspx http://www.textoscientificos.com/quimica/nitrato-potasico http://www.unap.cl/museomin/basededatos/salitre_antiguo.htm

3. La caliza (Página 167) Propiedades físicas del carbonato de calcio y del óxido de calcio Actividad indagatoria: La caliza (Página 168)

Esta actividad crea un nexo con materias tratadas en Primer año de enseñanza media. Es importante que el docente promueva ese nexo y diagnostique el logro de los objetivos de estos temas en ese curso y los refuerce si es necesario. Conceptos a reforzar: agua dura, dureza permanente, dureza transitoria, procedimientos para ablandar el agua. En la red Algo más sobre carbonato de calcio http://www.quiminet.com.mx/ar1/ar_%25E1%258C%25C4%2582%25D7% 2582%2599%25EA.htm Actividad experimental: Experimentando con caliza (Página 169)

El o la estudiante experimenta con la acción de un ácido sobre carbonato de calcio, sarro de tetera y cáscaras de huevos En esta experiencia se refuerzan habilidades y competencias propias de las prácticas experimentales (cognitivas, sociales y de responsabilidad frente al trabajo en equipo) El estudiante debe concluir que el sarro de tetera y la cáscara de huevo son carbonato de calcio. En la red Algo más sobre carbonato de calcio http://www.quiminet.com.mx/ar1/ar_%25E1%258C%25C4%2582%25D7% 2582%2599%25EA.htm

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4. El yodo (Página 170)

El yodo es otro no metal que aporta a la economía nacional El docente puede reforzar el objetivo de valorar la minería nacional y la importancia de la Química como herramienta en la extracción y procesamientos de estos recursos. Descubrimiento del yodo Es importante que el docente haga reflexionar a los estudiantes sobre la relación de la Química con la Historia. Como la investigación científica que se realiza para cubrir alguna necesidad da origen, muchas veces en forma casual, al descubrimiento de nuevos materiales que pueden ser utilizados por el ser humano para su bienestar. Solubilidad del Yodo en:

Agua

Etanol

Benceno

Tetracloruro de carbono

Poco soluble

Soluble

Actividad experimental: Propiedades del yodo (Página 171)

El, o la estudiante, calienta yodo bajo campana y los recoge en un embudo frío, prueba la solubilidad en diferentes solventes, reconoce el yodo con una disolución de almidón. El docente debe hacer hincapié en la precaución que deben tomar los estudiantes en la realización de esta experiencia, reforzando así el objetivo de responsabilidad en el uso de reactivos químicos. Para resumir las reacciones del yodo el estudiante puede tabular la información. El profesor o profesora puede hacer referencia a las interacciones intermoleculares del yodo con los diversos solventes, para explicar la solubilidad. La reacción entre el yoduro de sodio y yodato de sodio produce yodo, según: R: 5NaI + NaIO3 + 3H2SO4 3I2 + 3Na2SO4 + 3H2O Realiza esta actividad en presencia del profesor o profesora, tomando todas las precauciones necesarias. Como experiencia anexa, puede pedirse a los estudiantes que preparen una mezcla de arena con yodo metálico, caliente con precaución sublimando el yodo y cristalizándolo en un embudo de vidrio frío. Este sería un método de separación del yodo. Precisamente la sublimación seguida de deposición es el método de purificación de este elemento.

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Unidad 3 Actividad indagatoria: Yacimientos y minerales (Página 172)

a) ¿Cuáles son los yacimientos de yodo en Chile? ¿Dónde están ubicados? R: Los yacimientos de yodo en Chile están ubicados principalmente en la región de Antofagasta. En primera región, Tarapacá, se encuentran: Lagunas y Granjas. http://mapasdechile.com/economia_region02/map.htm b) Minerales de yodo que se encuentran en la naturaleza. R: En Chile el yodo se encuentra como yodato de sodio en los salares de caliche. c) ¿Por qué es necesario que la sal comestible contenga una sal de yodo? ¿Cuál? R: El yodo es esencial para el buen funcionamiento de la glándula tiroides y por lo tanto, importante para prevenir enfermedades como el bocio. El yodo en la sal comestible se encuentra como yodato de potasio.

5. El azufre (Página 173) Actividad indagatoria: Propiedades del azufre (Página 173)

Al inicio del tema del azufre se tabulan las características de este elemento. El o la docente puede detectar a través de estas preguntas cuánto saben los estudiantes del azufre. Con respecto al Método Frasch se indica una página donde el profesor o profesora puede investigar sobre el tema, para luego tratarlo con los estudiantes al nivel que considere pertinente. El estudiante debería ser capaz de explicar el papel del azufre en la vulcanización, ya que es un tema visto en la unidad de polímeros, lo mismo con respecto a los aminoácidos que contienen azufre (cisterna: no esencial y metionina esencial). El profesor o profesora puede hacer referencia de la importancia del azufre en el organismo para la piel, el cabello, ligamentos y tendones, ya que el azufre es necesario para la formación del colágeno y otras proteínas estructurales. a) Características físicas del azufre. R: sólido, de color amarillo, de olor característico. b) Usos del azufre como elemento puro. R: En agricultura, desinfección de algunos árboles como los nogales. c) El método Frasch de extracción de azufre. Se recomienda la página: http://www.textoscientificos.com/quimica/azufre/proceso-azufre-frasch d) Papel del azufre en la vulcanización del caucho. R: Enlaza cadenas del caucho, dándole mayor rigidez a la estructura molecular que se traduce en una mayor dureza y resistencia a la tracción.

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Actividad experimental anexa: El o la docente puede realizar la siguiente práctica Materiales: azufre, cuchara de combustión, matraz con agua y tapón, mechero, papel pH universal. Procedimiento: Colocar un trozo de papel pH en el agua, anotar color y clasificar cualitativamente como ácido, base o neutro. Colocar una muestra de azufre en la cuchara de combustión y calentar hasta observar vapores. Precaución: no inhalar. Colocar rápidamente la cuchara dentro del matraz con agua, intentando que quede algo de los vapores desprendidos dentro de él. Mantener unos segundos, sacar la cuchara y tapar. Agitar el matraz y luego, colocar un papel pH en la solución. Describir el cambio. Explicar con ecuaciones.

Ácido sulfúrico, H2SO4 El profesor o profesora debería destacar que el compuesto más importante del azufre en la industria química mundial es el ácido sulfúrico, por sus múltiples aplicaciones. Según el nivel del curso, el o la docente deberá decidir con que profundidad trata los procesos de obtención de este ácido que se presentan en el texto: el método de contacto y el método de las cámaras de plomo. En la red En la siguiente cita web encuentras los detalles del proceso de las cámaras de plomo http://www.textoscientificos.com/sulfurico/produccion En la red Páginas web generales sobre minerales no metálicos http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ gonzaleza01/ http://www.minmineria.cl/574/propertyvalue-1986.html http://www.sqm.com/aspx/AcercaDe/ProcesoProduccion.aspx http://www.cochilco.cl/productos/otros_no_metalicos_tabla.asp

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Unidad 3

Vidrios, cerámicas y cemento Páginas 178 a 193

Este capítulo tiene como objetivo que los estudiantes conozcan los procesos químicos industriales utilizados en la fabricación de tres materiales como lo son: el vidrio, las cerámicas y el cemento. Estos temas como muchos de los anteriores generalmente, son trabajados por los docentes como disertaciones. Si bien esta forma de evaluar es pertinente, la mayoría de las veces el tema sólo queda claro para el grupo que lo trabajó, en parte por la idiosincrasia de los estudiantes chilenos. El texto se ha diseñado, pensando en que todos los estudiantes aprendan de estos temas mediante la aplicación del Método indagatorio. Por lo que se recomienda al profesor o profesora, desarrollar y analizar las actividades de cada tema, sin caer excesivamente en la disertación. Las primeras interrogantes del Capítulo intentan motivar la curiosidad de los o las estudiantes por materiales que están a su alrededor con preguntas que quizás nunca se han hecho, como: ¿Por qué el vidrio es transparente? ¿Por qué las cerámicas y el cemento se endurecen? Actividad exploratoria: ¿Cuánto conoces sobre el vidrio, cerámica y cemento? (Página 179)

Con esta primera actividad las o los estudiantes se darán cuenta que si bien tienen claros los usos en la vida cotidiana y las características físicas de estos tres materiales, no saben o saben poco de la composición química, materias primas y obtención de aquellos. La tabla que deben completar es otro medio de despertar la curiosidad de los o las estudiantes por saber un poco más acerca de cosas con las que conviven a diario. Se recomienda al profesor o profesora revisar la actividad con sus alumnos o alumnas antes de comenzar con el vidrio para así diagnosticar los preconceptos.

1. El vidrio (Página 180)

El o la docente pueden hacer una pequeña reseña histórica del vidrio pidiendo a sus alumnos o alumnas que investiguen y luego discutan al respecto en el inicio de una clase. Como sabemos, el silicio es el elemento común de los tres materiales tratados en este capítulo. Entonces como un primer acercamiento a su estudio es necesario que los o las estudiantes conozcan las principales características de este elemento, para ello se presenta una tabla con sus principales características.

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Sólido amorfo En esta parte el profesor o profesora debe hacer notar las diferencias entre las estructuras de un sólido cristalino, como el cuarzo y el vidrio, que no posee una estructura definida pero con semejanzas a un líquido, por ello a veces se le considera como un líquido sobreenfriado. El o la estudiante debe ser capaz de reconocer las diferencias entre un sólido cristalino y un sólido amorfo. Composición química de vidrios comerciales (Página 182) Como varios de los temas relativos a la unidad, no se espera que el o la estudiante memorice la composición de los diversos tipos de vidrio que se muestran en la tabla incluida en el texto. No obstante, es pertinente que tenga una idea sobre dicha composición observando las propiedades más comunes como su coloración, su transparencia, dureza y resistencia a altas temperaturas. Se sugiere al o la docente, analizar el esquema de procesos involucrados en la fabricación del vidrio a nivel del curso, para aclarar eventuales dudas y evaluar formativamente el proceso general. Actividad exploración: El vidrio (Página 183)

Esta actividad sirve para que el estudiante indague sobre algunos tipos de vidrio, como también para acercarlo al tema del reciclaje del vidrio. Si el docente pudiera llevar al curso a una empresa de reciclaje, sería muy beneficioso para el alumnado ya que podrían ver en directo el proceso y valorar el aporte de la química desde el punto de vista ambiental. Se puede hacer reflexionar a los estudiantes sobre el uso del vidrio en comparación con los plásticos como receptáculos de diversa sustancias de uso cotidiano. Por otro lado, el diseño de un proyecto de recolección de envases de vidrio en el Establecimiento conlleva la integración de múltiples competencias y objetivos transversales frente al medio ambiente. a) Propiedades y usos del vidrio Pyrex®. R: El vidrio Pyrex® llamado también vidrio de borosilicato, por la presencia de óxido de boro en su composición, se caracteriza por su alta resistencia química y resistencia a las altas temperaturas sin deformarse. Sus usos son especialmente en materiales de laboratorio y de cocina. b) Tipo de vidrio se usa para fabricar: botellas de bebidas, vasos y ventanales. R: Vidrio cal-soda silicato c) Sobre reciclaje en Chile, se puede encontrar información en la siguiente página: http://www.yoreciclo.cl En la red: En las páginas siguientes encuentras valiosa información sobre el vidrio. http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal/layout?p_l_id=32603.23

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Unidad 3 Anteojos con vidrios fotocromáticos (Página 184) Este tema constituye una curiosidad para los estudiantes y, por lo tanto, es otra manera en que el o la docente puede motivarlos positivamente hacia el estudio de la Química y a valorar el trabajo científico.

2. Las cerámicas (Página 185)

Las cerámicas tienen como constituyentes a las arcillas, por lo que se sugiere al profesor o profesora revisar la composición (Al2O3• 2SiO2 • 2H2O) y principales características de este material: plasticidad, dureza, refractariedad, alta capacidad de absorción y adsorción, haciendo referencia al uso que le ha dado el hombre a través de la historia.

3. El cemento (Página 187) Cemento Portland Se hace referencia al cemento Portland que es el más utilizado por sus propiedades mecánicas de alta resistencia. El profesor o profesora debe hacer reflexionar al estudiante que la calcinación, es un proceso químico que está presente en la obtención del cemento. También es importante una integración del diagrama que muestra la fabricación del cemento para aclarar dudas. Actividad indagatoria: ¿Qué conoces del cemento? (Página 187)

Esta actividad estimula la indagación acerca del cemento como material de construcción conocido por los estudiantes sólo en términos de su uso.

En la red Para ver el proceso productivo del cemento, visita la página: http://www.lafarge.cl/index_cemento.php Se recomienda al o la docente revisar la página (*) de cementos Bío Bío S.A. donde aparece una animación bastante didáctica de los procesos productivos del cemento. Sería ideal que los estudiantes también tuvieran acceso a ella. (*)http://www.cbb.cl/Cementos/proceso_productivo.aspx?Id=1&DetalleId=3 http://www.holcim.com/CL/ESC/id/38286/mod/gnm20/page/editorial.html

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Actividad de experimentación: Investigando el cemento (Página 191)

En esta actividad se recomienda usar una cantidad suficiente de cemento para mezclar con agua, de lo contrario no se hace tan evidente el cambio de temperatura. Es importante hacer una integración con las respuestas de cada grupo para concluir finalmente con respecto a las características del cemento y el por qué de sus usos. El profesor o la profesora pueden hacer el paralelo entre el endurecimiento de las arcillas, que es calentando, y el del cemento que es en frio. a) Cambios físicos observados en el cemento cuando se mezcla con agua. ¿Cómo se llama esta reacción? R: Se transforma en una pasta consistente, que cada vez se hace más viscosa. La reacción se llama fraguado. b) Comparación de la temperatura del agua con la de la mezcla. R: La temperatura aumenta. Si hay un cambio en la temperatura significa que el proceso es de carácter químico. La energía liberada da cuenta que el sistema va hacia un estado más estable. c) A medida que pasa el tiempo la mezcla adquiere mayor consistencia hasta endurecer. d) Cuando se coloca cemento entre dos palos de helado, ambos palos de adhieren. El cemento es un conglomerante, que es la propiedad de adherir otros materiales.

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Unidad 3

5.3.3 Solucionarios Evaluación del capítulo 1 Minerales químicos industriales (Página 155) Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas: 1. Define brevemente los siguientes conceptos: a) Metalurgia: Conjunto de procesos para extraer metales de un mineral. b) Tostación: Proceso de calentamiento en presencia de oxígeno para reducir metales. c) Calcinación: Proceso en que se calienta fuertemente hasta la descomposición del mineral. d) Hidrometalurgia: Técnica que extrae metales desde soluciones acuosas concentradas. e) Pirometalurgia: Toda aquella técnica que aplica altas temperaturas a una mena para obtener un metal. 2. Describe en qué consiste la lixiviación, lixiviación bacteriana y la flotación. R: Lixiviación: Es un proceso de concentración de minerales oxidados. Lixiviación bacteriana: Es un proceso hidrometalúrgico que se utiliza para extraer metales desde minerales de baja ley. Se utilizan bacterias como el ferrooxidans, el Thiobacillus thiooxidans y Sulfolobus. Flotación: Es un proceso de concentración de minerales sulfurados, utiliza agua, aceite y un espumante. Se extrae el mineral por rebalse adherido a la espuma. 3. ¿Cuál es la diferencia entre la mena y la ganga de un mineral? R: La mena es el mineral de importancia económica de un yacimiento. La ganga es todo el material que acompaña a la mena y pueden ser otros minerales. 4. Entre los ejemplos dados en la tostación y calcinación, ¿cuáles son de óxidoreducción? R: La tostación es un proceso redox. La calcinación en rigor es un proceso no-redox. 5. Analiza el proceso de alto horno para el hierro y destaca cuáles son procesos redox. R: A 200 ºC: Reducción parcial el hierro 3 Fe2O3(s) + CO(g) Fe3O4(s) + CO(g)

2 Fe3O4(s) + CO2(g) 3 FeO(s) + CO2(g)

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) A 700 ºC: Reducción final 2CO(g) C(s) + CO2(g) Fe(l) + CO2(g) FeO(s) + CO(g) A 1700 ºC: 2C(s) + O2(g)

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2CO(g)

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6. ¿Es posible obtener metales a partir de minerales utilizando sólo proceso de ácido base? R: No 7.

¿En qué consiste la electrometalurgia del cobre? R: Aplicar electrólisis a una solución acidulada de sulfato de cobre.

8. ¿En qué se diferencian el cobre electrolítico del cobre RAF y el Blister? R: Es sus purezas, el orden de menor a mayor pureza es: Blister < RAF < electrolítico 9. ¿Qué contiene el barro anódico resultante en el proceso electrolítico del cobre? R: Es un concentrado de metales preciosos: Ag, Au, Pt y Pd, que se deposita en el fondo de las cubetas en durante la refinación electrolítica del cobre. 10. Ordena los metales Ag, Cu, Fe y Zn, según su poder reductor. R: Ag < Cu < Fe < Zn 11. Ordena los iones Ag+, Cu2+, Fe3+ Zn2+, según su poder oxidante. R: Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > Zn2+ 12. Estudia comparativamente los metales Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, Ag, Au y Pb. ¿Cuáles dan origen a compuestos con mayor número de estados de oxidación? Ordena estos metales de mayor a menor punto de fusión. R: El Mn y Mo dan origen a mayor número de compuestos. PF decrecientes: Mo > Mn > Au > Ag > Zn > Pb 13. ¿Qué ácidos disuelven el cobre, el hierro, la plata y el oro? R: Cobre: HNO3, en frío, concentrado y diluido. H2SO4 en caliente y concentrado. Hierro: es atacado por HCl diluido y en frío. HNO3, diluido en frío. H2SO4 diluido y en frío Plata: solo el HNO3. Oro: solo una mezcla de HCl con HNO3 en una proporción 3:1(agua regia)

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Unidad 3 Evaluación del capítulo 2 Minerales no metálicos (Página 177) 1. ¿Por qué química el litio no se encuentra en estado nativo en la naturaleza? R: Porque es un metal muy reactivo y se oxida en el aire. 2. ¿De qué manera se puede obtener litio metálico y como se puede almacenar? R: El litio metálico se puede obtener por electrolisis de sus sales, especialmente LiCl. Para almacenarlo en estado metálico debe usarse un hidrocarburo parafínico. 3. ¿Cuáles son los compuestos de litio de mayor importancia económica? R: Li2CO3 y LiOH 4. Indica al menos cuatro usos del litio. R: Medicamentos, en fusión nuclear, en baterías eléctricas y en producción de cemento. 5. ¿Qué tipo de sales están en mayor proporción en el Salar de Atacama? R: Nitratos y yodatos. 6. ¿Qué utilidad tiene el nitrógeno líquido. R: En criopreservación, refrigerante industrial y en cirugías dermatológicas. 7.

¿De dónde se extrae el yodo en Chile? R: De salares en el Norte.

8. ¿De dónde se obtiene la cal y cuál es su utilidad tanto en la vida cotidiana como en procesos industriales? R: La cal se obtiene por calcinación de las calizas. 9. ¿Por qué se forma sarro en las cañerías y teteras? R: por la precipitación de carbonatos de calcio y magnesio que son de baja solubilidad. 10. ¿Cuál es el origen geológico de las estalactitas y estalagmitas? R: Estructuras formadas en cavernas por corrientes de agua en rocas de calizas. 11. ¿En qué lugares marinos hay presencia de carbonato de calcio? R: Corales y conchas de mariscos. 12. Nombra algunos usos del yodo. R: Medio de contraste para rayos X, desinfectante. 13. ¿Qué colores presenta el yodo disuelto en solventes como el agua, alcohol y benceno? R: En solventes dadores de electrones como el agua (poco soluble), alcohol, éteres, la solución es de color pardo. En solventes que son incapaces de

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actuar como dadores electrónicos como tetracloruro de carbono, hexano o benceno, toma color violeta. 14. ¿Para que sirve la tintura de yodo en una casa? R: Se usa como desinfectante 15. ¿Qué problemas se pueden producir si en el tratamiento de minerales sulfurados se libera el dióxido de azufre a la atmósfera? R: El dióxido de azufre es un contaminante atmosférico, es uno de los gases que contribuye a la formación de la lluvia ácida. 16. ¿Qué importancia tiene el ácido sulfúrico en la industria química? R: Es importante en muchos procesos industriales como por ejemplo en la metalurgia del cobre, en la fabricación de explosivos, en la fabricación de fertilizantes, fabricación de baterías eléctricas, industria textil, etc.. 17. Describe los procesos de obtención de ácido sulfúrico. R: Están descritos en el texto

Evaluación del capítulo 3 Vidrios, cerámicas y cemento (Página 193) 1. ¿Describe qué papel importante cumple el silicio en la electrónica actual? R: Es un semiconductor 2. ¿Qué es el vidrio químicamente? R: El vidrio es una mezcla de óxidos inorgánicos. 3. El cuarzo es un material muy duro, ¿cómo es estructuralmente? R: El cuarzo es un sólido cristalino, por lo tanto tiene una estructura ordenada. 4. ¿Qué tienen en común la arena, el cuarzo y la arcilla? R: La presencia de óxido de silicio 5. ¿Qué tipo de características debe poseer un material con estructura cristalina? R: Las estructuras cristalinas poseen un punto de fusión, a diferencia del vidrio que en el calentamiento poco a poco disminuye su viscosidad sin haber fundido. Una sustancia funde cuando su temperatura permanece constante a una dada presión. 6. Explica brevemente la fabricación del vidrio. R: Se funde una mezcla de arena, calizas y soda, en proporciones adecuadas, luego en caliente es moldeado o laminado, según el uso que se le quiera dar.

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Unidad 3 7.

¿Qué características básicas debe cumplir el material utilizado en el soplado de vidrio? R: Debe ser poco viscoso y moldeable

8. ¿A qué corresponden químicamente las arcillas? R: A silicatos de aluminio hidratado (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O) 9. ¿Qué características importantes tiene la arcilla? R: Plasticidad, dureza, refractariedad, alta capacidad de absorción y adsorción. 10. Menciona al menos 5 características de los materiales cerámicos. R: Se le puede dar cualquier forma, son duros, resisten altas temperaturas, no se disuelven en agua, ni le atacan los ácidos como el clorhídrico o nítrico. 11. Las arcillas se usan en la elaboración de múltiples objetos y materiales ¿de qué procesos industriales son materia prima? R: Fabricación de lozas y porcelanas, jarrones, cerámicas, soquetes y piezas aislantes eléctricas. 12. ¿Qué tipo de compuesto aporta al cemento la caliza y la arcilla? R: El óxido de silicio 13. ¿Qué tipo de materiales se usan en la fabricación de lozas y porcelanas? R: Arcillas 14. ¿En qué procesos industriales la caliza es materia prima? R: La caliza es materia prima en la fabricación del vidrio y del cemento 15. ¿Cuál es la diferencia entre absorción y adsorción? R: Absorción: Proceso físico de retención por capilaridad. Adsorción: Proceso espontáneo, generalmente exotérmico donde la superficie de un material sólido es capaz de retener o atrapar átomos, moléculas o iones de un gas o líquido.

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Evaluación de la Unidad 3 Procesos químicos industriales (página 197) 1A 7C 13A 19A

2B 8D 14E 20D

3C 9B 15C 21E

4B 10B 16E 22C

5C 11E 17A 23A

6D 12D 18D 24E

1. Corresponden a procesos físicos de la metalurgia: I) Molienda II) Lixiviación III) Tostación A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 2. El proceso por el cual se obtiene el metal de una solución acuosa es la: A) molienda B) hidrometalurgia C) tostación D) pirometalurgia E) calcinación 3. Los minerales de cobre oxidados se separan del resto del mineral a través del proceso llamado: A) Tostación B) Lixiviación bacteriana C) Lixiviación D) Flotación E) Calcinación

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Unidad 3 4. ¿Cuáles de los siguientes minerales corresponden a minerales del cobre? I) Pirita II) Magnetita III) Malaquita IV) Azurita A) Solo I y II B) Solo III y IV C) Solo II y III D) Solo I, II y III E) I, II, III y IV 5. El molibdeno es un metal de importancia en la fabricación de aceros resistentes a la oxidación. En Chile se extrae como subproducto del cobre en forma de molibdenita, que corresponde a MoS2. ¿Qué proceso se utiliza para su separación de los minerales de cobre? A) Pirometalurgia B) Tostación C) Flotación D) Calcinación E) Lixiviación 6. Los metales se caracterizan por su buena conductividad eléctrica. Al comparar cobre, oro y plata, el orden creciente de conductividad es: A) oro < plata < cobre B) plata < oro < cobre C) cobre < oro < plata D) oro < cobre < plata E) cobre < plata = oro 7.

Existen diversos tipos de cobre comercial que se diferencia en su pureza, entre el cobre Blister, el cobre electrolítico y el cobre RAF. El orden de menor a mayor pureza es: A) cobre Blister < cobre electrolítico < cobre RAF B) cobre electrolítico < cobre Blister < cobre RAF C) cobre Blister < cobre RAF < cobre electrolítico D) cobre RAF < cobre electrolítico < cobre Blister E) cobre electrolítico < cobre RAF < cobre Blister

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8. En la metalurgia del hierro, se producen una gran cantidad de reacciones químicas. Estas reacciones se pueden clasificar en: I) ácido-base II) oxidaciones III) reducciones IV) electrólisis A) Solo I B) Solo II C) Solo I y II D) Solo I, II y III E) I, II, III y IV 9. ¿Cuál de los siguientes minerales contienen cobre y hierro? A) Pirita B) Calcopirita C) Malaquita D) Atacamita E) Siderita 10. ¿Cuál proceso es común en la obtención del cobre y del litio al estado metálico? A) Pirólisis B) Electrólisis C) Calcinación D) Lixiviación E) Flotación 11. Son considerados minerales no metálicos: I) Carbonato de litio II) Sulfato de cobre (II) III) Sulfato de calcio Es (son) correcta(s): A) solo I B) solo II C) solo III D) solo I y II E) solo I y III

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Unidad 3 12. El salitre, puede ser clasificado como un: I) mineral metálico II) mineral no metálico III) sulfato IV) nitrato Es (son) correcta(s): A) solo I y III B) solo II y III C) solo I y IV D) solo II y IV E) solo IV 13. Se encuentra un mineral en el norte con las siguientes características, blanco, soluble en agua y conductor de electricidad en solución acuosa. De esta información se puede deducir que puede ser un: I) tipo de salitre II) caliza III) yodo IV) azufre Es (son) correcta(s): A) solo I B) solo II C) solo III D) solo II y III E) I, II, III y IV 14. Los compuestos de litio tienen múltiples aplicaciones en nuestra vida cotidiana. Entre ellas se pueden nombrar: I) medicamentos II) fertilizantes III) absorbentes de CO2 Es (son) correcta(s): A) solo I B) solo II C) solo III D) solo I y II E) solo I y III

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15. El yodo, aparece como subproducto en la extracción del: A) cobre B) hierro C) salitre D) azufre E) litio 16. ¿A cuál(es) compuesto(s) corresponde el salitre?: I) Li2CO3 II) NaNO3 III) KNO3 A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III 17. ¿Qué caracteriza mejor al vidrio? I) Es un sólido amorfo. II) Es un sólido cristalino. III) Se encuentra en estado natural de algunos minerales en la naturaleza A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III 18. Las materias primas del vidrio son: I) Arcillas II) Carbonato de sodio III) Arena IV) Carbonato de calcio A) Solo I B) Solo II C) Solo II y III D) Solo II, III y IV E) I, II, III y IV

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Unidad 3 19. El vidrio llamado pyrex, utilizado ampliamente en materiales de laboratorio y en recipientes para hornos de cocina, se diferencia de los otros tipos de vidrio porsu alta resistencia al calor. Esta característica se debe a la presencia de: A) Alto porcentaje de B2O3 B) Alto porcentaje de sodio C) Bajo porcentaje de SiO2 D) Bajo porcentaje de calizas E) Alto porcentaje de metales 20. El cemento y las cerámicas tienen en común: I) Ser materiales de construcción. II) Tener arcillas como una de sus materias prima. III) Seguir el mismo proceso químico en su obtención. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 21. ¿Cuál opción representa correctamente a la arena, a la caliza y a la soda? Arena

Caliza

Soda

SiO2

Na2CO3

CaCO3

Na2CO3

CaCO3

SiO2

CaCO3

Na2CO3

SiO2

Na2CO3

SiO2

CaCO3

SiO2

CaCO3

Na2CO3

22. El concepto “clinquer”, está relacionado con: A) La fabricación del vidrio. B) La calcinación de sílice. C) Calcinación de caliza y arcillas en el cemento. D) Producción de cerámicas. E) Producción de baldosas para piso.

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23. El proceso químico industrial utilizado en la obtención de cerámicas es: A) Calcinación. B) Fusión. C) Sublimación. D) Molienda. E) Calentamiento a altas temperaturas. 24. El endurecimiento del cemento, se puede clasificar como un proceso: I) Físico II) Químico III) Exotérmico A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III

Preguntas abiertas 1. Indica que procesos usarías para separar las siguientes mezclas y clasifícalos como físicos o químicos: a) hierro de arena: magnetismo b) yodo de arena: sublimación c) NaCl de arena: disolución, filtración y cristalización d) salitre de arena: disolución, filtración y cristalización Todos procesos físicos 2. Indica los principales usos de los siguientes minerales no metálicos: a) NaCl: sal de cocina, reactivo de laboratorio b) SiO2: fabricación del vidrio c) KNO3: fertilizante d) CaCO3: fabricación del vidrio, cerámicas y cemento. 3. Investiga el proceso de obtención del coke o coque, tipo de carbón utilizado en la reducción del hierro. R: El coque se obtiene por calcinación de carbón de 90% a 95% de carbono, en ausencia de aire.

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Unidad 3 4. Clasifica los siguientes minerales como oxidados o sulfurados: a) hematina: oxidado b) azurita: oxidado c) calcopirita: sulfurado d) cuprita: oxidado e) calcosina: sulfurado f) pirita: sulfurado g) magnetita: oxidado 5. En el año 1869 se encontró en el norte de nuestro país, hoy sector de Chuquicamata, el cuerpo perteneciente a un hombre probablemente atacameño que se presume fue víctima de un derrumbe en una mina de cobre. Estudios posteriores con carbono 14 indican que “el hombre de cobre” murió en el año 550 d. C. El cuerpo original permanece hasta hoy preservado en Museo de Historia Natural de Nueva York. En Chile se expone una réplica en el Museo de Historia Natural en Santiago. Investiga qué propiedad del cobre preservó este cuerpo y la historia de hallazgo. R: El cobre conservó este cuerpo por su acción bactericida. 6. Indica la propiedad del cobre que lo hace utilizable en la fabricación de los siguientes implementos: a) Cascos de embarcaciones: resistencia a la corrosión y antialgas. b) Telefonía: conductividad eléctrica c) Paneles solares: conductividad eléctrica d) Alambres: maleabilidad e) Agricultura: sales fungicidas f) Jaulas en la salmonicultura: propiedades bactericidas y resistencia a la corrosión

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5.3.4. Anexos 5.3.4.1 Actividades complementarias para la Unidad Una de las principales dificultades de esta unidad es no tener pasos prácticos accesibles como procesos industriales. Sin embargo, es posible realizar prácticas de laboratorios sencillas y accesibles como las indicadas en el libro del alumno y del apoyo docente. Es importante que el profesor o la profesora muestren la química como una ciencia aplicada a la industria que esta es una de las mejores formas de mostrar las ciencias químicas. Así también, el profesor o la profesora podría incentivar el uso de la química aplicada en el mundo de hoy, los procesos químicos industriales, y como un medio de no agotar los recursos no renovables de nuestro planeta y el uso del reciclaje como un medio ecológico optimo para guardar los recursos no renovables. Hombre de cobre: http://www.sonami.cl/cgi-bin/procesa.pl?plantilla=/boletinmensual_detalle. html&id_art=924 h t t p : / / w w w. l a n a c i o n . c l / p r o n t u s _ n o t i c i a s / s i t e / a r t i c / 2 0 0 5 0 819 / pags/20050819220058.html

Proyecto de Unidad El cobre El Proyecto que se plantea a los estudiantes está relacionado con el cobre. ¿Por qué el cobre? Nos parece importante que los y las estudiantes reconozcan las riquezas minerales de su país y que mejor opción que este metal tan importante para Chile. Por un lado tiene una importancia de tipo económico que hemos visto incrementada en los últimos años debido a sus múltiples aplicaciones industriales en el mundo. Por otra parte, las proyecciones a futuro son prometedoras, tanto por las aplicaciones tradicionales como por las que se vislumbran en la parte médica, especialmente por su acción bactericida. El o la docente debe motivar, entonces a sus alumnos o alumnas a trabajar sobre este proyecto, no solo por el conocimiento químico que puedan obtener, sino también por los objetivos transversales que se desprenden del trabajo, por ejemplo, valorar el país donde viven. En esta guía no se responden las situaciones planteadas, porque son varias las alternativas que pueden tomar los estudiantes en su desarrollo y en gran parte están descritas en el texto.

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Unidad 3

Actividad de aplicación: Producción de yodo en Chile En esta actividad el o la estudiante utilizando la tabla del texto tiene la posibilidad de graficar, extrapolar y predecir con respecto a la producción de yodo en los próximos años. Como ejercicio de predicción puede ser bastante bueno. En la red http://www.sqm.com/aspx/AcercaDe/ProcesoProduccion.aspx

Actividad indagatoria: Usos del litio en medicina El profesor o profesora podrá hacerle ver a sus alumnos que hay otros usos para este metal, más allá de las baterías de litio. Podría hacer aquí una investigación interdisciplinaria con el área de biología. Nuestro país es uno de los principales productores de litio del mundo, como carbonato de litio. Este metal, además de ser utilizado en baterías de litio, tiene un uso en medicina psiquiátrica: el trastorno bipolar. Que los alumnos investiguen sobre este trastorno psiquiátrico y su tratamiento ¡Por que se utilizan sales de litio? ¿Debería el litio ser incorporado en nuestra dieta? ¿Qué pasaría si una persona sana ingiere sales de litio en su dieta? http://www.tengodepresionyansiedad.com/2008021136/Articulos/El-litio. html Actividad indagatoria: La industria minera del cobre en Chile En esta actividad el profesor o la profesora podrá profundizar un poco más sobre los distintos procesos de obtención del cobre en Chile según el tipo de mineral y sus principales agentes contaminantes, cómo evitarlos para cuidar nuestro planeta. Un porcentaje de los minerales de cobre en nuestro país son minerales sulfurados, tales como la calcopirita y la bornita, con una ley no superior al 3 o 4 % en la mayoría de los casos. Este mineral después de varios procesos de chancado se concentra mediante procesos de flotación. El cobre concentrado, con una ley promedio del 30%, se somete a procesos de pirometalurgía mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metálico. Uno de los principales subproductos en este proceso es ácido sulfúrico. El profesor o profesora podrá incentivar a sus alumnos a investigar sobre los procesos de obtención de cobre en nuestro país, los tipos e minerales y yacimientos. También, por ejemplo, podría hacer las siguientes preguntas para profundizar sobre el tema: ¿Qué es

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un proceso de flotación? ¿Cuándo y dónde se utiliza este proceso? ¿Cómo se produce y almacena el ácido sulfúrico proveniente del proceso pirometalurgico? Proponga usos para el ácido sulfúrico generado. http://www.codelco.cl http://www.quepasa.cl/medio/articulo/0,0,38035857_157519512_2205554 48,00.html http://www.mind-surf.net/drogas/litio.htm http://drromeu.net/trastorno_bipolar.htm

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Unidad 3

Material fotocopiable 5.3.4.2 Instrumento de evaluación

Capítulo1. Metalurgia de metales Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 1. Metalurgia Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________

1. Se dice que el cobre podría ser útil para fabricar las barandas de las camas de hospitales y materiales médicos. ¿Qué propiedad del cobre se está aplicando? I) Conductividad II) Bactericida III) Ductilidad IV) Maleabilidad A) Solo I B) Solo II C) Solo I y III D) Solo I, II y IV E) I, II, III y IV 2. Para evitar la corrosión del hierro, se puede mezclar con: I) carbono II) arcillas III) cal Es (son) correcta(s): A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III

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Material fotocopiable 3. En la naturaleza hay metales que no se encuentran en estado nativo por su alta reactividad, ese es el caso de: I) Na II) Li III) Au IV) Ag A) Solo I B) Solo II C) Solo I y II D) Solo III y IV E) I, II, III y IV 4. ¿Cuál (es) de los siguientes metales no podrían ser usados como ánodo en la refinación electrolítica? I) Cobre RAF II) Cobre Blister III) Plata IV) Oro A) Solo I B) Solo II C) Solo I, II, III D) Solo I y IV E) Solo III y IV 5. El orden creciente de producción nacional de oro (1), hierro (2), cobre (3) y molibdeno (4) es: A) 1 - 2 - 3 - 4 B) 2 - 3 - 4 - 1 C) 1 - 4 - 2 - 3 D) 1 - 2 - 4 - 3 E) 4 - 3 - 2 - 1 6. El molibdeno es un subproducto extraído de las minas de cobre. Su importancia industrial está referida a que: A) con él se fabrican cementos de alta dureza. B) es materia prima de cerámicas. C) posee una alta conductividad eléctrica. D) participa en la elaboración de aceros especiales. E) en unos años más reemplazará al cobre. Respuestas 1B, 2A, 3C, 4E, 5C, 6D

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Unidad 3

Material fotocopiable Capítulo 2. Procesos en no metales Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 1. Procesos en no metales Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________

1. Para obtener el litio metálico, el proceso de obtención es A) Cristalización B) Electrólisis C) Fusión D) Calcinación E) Oxidación 2. La calcinación es un proceso I) químico II) físico III) ácido-base Es (son) correcta(s): A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) Solo II y III 3. El proceso de sublimación puede ser utilizado en la obtención y purificación de: A) yodo B) hierro C) litio D) cobre E) manganeso

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Material fotocopiable 4. Se encuentra un yacimiento de caliche en el norte, el que proceso utilizarías para extraerlo: I) Flotación y evaporación II) Lixiviación en bateas y cristalización III) Sublimación y electrólisis A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 5. En los yacimientos de caliche en el norte chileno las sales más abundantes son: A) NaNO3 y KNO3 B) KNO3 y CaSO4 C) NaNO3 y NaCl D) NaCl y Na IO3 E) KNO3 y MgSO4 6. El carbonato se calcio se encuentra en: I) la cáscara de los huevos. II) el mármol. III) conchas marinas. Es (son) correcta(s): A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y II E) I, II y III. Respuestas 1B, 2D, 3A, 4B, 5C, 6E

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Unidad 3

Material fotocopiable Capítulo 3. Vidrio, cerámica y cemento Nombre del alumno(a):_____________________________________ Tema: Evaluación 1. Vidrio, cerámica cemento. Fecha: ____________________________________________________ Puntaje total: ______________________________________________ Nota: _____________________________________________________ 1. La obsidiana corresponde a un(a): A) sólido cristalino B) tipo de arcilla C) sólido amorfo D) borato E) cerámica 2. El cemento es un producto que implica la adición de yeso en una de sus etapas del proceso de obtención. El yeso cumple la función de: A) es un aglomerante. B) favorece del fraguado. C) es un conglomerante. D) favorece la reacción exotérmica. E) estabiliza al cemento. 3. Cuando al material que forma el vidrio se agregan óxidos de hierro, cromo o cobalto se logra: A) un menor punto de ebullición del vidrio. B) una mayor densidad del vidrio. C). fabricar un vidrio laminado D) disminuir la corrosión del vidrio. E). colorear el vidrio 4. La calcinación se diferencia de la fusión en que es: I) un cambio químico II) es un cambio físico III) produce nuevas sustancias Es (son) correcta(s): A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) Solo II y III

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Material fotocopiable 5. En el proceso industrial de fabricación del cemento, se verifican los siguientes procesos: I) Fusión de arcillas. II) Calcinación de arcilla. III) Lixiviación de arcillas. Es (son) correcta(s): A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III 6. Para obtener azufre desde el yeso, se utiliza una A) Reducción con carbono. B) Fusión. C) Lixiviación. D) Flotación. E) Sublimación. Respuestas 1C, 2A, 3E, 4D, 5B, 6A

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Unidad 3

5.3.5. Bibliografía de la Unidad 1. Introducción a la Química Industrial, Vian Ortuño, Ángel; Ed. Reverté, 1994, ISBN: 842917933X 2. La Química en el Proceso de Extracción y Refinación del Cobre, Gana O, Rafael, Eds. Universidad Católica de Chile, 1990. 3. Química General, Petrucci, Ralph H., Prentice Hall, 8a. ed., 2003, ISBN: 8420537829 4. Química general, Whitten, Kenneth W., Mcgraw-Hill, 5a. ed., 1998, ISBN: 8448113861 5. Química General, Ebbing, Darrell D., McGraw-Hill, 5a. ed., 1997, ISBN: 9701010256 6.Química, Chang, Raymond, McGraw-Hill, 9a. ed., 2007, ISBN: 9701061114

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Material fotocopiable

6. Anexos 6.1. Instrumentos de evaluación fotocopiable

1. Ejemplos de pautas para evaluar diversas modalidades de trabajo colaborativo: Nombre del alumno(a): _____________________________________ Fecha: _____________________________________________________

S: Siempre F: Frecuentemente A: Algunas veces P: Pocas veces N: Nunca CRITERIOS

AUTOVALORACION

CONCEPTO PROFESOR

VALORACION CONJUNTA

Busco alternativas, pregunto, para la solución de problemas. Busco el porqué de las cosas. Manejo diferentes fuentes de información. Asumo actitud crítica preguntándome cuán confiable o seria es la información que dispongo. Hago buen uso de los materiales e implementos que dispongo. Participo aportando ideas y me intereso por que se logre el objetivo del trabajo propuesto. Tengo conciencia que al trabajar debo hacer esfuerzos por comprender, relacionar y aplicar los conceptos tratados en el trabajo a mi vida cotidiana, ¿me pregunto donde los he visto?, por ejemplo. Estoy consciente que debo revisar el trabajo antes de entregarlo para detectar y corregir posibles errores. Trato de pensar siguiendo una forma coherente para razonar y cuando no se me ocurre pregunto a mi profesor (a). Soy innovador, le pongo algo de mi, evito la copia en el desarrollo de mis trabajos o en los que participo. Generalmente pregunto sobre los temas trabajados a otras personas para entender mejor y ver su aplicación en mi vida cotidiana.

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Material fotocopiable 2. Pauta para evaluar habilidades de aprendizaje colaborativo1. Indicaciones: De acuerdo a lo observado por ustedes, señale su apreciación, escribiendo frente a cada aspecto, la letra de uno de los siguientes concepto valorativo: E = Excelente; S = Satisfactorio, N = Necesita trabajo (ayuda); I = Insatisfactorio; N/O = No observado.

Nombre Alumno__________________________________________________________________ Tipo de habilidad Habilidades observadas durante el trabajo cooperativo.

Nombre de los participantes 1

Permanece en su tarea Termina sus tareas. Sigue las instrucciones. Comprende las ideas Permanece en grupos. Comparte materiales. Se preocupa por el tiempo. Da evidencias de investigación. Habilidades sociales Escucha a otros. Usa tono de voz adecuado. Respeta los turnos. Hace preguntas. Comparte sus ideas. Informa sus ideas. Solicita ayuda. Ayuda a otros. Logra consenso grupal. Habilidades de trabajo Automotivado. Independiente. Dispuesto a correr riesgos. Piensa creativamente. Piensa con coherencia. Muestra confianza. Dedicación horaria. Puntualidad. Perseverancia. Cumplimiento de tareas organizadas. Aporte material Monetario (cuando es necesario). Utensilios. Manualidades (Dactilografía, copiado, etc.).

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Material fotocopiable

Nombre Alumno: _________________________________________________________ Instrucciones: Marca sobre las letras M.V.: (muchas veces); A.V.: (algunas veces) o P.V.: (pocas veces), según la percepción que tú y tus compañeros tengan sobre lo consultado más abajo:

¿Cómo lo hicimos en grupo?

M. V

A. V.

P. V.

¿Cómo lo hice yo?

Cada uno de nosotros contribuyó con ideas.

M. V

A. V.

P. V.

Yo contribuí con mis ideas.

Nos escuchamos entre nosotros.

M. V

A. V.

P. V.

Yo escucho a mis compañeros.

Nos dimos ánimo mutuamente

M. V

A. V.

P. V.

Yo di ánimo a mis compañeros

Creamos a partir de las ideas de todos

M. V

A. V.

P. V.

Elaboré mas ideas a partir de las demás ideas de todos.

Respetamos los turnos para hacer cumplir con nuestras responsabilidades.

M. V

A. V.

P. V.

Respeté los turnos para cumplir con mis responsabilidades.

Para mejorar nuestro trabajo podríamos:

Para mejorar mi trabajo puedo:

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Material fotocopiable 3. Ejemplos de modelos para diseñar protocolos experimentales, pautas de entrevista, fichas, encuestas. • Informes de laboratorio: ACCIONES A REALIZAR ANTES

Escoger el libro contextualizado del informe. Identificar el problema principal que se quiere resolver. Plantear la hipótesis (posible respuesta al problema y que se debe verificar). Indicar los materiales que va a utilizar.

DURANTE

Describir el procedimiento seguido para realizar la actividad (pasos principales y en orden temporal). Transcribir observaciones y datos relevantes. Comunicar los datos en esquemas/gráficos, según corresponda. Redactar las conclusiones (afirmaciones que emergen de las observaciones y se relacionan con la hipótesis). Revisión del texto del informe elaborado.

DESPUÉS

En qué otros contextos se podría estudiar el tema de la investigación. ¿Qué preguntas haría a sus alumnos(as) para cerciorarse que ha comprendido el trabajo experimental/práctico. Otras ideas que usted puede incluir y que se refieran a ciencia escolar.

INFORME DE LABORATORIO Nombre del experimento: ..................................................................................... Nombres: ................................................................................................................ Fecha: .........................................................

Curso: .....................

INTRODUCCIÓN • ¿Cuál es el problema a resolver? • ¿Cuál es la posible respuesta al problema (hipótesis)? • ¿Qué razones podría dar y que fundamenta su hipótesis? • Razón 1: • Razón 2: CUERPO DE LA GUÍA • Observaciones referidas a la actividad 1: • Observaciones referidas a la actividad 2: • Observaciones referidas a la actividad 3: • Observaciones referidas a la actividad 4: • Observaciones referidas a la actividad 5: CONCLUSIONES • Resumen de las ideas que se deducen de las actividades realizadas: • Respuesta a la hipótesis.

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Material fotocopiable INFORME DE LABORATORIO Nombres: .......................................................................................

Fecha: ......................

Título del experimento: .......................................................................................................... Propósito (de una razón de porqué está haciendo este experimento): ................................................................................................................................................ Nombre aparatos y materiales que utilizó: ............................................................................. Hipótesis (su mejor explicación de lo que cree que va a pasar): ................................................................................................................................................ Precauciones (En qué hay que tener cuidado): ..................................................................... Procedimiento (los pasos que realizó en orden adecuado): ................................................................................................................................................ Observaciones y resultados (de lo observado y medido): ................................................................................................................................................ Conclusión(es) (¿Era correcta su hipótesis? ¿Por qué?, ¿Por qué si, no?): ................................................................................................................................................ Comentarios o discusión (¿Cómo mejoraría este experimento?): ................................................................................................................................................

INFORME DE LABORATORIO V de Gowin Conceptos (que se identifican de la actividad práctica) Aquí se escribe el listado de conceptos que se deducen de la experiencia realizada.

Metodologías o procedimientos seguidos Aquí se escribe: Problema o Pregunta central a resolver.

Aquí se escriben: Observaciones relevantes realizadas. Aquí se escriben: Conclusiones o afirmaciones de lo observado.

Respuesta a la pregunta central Materiales utilizados

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Material fotocopiable

Lista de Cotejo Objeto a evaluar: Informe de Práctica de laboratorio Grupo: .................................................................

Nota: .....................................

Integrantes: .........................................................

Fecha: ...................................

Aspectos observados 1. Los cuadros están correctamente elaborados. 2. Los gráficos son adecuados para el análisis de la investigación. 3. Los pasos de la técnica empleada son explicitados con detalles. 4. Los dibujos representan, lo mejor posible, las observaciones realizadas. 5. Las interpretaciones y conclusiones son fundamentadas. 6. Se citan fuentes bibliográficas. 7. El informe se presenta ordenado y limpio. 8. El informe, se entrega en la fecha señalada.

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Presencia

Ausencia

Material fotocopiable 4. Ejemplos de fichas de autoevaluación: a) Descriptivas ¿Cómo fue tu desempeño durante el trabajo desarrollado en clase? Gustavo responde: “Cumplí con los trabajos dejados, como los mapas conceptuales, cuando puedo participo en clase, aún me cuesta”. “Creo que he cumplido con las actividades y tareas que se han realizado hasta la fecha”. “He fallado en una tarea, me quedó mal”. “He aprendido a realizar un mapa conceptual”. “No presenté mi carpeta”. “Nunca he faltado a clase”. “Solo una vez me llamaron la atención”.

b) Con escala

Nombre alumno: ......................................................... Fecha: ...................................

Indicadores

Siempre

Casi siempre

A veces

Raras veces

Nunca

1. Participo activamente en las actividades de la clase. 2. Cumplo con las tareas asignadas por mi profesora o mis compañeros. 3. Comprendo el significado de los contenidos desarrollados. 4. Puedo aplicar los contenidos aprendidos a nuevas situaciones. 5. Reconozco la importancia y valoro los conocimientos adquiridos. c) Metacognitiva

Nombre alumno: ......................................................... Fecha: ................................... Contenidos del tema

¿Qué sabía yo antes?

¿Qué sé yo ahora?

¿Cómo lo he aprendido?

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Material fotocopiable 5. Escala para la valoración de dibujos de ciencias Este instrumento supone la consideración de una serie de indicadores acordes a los criterios establecidos para la elaboración de los dibujos seguidos de tres columnas que habrán de determinar: • La puntuación máxima otorgada previamente por el docente • La valoración del mismo estudiante • La del docente Una vez concluido el proceso de asignación de puntuaciones se pretende obtener un promedio que derive en una calificación.

Indicadores

Puntuación máxima

Valoración del alumno

1. Contiene los criterios o características determinadas con anterioridad.

2. Emplea una escala apropiada.

3. El uso de colores es adecuado al contexto o tema estudiado.

4. El dibujo representa realmente el contenido de estudio en toda su concepción.

5. Emplea, si corresponde, nomenclatura para cada uno de los elementos que lo conforman.

6. Expresa relación entre la estructura y función que quiere representar.

7. Incluye texto que aclara la representación visual.

(Adaptada de Lewin y Shoemaker, Great Performances Creating Classroom - Based Assessment Task, 2000, p 36)

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Valoración del docente

Material fotocopiable 6. Pauta para evaluar el cuaderno de ciencias Indicadores

Muy bien

Bien

Regular

Debe mejorar en

Presentación: • Titula adecuadamente cada unidad. • Anota la fecha del día. • Deja un margen adecuado a derecha e izquierda. • Escribe con buena letra con tachaduras y correcciones. • Escribe con buena letra y sin tachaduras. Organización: • Diferencia entre Unidades dejando una página en blanco, por ejemplo. • Diferencia adecuadamente los apartados de cada Unidad de alguna forma visible. • Diferencia contenidos y actividades titulando adecuadamente. Técnicas de aprendizaje: • Anota las explicaciones del profesor(a) sobre el tema como si fueran dictados. • Copia sin elaborar los contenidos que necesita aprender. • Anota explicaciones con sus propias palabras. • Utiliza esquemas para tomar los apuntes. • Inserta esquemas y gráficos ya elaborados. • Elabora esquemas y gráficos por sí mismo. Actividades: • Copia los enunciados de cada actividad. • Realiza las actividades que le resultan más fáciles. • Intenta realizar todas las actividades propuestas. • Realiza todas las actividades aunque pida ayuda.

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Material fotocopiable 7. Pauta para evaluación de lectura de textos científicos en parejas Instrucciones: a) Elige un compañero(a) para revisar los textos mutuamente. • Tu tarea será leer el texto en voz alta. • La tarea de tu compañero(a) será escuchar atentamente la lectura. • La del docente. b) A continuación, juntos contesten las preguntas siguientes:

Nombre del texto a evaluar: .............................................................. Página en que se encuentra en el libro: ............................................ Nombre de ustedes: .......................................................................... Fecha: ...............................................................................................

Preguntas 1. ¿Creen que el texto es interesante? ¿Atractivo? 2. ¿Creen que le falta algo? ¿Qué? 3. ¿Hay algo poco claro o mal expresado? ¿Cuál? 4. ¿Pueden sugerir algunas palabras o expresiones para mejorarlo? Háganlo. 5. ¿Podrían encontrar una mejor manera de empezar o acabar el texto? 6. ¿Es demasiado largo o corto? ¿Por qué?

7. ¿Se puede suprimir algo? Por ejemplo: 8. ¿El texto corresponde a lo que decía en el título o a lo que se proponía el autor?

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Respuestas breves y claras

Material fotocopiable 8. Pauta de seguimiento del desarrollo de habilidades científicas (Para el docente) Fecha:

Fecha:

Fecha

Fecha:

Observaciones

Habilidades • Exponen ideas usando “términos científicos”. • Relatan ideas en forma coherente. • Explican con claridad lo solicitado. • Debaten sus ideas en forma mesurada. • Ilustran, hacen tablas y gráficos respetando convenciones. • Manipulan con cuidado y bien los instrumentos del laboratorio. • Montan experimentos según instrucciones dadas. • Se organizan al interior del grupo con autonomía. • Diseñan experimentos sencillos. • Elaboran informes de laboratorio según instrucciones dadas. • Otros que Ud. quiera considerar.

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Material fotocopiable 9. Breve guía metodológica para orientar el trabajo grupal Como metodología para realizar las actividades grupales, especialmente en el desarrollo de las actividades se sugiere al profesor o profesora el Método Colaborativo. El método consiste en conformar grupos de trabajo de 4 integrantes en el que al menos haya un estudiante de buen rendimiento, para darle consistencia al grupo. Metodología para el trabajo colaborativo El trabajo colaborativo es muy interesante como metodología de trabajo, ya que a través de él se puede lograr en los alumnos o alumnas la incorporación de habilidades tanto intelectivas como sociales. Este tipo de trabajo en equipo es hoy en día muy utilizado a todo nivel y por lo tanto, las habilidades que el alumno pueda desarrollar con este método le serán útiles a posteriori, incluso en su vida laboral. Para el trabajo colaborativo en los grupos, se sugiere al docente que induzca a cada grupo a la asignación de roles diferentes, por ejemplo, si el grupo es de 4 integrantes debería haber: 1.

Jefe(a) de grupo: Alumno o alumna encargado(a) de dirigir y organizar las actividades a realizar por el grupo.

2. Secretario(a): Alumno o alumna encargado de tomar apuntes en forma ordenada de las observaciones y los resultados obtenidos en el trabajo. 3. Encargado(a) del material: Alumno o alumna que pide y devuelve los materiales necesarios para desarrollar las experiencias. 4. Expositor(a): Alumno o alumna que se encarga de exponer los resultados o conclusiones del grupo al curso.

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Mapas de Progreso: algunas ideas para su uso como apoyo al mejoramiento continuo del aprendizaje Los Textos Escolares son una importante herramienta para la implementación del currículum en la sala de clases. En conjunto con los Programas de Estudio y los Mapas de Progreso, buscan apoyar el trabajo que se realiza en los establecimientos educacionales para que los estudiantes logren mayores aprendizajes, en base a las deﬁniciones que establece el Marco Curricular nacional. En el siguiente esquema se presenta la pregunta orientadora que busca responder cada uno de los instrumentos curriculares:

Los Mapas de Progreso describen resumidamente los conocimientos, habilidades y comprensiones que caracterizan cada uno de los 7 niveles en que se desarrolla el aprendizaje de una determinada competencia o dominio clave. Son una herramienta curricular no obligatoria, que complementa a los Programas de Estudio y los Textos Escolares, y pueden ser utilizados de diversas formas. A continuación se describen dos de ellas, que pueden ser de utilidad para apoyar el desarrollo del aprendizaje que promueve este texto de estudio:

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1.- Reflexión conjunta sobre la progresión de los aprendizajes que promueve el currículum para mejorar la articulación entre profesores del sector. Si se hace una lectura de los siete niveles de los Mapas ya pueden ser un interesante aporte, debido a que muestran una visión sintética de lo que se espera se logre como aprendizaje en los 12 años de escolaridad. Su estructura concisa describe una panorámica de todo el trayecto escolar, aportando una mirada longitudinal, que favorece la reflexión pedagógica entre profesores de distintos cursos. Por ejemplo, a partir de la revisión de un Mapa de Progreso, puede hacerse una reflexión conjunta respecto de la manera en que progresa el aprendizaje, estableciendo un análisis general, entre profesores del sector y la jefatura técnica, en relación a ¿cómo estamos entendiendo la progresión del aprendizaje respecto de este referente? Los profesores y profesoras pueden revisar y analizar en conjunto los aprendizajes constitutivos de una determinada competencia, y definir acciones a seguir que sean coherentes con el logro de dichos aprendizajes, en base a preguntas como: ¿de qué forma estamos ordenando el trabajo y organizándonos en conjunto para ir progresando en el logro de estos aprendizajes de nuestros alumnos y alumnas? Los Mapas favorecen la articulación dentro y entre los ciclos de enseñanza de un establecimiento educacional, promoviendo una comprensión común respecto al aprendizaje y aportando claves para observar su progresión. Ello propicia la responsabilidad compartida entre docentes y el trabajo en equipo dentro del establecimiento. 2. Reflexión conjunta sobre los trabajos de alumnos y alumnas, para monitorear el progreso de su aprendizaje en relación a la expectativa que describe el Mapa. Los Mapas de Progreso definen el crecimiento del aprendizaje de los estudiantes, a través de descripciones de sus distintas etapas y de trabajos de alumnos en cada una de estas. Con el fin de apoyar la observación del aprendizaje, los Mapas presentan tareas, estímulos o motivaciones que se utilizaron para recoger evidencias del aprendizaje, buscando observar el desempeño de los alumnos en la competencia descrita en el Mapa. El docente puede aplicar estas tareas, las que puede encontrar en los anexos de cada uno de los Mapas (www.curriculum-mineduc.cl) u otras que el equipo docente puede desarrollar, para luego analizar la evidencia del desempeño de sus estudiantes e inferir el nivel de aprendizaje en relación a las descripciones realizadas por el Mapa. Es importante que esta observación y análisis de los trabajos de los alumnos sea desarrollado en conjunto por los profesores del sector, de modo de reflexionar entre pares y desarrollar una visión compartida respecto a cómo progresa el aprendizaje de sus alumnos en las distintas competencias claves.

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