Temas selectos de química 1 by eseté editorial

Bachillerato

Temas selectos de

Química 1 Víctor Manuel Mora González

desarrolla COMPETENCIAS

entropía

entropía Esta caricatura es la interpretación del artista Monfa acerca de la química. Con ella comenzamos aplicando uno de los objetivos del enfoque por competencias: la sensibilidad al arte, de manera tal que puedas establecer, desde la primera página, una relación creativa entre tú y el significado de esta materia.

Temas selectos de Química 1 Mora González, Víctor Manuel. Temas selectos de química 1: bachillerato / Víctor Manuel Mora González; ilustraciones Diego Cabrera. -- México: ST Editorial: ST Distribución, 2012. 176 páginas.: ilustraciones; 26 cm. Bibliografía: página 175 ISBN: 978 607 508 067 3 1. Química – Estudio y enseñanza (superior). 2. Química - Problemas, ejercicios, etc. I. Cabrera, Diego, ilustrador. II. título. III. serie 540-scdd21

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2012 Primera edición: México, df, julio de 2012 © 2012, Víctor Manuel Mora González ISBN: 978 607 508 067 3

Presidente: Alonso Trejos Director general: Joaquín Trejos Publisher: Giorgos Katsavavakis Coordinadora editorial: Lilia Villanueva Edición: Miguel Mejía Director de arte: Miguel Cabrera Coordinadora de producción: Daniela Hernández Diagramación: Milagro Trejos y Alicia Pedral Portada: Monfa Ilustraciones: Diego Cabrera Fotografías: Stockxchange, archivo ST Editorial

Prohibida la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico. Temas selectos de química 1, de Víctor Manuel Mora González, se terminó de imprimir en julio de 2012 en los talleres de Edamsa Impresiones S. A. de C. V., con domicilio en Av. Hidalgo #111, Col. Fraccionamiento San Nicolás Tolentino, Delegación Iztapalapa, C.P. 09850 México, df

Los estados de la materia: sólido, líquido (vital para la vida) y gaseoso; su comportamiento en una reacción química, así como los cambios de energía que acompañan diversos procesos químicos y físicos en un sistema, se observan en múltiples fenómenos que ocurren todos los días, a nuestro alrededor. Estos son temas fundamentales en el estudio de la asignatura temas selectos de química 1 y por ello se encuentran representados en nuestra portada.

PRESENTACIÓN

El bachillerato tiene, como una de sus finalidades principales, preparar al estudiante para el ingreso a las instituciones de educación superior. Para cumplir con esta intención incluye un componente de formación propedéutico en el que las asignaturas tienen un doble propósito: brindar a los estudiantes conocimientos más profundos sobre determinados temas y “cerrar” alguno de los campos de formación básica, ya sea el matemático, el histórico-social, el de lenguaje y comunicación y, en nuestro caso, el campo de las ciencias experimentales. Los temas selectos de química, tal como su nombre lo indica, son un par de asignaturas en las que el estudiante tiene la oportunidad de revisar con mayor profundidad temas que tan solo se sugieren en química 1 y 2. Su tratamiento, los ejercicios y las actividades experimentales pretenden que el estudiante ponga en práctica los saberes que ha adquirido a lo largo de los cuatro semestres anteriores y que desarrolle una forma de trabajo en el que el método científico experimental se convierte en la guía obligada. Las carreras afines a la química representan una excelente opción y un campo amplio y fértil para el desarrollo de las capacidades y talentos de la persona, porque implican una comprensión profunda de los fenómenos que derivan en la transformación de unas sustancias en otras y de los mecanismos implicados. Por esto, el conocimiento se convierte en una excelente herramienta capaz de proveer a la sociedad los insumos necesarios para su existencia y convertir este mundo en un lugar más propicio para el desarrollo y conservación de la vida. Un reto de nuestro país es precisamente formar jóvenes preparados e interesados en la investigación científica, cuyos estudios profesionales contribuyan a la mejora de esta área en México. Los contenidos de esta obra, propuestos por la Dirección General del Bachilerato (dgb), y pertenecientes al componente de formación propedéutica, se apegan totalmente al nuevo programa de estudios de Temas selectos de química 1. El libro se

divide en cuatro bloques. En el primero de ellos: “Aplicas las leyes de los gases” se revisan las características y propiedades de los gases tomando como punto de partida el conocimiento de las leyes establecidas para ellos. La resolución de problemas relacionados con estas leyes es punto obligado a lo largo del bloque. El segundo bloque: “Explicas el estado sólido y líquido de la materia”, está dedicado a estudiar con mayor profundidad a estos dos estados de agregación y a razonar sobre el trasfondo de las características y propiedades que en ellos se observan. En el tercer bloque: “Explicas las velocidades de reacción y el equilibrio químico” se indaga sobre el concepto de velocidad de reacción y el equilibrio químico, realizando cálculos sencillos en los que ambos temas se ven involucrados. Finalmente, en el cuarto bloque: “Cuantificas los cambios energéticos del entorno” se pretende no solo conocer teóricamente las leyes de la termodinámica y resolver algunos problemas con ellas relacionados, sino que la pretensión principal es aprender a mirar los fenómenos que suceden en nuestro entorno con mayor profundidad y desde el punto de vista científico. Hemos procurado en la construcción del libro que tienes en tus manos, estimado lector, fomentar el desarrollo de competencias, incluyendo actividades de diversos tipos que incluyen búsqueda y análisis de información, actividades experimentales, espacios de reflexión sobre los fenómenos observados, así como lecturas interesantes relativas a los temas. Asimismo, como factor relevante, hemos incluido instrumentos para la heteroevaluación, coevaluación y autoevaluación que ayudarán, tanto al profesor como a los estudiantes, a tener indicadores de los avances logrados y de las competencias desarrolladas. De antemano se agradece cualquier comentario o sugerencia por parte de los lectores –profesores, estudiantes, padres, etc.– que sirva para mejorar esta obra; se puede enviar al autor a la siguiente dirección electrónica: comentarios@st-editorial.com

Contenido

Bloque 1 Aplicas las leyes de los gases Para comenzar...

Reto 13 Tema 1. Características de los gases y las leyes que los rigen Características de los gases Leyes de los gases

15 16 21

Evaluación sumativa

Bloque 2 Explicas el estado líquido y sólido de la materia Para comenzar...

Reto 51 Tema 1. Características del estado líquido de la materia 53 Presión de vapor 54 Punto de ebullición 55 Punto de congelación 56 Tensión superficial 57 Densidad 58 Tema 2. Características del estado sólido de la materia Sustancias amorfas Sustancias cristalinas

60 60 61

Evaluación sumativa

Bloque 3 Explicas la velocidad de reacción y el equilibrio químico Para comenzar...

Reto 75 Tema 1. Velocidad de reacción Teoría de las colisiones Velocidad de reacción

78 78 81

Tema 2. Equilibrio químico Reversibilidad de las reacciones químicas Ley de acción de masas y constante de equilibrio

89 89 92

Tema 3. Principio de Le Châtelier Cambios de concentración Cambios de presión Cambios de temperatura Evaluación sumativa

105 106 108 109 111

Bloque 4 Cuantificas los cambios energéticos del entorno Para comenzar...

117

Reto 120 Tema 1. Características de los sistemas termodinámicos 122 Sistemas 122 Estado del sistema 123 Proceso 124 Tema 2. Primera ley de la termodinámica 126 Energía interna 127 Entalpía 129 Tema 3. Ley de Hess Ecuaciones termoquímicas Cálculos termoquímicos

135 136 136

Tema 4. Segunda ley de la termodinámica 139 Entropía 141 Energía libre de Gibbs 146 Espontaneidad de un proceso 149 Evaluación sumativa

152

Sección final Evaluación final

156

Prácticas de laboratorio

168

Semblanzas 171 Autoevalúa tus competencias

174

Fuentes consultadas

175

Secciones del LIBRO econoce tus R competencias

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

nidad de u competencia

Inicio

En un texto breve, se describe lo esencial que el estudiante debe aprender del bloque.

Se incluyen un texto introductorio con una breve explicación de lo que se estudiará y un mapa conceptual con los temas más importantes del bloque. Además, se agregan las evidencias de aprendizaje que el estudiante debe haber logrado al finalizar dicho bloque.

Actividad de apertura

Evaluación

Desarrolla competencias

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

• Analiza las propiedades y características de los líquidos y las • Identifica las características de los gases y las relaciona con relaciona con los fenómenos que se encuentran en su entorno. situaciones de su vida cotidiana. • Compara los distintos cuerpos o sustancias amorfas y cristalinas • Aplica las leyes generales de los gases al conocer y explica sus características a partir de las propiedades físicas el comportamiento de las variables que los rigen y las relaciona que presentan. con situaciones hipotéticas o reales en su vida cotidiana.

Explicas el estado líquido Aplicas las leyes de losy sólido gases de la materia

Bloque 1

Bloque 2 Bloque 1

Bloque 2Bloque 3

Aplicas las leyes de los gases

Explicas Aplicas las leyes el estado líquido y sólido de los gases de la materia

la velocidad ExplicasCuantificas los cambios ExplicasExplicas el estado la velocidad reacción y el energéticos del entorno líquido ydesólido de reacción y el equilibrio químico equilibrio químico de la materia

Bloque 3Bloque 4

Se agregan los indicadores de los productos a obtener durante el desarrollo del bloque.

Para comenzar...

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

Desempeños del estudiante Desempeños del estudiante

Bloque Bloque 1 2

Indicadores de desempeño

ecuencia S de los bloques

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

Actividades

Introducción al bloque mapa conceptual evidencias de aprendizaje

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

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

EXPLICAS ELEXPLICAS ESTADO LÍQUIDO EL ESTADO Y LÍQUIDO Y SÓLIDO DE LA SÓLIDO MATERIA DE LA MATERIA

DesarrollaDesarrolla competencias competencias

Resuelve problemas Resuelve establecidos problemas establecidos o reales de suo reales de su actividad individual actividad individual

entorno, utilizando entorno, lasutilizando ciencias experimentales las ciencias experimentales para la comprensión para la comprensión y mejora del mismo. y mejora del mismo.

Practica y Practica realiza ely mismo realiza análisis el mismo anterior análisispara anterior el sistema para el ortorrómbico. sistema ortorrómbico. Auxíliate de Auxíliate las ilustraciones de las ilustraciones que que aparecen en aparecen la tabla.en la tabla. Celda unitaria Celda unitaria En las esquinas En las esquinas En el cuerpo En el cuerpo En las carasEn las caras

Total

ara terminar. P Autoevalúa tus competencias Con este cuadro el estudiante podrá autoevaluar las competencias genéricas adquiridas al finalizar el curso.

DesarrollaDesarrolla competencias competencias

Resuelve establecidos problemas establecidos o reales de suo reales de su actividad grupal actividad grupal Resuelve problemas

entorno, utilizando entorno, lasutilizando ciencias experimentales las ciencias experimentales para la comprensión para la comprensión y mejora del mismo. y mejora del mismo.

Realicen las Realicen siguientes las siguientes actividadesactividades en equiposen equipos 1. Consigan 1. unos Consigan granos unos de granos sal de cocina de sal ydeobsérvenlos cocina y obsérvenlos detenidamente detenidamente auxiliadosauxiliados con una lupa conouna conlupa un mio con un microscopio, croscopio, si les es posible. si les es Anoten posible. susAnoten observaciones sus observaciones y hagan unydibujo hagan representativo un dibujo representativo en su cuaderno. en su cuaderno. 2. Con la ayuda 2. Condelaun ayuda martillo de uno martillo un objeto o un pesado objeto pulvericen pesado pulvericen algunos granos algunos de granos sal de cocina de sal ydeexamínenlos cocina y examínenlos con la ayuda condelaun ayuda microscopio. de un microscopio. ¿Qué observan?, ¿Qué observan?, ¿ha cambiado ¿ha cambiado su forma? Anoten su forma? susAnoten observaciones. sus observaciones.

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APLICAS LAS LEYES DE LOS APLICAS LASGASES LEYES DE LOS GASES

COMPLEMENTARIAS

Ilustraciones infográficos

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

Glosario

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

El mundo que te rodea En la web

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

Retrato

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

Leyes de los gases Leyes de los gases

La experimentación con los gasescon data siglosdata atrás. interpretación La experimentación losdegases de La siglos atrás. La interpretación E l mundo que te rodeaque te rodea E l mundo de los resultados haobtenidos demostrado, una y otra vez, ciertas de losobtenidos resultados ha demostrado, una y otrareguvez, ciertas regularidades en laridades su comportamiento debido al cambio enalcualquiera las en su comportamiento debido cambio endecualquiera de las variables quevariables influyenque en ellos: presión, temperatura, volumen y cantiinfluyen en ellos: presión, temperatura, volumen y cantidad de sustancia. Fruto de tales estudios, se ha establecido serie de una serie de dad de sustancia. Fruto de tales estudios, se ha una establecido generalizaciones empíricas que se han denominado leyes de los gases generalizaciones empíricas que se han denominado leyes yde los gases y describen el comportamiento de las sustancias en condiciones describen el comportamiento de lasgaseosas sustancias gaseosas en condiciones especiales. especiales. Antes de revisar con una de cada las principales de los leyes de los Antes dedetalle revisarcada con detalle una de lasleyes principales Existen varias formas medir el contenido deel vapor de Existenpara varias formas para medir contenido de vapor de gases, es conveniente recordar el concepto unidades en unidades las que seen las que agua en El higrómetro es un mecánico instru- es un instrugases, es conveniente recordar yellas concepto y las se la atmósfera. agua en la atmósfera.mecánico El higrómetro miden la presión, lala temperatura, el volumen yellavolumen cantidadyde mento que se utiliza la humedad relativa en la relativa en la miden presión, la temperatura, la sustancia. cantidad de sustancia. mentopara quemedir se utiliza para medir la humedad

Presión

atmósfera y se basa en la propiedad de la algunos materiales atmósfera y se basa en propiedad de algunos materiales (como el cabello(como humano) de cambiar su dimensión el cabello humano) de cambiarfísica su dimensión física en dependencia de la humedad relativa del aire. Durante

en dependencia de la humedad relativa del aire. Durante La presión esLa una magnitud que indica cómo distribuye la distribuye fuerza en la utilizó elaños cabello humano como sensor decomo sensor de presión es una magnitud que se indica cómo se la fuerzamuchos en la años semuchos se utilizó el cabello humano humedad relativa en los relativa higrógrafos de higrógrafos las estaciones . Matemáticamente, se expresa deselaexpresa superficie sobre la cual sobre está aplicada humedad en los de las estaciones de la superficie la cual está aplicada. Matemáticamente, meteorológicas convencionales.convencionales. meteorológicas siguiente manera: siguiente manera: F P= A

F P= A

En el si la unidad fuerza es el (N)elynewton la unidad superficie En el de si la unidad denewton fuerza es (N)de y la unidad de superficie es el metro cuadrado (m2), por lo que lapor unidad para medir lapara presión esla presión es es el metro cuadrado (m2), lo que la unidad medir N/m2. A estaN/m2. unidad le unidad ha dadoseellenombre (Pa), honor al en honor al A se esta ha dadodeelpascal nombre deen pascal (Pa), físico, matemático, filósofo y religioso Blaise PascalBlaise (1623-1662), físico, matemático, filósofofrancés y religioso francés Pascal (1623-1662), quien hizo numerosos aportes al desarrollo de la ciencia, entre ellas, quien hizo numerosos aportes al desarrollo de la ciencia,las entre ellas, las relacionadasrelacionadas con el concepto presión y el vacío.y el de vacío. conde el concepto dede presión Como el pascal es una unidad pequeña, conpequeña, frecuencia Como el pascal esrelativamente una unidad relativamente con frecuencia se utiliza en su lugar elen kilopascal (kPa), que es (kPa), igual aque 1 000 pascales. se utiliza su lugar el kilopascal es igual a 1 000 pascales. Presión atmosférica Presión atmosférica La mezcla deLagases de la es atraída la Tierra mezcla deatmósfera gases de laterrestre atmósfera terrestrehacia es atraída hacia la Tierra por la fuerza por de gravedad e interacciona con cualquiercon superficie ensuperficie conla fuerza de gravedad e interacciona cualquier en contacto. En efecto, la En presión atmosférica ejerce sobre cuerpo, Vacío tacto. efecto, la presión se atmosférica se cualquier ejerce sobre cualquier cuerpo, Vacío incluyéndonos a nosotros, aunque posiblemente no nos percatamos incluyéndonos a nosotros, aunque posiblemente no nos de percatamos de ello. Una manera visualizar la presión que la que atmósfera consiste ello. de Una manera de visualizar laejerce presión ejerce la atmósfera consiste Presión en tomar unaenbotella plástico extraer el aire contenido ella. Ob- en ella. ObPresión tomarde una botellayde plástico y extraer el aireencontenido atmosférica atmosférica servaremos que la botella selaaplasta la presión es servaremos que botellaporque se aplasta porqueatmosférica la presión atmosférica es Presión del mayor que lamayor presión dellaaire de sudel contenido. Presión del que presión aire de su contenido. mercurio mercurio La presión deLalapresión atmósfera cambia de uncambia día para y de un lugar de la atmósfera deotro un día para otro yade un lugar a otro. Las condiciones provocan queprovocan la presión atmosférica otro. Las climáticas condiciones climáticas que la presión sea atmosférica sea mayor en unmayor día soleado quesoleado disminuya se acerca unasetormenen unydía y quecuando disminuya cuando acerca una tormenta. En el nivelta. delEnmar, es mayor queesenmayor lo altoque de una porque la porque la el nivel del mar, en lomontaña, alto de una montaña, columna de aire es mayor en la situación, que en la segunda. columna de aire esprimera mayor en la primera situación, que en la segunda. Mercurio Mercurio Hace algunosHace siglos, se pensaba la atmósfera ejercía ninguna algunos siglos,que se pensaba que lanoatmósfera no ejercía ninguna presión y quepresión los seres noslos movíamos por la superficie terrestre. El terrestre. El y que seres noslibres movíamos libres por la superficie físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) lo contrario físico italiano Evangelista Torricelli sostenía (1608-1647) sostenía lo contrario y para probarlo se le ocurrióse efectuar un experimento que se ha hecho y para probarlo le ocurrió efectuar un experimento que se ha hecho clásico. Llenóclásico. con mercurio –que es un metal líquido a temperatura amLlenó con mercurio –que es un metal líquido a temperatura ambiente– un tubo de aproximadamente 1.2 m de altura en unsellado ex- en un exbiente– un tubo de aproximadamente 1.2 sellado m de altura tremo. Acto seguido lo invirtió de manera no entrara tremo. Acto seguidocon lo cuidado, invirtió con cuidado,que de manera que no entrara aire al tubo, aire sobre recipiente tambiénque contenía mercurio. Comal un tubo, sobre unque recipiente también contenía mercurio. ComFigura 2. La presión atmosférica de una zona geográfica probó entonces queentonces parte delque mercurio bajó al recipiente, en el tubo Figura 2. La presión atmosférica de una zona geográfica probó parte del mercurio bajó alpero recipiente, pero en elpuede tubodeterminarse endeterminarse condiciones controladas de controladas de puede en condiciones quedó una columna del metal y se creó el vacío entre su superficie y laboratorio del experimento deexperimento Torricelli. de Torricelli. quedó una columna del metal y se creó el vacío entre su el superficie y el a partir laboratorio a partir del extremo superior del tubo (figura extremo superior del 2). tubo (figura 2). st-editorial.com st-editorial.com

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

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

para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida. Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo, competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él.

COMPETENCIAS GENÉRICAS

A continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas. B1 / p. 12

actitudes y valores Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

B2 / p. 49 conocimientos

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

B4 / p. 140 EL MUNDO QUE TE RODEA

Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

B3 / p. 80 Actividad grupal

Elige y practica estilos de vida saludables.

B4 / pp. 130-131 Actividad grupal

B3 / p. 74 Actitudes y valores

Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

B2 / pp. 51-52 REto

B1 / p. 13 inciso 6

Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

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

Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

B3 / p. 79 figura 2

Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.

B4 / pp. 140-141 actividad grupal

Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

B3 / p. 102 El mundo que te rodea

Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES

A continuación se muestran las competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales que deben manejarse en esta materia, como lo señala el programa de estudios. B4 / p. 153 autoevaluación

B3 / pp. 76-77 coevaluación

B3 / p. 107 lee

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas.

Evalúa las implicaciones del uso de la ciencia y la tecnología, así como los fenómenos relacionados con el origen, continuidad y transformación de la naturaleza para establecer acciones a fin de preservarla en todas sus manifestaciones.

Evalúa los factores y elementos de riesgo físico, químico y biológico presentes en la naturaleza que alteran la calidad de vida de una población para proponer medidas preventivas.

B1 / p. 20 actividad de lee

B2 / p. 67 actividad de lee

B1 / p. 20 actividad grupal

Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica.

Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Desempeños del estudiante

• Identifica las características de los gases y las relaciona con situaciones de su vida cotidiana. • Aplica las leyes generales de los gases al conocer el comportamiento de las variables que los rigen y las relaciona con situaciones hipotéticas o reales en su vida cotidiana.

Bloque 1

Aplicas las leyes de los gases

Bloque 1

Bloque 2

Bloque 3

Aplicas las leyes de los gases

Explicas el estado líquido y sólido de la materia

Explicas la velocidad de reacción y el equilibrio químico

Competencias a desarrollar

• Reconoce la utilidad de los modelos para demostrar las leyes de los gases. • Comprende las características y propiedades de los gases en fenómenos que participan en la naturaleza. • Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno en relación a los conocimientos obtenidos de los gases.

Bloque 4

Cuantificas los cambios energéticos del entorno

• Utiliza herramientas y equipo especializado en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuye a su formación académica. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias e instrumentos de laboratorio para evitar daños y disminuir riesgos en las actividades experimentales.

Objeto de aprendizaje Características de los gases y las leyes que los rigen.

Introducción

as propiedades que observamos en la materia se explican a partir de su estructura atómica, mediante modelos científicos que se establecen después de realizar muchos experimentos y comprobaciones. En general, los modelos científicos ofrecen explicaciones coherentes de por qué sucede lo que observamos y, al mismo tiempo, nos permiten anticipar con cierta precisión lo que sucedería si cambiara tal o cual condición del objeto o sustancia que estamos estudiando. En particular, el modelo cinético molecular presenta en sus postulados una base sólida para explicar y predecir el comportamiento de un cuerpo, cualquiera que sea su estado de agregación. En el mapa conceptual de esta página puedes ver los principales temas del bloque.

Modelo cinético molecular se aplica al

estado gaseoso

para explicar sus

sustentando las

características

leyes de los gases

por ejemplo

como

compresibilidad densidad difusión expansión

Boyle-Marlotte Charles Gay-Lussac general o combinada presiones parciales

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Para comenzar...

Actividades de enseñanza

Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio. Para entender mejor los nuevos temas conviene que antes autoevalúes tus conocimientos básicos de química. Resuelve lo que te proponemos a continuación, revisa tus resultados y compáralos con los que obtengan tus compañeros. Auxiliados por su docente identifiquen los aciertos y las fallas. Estas últimas les señalarán los temas que deben repasar o aprender para tener un buen desempeño al estudiar la unidad.

Conocimientos I. Completa la tabla siguiente. Si te damos el símbolo, anota el nombre, y si te damos el nombre, anota el símbolo del elemento químico correspondiente. Símbolo

Nombre

Símbolo

He Azufre

Nombre

Símbolo

Neón

C Fe

Ejemplos de las características de los gases y elaboración de un manual que integre los ejemplos relacionados con las características de los gases observados en la cotidianeidad. Información bibliográfica sobre cómo se mide la temperatura y presión de un gas, incorporando ejemplos de aplicación en el entorno. Actividades experimentales o demostrativas con ayuda de esquemas, para explicar las variables de temperatura, presión y volumen en función de los gases.

Níquel Cloro

Yodo

Nombre

Investigación bibliográfica o electrónica sobre las características de los gases, como expansibilidad, comprensibilidad, difusión, efusión y densidad; división en equipos y documentar la información en algún tipo de organizador gráfico para presentarlo en grupo.

Na Oxígeno

II. Anota en tu cuaderno la definición de átomo, compuesto, elemento y estado de agregación. III. ¿Recuerdas cuáles son los cambios de estado? Resuelve el crucigrama que se presenta enseguida.

Lecturas relacionadas a las leyes que rigen a los gases: ley de Boyle Mariotte, Charles, Gay-Lussac y gases ideales. Ejercicios de las leyes de los gases buscando alguna aplicación real o hipotética. Inducción para llegar a la deducción de la ley general o combinada de los gases y presentar ejemplos.

1 2 3 4

Presentación, empleando alguna herramienta informática, referente a los gases ideales y la ley de las presiones parciales de Dalton y ejercicios relacionados con situaciones hipotéticas y/o reales.

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Verticales 1. Paso directo del estado sólido al estado gaseoso. 2. Paso del estado sólido al líquido. 3. Cambio del estado gaseoso al estado sólido sin pasar por el estado líquido. 4. Paso del estado gaseoso al líquido por disminución de la temperatura. Horizontales 5. Cambio del estado líquido al estado gaseoso. 6. Cambio del estado líquido al sólido.

Habilidades ¿Qué tanto recuerdas la fórmula y nombre de los compuestos? Pruébate con el siguiente ejercicio. Si te damos la fórmula, escribe el nombre, y si te damos el nombre, anota la fórmula del compuesto correspondiente. Fórmula

Nombre

Fórmula

Nombre

CaO

Monóxido de carbono

AlH3

Hidruro de litio

H2S

Óxido de cobre (l)

Fe(NO3)2

Ácido clorhídrico

NaCl

Ácido sulfúrico

Actitudes y valores ¿Cuáles son tus expectativas en el curso que inicias?, ¿qué esperas aprender?, ¿qué utilidad tendrá en tu desarrollo académico? Si te parece oportuno, analízalas con tu profesor.

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Reto Esta actividad les ayudará a aplicar los conocimientos sobre las características y propiedades de los gases a la observación de fenómenos que encuentren en su entorno inmediato. 1. Formen un equipo con tres o cuatro de sus compañeros y vayan cumpliendo cada una de las etapas que se marcan en el reto. Trabajen en sus cuadernos. 2. Identifiquen fenómenos en su entorno inmediato en los que estén involucradas sustancias en estado gaseoso. Describan con la mayor precisión posible las características físicas que se observan en las sustancias gaseosas presentes en los fenómenos e intenten explicar por qué muestran ese comportamiento. Concentren sus observaciones y explicaciones en un cuadro de doble entrada. 3. Realicen, consultando los medios de información a su alcance, una investigación de las características de las sustancias en estado gaseoso, incluyendo la densidad, la compresibilidad, la efusión y la difusión, entre otras. Con la información elaboren un mapa conceptual. 4. Diseñen una experiencia de laboratorio en la que trabajen con un volumen específico de gas (supongamos, un litro exacto) y manipulen la muestra de diversas maneras, por ejemplo: a. Sometan a calentamiento la muestra de gas y midan cuál es el incremento del volumen por cada grado centígrado que aumente la temperatura. Con los datos obtenidos, elaboren una gráfica. b. Enfríen la muestra de gas y midan la disminución del volumen por cada grado centígrado que baje la temperatura. Grafiquen los resultados. c. Intenten comprimir la muestra de gas hasta donde les sea posible. Posteriormente hagan lo necesario para permitirle a la muestra que se expanda. Escriban sus observaciones y elaboren conclusiones. 5. Busquen aplicaciones prácticas de las características de los gases que analizaron en la experiencia de laboratorio y elaboren una presentación electrónica en la que muestren tales aplicaciones. Incluyan sus observaciones y conclusiones. 6. Organizados por su profesor presenten al resto del grupo los productos obtenidos en las diversas etapas del reto y comuniquen sus conclusiones.

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

Siempre

Casi siempre

Muchas veces

Pocas veces

Casi nunca

Mostré entusiasmo y responsabilidad en las actividades que me fueron asignadas. Mi participación fue importante para la elaboración del producto final. Todos los materiales que aporté fueron de buena calidad y ayudaron a obtener un buen producto final.

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Coevaluación Trata de ser objetivo e imparcial y evalúa el desempeño del equipo durante el desarrollo del reto. Apóyate en la matriz de valoración que aparece enseguida.

Categoría

Identifica las características de los gases y las relaciona con situaciones de su vida cotidiana.

Todos y cada uno de los integrantes del equipo son capaces de identificar las características de los gases y de relacionarlas con situaciones de su vida cotidiana

La mayoría de los integrantes del equipo son capaces de identificar las características de los gases y de relacionarlas con situaciones de su vida cotidiana.

Solo algunos de los integrantes del equipo son capaces de identificar las características de los gases y de relacionarlas con situaciones de su vida cotidiana, todos los demás requieren apoyo de parte del profesor o de sus compañeros.

Solo uno o dos de los integrantes del equipo son capaces de identificar las características de los gases y de relacionarlas con situaciones de su vida cotidiana. Todos los demás demuestran poca comprensión y requieren de una gran cantidad de apoyo para lograrlo.

Aplica las leyes generales de los gases al conocer el comportamiento de las variables que los rigen y las relaciona con situaciones hipotéticas o reales en su vida cotidiana.

Durante el desarrollo de las actividades del reto todos los miembros del equipo demuestran una excelente comprensión del comportamiento de los gases y pueden resolver los ejercicios en los que se aplican las leyes de los gases.

Durante el desarrollo de las actividades del reto la mayoría de los miembros del equipo demuestran una excelente comprensión del comportamiento de los gases y pueden resolver los ejercicios en los que se aplican las leyes de los gases.

Durante el desarrollo de las actividades del reto solo algunos de los miembros del equipo demuestran una buena comprensión del comportamiento de los gases y pueden resolver los ejercicios en los que se aplican las leyes de los gases. Los demás requieren apoyo del profesor o de los compañeros.

Durante el desarrollo de las actividades del reto solo uno o dos de los miembros del equipo demuestran una buena comprensión del comportamiento de los gases y pueden resolver los ejercicios en los que se aplican las leyes de los gases. Los demás requieren apoyo constante del profesor o de los compañeros para cumplir con las actividades.

Responsabilidad

Todos los integrantes del equipo asisten puntualmente a todas las reuniones de trabajo y llevan los materiales que se les asignan.

La mayor parte de los integrantes del equipo asisten puntualmente a todas las reuniones de trabajo y llevan los materiales que se les asignan.

Solo algunos integrantes del equipo asisten puntualmente a todas las reuniones de trabajo y llevan los materiales que se les asignan. Sin embargo, algunos faltan a las reuniones de trabajo y no llevan los materiales.

Solo uno o dos integrantes del equipo asisten puntualmente a todas las reuniones de trabajo y llevan los materiales que se les asignan, pero todos los demás demuestran poca responsabilidad y compromiso con las tareas.

Participación en las actividades.

Todos y cada uno de los miembros del equipo participaron con entusiasmo y compromiso en todas las actividades del reto, de tal suerte que se cumplió la meta en tiempo y forma.

La mayoría de los miembros del equipo participaron con entusiasmo y compromiso en todas las actividades del reto. Se cumplió la meta en tiempo y forma pero hubo algunas dificultades.

Solo algunos de los miembros del equipo participaron con entusiasmo y compromiso en todas las actividades del reto. Aunque se logró cumplir con el reto tuvieron que superarse muchas dificultades.

Solo uno o dos de los miembros del equipo participaron con entusiasmo y compromiso en todas las actividades del reto. No se logró cumplir con el reto debido a las dificultades que se presentaron.

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Tema 1 Para comenzar...

Características de los gases y las leyes que los rigen

¿Podrías enumerar cinco o seis sustancias con las que tengas contacto diario y que sean gaseosas?, ¿qué características son comunes para todas ellas?, ¿sabes cuáles son las aplicaciones prácticas que tienen esas sustancias? Todo cuanto existe en el universo es materia y se puede presentar de diferentes formas –o dicho con más exactitud– en diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Cada uno de los tres estados tiene sus propiedades características que le proporcionan, además de una apariencia distinta, un comportamiento diferente. • ¿Cuál es la explicación de tales diferencias? • ¿Por qué los gases y los líquidos pueden fluir y los sólidos no? • ¿Por qué un sólido mantiene su forma y volumen mientras que los gases no tienen forma ni volumen definido? • ¿Por qué los gases pueden comprimirse con relativa facilidad mientras que los líquidos y sólidos son, prácticamente, incompresibles? Para dar respuesta a estas interrogantes y otras que surgirán a lo largo del bloque, estudiaremos las características y comportamiento de los gases, líquidos y sólidos, y haremos un puente entre los niveles macroscópico y microscópico. En otras palabras, nos esforzaremos por comprender de qué forma explica la estructura atómica las propiedades y el comportamiento que observamos mediante nuestros sentidos en los cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos con los que interactuamos, y a la inversa. A partir de las observaciones macroscópicas trataremos de deducir o inferir la estructura de los sólidos, líquidos y gases, así como de las fuerzas que actúan entre las partículas que los constituyen. De esta forma podremos tener una explicación más profunda de los fenómenos que ocurren tanto en nosotros mismos como a nuestro alrededor y, en consecuencia, estaremos más preparados para tomar una actitud de responsabilidad y compromiso en el cuidado de nuestra nave azul: el planeta Tierra.

Sólido. Estado de agregación de la materia caracterizado por tener sus partículas estrechamente unidas. Líquido. Estado de agregación de la materia caracterizado por poseer volumen constante en condiciones normales, pero cuya forma es variable. Gas. Estado de la materia en el que la sustancia no mantiene ni forma ni volumen definido.

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Glosario

Bloque 1

E l mundo que te rodea

Las bolsas de aire que se encuentran en los automóviles funcionan de la siguiente manera: cuando se produce la colisión se activa un sensor y emite una señal eléctrica que provoca una reacción química en una pequeña fracción de segundo (aproximadamente 1/20 s). Las bolsas se inflan de manera instantánea para amortiguar el movimiento del cuerpo hacia el frente y una vez cumplido su cometido se desinflan rápidamente para evitar que la persona se asfixie.

Comprende las características y propiedades de los gases en fenómenos que participan en la naturaleza.

Características de los gases

Iniciaremos el estudio de los estados de agregación por los gases, seguiremos por los líquidos, y concluiremos con los sólidos. Tal ordenamiento obedece a la facilidad con la que es posible estudiar los cambios en los gases al variar algunas condiciones como la temperatura, el volumen y la presión. Las explicaciones que encontraremos servirán como base para adentrarnos en el estudio de las propiedades y el comportamiento de los otros dos estados. Los gases están presentes por doquier. Todos los seres vivos existimos inmersos en una gran masa de gas llamada atmósfera; de ella extraemos el oxígeno necesario para vivir. La naturaleza entera está sujeta a los fenómenos que suceden dentro de la atmósfera terrestre. En las aplicaciones tecnológicas los gases tienen una gran importancia porque sirven como combustible y como medio para mover herramientas. Como ya mencionábamos, debido a su sencilla manipulación y a la facilidad con la que pueden observarse los cambios que en ellos se producen, los gases han sido ampliamente estudiados y se han establecido algunas leyes que sirven para predecir su comportamiento. Conviene dejar claro que el comportamiento físico de un gas es independiente de su composición química y se define por medio de las variables: volumen, presión, temperatura y el número de moles de la sustancia que se estudia. En otras palabras, no importa si el gas en cuestión es nitrógeno, oxígeno, dióxido de cloro o de azufre, su comportamiento físico dependerá tan solo de las variables mencionadas. Algunas características de los gases son muy conocidas: no poseen forma ni volumen definido, una vez que se confinan en un recipiente tienden a llenarlo por completo, son fácilmente compresibles, etc. Sin embargo, existen otras características también de gran importancia que no se conocen del todo bien y que estudiaremos a continuación.

Desarrolla competencias

actividad grupal

En grupos de tres personas, reflexionen sobre las siguientes preguntas y escriban el por qué de cada una de estas situaciones. Posteriormente, en coordinación con su profesor, compartan con el resto del grupo sus ideas y traten de llegar a acuerdos. 1. ¿Por qué razón flota un globo lleno de helio, mientras que uno lleno de aire no lo hace? 2. ¿Por qué razón flota un globo aerostático cuando el aire contenido en él se calienta? Y a la inversa, ¿por qué desciende si el aire se enfría? 3. Llenen completamente con agua un vaso y cubran la boca de este con una hoja de papel o con un trozo de plástico. Cuiden que no quede nada de aire entre el papel o el plástico y el agua del vaso (observen la imagen de la izquierda). Inviértanlo con mucho cuidado y describan lo que observan. ¿Cómo lo explican?, ¿qué es lo que sostiene el papel en su lugar?, ¿por qué no se cae el agua? 4. Consigan un frasco de boca ancha, un trozo de vela, un plato hondo y agua. Sitúen el trozo de vela en el centro del plato y agreguen el agua necesaria para cubrir la base de la vela hasta una altura aproximada

Glosario 16

Temperatura. Se define como una medida de la energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo. Presión. Se define como la fuerza por unidad de área. st-editorial.com

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de 1.5 cm. Enciendan ahora el trozo de vela y cúbranlo con el frasco de boca ancha. Observen lo que sucede cuando la vela se apaga y traten de darle explicación.

Expansión

Los gases, de forma natural, tienden a expandirse, esto es, a aumentar su volumen por diversas causas. En la actividad que te proponemos, observarás el efecto del aumento de la temperatura en el volumen de un gas.

Desarrolla competencias

actividad individual

Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

Consigue un matraz Erlenmeyer de 125 mL, coloca un globo pequeño en la boca del matraz y con la ayuda de un mechero de Bunsen o una lamparita de alcohol calienta el aire contenido en el matraz. ¿Qué sucede?, ¿cómo explicas este fenómeno? El fenómeno que ocurre cuando el volumen de una masa gaseosa aumenta, debido –de forma exclusiva– al incremento de la temperatura, se le denomina dilatación, y es ampliamente estudiado. Se ha logrado determinar que por cada 100°C de aumento en la temperatura, el volumen se incrementa aproximadamente en 37%, sea cual sea el tipo de gas del que se trate. Veamos algunos ejemplos de la vida cotidiana. En las latas de aerosol se advierte que no deben someterse a calentamiento directo porque la expansión del gas contenido en ellas podría causar la explosión del recipiente. Los neumáticos de automóvil muestran la dilatación del aire que contienen cuando ha pasado cierto tiempo de rodamiento, porque la fricción con el pavimento causa una elevación de la temperatura que incide tanto en el incremento de la presión como en la expansión del aire en su interior. Las bolsas de aire instaladas en los automóviles –sistema de seguridad complementario para impedir que en caso de colisión, la cabeza, el cuello y el pecho del conductor golpeen sobre el tablero, el volante o el parabrisas–, funcionan precisamente mediante un proceso de expansión de gases debido a la reacción de la azida de sodio que produce gas nitrógeno. 2NaN3 " 2Na + 3N2

Compresibilidad

Cuando a una masa gaseosa contenida en un recipiente se le incrementa la presión, su volumen siempre disminuye, es decir, se comprime. Los gases admiten una gran compresión, sin embargo, en un punto determinado se licuan y pasan al estado líquido. Esta característica se denomina compresibilidad y es aprovechada en mecanismos que funcionan a partir de gases comprimidos.

Colisión. Choque de dos cuerpos. Proceso. Serie escalonada de operaciones para la transformación de un sistema. Compresibilidad. Propiedad de una sustancia de reducir su volumen por efecto de la presión. st-editorial.com

Glosario 17

Bloque 1

E l mundo que te rodea Los aerostatos o globos aerostáticos están compuestos por una bolsa que contiene una masa de gas más liviano que el aire. Estas aeronaves aprovechan la disminución de la densidad del aire debido al calentamiento y ello permite controlar la altura en que flotan. Cuando es necesario descender, se disminuye la temperatura y por tanto aumenta la densidad del gas.

En las máquinas llamadas compresores se disminuye el volumen de una determinada cantidad de aire al aumentar su presión por procedimientos mecánicos. Si eliminamos la presión exterior, el aire comprimido se expande rápidamente. Esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz a máquinas y herramientas neumáticas, entre las que se encuentran taladros, martillos, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura. Otra aplicación común e importante la encontramos en los motores de combustión interna que funcionan mediante un ciclo de cuatro tiempos (ciclo de Otto): admisión, compresión, expansión y escape. En el primer tiempo (admisión) se abre la válvula de admisión, el pistón baja y el cilindro se llena de aire mezclado con combustible; en la compresión (la segunda instancia), una vez cerrada la válvula de admisión, el pistón sube y comprime la mezcla de aire-combustible; en el tercer tiempo, expansión,

Admisión

Compresión

las bujías emiten una chispa eléctrica que incendia la mezcla comprimida, y el calor generado por la combustión de los gases aumenta la presión que se ejerce sobre el pistón. En el cuarto tiempo (escape), se abre la válvula de escape, el pistón se mueve hasta el llamado punto muerto superior y se expulsan los residuos de la combustión (figura 1). Los gases comprimidos se emplean como propelentes en la producción de los llamados sprays o aerosoles. Su función principal es proporcionar la presión necesaria dentro del sistema para expulsar el contenido del envase. Entre los propelentes empleados con mayor frecuencia se encuentran especialmente diversos hidrocarburos –derivados del metano, etano y propano, y de bajo peso molecular, como butanos y pentanos–, y gases comprimidos como dióxido de carbono, nitrógeno y óxido nitroso. Con frecuencia se emplean mezclas de propelentes para obtener aerosoles que resulten inocuos para las personas.

Expansión

Escape

Figura 1. El ciclo de Otto es un proceso termodinámico que ocurre en un motor de combustión interna, y produce energía mecánica a partir de la propiedad de los gases.

Glosario 18

Volumen. Espacio que ocupa un cuerpo. Sistema. Parte específica del universo que contiene la reacción o el proceso que se está estudiando. st-editorial.com

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Densidad

La densidad (ρ) es una propiedad que poseen todas las sustancias y se define como la cantidad de masa presente en un volumen determinado. Como se define en función de otras magnitudes del si (Sistema Internacional de Unidades), la unidad de medida de la densidad es una unidad derivada. Su expresión matemática es la siguiente: m ρ= V

La densidad es una típica magnitud intensiva, es decir, que no depende de la cantidad de materia que compone al cuerpo, sino de su composición. Igual que otras magnitudes intensivas, permite distinguir a una sustancia de cualquier otra. Los sólidos, generalmente, son más densos que los líquidos y estos a su vez son más densos que los gases. Por ello, para sólidos y líquidos las unidades de densidad son g/mL (g/cm3), mientras que para los gases, debido a su pequeña densidad, se miden en g/L. En el cuadro 1 podemos observar los valores de densidad para algunos gases, líquidos y sólidos.

Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, su densidad disminuye, y viceversa: si disminuye la temperatura, la densidad aumenta. Esto se observa independientemente del estado de agregación; pero en los gases, cuyo volumen varía de manera apreciable con la temperatura, la variación de la densidad es notoria. Un ejemplo de esto es el comportamiento del aire seco que se muestra en el cuadro 2. CUADRO 2. DENSIDAD DEL AIRE A PRESIÓN ATMOSFÉRICA ESTÁNDAR Temperatura (°C)

Densidad del aire seco (kg/m3)

-25

1.423

-20

1.395

-15

1.398

-10

1.342

-5

1.317

1.292

1.269

1.247

1.225

1.204

1.184

CUADRO 1. TABLA DE DENSIDADES Sustancia

Densidad (g/cm3)

Aire

0.0012

Dióxido de carbono

0.0018

Butano

0.0026

1.165

Etanol

0.81

1.146

Benceno

0.90

1.127

Hielo

0.92

Agua

1.0

Agua de mar

1.03

Sangre

1.06

Glicerina

1.26

Hormigón

2.00

Alumnio

2.7

Hierro, acero

7.8

Latón

8.6

Cobre

8.9

Plata

10.5

Plomo

11.3

Mercurio

13.6

Oro

19.3

Platino

2.4 Fuente: R. Serway. Física para ciencias e ingeniería.

Difusión

Es un fenómeno muy observado, y se produce cuando una masa gaseosa tiende a ocupar absolutamente todo el volumen del que dispone. Los gases son capaces de difundirse o mezclarse libremente, de forma que si varios gases están mezclados en un recipiente, cada uno de ellos ocupa el volumen disponible. Debido a sus bajos valores de densidad, son capaces de mezclarse entre sí en cualquier proporción al difundirse uno en el otro. Para aprovechar la capacidad de difusión y prevenir accidentes, al gas doméstico (formado principalmente por una mezcla de propano y butano) se le añade un compuesto, llamado etanotiol (C2H5-SH), de la familia de los mercaptanos o tioles, que contiene azufre y posee un olor desagradable característico. En caso de fuga, al difundirse el gas doméstico hacia la atmósfera, también se desprende el etanotiol y el escape se detecta fácilmente, con lo cual pueden evitarse peligros mayores.

Densidad. Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Difusión. Movimiento de un material a través de otro. st-editorial.com

Glosario 19

Bloque 1

Desarrolla competencias

actividad grupal

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno en relación a los conocimientos obtenidos de los gases.

1. Reúnete en grupos de dos o tres personas; investiguen sobre una aplicación cotidiana y una industrial de las características de los gases que hemos estudiado. Posteriormente, analicen su trabajo con el resto del grupo. 2. Imaginen que han sido nombrados parte de un comité científico que busca nuevas aplicaciones de los gases. Describan al menos dos de las ideas que se les ocurran en sus cuadernos. Si es necesario incluyan diagramas o dibujos.

Lee Nuevos compuestos químicos con gases nobles Hasta ahora, las “leyes” de la química decretaban que los elementos nobles, que incluyen a los gases helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón, y se ubican en la columna derecha de la tabla periódica, tenían un estado especial. Estos elementos se presentan en forma de átomos inertes que no se combinan químicamente con otros, excepto bajo condiciones de energía extrema aplicada para que cedan sus electrones. Esta observación, descrita hacia finales del siglo xix, se explicó con el desarrollo de la teoría cuántica hace alrededor de 70 años, cuando se descubrió que la inercia de los átomos del gas noble deriva de sus capas electrónicas estables y cerradas, que hacen a estos átomos prácticamente impermeables a reaccionar químicamente con otros átomos. Un desarrollo mayor en cuanto a la “ruptura” de estas capas electrónicas para alcanzar combinaciones moleculares se logró en la década de 1960, pero solo con gran dificultad y

con reactivos sumamente potentes, tales como el flúor. Esto limitó los tipos de compuestos que se pueden sintetizar, así como sus aplicaciones potenciales. Desde entonces, la búsqueda de compuestos nuevos que involucren gases nobles ha continuado y ha representado un desafío científico muy prometedor. Un avance importante en este campo fue conseguido por el profesor Gerber de la Universidad Hebrea, cuando predijo, sobre la base de cálculos teóricos, la existencia de una “familia” química nueva de sustancias constituidas por átomos de gases nobles e hidrocarburos. Operando sobre la base de las teorías del profesor Gerber, importantes científicos en Finlandia (como Markku Rasanen y sus colaboradores) y en Moscú (como Vladimir Feldman y otros) consiguieron producir los nuevos compuestos en sus laboratorios. El proceso por el que se obtuvieron estos compuestos resultó mucho más sencillo que en inten-

tos anteriores, sin tener que acudir a las técnicas usadas en el pasado que involucraban materiales indeseables y extremadamente reactivos. La combinación de átomos de gas noble con moléculas orgánicas básicas (hidrocarburos) es un hecho que ha despertado gran interés en la comunidad química internacional, y abre el camino para obtener variedades nuevas de derivados químicos utilizando estos gases. Por ejemplo, el gas xenón, que no tiene ningún efecto fisiológico negativo, podría ser usado para producir compuestos anestésicos nuevos. Otro uso posible es la producción de combustibles novedosos, los cuales serían más eficientes energéticamente y menos contaminantes que los que se encuentran en uso. Otras aplicaciones podrían estar en la creación de productos químicos nuevos para la industria, la medicina o la agricultura, que fueran menos contaminantes para el entorno que los materiales utilizados hoy en día. Fuente: http://goo.gl/B8xHi

Para profundizar en el significado de la lectura, realicen en equipo las siguientes actividades. Trabajen en sus cuadernos. 1. Escriban el enunciado de la regla del octeto y expresen sus ideas sobre la forma en que se aplica a los gases nobles. Anoten las conclusiones que obtengan. 2. Discutan cómo se explica, a la luz de la regla del octeto, que los gases nobles no formen fácilmente compuestos con otros elementos químicos. 3. Respondan la siguiente pregunta: ¿cuál es la razón de que los gases nobles sean monoatómicos, y que otros elementos químicos, como el hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, formen moléculas diatómicas? 4. Investiguen sobre los usos más importantes de cada uno de los gases nobles. Compartan sus hallazgos y conclusiones con el resto del grupo, y con su profesor.

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Aplicas las leyes de los gases

Leyes de los gases

La experimentación con los gases data de siglos atrás. La interpretación de los resultados obtenidos ha demostrado, una y otra vez, ciertas regularidades en su comportamiento debido al cambio en cualquiera de las variables que influyen en ellos: presión, temperatura, volumen y cantidad de sustancia. Fruto de tales estudios, se ha establecido una serie de generalizaciones empíricas que se han denominado leyes de los gases y describen el comportamiento de las sustancias gaseosas en condiciones especiales. Antes de revisar con detalle cada una de las principales leyes de los gases, es conveniente recordar el concepto y las unidades en las que se miden la presión, la temperatura, el volumen y la cantidad de sustancia.

Presión

La presión es una magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza en la superficie sobre la cual está aplicada. Matemáticamente, se expresa de la siguiente manera:

E l mundo que te rodea

Existen varias formas para medir el contenido de vapor de agua en la atmósfera. El higrómetro mecánico es un instrumento que se utiliza para medir la humedad relativa en la atmósfera y se basa en la propiedad de algunos materiales (como el cabello humano) de cambiar su dimensión física en dependencia de la humedad relativa del aire. Durante muchos años se utilizó el cabello humano como sensor de humedad relativa en los higrógrafos de las estaciones meteorológicas convencionales.

F P= A

En el si la unidad de fuerza es el newton (N) y la unidad de superficie es el metro cuadrado (m2), por lo que la unidad para medir la presión es N/m2. A esta unidad se le ha dado el nombre de pascal (Pa), en honor al físico, matemático, filósofo y religioso francés Blaise Pascal (1623-1662), quien hizo numerosos aportes al desarrollo de la ciencia, entre ellas, las relacionadas con el concepto de presión y el de vacío. Como el pascal es una unidad relativamente pequeña, con frecuencia se utiliza en su lugar el kilopascal (kPa), que es igual a 1 000 pascales. Presión atmosférica La mezcla de gases de la atmósfera terrestre es atraída hacia la Tierra por la fuerza de gravedad e interacciona con cualquier superficie en contacto. En efecto, la presión atmosférica se ejerce sobre cualquier cuerpo, incluyéndonos a nosotros, aunque posiblemente no nos percatamos de ello. Una manera de visualizar la presión que ejerce la atmósfera consiste en tomar una botella de plástico y extraer el aire contenido en ella. Observaremos que la botella se aplasta porque la presión atmosférica es mayor que la presión del aire de su contenido. La presión de la atmósfera cambia de un día para otro y de un lugar a otro. Las condiciones climáticas provocan que la presión atmosférica sea mayor en un día soleado y que disminuya cuando se acerca una tormenta. En el nivel del mar, es mayor que en lo alto de una montaña, porque la columna de aire es mayor en la primera situación, que en la segunda. Hace algunos siglos, se pensaba que la atmósfera no ejercía ninguna presión y que los seres nos movíamos libres por la superficie terrestre. El físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) sostenía lo contrario y para probarlo se le ocurrió efectuar un experimento que se ha hecho clásico. Llenó con mercurio –que es un metal líquido a temperatura ambiente– un tubo de aproximadamente 1.2 m de altura sellado en un extremo. Acto seguido lo invirtió con cuidado, de manera que no entrara aire al tubo, sobre un recipiente que también contenía mercurio. Comprobó entonces que parte del mercurio bajó al recipiente, pero en el tubo quedó una columna del metal y se creó el vacío entre su superficie y el extremo superior del tubo (figura 2).

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Vacío

Presión atmosférica Presión del mercurio

Mercurio

Figura 2. La presión atmosférica de una zona geográfica puede determinarse en condiciones controladas de laboratorio a partir del experimento de Torricelli.

Bloque 1

En el barómetro –nombre dado al aparato inventado por Torricelli– la presión ejercida por la columna de mercurio del tubo se equilibra con la presión que la atmósfera ejerce sobre el mercurio del recipiente, entonces, la distancia entre el nivel de referencia y la altura en la columna corresponde a la medida de la presión atmosférica. Al nivel del mar, la altura en la columna corresponde a 760 mm de Hg y disminuye o aumenta en dependencia de la altura a la cual se tome la lectura. Es costumbre expresar la presión atmosférica en milímetros de mercurio (mmHg), o simplemente torr (nombre dado en honor de Torricelli) y su equivalencia en pascales es la siguiente: 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101 325 Pa = 101.325 kPa

Figura 3. La diferencia de altura (h) entre las dos columnas de mercurio permite determinar la presión del fluido.

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Presión manométrica Cuando una muestra de gas se encuentra confinada en un recipiente, el instrumento utilizado para medir su presión se llama manómetro. Uno de los más sencillos consiste en un tubo en forma de U, que contiene una cantidad de mercurio y está conectado al recipiente que contiene el gas. La diferencia entre los dos niveles del mercurio mide la presión del gas en el recipiente (figura 3). Actualmente los manómetros, aunque utilizan el mismo principio de funcionamiento, han adaptado relojes graduados cuya deflectación es proporcional a las variaciones de presión, lo que facilita su lectura. Los manómetros son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales y cotidianas: tuberías que transportan algún fluido, tanques estacionarios de gas doméstico. En las estaciones de gasolina, cuando se mide la presión de aire de las llantas, lo que se utiliza es un manómetro, con una escala en lb/plg2 (en inglés pounds per square inch, cuya abreviatura es psi). La equivalencia de psi con otras unidades de presión se muestra a continuación: 1 psi = 6894.8 Pa = 6.8948 kPa = 51.715 mmHg = 51.715 torr = 0.068046 atm

Desarrolla competencias

actividad individual

Practica la conversión entre las unidades de presión que hemos revisado. Trabaja en tu cuaderno. 1. Expresa en atmósferas las siguientes presiones: a. 228 mmHg b. 228 torr c. 200 kPa 2. Convierte a pascales las siguientes presiones: a. 1.5 atm b. 2.5 kPa c. 570 mmHg 3. Cambia a mmHg las presiones siguientes: a. 300 000 Pa b. 2 280 torr c. 4.5 atm

Glosario 22

Barómetro. Instrumento utilizado para medir la presión atmosférica.

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Aplicas las leyes de los gases

Desarrolla competencias

actividad grupal

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Integra un equipo de dos o tres personas e investiguen los casos siguientes. 1. En una estación de gasolina averigüen a cuántas “libras” deben inflarse los neumáticos de un auto, de una camioneta, de un camión y de un tráiler. Pregunten si los neumáticos se inflan igual en tiempo seco que en tiempo lluvioso. Con toda esta información elaboren un reporte en el que concentren la información y conviertan las presiones a pascales y atmósferas. 2. El gas doméstico se suministra en tanques de “20” y “30”. Investiguen a qué unidades corresponden los 20 o 30 ¿kilogramos?, ¿litros?, ¿otras? ¿Cuál es la presión en el interior de ellos: atmósferas, pascales y kilopascales? 3. Los tanques estacionarios se llenan a una capacidad determinada, lo cual equivale a una presión máxima que son capaces de soportar. Investiguen sobre las capacidades más comunes, qué instrumento de medición instalan para medir la presión y en qué unidades está graduada la escala. 4. Posteriormente, en coordinación con su docente, compartan los resultados con el resto de la clase.

Temperatura

Cuando se oye hablar de calor y temperatura, muchas personas se confunden y piensan que son dos formas diferentes de llamar la misma cosa. En realidad la temperatura y el calor están estrechamente relacionados pero, tal como veremos a continuación, son dos conceptos diferentes. Calor. Es un tipo de energía que se caracteriza por el fluir del cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hacia el cuerpo que tiene menor temperatura; en otras palabras, el calor siempre fluye desde el cuerpo caliente al cuerpo frío; por esta razón se le conoce como energía en tránsito, y como cualquier otra forma de energía, se mide en joules (J). Temperatura. Se define como la medida de la energía cinética promedio de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. La energía cinética que presentan las moléculas aumenta o disminuye de acuerdo a la cantidad de calor que posea un cuerpo y esto se refleja de manera directa en la variación de la temperatura. Para medir la temperatura se aplica de forma práctica el concepto de equilibrio térmico. Según este concepto, dos cuerpos se hallan en equilibrio térmico cuando sus temperaturas son exactamente iguales, y se alcanza después de un cierto tiempo en contacto o a una distancia conveniente. El flujo de calor ocasiona que los cuerpos en cuestión lleguen a obtener una temperatura similar. Termómetro. Instrumento que se utiliza para medir la temperatura y opera bajo el principio del equilibrio térmico. El mercurio que en él se encuentra, a medida que pasa el tiempo, adquiere la misma temperatura

Calor. Energía en tránsito que va del cuerpo caliente al cuerpo frío. Joule. Unidad del si para calor y energía. Energía cinética. Energía asociada al movimiento de los objetos. Una partícula posee energía cinética debido a su movimiento. st-editorial.com

Glosario 23

Bloque 1

del medio u objeto con el que está en contacto. La dilatación del mercurio y el uso de una escala conveniente nos indican la temperatura del objeto o el cuerpo. Existen tres escalas de temperatura utilizadas en la actualidad: Fahrenheit (°F), Celsius (°C) y Kelvin (K). La escala Fahrenheit fue creada por el físico alemán Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Para estructurarla tomó como base una mezcla de sal de amonio, hielo y agua, a la que asignó el punto cero. Después utilizó la mezcla de hielo y agua sin sal, y ubicó un segundo punto que denotó como 30. Fijó un tercer punto a la temperatura del cuerpo humano y le asignó el valor 96. A partir de estos tres puntos, determinó que el agua hervía a 212 grados y asignó su punto de congelación al 32, con lo cual, el intervalo entre la congelación y la ebullición del agua fue de 180. Esta escala es comúnmente utilizada en los países de habla inglesa. Por su parte, Anders Celsius (1701-1744), físico y astrónomo sueco, propuso sustituir la escala Fahrenheit por otra en la que asignó el cero al punto de congelación del agua y el 100 a su punto de ebullición, a presión atmosférica normal. Entre ambos puntos se establecieron cien divisiones y a cada una se le llamó grado, por lo cual esta es una escala centígrada. La conversión de una escala a otra es posible mediante el empleo de expresiones matemáticas sencillas: • Para convertir de grados Celsius a Fahrenheit, basta con multiplicar la lectura en °C por 1.8 y al resultado sumarle 32: F = 1.8(°C) + 32 • A la inversa, para convertir grados Fahrenheit a Celsius, se resta 32 a la lectura en °F y posteriormente se divide el resultado entre 1.8: cC =

]cF – 32g 1.8

La tercera escala, también conocida como escala absoluta o escala Kelvin de temperaturas, fue creada por Lord Kelvin –Sir William Thomson– (1824-1907), importante científico de origen irlandés, y se representa por la letra K. En un artículo publicado en 1848, titulado “Acerca de una escala termométrica absoluta en base a la teoría de Carnot sobre la fuerza motriz del calor y calculada a partir de las observaciones de Regnault”, Sir William Thomson comunicó a la comunidad científica que el movimiento molecular cesa a la temperatura de -273.15°C, y es imposible que una sustancia pueda encontrarse a una temperatura inferior, por lo que la denominó cero absoluto, es decir que el cero de la escala implica carencia de movimiento molecular. Casi un siglo después, en 1954, durante la 10ª Conferencia General de Pesos y Medidas se definió la unidad de temperatura

Glosario 24

termodinámica como el intervalo entre el cero absoluto y el punto triple del agua –el cual consiste en una cierta temperatura a la cual coexisten los tres estados de agregación en los que el agua puede presentarse: sólido, líquido y gas–, cuyo valor es 273.15 K, equivalentes a 0.01°C. En la actualidad, la unidad de temperatura del si, el Kelvin (K), se define como la fracción 1/273.15 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. La equivalencia entre la escala Celsius y la escala Kelvin se realiza de manera muy sencilla mediante la suma de 273.15 a la lectura en °C [Ej. 1]: K = °C + 273.15

Ejemplo 1 Observa el mecanismo para efectuar las siguientes transformaciones: a. 0°C " °F °F = 1.8(°C) + 32 = 1.8(0) + 32 = 0 + 32 = 32°F b. 0°F " °C cC =

0cF – 32 1.8

− 32 = 1.8

= 17.77cC

c. 100°C " K K = (°C) + 273 = 100°C + 273 = 373 K d. 300 K " °C °C = (K) – 273 = 300 K – 273 = 27°C e. 500 K " °F Convertiremos primero la temperatura en Kelvin a Celsius: °C = (K) – 273 = 500 K – 273 = 227°C Y de ahí pasaremos a los Farenheit:

°F = 1.8(227°C) + 32 = 408.6 + 32 = 440.6°F

Fahrenheit (escala). Escala de temperatura en la que el punto de congelación del agua está a 32° y la de ebullición a 212°. Celsius (escala). Escala de temperatura en la que el punto de congelación del agua es 0°C y su punto de ebullición normal a 100°C. Kelvin. Unidad de temperatura termodinámica del si. Es la fracción 1/273.16 del punto triple de agua. st-editorial.com

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Desarrolla competencias

actividad individual

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Practica realizando las transformaciones que se solicitan. 1. 212°F " °C 2. 32°C " °F 3. 0°C " K 4. 1 000 K " °F 5. 144°F " K

Volumen

En términos simples, el volumen de un cuerpo es el espacio que este ocupa. En el caso de los sólidos, el volumen se calcula directamente a partir de sus medidas, en los líquidos se calcula el volumen del recipiente que lo contiene o, como un método indirecto, se toma en cuenta la masa y la densidad que la relaciona con el volumen. El volumen de un gas depende del volumen del recipiente que lo contiene. Así, por ejemplo, si un gas está encerrado en recipientes de 5 L, 10 L o solo de 1 L, su volumen cambiará a estos valores respectivamente. En el si, la unidad de medida de volumen es el metro cúbico m3 y para medir volúmenes mayores o menores se utilizan sus múltiplos y sus submúltiplos, que aumentan o disminuyen de 1 000 en 1 000, como se muestra en los cuadros 3 y 4. Para los gases se acostumbra usar como unidad de medida el litro (L), que equivale a un decímetro cúbico (dm3) y el submúltiplo del litro; también se usa con mucha frecuencia el mililitro (mL), que equivale al centímetro cúbico (cm3). 1 L = 1 dm3 1 mL = 1 cm3 Por tanto: 1 L = 1000 mL

Desarrolla competencias

actividad individual

CUADRO 3. Submúltiplos del metro cúbico Decímetro cúbico (dm3)

1 dm3 = 0.001 m3

Centímetro cúbico (cm3)

1 cm3 = 0.001 dm3

Milímetro cúbico (mm3)

1 mm3 = 0.001 cm3

1 m3 = 1 000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3 CUADRO 4. MÚLTIPLoS DEL METRO CÚBICO Decámetro cúbico (dam3)

1 dam3 = 1 000 m3

Hectómetro cúbico (hm3)

1 hm3 = 1 000 dam3

Kilómetro cúbico (km3)

1 km3 = 1 000 hm3

1 m3 = 0.001 dam3 = 0.000000 km3 = 0.000000000 km3

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios. 1. ¿A cuántos mililitros (mL) corresponden los siguientes volúmenes? a. 0.0875 L b. 45 cm3 c. 3.785 L 2. ¿A cuántos litros (L) corresponden los siguientes volúmenes? a. 250 mL b. 100 dm3 c. 2 000 cm3

Desarrolla competencias

actividad grupal

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

En parejas investiguen lo siguiente: 1. ¿Cuál es la capacidad de los tanques de gas lp que usamos en nuestros hogares?, ¿a qué presión se llenan?, ¿por qué se siente “líquido” el contenido de los tanques?

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Bloque 1

2. ¿Cuál es la diferencia entre el gas lp y el gas natural?, ¿en qué unidades se mide el suministro del gas natural a los hogares?, ¿ambos tipos de gas tienen el mismo precio?, ¿cuál es el más económico y por qué?

3. ¿Qué es el biogás?, ¿cómo se produce?, ¿cuáles son sus usos principales?

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Cantidad de sustancia

Todo cuerpo contiene una cantidad de sustancia y en el si se ha establecido para medirla una unidad especial llamada mol. El mol se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades –átomos, moléculas, iones, etc.– como el número de átomos existentes en 0.012 kg de carbono-12 puro. Al leer la definición anterior surge una pregunta importante: ¿cuántas entidades –átomos, moléculas, iones, etc.– hay exactamente en 1 mol? Diversos experimentos han permitido establecer que: 1 mol = 6.022045 × 1023 partículas Esa cantidad, que suele redondearse a 6.022 × 1023, se denomina constante o número de Avogadro, en honor al científico italiano Amadeo Avogadro (1776-1856), cuyos experimentos con gases ayudaron a determinar la noción de mol. La unidad mol siempre hace referencia a un número fijo de “entidades” cuya identidad se debe especificar, e indica si se refiere a un mol de átomos, de moléculas o de otras partículas. Por ejemplo: • El neón es un gas monoatómico y en consecuencia: 1 mol de Ne = 6.022 × 1023 átomos de Ne. • Como el cloro es un gas que forma moléculas de dos átomos, entonces: 1 mol de Cl2 = 1 × 6.022 × 1023 moléculas de Cl2. 1 mol de Cl2 = 2 × 6.022 × 1023 = 12.044 × 1023 átomos de Cl. Cada átomo o molécula tiene una masa que al sumarse da como resultado la masa que podemos medir en los objetos que observamos. Cuando la masa de 6.022 × 1023 átomos de cualquier elemento químico se suma, se obtiene un resultado que podríamos llamar sorprendente, porque corresponde infaliblemente a la masa atómica del compuesto en cuestión. Esto se ilustra en el ejemplo siguiente: • 6.022 × 1023 átomos de He juntos tienen una masa de 4.0026 g (que es un valor numéricamente igual a su masa atómica). • A la inversa, 4.0026 g de gas helio puro, contienen 6.022 × × 1023 átomos de He. • En resumen, 1 mol de He contiene 6.022 × 1023 átomos de He y todos ellos juntos tienen una masa igual a 4.0026 g. • 1 mol de He = 4.0026 g de He = 6.022 × 1023 átomos de He. La masa molecular o masa molar (M) de una sustancia es la suma de las masas atómicas de los elementos que intervienen en la fórmula, multiplicados cada uno por el número de veces en que se encuentra. La masa en gramos de un mol de moléculas es numéricamente igual a esa masa fórmula. La masa molar del dióxido de carbono (CO2) se calcula como se indica en el cuadro 5: CUADRO 5. CÁLCULO DE LA MASA MOLAR DEL DIÓXIDO DE CARBONO Elemento Átomos en Masa atómica químico la fórmula C 12.011 1 O 15.99994 2 Masa molecular = st-editorial.com

De lo cual se deduce: • 6.022 × 1023 moléculas de CO2 juntas tienen una masa de 44.01088 g (que es un valor numéricamente igual a la masa molar o molecular del dióxido de carbono). • A la inversa, 44.01088 g de dióxido de carbono puro contienen 6.022 × 1023 moléculas de CO2. • En resumen, 1 mol de CO2 contiene 6.022 × 1023 moléculas de CO2, y todas ellas juntas tienen una masa igual a 44.01088 g. • 1 mol de CO2 = 44.01088 g de CO2 = 6.022 × 1023 moléculas de CO2. En el estudio de la química con frecuencia es necesario calcular el total de moles presentes en una muestra de cualquier sustancia (elemento o compuesto). Esto puede hacerse con facilidad si se utiliza la siguiente fórmula: m n= M

Donde n denota el total de moles de la sustancia, m es la masa de la muestra y M representa la masa atómica (si se trata de un elemento químico) o la masa molecular o molar (en el caso de un compuesto químico). La fórmula anterior se aplica como se muestra enseguida [Ejs. 2 y 3].

Ejemplo 2 Se tiene una muestra de 220 g de hierro puro. ¿A cuántos moles equivale? Solución La masa atómica del hierro (Fe) es de 55.84 g/mol, lo cual puede escribirse: 55.84 g de hierro puro = 1 mol de Fe Y lo utilizamos como un factor de conversión que nos permitirá encontrar la solución a este problema: 220g de Fe #

1mol de Fe = 3.94 mol de Fe 5.4 g de Fe

También podemos encontrar el resultado si aplicamos la fórmula y tenemos en cuenta la masa de la muestra y la masa atómica del hierro: 220 g m n = M = 55.84 g/mol = 3.94 mol de Fe

Ejemplo 3 ¿Cuántos moles hay en 32 g de CuSO4? Solución Calculamos la masa molar del sulfato de cobre II y se toma el total de átomos de cada elemento en la fórmula y la masa atómica respectiva:

Producto 12.011 31.99988 44.01088 g/mol

Cu: 1 × 63.54 = 63.54 S: 1 × 32.06 = 32.06 O: 4 × 15.99 = 63.96 159.56 g/mol 27

Bloque 1 Aplicamos la fórmula y obtenemos el resultado: 32 g m n = M = 159.56 g/mol = 0.20 mol de CuSO4

En los gases, como veremos al describir las leyes que gobiernan su comportamiento, la cantidad de sustancia (denotada por n) es una variable importante. A continuación, te presentamos una actividad sobre la cantidad de sustancia para que practiques más sobre este tema. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Desarrolla competencias

actividad individual

Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios. 1. Calcula la cantidad de moles presentes en: a. 0.002 g de He b. 3.52 × 10-3 g de O2 c. 1.32 g de CO2 2. Determina la masa de las siguientes muestras: a. 7 × 10-4 mol de O2 b. 12.25 mol de CH4 c. 5.5 mol de N2

Ley de Boyle-Mariotte

Robert Boyle (1627-1691), eminente físico inglés, en su obra titulada Sobre la elasticidad del aire, informó su descubrimiento en torno a la relación entre el volumen de un gas y la presión a la cual se encuentra sometido. Boyle logró determinar que cuando la presión a la cual está sometido un gas aumenta, el volumen disminuye en forma proporcional. Si por ejemplo, la presión se duplica, el volumen disminuye a la mitad (figura 4). Cuando se triplica, el volumen disminuye a la tercera parte. Por el contrario, si disminuye a la mitad, el volumen aumenta al doble, etc. Según parece, Boyle no especificó que sus experiencias con gases las realizó a temperatura constante, por lo que años después, en 1676, el físico francés Edmé Mariotte (1620-1684) reprodujo las experiencias de Boyle y menifestó que la relación PV = constante solamente es válida cuando la medición se realiza manteniendo constante la temperatura. Esta es la razón por la cual la ley se denomina frecuentemente Boyle-Mariotte. Esta proporcionalidad se puede transformar en una igualdad si se introduce una constante k, por lo que: k V=P

O simplemente: PV = k

Figura 4. Si la temperatura se mantiene constante, al doblar la presión, el volumen del gas se reduce a la mitad, de acuerdo a la ley de Boyle.

Glosario 28

Las gráficas ayudan a visualizar relaciones entre variables mejor que las tablas. La figura 5 muestra la información que se presenta en el cuadro 6 sobre la presión de una muestra de aire a diferentes volúmenes. Como se observa, el producto de la presión por el volumen permanece prácticamente constante.

Producto. Especie formada de una reacción química.

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Presión (mmHg)

CUADRO 6. PRESIÓN DE UNA MUESTRA DE AIRE A DIFERENTES VOLÚMENES

800 700

Volumen (mL)

Presión (mmHg)

Presión × volumen (mmHg × mL)

600

4.00

760.00

3 040

500

8.00

380.00

3 040

400

12.00

253.33

3 039.96

300

16.00

190.00

3 040

200

20.00

152.00

3 040

24.00

126.67

3 040.08

28.00

108.57

3 039.96

32.00

95.00

3 040

36.00

84.44

3 039.84

40.00

76.00

3 040

100 0

Volumen (mL)

Figura 5. Cuando un gas está a temperatura constante, el volumen mantiene una relación inversamente proporcional con respecto a la presión.

La ley de Boyle se utiliza para encontrar el nuevo volumen cuando se cambia la presión o, en caso contrario, para calcular la nueva presión cuando el volumen ha cambiado. La expresión es la siguiente:

r etrato

P 1 V 1 = P 2V 2

Donde P1 y V1 se refieren a las condiciones iniciales de presión y volumen, respectivamente, en tanto que P2 y V2 denotan las condiciones finales [Ejs. 4 y 5].

Ejemplo 4 A una presión de 0.500 atm, una muestra de gas ocupa un volumen de 500 ml. Si se mantiene constante la temperatura, ¿cuál será el nuevo volumen si la presión cambia a 0.750 atm? Solución Identificamos los datos y la incógnita:

Robert Boyle. Fue un pionero de la experimentación en el campo de la química, particularmente en lo que respecta a las propiedades de los gases. Sus razonamientos sobre el comportamiento de la materia a nivel corpuscular fueron los precursores de la moderna teoría de los elementos químicos. Su colaboración con Robert Hooke ayudó a determinar las características físicas del aire, así como el papel que éste desempeña en los procesos de combustión, respiración y transmisión del sonido.

P1 = 0.500 atm V1 = 500 mL P2 = 0.750 atm V2 = ? De acuerdo al enunciado de la ley de Boyle-Mariotte, el volumen de la muestra de gas varía en forma inversamente proporcional a la presión, por lo que si la presión aumenta, el volumen debe disminuir. Por tanto, el cálculo se realiza de la siguiente forma: 0.500 atm P1 o = 333.3 mL V2 = V1 P = 500 mL e 2 0.750 atm

En efecto, al aumentar la presión, el volumen disminuyó. st-editorial.com

Bloque 1

E n la web Para reforzar los temas vistos y aprender un poco más de los que siguen, te recomendamos visitar con detenimiento el sitio Educaplus que contiene texto, sonido y animaciones: http://goo.gl/xXiu5

Ejemplo 5 Una muestra de gas acetileno se encuentra confinado en un recipiente cuyo volumen es de 1.00 L, a una presión de 150 kPa. Manteniendo constante la temperatura, se transfiere la masa de gas a otro recipiente de 2.50 L. ¿A qué presión se encontrará en el nuevo recipiente? Solución El primer paso siempre será efectuar una lectura atenta y cuidadosa del enunciado con el objeto de identificar los datos y la incógnita.

P1 = 150 kPa V1 = 1.00 L P2 = ? V2 = 2.50 L El factor de corrección que aplicaremos tomará en cuenta que al aumentar el volumen, la presión disminuye, por tanto: V P2 = P1 V1 2

Al sustituir los valores, tendremos lo siguiente: P2 = 150 k Pa

1.00 L = 60 kPa 2.50 L

En efecto, al aumentar el volumen, la presión disminuyó, lo cual es coherente con la ley de Boyle que hemos aplicado.

Práctica de laboratorio El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en la práctica de laboratorio “Aplicación de la ley de Boyle Mariotte”, que se encuentra en la página 168 de la “Sección final”. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

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actividad individual

Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno. 1. Se recolectaron 225 mL de H2 gaseoso a 355 mmHg. Si se mantiene constante la temperatura y el gas se expande hasta ocupar un volumen de 860 mL, ¿cuál será la nueva presión? 2. Se tiene un tanque de 2.50 L de capacidad lleno con He a una presión de 200 atm y a 25°C. Manteniendo constante la temperatura, el helio se transfiere a un globo elástico donde la presión es de 1.00 atm. ¿Qué volumen ocupará?

Ley de Charles

Jacques Charles (1746-1823), químico, físico y aeronauta francés, experimentó de muchas maneras con los gases, especialmente con el hidrógeno. Tomó como base un trabajo previo del físico francés Amontons (1663-1705) y logró descubrir que por cada grado Celsius de aumento en la temperatura, el volumen de una muestra de gas aumentaba 1/273 del que tenía originalmente a 0°C. En otras palabras, descubrió el efecto de la temperatura sobre el volumen de un gas, y encontró que a presión 30

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constante, el volumen disminuye cuando la temperatura desciende; asimismo, a la inversa, si se mantiene constante la presión, al aumentar la temperatura de la muestra de gas, aumentará su volumen (figura 6). El enunciado de su ley, finalmente, es el siguiente: a presión constante, el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (Kelvin). Matemáticamente se expresa de la siguiente manera: V∝T La constante de proporcionalidad puede cambiarse por una constante; de esta forma tenemos: V = constante × T

V, T

2V, 2T

Al despejar la constante se tiene: V T = constante

Cuando se tiene un estado inicial como referencia y quiere determinarse el estado final de una muestra gaseosa, la expresión de la ley de Charles se escribe así: V 1 V2 T1 = T2

Figura 6. Si se mantiene constante la presión, al aumentar la temperatura de la muestra de gas, aumentará su volumen.

Donde V1 y T1 se refieren a las condiciones iniciales de volumen y temperatura (en Kelvin), mientras que V2 y T2 expresan las condiciones finales del volumen y temperatura para la misma muestra gaseosa. Conocidas tres de las condiciones, es muy sencillo calcular la cuarta [Ejs. 6 y 7].

Ejemplo 6 Una muestra de gas tiene un volumen de 400 mL a 23°C de temperatura. ¿Cuál será el volumen de la muestra, cuando la temperatura cambie a 110°C, si se mantiene constante la presión? Solución Leemos atentamente el enunciando e identificamos los datos y la incógnita:

V1 = 400 mL T1 = 23°C + 273 = 296 K V2 = ? T2 = 110°C + 273 = 383 K P = constante De la fórmula para la ley de Charles, despejamos el volumen final (V2): V T V2 = T2 c T1 m o mejor aún V2 = V1 c T2 m 1

Sustituimos los datos, efectuamos las operaciones y obtenemos el resultado esperado: V2 = 383 K d

400 mL n = 517.57 mL 296 K

Temperatura absoluta. Es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala iniciada en el cero absoluto (-273.15°C).

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Glosario 31

Bloque 1 Conviene notar que en la expresión: T V2 = V1 c T2 m 1

hay un factor de corrección de temperatura: c T2 m T1

Este debe aplicarse siguiendo la lógica establecida en la ley de Charles, es decir, que si la temperatura aumenta, el volumen aumenta y viceversa. Si tomamos los valores de temperatura que nos da el enunciado del problema, podemos construir dos factores de corrección: 383K 296K 383K o 383K

¿Cómo saber cuál factor de corrección de temperatura usar? Si la temperatura aumenta, el volumen debe aumentar, por lo que la primera opción es la correcta; si la temperatura disminuye, entonces utilizamos la segunda, que dará como resultado una disminución del volumen.

Ejemplo 7 Una muestra de gas argón tiene, al inicio, un volumen de 3.00 L, a 10°C. Si se mantiene constante la presión, ¿a qué temperatura deberá encontrarse la muestra de gas para que su volumen sea tan solo de 300 mL? Solución En los datos que proporciona el problema tenemos:

V1 = 3.00 L T1 = 10°C + 273 = 283 K V2 = 300 mL = 0.3 L T2 = ? P = constante El enunciado de la ley de Charles nos indica que existe una relación directamente proporcional entre el volumen y la temperatura. En el problema se nos indica que el volumen se reduce, por lo que inferimos que la temperatura final deberá ser menor a la inicial. Aplicamos un factor de corrección de volumen y colocamos en el numerador el volumen final, y en el denominador el volumen inicial. Efectuamos la multiplicación por la temperatura inicial y encontraremos la solución: 283 K #

0.3 L = 28.3 K 3.00 L

Esta temperatura, transformada a grados Celsius, es extremadamente baja: -244.7°C. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

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actividad individual

Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno. 1. Si mantenemos constante la presión, una muestra de gas de 3.00 L cambia su temperatura de -25°C a 25°C. ¿Cuál será el nuevo volumen? 2. Una cantidad de 250 mL de gas nitrógeno se encuentra al inicio en condiciones estándar (0°C y 1 atm). Si la presión permanece constante y su temperatura cambia a 100°C, ¿cuál será el nuevo volumen? 32

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Ley de Gay-Lussac

Josep Louis Gay-Lussac (1778-1850), químico y físico francés, desarrolló múltiples experimentos con gases en los que al mantener constante el volumen, observó una relación directamente proporcional entre la presión y la temperatura absoluta (Kelvin) a la que se encuentra una masa gaseosa. La ley de Gay-Lussac se enuncia así: a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (figura 7).

Figura 7. Efecto del cambio de la temperatura sobre la presión cuando se mantiene el volumen constante.

La relación directamente proporcional entre ambas variables indica que al aumentar una, la otra también aumenta y viceversa; al disminuir una de ellas, la otra también lo hace. Matemáticamente, la relación que Gay-Lussac encontró es la siguiente: V = constante P∝T Como en las dos leyes anteriores que hemos revisado, la proporcionalidad puede ser sustituida por una constante, con lo cual se tiene: P T = constante

Para los casos en los que se desea determinar la variación de las condiciones iniciales, la ley de Gay-Lussac adopta la expresión siguiente [Ej. 8]: P1 P2 T1 = T2

La comprensión adecuada de la ley de Gay-Lussac puede ayudar a evitar accidentes graves. Mencionemos el ejemplo de las llamadas “ollas express”, también conocidas como “ollas de presión”. Los líquidos ahí contenidos, al ser calentados en un volumen constante, pasan al estado de vapor con un gran aumento de presión, lo que ayuda a que los alimentos se cocinen en menor tiempo (figura 8). Sin embargo, es necesario revisar que la válvula de seguridad se encuentre en buen estado para aliviar el st-editorial.com

Figura 8. En las ollas de presión, el volumen se mantiene constante y la presión interior aumenta al ser calentada, lo que permite la cocción de los alimentos.

Bloque 1

r etrato

exceso de presión. Cuando existe algún problema con la válvula, o se ha colocado demasiado alimento para cocinar, puede suceder –como de hecho ya ha sucedido en muchos hogares– que la presión rebase los límites calculados para la olla, la tapa salga “volando” y cause accidentes graves a las personas o severos daños a los objetos cercanos.

Ejemplo 8 Joseph Louis Gay-Lussac. Físico y químico francés, encontró que todos los gases se expanden una misma fracción de volumen para un mismo aumento en la temperatura, lo que reveló la existencia de un coeficiente de expansión térmica común que se tradujo en la definición de una nueva escala de temperaturas, establecida con posterioridad por Lord Kelvin. Efectuó una ascensión en globo aerostático que le permitió corroborar que tanto el campo magnético terrestre como la composición química de la attmósfera permanecen constantes a partir de una determinada altura.

En un recipiente hermético cuyo volumen es de 500 mL se encuentra confinada una masa de gas a una presión de 0.25 atm y una temperatura de 20°C. ¿A qué presión se encontrará la masa de gas cuando la temperatura aumente a 100°C? Solución Como en los problemas anteriores, el primer paso siempre es efectuar una lectura atenta y cuidadosa del enunciado para identificar los datos y la incógnita. En nuestro problema tenemos lo siguiente:

P1 = 0.25 atm T1 = 20°C + 273 = 293 K P2 = ? T2 = 100°C + 273 = 373 K V = 500 mL (constante, porque el recipiente es hermético) De la fórmula para la ley de Gay-Lussac despejamos la presión final (P2), y la presión inicial (P1) se multiplica por el factor de corrección de temperatura. Según esta ley, el aumento de temperatura incide en el aumento de presión, por tanto el factor de corrección tendrá la temperatura mayor en el numerador y la menor en el denominador. Así: T P2 = P1 c T2 m 1

373 K P2 = 0.25 atm b 293 K l = 0.31atm

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

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actividad individual

I. Aplica la ley de Gay-Lussac para resolver los siguientes problemas. 1. Se confina una masa de gas helio en un recipiente cuyo volumen es de 10.00 L. Al inicio el gas se encuentra a una temperatura de 0°C y a una presión de 0.75 atm, pero después de un tiempo de calentamiento, la temperatura aumenta hasta 150°C. ¿Cuál será la nueva presión? 2. En una olla de presión de 5.00 L se ha colocado una cantidad de cierto gas, a 5°C y 1 atm. ¿A qué temperatura debe calentarse si se desea que la presión dentro de la olla tenga un valor de 2.50 atm? (Reporta la temperatura en °C.) II. Investiga en libros, revistas y la Internet de qué manera se relacionan los trabajos del científico Jacques Charles con la ley sobre el comportamiento de los gases. 34

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Ley general o combinada de los gases

En la experiencia cotidiana es muy raro que un gas se pueda mantener en cualquier circunstancia bajo condiciones constantes de presión, volumen o temperatura; por el contrario, se observa que alguna de las variables mencionadas cambian sus valores de forma simultánea por otra, por lo que es complicado predecir con cierta exactitud el comportamiento de la masa de gas que se estudia. Para solucionar lo anterior, tomando como base las tres leyes que acabamos de revisar (Boyle-Mariotte, Charles y Gay-Lussac) se ha formulado una expresión matemática que relaciona a las tres variables: presión, volumen y temperatura, para determinar lo que le sucede a una masa de gas cuando una, dos o las tres variables sufren alteraciones. Su expresión para condiciones iniciales y finales se muestra a continuación: P1 V1 P2V2 T1 = T2

Veamos su aplicación enseguida [Ejs. 9, 10 y 11].

Ejemplo 9 Un cierto gas a 10°C y presión de 0.5 atm, llena un recipiente de 3.00 L. ¿Qué volumen ocupará el gas a 150°C y 570 mmHg? Solución Organicemos los datos, cambiemos los grados Celsius a Kelvin y convirtamos todas las presiones a las mismas unidades:

de corrección de temperatura, lo cual podemos expresar de la siguiente manera: Volumen final = volumen inicial × factor de corrector de presión × factor de corrección de temperatura O también: P T V2 = V1 # P1 # T2 2 1

Analicemos lo que sucede en el ejemplo. El aumento en la presión causa una disminución del volumen del gas, pero el aumento de temperatura lo incrementa. Ambos factores combinados disminuyen el volumen inicial de la masa de gas.

Ejemplo 10 Un gas se encuentra confinado en un recipiente hermético. La presión varía desde 228 mmHg hasta 1.00 atm, lo cual provoca un aumento en la temperatura del gas desde 0°C hasta una temperatura más elevada. ¿Cuál es la temperatura más elevada? Solución Si el gas está confinado en un recipiente hermético, el volumen no cambia, es decir, se mantiene constante (V1 = V2), por lo que la expresión matemática de la ley general de los gases se simplifica al quitar los volúmenes (advierte que la expresión corresponde a la ley de Gay-Lussac):

P1 = 5 atm = 380 mmHg

P1 P2 T1 = T2

V1 = 3.00 L

Organizamos los datos, despejamos la temperatura final (T2), efectuamos la sustitución y obtenemos el resultado:

T1 = 10°C = 10 + 273 = 283 K P1 = 228 mmHg = 0.30 atm P2 = 570 mmHg T1 = 0°C = 273 K T2 = 150°C = 150 + 273 = 423 K P2 = 1.00 atm V2 = ? T2 = ? Despejamos el volumen final (V2) de la fórmula, sustituimos los valores y cancelamos las unidades: P1 V1 T2 V2 = P 2 T1 V2 =

^380 mmHgh]3.00 Lg^423 K h = 2.99 L ^570 mmHgh^283 K h

En la solución de este problema hemos aplicado al volumen inicial un factor de corrección de presión junto a un factor st-editorial.com

P2 T1 T2 = P 1

T2 =

^1.00 atm h]273Kg = 910 K 0.3 atm

Para expresar la temperatura en grados Celsius, restamos 273 a la temperatura en Kelvin:

T2 = 910 – 273 = 637°C 35

Bloque 1

Ejemplo 11 Un globo lleno de gas tiene un volumen de 40.00 L a 20°C y 742 mmHg. ¿Qué volumen ocupará en condiciones normales de temperatura y presión? Solución Iniciamos la búsqueda de la solución con la organización de los datos y la ubicación de la incógnita, que en el caso presente es el volumen. Sabemos que las condiciones normales se refieren a 0°C y 1 atm:

P1 = 742 mmHg V1 = 40.00 L T1 = 20°C = 20 + 273 = 293 K P2 = 760 mmHg (que es equivalente a 1 atm) T2 = 0°C = 0 + 273 = 273 K V2 = ? En esta ocasión, en lugar de emplear el despeje de la fórmula original, utilizaremos los factores de corrección necesarios, y razonamos lo que sucede con el comportamiento del gas. La presión, por ejemplo, aumenta de 742 a 760 mmHg, y como sabemos, el aumento de la presión incide sobre la disminución del volumen. Por ello, el factor de corrección deberá ser menor a la unidad y coloca a las presiones de esta manera: 742 mmHg 760 mmHg

Para las temperaturas se tiene una disminución, puesto que de 20°C (293 K) se pasó a 0°C (273 K). ¿Qué le sucede al volumen de un gas si la temperatura disminuye? ¡También disminuye! Por lo que el factor de corrección de temperaturas se escribe de la siguiente forma: 273 K 293 K

El cálculo final parte del volumen inicial del globo que se multiplica por los dos factores de corrección que hemos determinado. En consecuencia: 40.0 L #

742 mmHg 273 K # = 36.38 L 760 mmHg 293 K

El resultado es coherente con el razonamiento que hemos efectuado: el volumen final es menor que el inicial, por el aumento de presión combinado con la disminución en la temperatura. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Desarrolla competencias

actividad individual

Soluciona los problemas siguientes. 1. Una muestra de argón con volumen de 7.50 L a temperatura de 12°C y presión de 570 mmHg se calienta a 62°C y presión de 150 kPa. Calcula su volumen final. 2. Se tienen 15 L de amoniaco gaseoso, a 5°C y 1 000 torr. Calcula el volumen que tendrá si las condiciones cambian a -20°C y 0.5 atm. 36

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Aplicas las leyes de los gases

Ley de Dalton de las presiones parciales

Las mezclas de gases son tan importantes como los gases puros. El ejemplo más claro e importante lo tenemos en el aire, que es en realidad una mezcla de diversos gases, entre los cuales el más abundante es el nitrógeno, seguido de lejos por el oxígeno y pequeñas cantidades de otros gases y vapor de agua. Independientemente de la proporción en la que se encuentran presentes los gases en el aire, cada uno de ellos se difunde en los otros de tal manera que ocupa todo el volumen disponible en la atmósfera (cuadro 7). Asimismo, cada uno de los gases que constituyen el aire aporta una presión que, sumada, da como resultado la presión atmosférica. En otras palabras, cada uno de los gases aporta una presión parcial para integrar todos juntos la totalidad de la presión atmosférica (figura 9). John Dalton (1766-1844), químico y físico británico, realizó muchos e importantes aportes a la teoría atómica a partir del estudio de los gases, principalmente el atmosférico. A él se le atribuye la ley de las presiones parciales de los gases mezclados (conocida como ley de Dalton), según la cual, la presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de los gases, si él solo ocupara el volumen total de la mezcla. Así, si tenemos tres gases (A, B y C) que ejercen 0.05 atm, 0.45 atm y 0.50 atm, respectivamente, la presión total del sistema será de 1.00 atm.

0.0050 moles de aire en un litro T = 25°C

93 mm

Ptotal = PA + PB + PC Ptotal = 0.05 atm + 0.45 atm + 0.50 atm = 1.00 atm ¿De qué depende la presión parcial que ejerce un gas dentro de una mezcla de gases? Esencialmente, está en función de los moles de cada gas que integra la mezcla, por lo que si conocemos este dato (o alguno a partir del cual pueda obtenerse) podemos determinar la presión parcial de cada componente. CUADRO 7. COMPOSICIÓN APROXIMADA DE LA ATMÓSFERA Gas Nitrógeno (N2)

78.08%

Oxígeno (O2)

20.95%

Argón (Ar)

0.93%

Neón, helio, kriptón

0.0001%

Dióxido de carbono (CO2)

0.0003%

Vapor de agua (H2O)

0 - 4%

Metano (CH4)

trazas

Dióxido de azufre (SO2)

trazas

Ozono (O3)

rastros

Óxidos de nitrógeno (NO, NO2)

rastros

0.0011 moles de vapor en un litro T = 25°C

20 mm

Porcentaje

0.0050 moles de aire en un filtro + 0.0011 moles de vapor de agua en un litro T = 25°C

113 mm

Figura 9. Los dos gases, A y B, ejercen una presión de 93 y 20 mmHg, respectivamente, cuando se encuentran en recipientes separados. La presión total del sistema cuando se mezclan será de 113 mmHg.

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Bloque 1

Ejemplo 12 En un recipiente de 100.0 L se tiene una mezcla de 2 moles de N2 y 4 moles de O2, a 20°C y 2.88 atm. ¿Cuál es la presión parcial de cada gas? Solución Identificamos datos e incógnita proporcionados por el enunciado:

nN2 = 2 moles nO2 = 4 moles T = 20°C P = 2,88 atm PN2 = ?

Figura 10. El gas generado en la reacción desplaza el agua.

PO2 = ? CUADRO 8. PRESIÓN DE VAPOR DE AGUA Presión Temperatura Temperatura (°C) (°C) (atm) (mmHg)

Presión (atm) (mmHg)

0.0060

4.6

0.0312

23.8

0.0065

4.9

0.0332

25.2

0.0070

5.3

0.0352

26.7

0.0075

5.7

0.0373

28.3

0.0080

6.1

0.0395

30.0

0.0086

6.5

0.0419

31.8

0.0092

7.0

0.0443

33.7

0.0099

7.5

0.0470

35.7

0.0106

8.0

0.0496

37.7

0.0113

8.6

0.0525

39.9

0.0121

9.2

0.0555

42.2

0.0130

9.8

0.0728

55.3

0.0138

10.5

0.0946

71.9

0.0148

11.2

0.122

92.5

0.0158

12.0

0.155

118.0

0.0168

12.8

0.197

149.4

0.0179

13.6

0.247

187.5

0.0191

14.5

0.308

233.7

0.0204

15.5

0.380

289.1

0.0217

16.5

0.467

355.1

0.0231

17.5

0.571

433.6

0.0245

18.7

0.692

525.8

0.0261

19.8

0.834

633.9

0.0277

21.1

100

1.000

760.0

0.0294

22.4

105

1.192

906.1

Calculamos la fracción molar de cada componente, dividiendo los moles de cada uno entre la suma total de moles: n 2 1 XN2 = n +N2n = 2 + 4 = 3 N2 O2 n 4 2 XO2 = n +O 2n = 2 + 4 = 3 N2 O2

La presión parcial se obtiene multiplicando la fracción molar por la presión total del sistema: 1 PN2 = 3 ]2.88 atmg = 1.96 atm

2 PO2 = 3 ]2.88 atmg = 1.92 atm

Con frecuencia se obtienen en el laboratorio algunos gases por el método de desplazamiento de agua. La reacción se desarrolla en un aparato que deposita el gas en un frasco o recipiente adecuado que se ha llenado con agua. A medida que la reacción se desarrolla, el gas desplaza al agua hasta que termina el proceso. Sin embargo, por este método no solo se obtiene el gas sino también vapor de agua, que debe considerarse para el cálculo correcto de la presión del gas (figura 10). En el experimento, cuando cesa la producción de gas se ajusta la altura del agua en el frasco con la altura en la tina. En ese momento la presión de la mezcla de gas y vapor de agua se ha igualado con la presión atmosférica y puede aplicarse la siguiente expresión: Patm = Pgas + PH O 2

Y para determinar la presión parcial del gas en cuestión, se necesita realizar un sencillo despeje: Pgas = Patm - PH O 2

Existen tablas muy detalladas para la presión de vapor de agua, sin embargo, para los propósitos de este libro, nos bastará tener la referencia que se observa en el cuadro 8. st-editorial.com

Aplicas las leyes de los gases

Ejemplo 13 Se recolectaron 250 mL de oxígeno en agua a 25°C y 1 atm. ¿Qué volumen de oxígeno seco se obtiene en estas condiciones de temperatura y presión? Solución Tomamos de la tabla la presión de vapor de agua a 25°C = 0.0313 atm y podemos calcular la presión parcial del oxígeno seco:

PO2 = Patm − PH2O PO2 = 1.00 − 0.0313 = 0.9687 atm Como la temperatura es constante, para obtener el volumen del oxígeno seco, empleamos la ley de Boyle:

P1V1 = P2V2 P1 V1 ^0.9687 atm h]250 mLg = = 242.17 mL V2 = P 2 ^1.00 atm h

Desarrolla competencias

actividad individual

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Resuelve los siguientes problemas. 1. En un tanque con capacidad de 5.00 L se colocan 0.05 g de N2 y 0.05 g de O2, a 25°C, y se obtiene una presión total de 12.45 mmHg. ¿Cuál será la presión parcial de cada componente? 2. Se recolectaron 100 mL de hidrógeno en agua a 15°C y 75 kPa. ¿Cuál será la presión del oxígeno seco a la temperatura y presión mencionadas?

Ecuación del gas ideal

Las leyes de los gases que hemos revisado hasta el momento tienen como fundamento la noción de gas ideal, que supone que las partículas que lo constituyen no ejercen ningún tipo de atracción sobre las otras partículas, y que debido a su masa insignificante puede comprimirse hasta que su volumen sea igual a cero. Para definir el estado de un gas ideal debe conocerse su temperatura, presión, volumen y la cantidad de sustancia correspondiente. Cada una de estas variables está interrelacionada con las demás, de forma tal que al fijar los valores de tres de ellas, automáticamente la cuarta queda fijada. La denominada ecuación del gas ideal muestra la interrelación entre las cuatro variables. PV = nRT Puede observarse en la expresión que, al igual que en las demás leyes de los gases, se incluye una constante (R) mediante la cual la relación entre las variables cobra sentido. Tal constante es conocida como constante universal de los gases y su valor cambia en dependencia de las unidades que se manejen para la presión, el volumen y la temperatura. La noción de volumen molar nos indica que en condiciones estándar (0°C y 1 atm) un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.4 L. Con estos datos podemos calcular el valor de R: VP ]22.4 Lg]1atmg L $ atm R = nT = ] = 0.0821 mol $ K 1molg]273 Kg st-editorial.com

= 0.0821 L × atm × mol-1 × K-1 39

Bloque 1

Este y otros valores para R se muestran en el cuadro 9. CUADRO 9. VALORES PARA R Valor de R

Unidades

8.31434

J mol-1 K-1

8.31434

Pa m3 mol-1 K-1

1.98717

cal mol-1 K-1

0.0821

L atm mol-1 K-1

2.0562

atm cm3 mol-1 K-1

La expresión de la ecuación del gas ideal es muy útil y como veremos enseguida [Ejs. 14,15 16 y 17], sirve para calcular cualquier valor a partir de los otros tres. Puede utilizarse además para conocer la masa molar del gas del que se trata, si tomamos en cuenta que: m n= M

Ejemplo 14 Una muestra de 2.3 g de NO2 se encuentra en un recipiente de 2.00 L a 14.8°C. ¿Qué presión tiene el gas? Solución Identificamos y organizamos los datos:

Solución Identificamos y organizamos los datos:

P = 737 mmHg = 0.97 atm V = 1.2 × 107 L n=? R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 T = 25°C + 273 = 298 K mHe = ? g De la fórmula original despejamos los moles y sustituimos los valores: ^0.97 atm h_ 1.2 # 10 7 L i PV = 475.766 moles de He n = RT = _ 0.0821 L $ atm $ K -1 $ mol -1 i^ 298 K h

Los moles se cambian a gramos si utilizamos el dato de la masa atómica del He (4.0026): m n= M m = n $ M = ^475.766 mol h^4.0026 g/mol h = 1904.301g

Como podemos observar, la masa en gramos equivale casi a dos toneladas.

P=? V = 2.00 L

Ejemplo 16

n=?

Calcula la densidad del propano, C3H8, a 30°C y 570 mmHg.

R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 T = 14.8°C + 273 = 287.8 K

Solución Identificamos y organizamos los datos:

mNO2 = 2.3 g

P = 570 mmHg = 0.75 atm

Los moles de NO2 se calculan a partir de la masa y de la masa molecular respectiva (cuyo cálculo se deja al lector):

V=?

2.3 g m n = M = 46 g/mol = 0.05 mol

De la fórmula original despejamos la presión, sustituimos los valores y obtenemos el resultado:

PV = nRT P=

-1 -1 nRT ^0.05 mol h_ 0.0821 L $ atm $ K $ mol i^287.8 K h = 0.59 atm V = 2.00 L

Ejemplo 15 Un globo aerostático contiene 1.2 × 107 L de helio. Si la presión del helio es de 737 mmHg a 25°C, ¿qué masa de helio (en gramos) contiene el globo? 40

n=? R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 T = 30°C + 273 = 303 K ρC3H8 = ?

A primera vista pudiera parecer que no contamos con los datos necesarios para encontrar lo que pide el problema, que es la densidad del propano. Sin embargo, hemos de recordar la definición de densidad que relaciona la masa con el volumen y la fórmula para calcular los moles. En consecuencia, para calcular la densidad de un gas se requiere conocer su presión (P), su masa molecular (M) y la st-editorial.com

Aplicas las leyes de los gases

temperatura (T ) a la que se encuentra. Como poseemos todos estos datos, basta con sustituir, efectuar los cálculos y obtendremos el resultado esperado: ^0.75 atmh_ 44.03 g $ mol -1 i g P$M = 1.33 L ρ = R$T = _ 0.0821L $ atm $ K -1 $ mol -1 i 303 K -1

Ejemplo 17 Determina la masa molecular (M) de un gas, si 150 cm3 de este tiene una masa de 0.922 g, a 99°C y 107.0 kPa. Solución Como siempre, identificamos y organizamos los datos y las incógnitas:

P = 107.0 kPa = 1.06 atm V = 150 cm3 = 0.15 L R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 T = 99°C + 273 = 372 K m = 0.922 g M=? m , Tomando en cuenta que n = M

la expresión PV = nRT se transforma en: PV =

mRT M

Efectuamos el despeje: mRT M = PV

Sustituimos: M=

^0.922 g h_ 0.0821 L $ atm $ K -1 $ mol -1 i^372 K h g = 177.10 g $ mol -1 = 177.10 mol ^1.06 atm h^0.15 Lh

Desarrolla competencias

actividad individual

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno. 1. ¿Cuál será la densidad del N2 a 205 kPa y 40°C? 2. ¿Cuál es la masa molecular de un gas, si 0.858 g de este ocupan 150.0 cm3, a 106.3 kPa y 2°C? 3. ¿Qué presión ejercerán 0.250 moles de un gas, en un recipiente de 2.50 dm3, a 10°C? 4. Calcula la masa de propano (C4H10) que ocupa un volumen de 50.0 L a una presión de 20.0 atm y 15°C.

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Evaluación sumativa ¿Cuánto y qué has aprendido después de estudiar este bloque? ¿Cuáles temas debes repasar? Las fallas que pudieras presentar en la resolución de los ejercicios te indicarán los temas que es necesario volver a estudiar. En todo caso, comparte tus resultados con tu profesor y pide su ayuda para entender los temas que te parezcan más complicados.

Heteroevaluación I. Completa el cuadro que se presenta a continuación. Propiedades de los gases

Descripción de la propiedad utilizando mis propias palabras

Ejemplo de aplicación en los fenómenos que observo cotidianamente

Expansibilidad Compresibilidad Difusión Efusión Densidad

II. Realiza los siguientes ejercicios. 1. En el barómetro se tiene una lectura de 704 mmHg. Calcula la presión correspondiente en: a. torr b. atmósferas c. pascales d. kilopascales 2. Expresa las presiones siguientes en atmósferas. a. 30 mmHg b. 1 140 torr c. 250 000 Pa d. 2.00 kPa 3. Convierte las siguientes temperaturas a grados Celsius. a. -40°F b. 0°F c. 100°F d. 212°F 4. Convierte las siguientes presiones a pascales. a. 912 mmHg b. 0.75 atm c. 150 kPa d. 300 torr III. Resuelve los ejercicios propuestos. 1. Completa las siguientes proposiciones: a. A temperatura constante, cuando la presión de una muestra de gas aumenta, el volumen del gas 42

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b. Asimismo, el volumen de una muestra de gas es proporcional a la presión que se ejerce sobre él a temperatura constante. c. El volumen de una muestra de gas disminuye cuando

la presión

que soporta. d. La ley de Boyle se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

2. La presión de una muestra de 3.50 L de gas disminuye de 2.5 a 1.5 atm. ¿Qué le ocurre al volumen del gas?

3. Un gas ocupa un volumen de 250 mL a una presión de 0.8 atm. ¿Cuál será su volumen a temperatura constante si la presión cambia a...? a. 1140 mmHg

b. 200 kPa

4. Una muestra de 300 mL de gas hidrógeno está sometida a una presión de 380 mmHg. ¿Cuál será la presión, a temperatura constante, si el volumen cambia a 900 mL?

5. Una masa de gas nitrógeno ocupa 4 L a una presión de 720 torr. ¿Qué volumen ocupará la misma masa de gas a una presión de 1 atm, suponiendo una temperatura constante?

IV. Encuentra la respuesta correcta a cada uno de estos problemas. 1. ¿A qué temperatura, manteniendo constante la presión, deberá enfriarse una masa de gas de 300 mL que se encuentra inicialmente a 177°C para que logre ocupar tan solo un volumen de 150 mL?

2. El volumen inicial de un balón es de 3 L a 25°C y a 765 torr. ¿Cuál será su volumen si la temperatura se aumenta a 100°C sin cambio de presión?

3. Se tienen 4 L de Cl2 gaseoso a -15°C. Averigua el volumen que ocupará el cloro a: a. 0°C b. 250 K

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4. Una masa de gas se encuentra confinado en un globo y ocupa un volumen de 750 mL a 20 °C y 101.325 kPa. ¿Qué volumen ocupará si la temperatura cambia a -5°C, manteniendo constante la presión?

5. Una muestra de gas se introduce en un recipiente rígido a -3°C y una presión de 37.9 torr. El recipiente se coloca en un horno a 268°C. ¿Qué presión tendrá el gas a esta temperatura?

6. 300 mL de un cierto gas se encuentra confinada en una lata vacía de aerosol, a 20°C y a una presión de 0.75 atm. Si la temperatura aumenta a 250°C, ¿a qué presión se encontrará el gas?

7. En un recipiente hermético se confina una masa de gas helio, a una presión de 380 mmHg y a una temperatura de 25°C. Si la temperatura disminuye a 0°C, ¿cuál será la nueva presión?

8. A volumen constante, una masa de gas soporta inicialmente una presión de 2 atm a 273 K. Si la temperatura cambia a -4°C, ¿cuál será la nueva presión?

9. El volumen medido de un gas es de 1 000 mL a una temperatura de 60°C y a una presión de 720 torr. ¿Cuál será el volumen que ocupará el gas en condiciones normales?

10. Una cápsula de 180 mL contiene H2S a 23oC y está bajo una presión de 2 300 torr. ¿Qué volumen ocupará el gas a 15°C y a una presión de 0.96 atm?

11. Una muestra de 525 mL de gas a 167.5 torr y 212°C experimenta un cambio pasando a 101.3 torr y 37°C. ¿Cuál es el volumen final del gas?

12. Se tienen inicialmente 2 L de gas helio, a 0°C y a 100 kPa de presión. ¿Cuál será el nuevo volumen si la temperatura cambia a 100°C y la presión a 1 500 kPa?

13. Inicialmente, una muestra de gas de 500 mL se encuentra en condiciones estándar (0°C y 1 atm). Posteriormente la presión cambia a 25 atm y el volumen a 10 mL. ¿Cuál es la nueva temperatura?

14. ¿Qué presión ejercerán 0.05 mol de un gas en un recipiente de 4 L a 27°C?

15. ¿Cuántos moles de nitrógeno gaseoso hay en un tanque de 100 L a 18°C, si el manómetro indica 101.325 kPa?

18. Calcula la densidad de un cierto gas con masa molecular igual a 46 g/mol, que se encuentra a 127°C y 0.7 atm.

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16. Calcula la masa molecular del gas propano si 12.31 g de este ocupan un volumen de 26.36 L a 298°C y 380 mmHg.

17. Determina la masa molecular de un cierto gas, si 1.58 g de este ocupan 8.28 L a 7°C y 0.1 atm.

19. Determina la presión parcial del butano en una mezcla que contiene 4.4 g de propano, C3H8, y 5.8 g de butano, C4H10, a 25°C y 0.9 atm.

20. Calcula la presión parcial del neón en un recipiente de 5 L, que contiene cantidades iguales de moles de He, Ne y Ar, a una presión total de 15 atm.

21. En un recipiente de 50 L a 30°C, se mezclan 5 g de F2 con 5 g de Cl2. ¿Cuál es la presión total?

22. Se recolectó una muestra de 250 mL de hidrógeno en agua a 35°C y 1 atm. Se sabe que la presión de vapor de agua a esa presión es de 0.0555 atm. ¿Cuál es la presión parcial del hidrógeno seco, a la temperatura y presión mencionadas?

V. Realiza un mapa mental en tu cuaderno con los conceptos más importantes que aprendiste en este bloque.

Autoevaluación I. Responde en tu cuaderno ¿cuáles fueron los logros más importantes que obtuviste al concluir el estudio de este bloque? (Argumenta tu respuesta.) II. ¿Cuál fue tu nivel de desempeño en cada uno de los objetos de aprendizaje en que trabajaste?, ¿en cuáles aspectos debes mejorar y qué debes hacer al respecto? Precisa tus niveles de desempeño auxiliándote del cuadro que aparece a continuación: Aspectos

Siempre

La mayoría de las veces

Algunas veces

Casi nunca

Soy capaz de enunciar las diversas leyes de los gases vistas en clase y explicar su sentido y aplicación. Describo las características y propiedades de los gases en los fenómenos que observo en la naturaleza relacionándolos con el modelo cinético molecular. Soy capaz de resolver los ejercicios propuestos por mi profesor, explicando el procedimiento e interpretando los resultados obtenidos. Durante los trabajos realizados en equipo he mantenido una actitud de respeto y colaboración con mis compañeros procurando conseguir siempre los mejores resultados. Investigo en los medios a mi alcance para mejorar mi comprensión de los temas revisados en clase. Describo, con argumentos bien sustentados, las aplicaciones de las características y propiedades de los gases en los fenómenos que observo a mí alrededor.

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Temas selectos de química 1 La colección bachillerato de ST Editorial —empresa líder en la publicación de libros de texto para bachillerato— cubre totalmente los objetivos surgidos a raíz de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems). Esta colección incluye libros para diversos subsistemas de educación media superior, entre los que se cuentan aquellos que están totalmente apegados a los programas de estudios de la Dirección General del Bachillerato (dgb).

Sobre el Autor

Este libro está estructurado en cuatro bloques, los cuales se basan en los contenidos del último programa de estudios y buscan movilizar en los alumnos las competencias genéricas y disciplinares del campo de las ciencias experimentales. Su tratamiento, los ejercicios y las actividades pretenden que el estudiante ponga en práctica los saberes acerca de los temas de química que ha adquirido a lo largo de los semestres anteriores y que desarrolle una forma de trabajo en la que el método científico experimental se convierta en la guía obligada.

Valores fundamentales

Víctor Manuel Mora González. Es ingeniero químico industrial (ipn) y profesor de bachillerato con más de 25 años de experiencia. Participó en la revisión de los programas de Química I y Química II de la reforma curricular de la dgb y en la elaboración de los nuevos programas de 2009 (riems). Colabora en la formación de docentes a nivel bachillerato y es autor de varios libros de química, de ST Editorial.

Diseño educativo Nuestra propuesta de diseño ha sido optimizada para facilitar el aprendizaje de manera visual, con una fuerte carga de infográficos e imágenes que incluyen fotografías, ilustraciones, gráficas y esquemas.

Recursos didácticos Secciones dirigidas al alumno y al docente para el desarrollo y la evaluación de competencias: Para comenzar, Reto, actividades de apertura, actividades grupales e individuales, evaluaciones sumativas e instrumentos de evaluación, como rúbricas y listas de cotejo.

Valores agregados Semblanzas

Prácticas de laboratorio

Guía para el Docente

Entrevistas a especialistas dedicados a algunas de las ramas de la química, en las que relatan sus experiencias académicas y laborales. Aportan información relevante acerca del campo laboral en donde se aplican los conocimientos de la asignatura estudiada.

Anexo con actividades experimentales que fomentan en el alumno la obtención del conocimiento a través de la investigación experimental en el laboratorio.

Este valioso instrumento consiste en una serie de herramientas didácticas como apoyo a la función del docente disponible en un práctico folleto impreso.

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Víctor Manuel Mora González

Todo esto con la finalidad de que los estudiantes resuelvan los problemas cotidianos y comprendan racionalmente su entorno inmediato.

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

Colección

Sobre el autor

BACHILLERATO

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

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

Química 2

Temas selectos

Colección Bachillerato

Víctor Manuel Mora González

Temas selectos

DESARROLLA COMPETENCIAS

QUÍMICA 2

Valores

energía-materia, así como la interdependencia entre los sistemas físicos, químicos y biológicos. Se enfatiza en la relación de la química con el desarrollo sustentable y con la implementación de tecnología.

• Semblanza de tres personas exitosas en el área de la química. • Prácticas de laboratorio. • Lecturas en cada unidad. • Test de inteligencias múltiples.

Este libro pertenece al componente de formación propedéutica. Su propósito es ahondar en los conocimientos de las materias de formación básica con miras a preparar al estudiante que está próximo a entrar a la educación superior. Se pone énfasis en la comprensión del binomio

• Interpretar las reacciones ácidobase y de óxido-reducción que se realizan en el medio ambiente y en los seres vivos.

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

Lluvia ácida

E l mundo que te rodea

GUÍA PARA EL MAESTRO

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Este valioso instrumento consiste en una serie de herramientas didácticas como apoyo a la función del docente disponibles en un práctico folleto impreso, así como en el sitio web st-editorial.com

Anexo con actividades experimentales que fomentan en el alumno la obtención del conocimiento a través de la investigación experimental en el laboratorio.

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

InfográfIco 1. PrIncIPales contamInantes del suelo acidificación. Causada por vertidos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a base de amoniaco (NH3) y la acumulación de residuos orgánicos, entre otros. Los efectos de la acidificación del terreno son principalmente la liberación de metales y la degradación del terreno, lo cual limita su utilidad como área de cultivo fertilizantes. Dentro de estos contaminantes hemos de considerar tanto al fósforo como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos pueden conducir al terreno a un proceso de salinización.

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

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

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

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

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

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

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

• Reconocer las implicaciones de esta asignatura en la vida cotidiana.

• Explicar el comportamiento de las sustancias orgánicas a partir del estudio de sus estructuras.

SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3 Conviene saber que la lluvia normal es ligeramente ácida, debido a que contiene ácido carbónico, que se forma cuando el CO2 del aire se disuelve en el agua que cae.

RECONOCE TUS COMPETENCIAS

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

desarrolla competencias

por la acción de la lluvia ácida.

Objetos de aprendizaje

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

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

Configuración electrónica y geometría molecular del carbono Tipos de cadena e isomería Características, propiedades físicas y nomenclatura general de los compuestos orgánicos

Compuestos del carbono

incorporan

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

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

grupos funcionales

incluyen

hidrocarburos

presentan

reconocen

tipos de cadena e isomería

estructura molecular de los compuestos del carbono

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA como

se dividen en

se forman cadenas

alcanos alquenos alquinos aromáticos

alcohol éter aldehído cetona amina ácido carboxílico éster amida

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

Actúas para disminuir la Aplicas la nociónlas derespuestas mol la dudas. utilidad 3. Comparte con tus compañeros y consulta a Comprendes tu profesor las contaminación del aire, en la cuantificación de los sistemas dispersos del agua y del suelo de procesos químicos Mi respuesta antes Mi respuesta después Preguntas en tu entorni de estudiar el bloque de estudiar el bloque ¿En qué grupo y en qué periodo de la tabla periódica se ubica el carbono?

lineal trigonal plana tetraédrica

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

Bloque 5

Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

carbono en tu entorno

Analizar la variación de las propiedades de los compuestos químicos y sus isómeros. Ejercicios que permitan identificar, a través de las fórmulas estructurales, a los isómeros y sus tipos.

biental en México.

• Utilizar el método científico experimental de manera correcta.

117

B3 / p. 95. ACTIVIDAD DE APErTurA Conclusiones

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

ACTIVIDADES

Tema 2 Objetivo

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

• Embudo

Separación de mezclas

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

Objetivo

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

Problema

Procedimiento

tabólicos en el interior del organismo pueden ser ron como carbohidratos o hidratos de carbono Registro de observaciones descompuestas en moléculas más sencillas con el precisamente por su particularidad: el carbono se sistema antes de que entre en el vinagre el bicarbonato presenta concontacto moléculas de agua ycomo si se trata-y cuando ya se haya efecobjetivo de brindar la Dibuja energíaelnecesaria para el tuado la reacción química. Anota observaciones sobre el equilibrio del sistema antes de comenzar ra de tus moléculas inorgánicas hidratadas. funcionamiento del cuerpo. la reacción y una vez que ha concluido.

Cuestionario

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

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

st-editorial.com

nagre? ¿Cuáles son los productos de la reacción?

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

200

Bloque 2

EL MUNDO QUE TE RODEA EN LA WEB

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

InfográfIco 1. PrIncIPales contamInantes del suelo

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

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

RETRATO

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

Contaminación del suelo

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

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

st-editorial.com

Por mucho tiempo se consideró que el agua de lluvia era la más E l mundo que te rodea limpia que podía encontrarse, dado que en el ciclo hidrológico se eliminaban muchos de los contaminantes aDe través delcon proceso acuerdo informes de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa), la de evaporación. Sin embargo, a partir de la Revolución mayoría deIndustrial las emergencias ambientales en México se producen por el mal manejo de los productos industrias asociados con petróleo y agroquímicos. Cuando hay un derrame de químicos, es esta concepción ha cambiado drásticamente; diferentes importante la sustancia, el volumen esparcido y las condiciones meteorológicas. ¿Por y centrales térmicas utilizan combustibles fósiles de bajaconocer calidad qué crees que en las industrias no se toman los recaudos necesarios? en sus procesos, lo cual envía a la atmósfera cantidades importantes de óxidos de azufre y nitrógeno, con el consecuente efecto en la salud y el ecosistema. La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y de niLa contaminación atmosférica se entiende como cualquier trógeno reaccionan con la humedad atmosférica (figura 9); este InfográfIco 1. PrIncIPales sustancia que, añadida o quitada de la atmósfera, provoca proceso de reacciones produce distintos ácidos. contamInantes del suelo daños apreciables en la salud humana y en el ecosistema. De forma natural, muchas de las sustancias contaminanSO2 + H2O → H2SO3 acidificación. Causada por vertidos tes están presentes en la atmósfera debido a los procesos industriales, lluvia ácida, fertilizantes a SO3 + H2O → H2SO4 de amoniaco (NH3) y la acumulación biológicos y a los fenómenos naturales. La erupción de un 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2base de residuos orgánicos, entre otros. Los Figura 1. La por contaminación agua provoca la muerte grandes cantidavolcán, ejemplo,dellanza a la atmósfera 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3 efectos de la acidificación del terreno son dedes grande cantidad de pecesy ygases especies marinas,nocivos; además sin embargo, los principalmente la liberación de metales y partículas tóxicos la degradación del terreno, lo cual limita su de trastornos infecciosos y diversas enfermedades en los vientos y la lluvia ayudan a dispersarlos, de tal modo que el seres humanos. nivel de concentración disminuye por el desplazamiento. Los seres humanos producimos desechos que se acumulan en la atmósfera y si esta situación no se controla puede como al exceso de abonos orgánicos (principalmente estiércol), y estos últimos provocar la devastación de grandes áreas del planeta y la pueden conducir al terreno a un proceso extinción de cualquier ser viviente. de salinización. El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas Contaminación del suelo con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, El suelo, junto con el agua y el aire, son los soportes sobre el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 ometálicos. 4, y en Principalmente algunas zonas contaminantes los cuales se asientan todos los fenómenos vitales que se metales pesados Zn,es Cu,decir, Cr, Pb, similar Ni, V donde la niebla es ácida, puede llegar a ser de 2(Mn, o 3, y Mo) que se acumulan en el terreno por desarrollan en nuestro planeta; su conservación es, a todas al del jugo de limón o al del vinagre. vertidos industriales, actividades mineras, luces, esencial para los seres vivos, incluidos, por supuesto, residuos, tráfico de vehículos, etc. los seres humanos. A pesar de ello se observa con frecuencia su contaminación de diversas formas, muchas de ellas al actividad individual desarrolla competencias parecer irreparables. Además, el suelo contaminado genera Pesticidas. Son sumamente peligrosos en riesgos directos sobre la salud humana y afecta gravemente función de su permanencia en el suelo y 1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas procesos industriala economía. toxicidad, así comoosu bioacumulación, es decir,región su concentración enconsecuencias las especies les aumentan el riesgo de que una sufra las Tal como hoy lo observamos, el suelo es el resultado vegetales que forman los cultivos. de una lluvia ácida. de una larga serie de procesos físicos, químicos y bioló2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas gicos sobre el medio rocoso original, al cual se le llama por la acción de la lluvia ácida. Figura La contaminación del aire afecta más a un roca2.madre . 3. Entrega un informe escrito con los criterios de calidad que estadeterminado grupo, como los niños, los ancianos y las Su composición y naturaleza depende de varios factores, contaminantes orgánicos. Extremadamente blezca tu profesor. personas que padecen de enfermedades respiratorias crónicas. variados, complejos y reactivos, entre los cuales se destacan el clima, la composición de la considerándose entre ellos, principalmente, roca madre, el tipo de organismos que en él se desarrollan a los productos derivados del petróleo. actividad grupal e, indudablemente, el tiempo que ha transcurrido desde desarrolla competencias que se empezó a formar. A pesar de todo lo anterior, el suelo contiene, generalmente, una buena porción de mateReunidos en equipos de cinco integrantes, realicen las siguientes acriales inorgánicos –aproximadamente 50%–; materiales orsalinización. Consiste en la acumulación tividades. gánicos, a los que se conocen como humus –cerca de 5%–; de sales solubles o fáciles de solubilizar en el suelo, tales como Na2SO4, CaCO3 amy y agua y aire, denominados edáficos, es decir, propios del 1. Busquen estadísticas acerca del incremento de laNaCl, contaminación MgCO3, entre otras. Este fenómeno se da suelo, y con una composición peculiar –entre 1.5% y 2%–, biental en México. principalmente en las regiones áridas en las aque aguas subterráneas tienen altas 2. Ubiquen gráficos que se refieran lalas presencia de enfermedades según el tipo de suelo. concentraciones de estas sales y la tasa asociadas a dicha contaminación hagan undel debate clase. La contaminación del suelo rara vez se debe a una sola deytranspiración terrenoen es muy alta. 3. Definan cuáles medidas podríanLadisminuir efectos negativos en salinizaciónlos influye en la permeabilidad causa, más bien se produce por la intervención de actividelresto suelo, de dadolaque los poros se bloquean; la naturaleza y discútanlas con el clase. dades industriales, agrícolas o de servicios, si bien la más de esta manera el agua no se absorbe 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y adecuadamente sino que escurre por la importante y la que genera mayor impacto en el suelo, es efectúen una exposición oral. superficie. la actividad industrial, sobre todo cuanto sus desechos se vierten sin control y de forma directa sobre un terreno.

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

CO2 + H2O → H2CO3

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¿Cómo determinar el método apropiado para separar una mezcla?

Materiales

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

Procedimiento

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

Registro de observaciones

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

169

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201

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

Lluvia ácida

E l mundo que te rodea

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

Práctica de laboratorio 2

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

Bloque 2

COMPLEMENTARIAS

B4 / p. 141. En lA wEB

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

1. Construye una especie de balanza con el gancho. Con la ayuda de los hilos, cuelga en los extremos del gancho las dos botellas vacías, las cuales deben anudarse por su parte media, para que las bocas queden libres. 2. Cuelga de algún soporte el sistema que acabas de construir y a continuación, utilizando el embudo, transfiere el vinagre a unaCarbohidratos de las botellas. Las macromoléculas naturales forman parte de Vacía el bicarbonato de sodio del globo. une elformadas orificio del globo con la boca de la boLos dentro carbohidratos sonLuego moléculas por los procesos vitales del3.ser humano. La estrucque contiene el vinagre. Es muy importante que no cuya caigafórmula absolutamente nada del bicarbonato carbono, hidrógeno y oxígeno, getura de cada una de ellastella permite que cumplan en el vinagre. una función que las diferencia de las otras. neral es Cx(H2O)y. 4. Con la ayuda del embudo deposita en lase otra botella que sea necesaria para nivelar el gancho O Entre ellos puede citarelaagua la glucosa C6H Se habla de tres grandes tipos: carbohidratos, 12 6 forma que adopte lo6,más perfectamente sustancias pueden seruna oposición la fructosa C5H10O5horizontal. o C5(H2O)5 y la C6(H2O) lípidos y proteínas. Estas de 5. A continuación, sin quitarsacarosa el globo, contenido sobre el vinagre y observa lo que sucede. H22Osu encontradas en los alimentos que el ser humano C12vacía 11 o C12(H2O)11. Anota tusprocesos observaciones. Originalmente estos compuestos se clasificaconsume diariamente, y mediante me-

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

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

B4 / p. 156. CoEVAluACIón Ser sensible al arte, apreciarlo e interpretarlo en todas sus expresiones.

B2 / p. 68. ACTIVIDAD InDIVIDuAl, 2

Elegir y practicar estilos de vida saludables.

Vayamos más lejos…

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

Práctica de laboratorio 1

B1 / p. 16. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

B2 / p. 58. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

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

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

B1 / p. 13. rETo

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

Ley de la conservación de la masa Tema 1 Macromoléculas, Tema previo polímeros y monómeros

Materiales

EVALUACIÓN

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

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

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

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

Secciones del libro Refuerzan y complementan los contenidos del programa, a la vez que los hacen más atractivos para los jóvenes. ILUSTRACIONES INFOGRÁFICOS

Sobre el autor

a continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas.

Continúa

PARA TERMINAR. AUTOEVALÚA TUS COMPETENCIAS

GLOSARIO

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

CoMPETEnCIAS gEnérICAS

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

IDENTIFICAS LA IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLÉCULAS NATURALESY SINTÉTICAS

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

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

Optimizado para facilitar el aprendizaje de manera visual.

Explicar los diversos tipos de fórmulas para los compuestos orgánicos, pasando de un tipo de fórmula a otro. Exponer, con apoyos visuales, los tipos de hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos), su nomenclatura y sus características.

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

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PRÁCTICAS DE LABORATORIO

ACTIVIDAD DE APERTURA

DESARROLLA COMPETENCIAS

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

asociadas a dicha contaminación y hagan un debate en clase. la naturaleza y discútanlas con el resto de la clase.

efectúen una exposición oral.

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

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

¿Qué es la hibridación?

¿Cuáles tipos de hibridación puede presentar el átomo de carbono? ¿Qué es un hidrocarburo? ¿Cuáles son sus tipos principales? ¿Cómo se distinguen?

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actividad grupal

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

1. Busquen estadísticas acerca del incremento de la contaminación am2. Ubiquen gráficos que se refieran a la presencia de enfermedades 3. Definan cuáles medidas podrían disminuir los efectos negativos en 4. Tomen fotografías que evidencien la contaminación ambiental y

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Diseño educativo

TÍTULOS RELACIONADOS

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

Explicar, a partir de la configuración electrónica del carbono los modelos de hibridación de orbitales y cómo estos permiten justificar la estructura molecular de sus compuestos con enlaces sencillos, dobles y triples. Construcción de modelos moleculares tridimensionales que representen los tipos de hibridación Bloque 4 del carbono. Explicar, utilizando modelos tridimensionales los tipos de cadena Valoras los la importancia que presentan compuestos de los compuestos del orgánicos.

y tu vida Ejercicios en losdiaria que se clasifique el tipo de cadena de diversas moléculas orgánicas. Explicar utilizando modelos moleculares el fenómeno de la isomería y sus tipos más comunes.

¿Cuáles son las razones por las que los compuestos de carbono son tan numerosos?

¿Qué es un alótropo?

¿Cuáles son las formas alotrópicas del carbono?

geometría molecular

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

116

Competencias a desarrollar

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

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

y del aire. Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario

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

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

la isomería puede ser

de cadena de posición de función

Bloque 2 Para comenzar...

distingue

abiertas o acíclicas cerradas o cíclicas

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

Desempeños del estudiante

PARA COMENZAR...

SECUENCIA DE LOS BLOQUES

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

blezca tu profesor.

Importancia ecológica y económica de los compuestos del carbono

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

actividad individual

1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas o procesos industria-

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

desarrolla competencias

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

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

CO2 + H2O → H2CO3 El pH de la lluvia normal suele estar entre 5 y 6, pero en las zonas con la atmósfera contaminada por los óxidos de azufre y nitrógeno, el pH de la lluvia alcanza valores de hasta 3 o 4, y en algunas zonas donde la niebla es ácida, puede llegar a ser de 2 o 3, es decir, similar al del jugo de limón o al del vinagre.

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

rEConoCE tus comPEtEncias

SECCIONES DEL LIBRO

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

Lluvia ácida

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

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

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

desarrolla competencias

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

actividad grupal

biental en México.

asociadas a dicha contaminación y hagan un debate en clase. la naturaleza y discútanlas con el resto de la clase.

efectúen una exposición oral.

Participar y colaborar de manera efectiva en trabajos de equipo.

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

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

B3 / p. 46. HETEroEVAluACIón, III Contribuir al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

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

B4 / p. 141. ACTIVIDAD gruPAl

B1 / p. 19. ACTIVIDAD DE APErTurA

B3 / p. 118. CoEVAluACIón

B2 / p. 47. rETo

B4/ p. 133. ACTITuDES y VAlorES

B4/ p. 146. ACTIVIDAD gruPAl

B1 / p. 13. rETo

B3 / p. 124. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

B1/ p. 11. HABIlIDADES

B3 / p. 121. ACTIVIDAD InDIVIDuAl

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

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

B1 / p. 38. ACTIVIDAD gruPAl

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

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

actividad individual

1. Investiga cuáles circunstancias climatológicas o procesos industria2. En un mapa indica cuáles zonas de México han sido más afectadas

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

B2 / p. 46. ACTITuDES y VAlorES

CoMPETEnCIAS DISCIPlInArES

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

CO2 + H2O → H2CO3

st-editorial.com

B1 / p. 22. ACTIVIDAD gruPAl

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

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

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

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

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

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

Material de apoyo docente Serie de herramientas didácticas disponibles en Internet y en cd.

Víctor Manuel Mora González es ingeniero químico industrial egresado del Instituto Politécnico Nacional. Su experiencia docente es de más de 20 años a nivel

Compara las características democráticas y autoritarias de diversos sistemas sociopolíticos.

TÍTULOS RELACIONADOS Poner las portaditas de Química 2 y las de Temas de química 1 y 2. ISBN: 978 607 7529 34 7 ISBN 978 607 5080 13 0

9 786075 080130

isbn 978 607 508 067 3

9 786075 080673

ISBN 978 607 508 026 0

9 786075 080260

de bachillerato. Ha participado activamente en la revisión de los programas de Química 1 y Química 2 de la reciente reforma curricular de la dgb. Actualmente colabora

en la formación de docentes de bachillerato. Además, es autor de los libros Química 1 y Temas selectos de química 1, de ST Editorial.

BACHILLERATO

Secciones dirigidas al alumno y al docente para el desarrollo y la evaluación de competencias: Para comenzar, Reto, actividades de apertura, actividades grupales e individuales, evaluaciones sumativas e instrumentos de evaluación, como rúbricas y listas de cotejo.

agregados

VALORES AGREGADOS Bloque 2

QUÍMICA 2

Esta colección tiene como propósito cubrir las necesidades surgidas a raíz de la reforma curricular de la dgb, a través de la cual se plantean nuevos enfoques educativos para el nivel medio superior. Los libros de esta colección se encuentran totalmente apegados a los programas de estudio de dicha institución.

Temas selectos QUÍMICA 2

DESARROLLA COMPETENCIAS

destinadas a desarrollar las competencias que les permitan crear su propio conocimiento, a partir de la comprensión de cada objeto o fenómeno que ocurre en el universo, ya que en todos participa, de una u otra forma, la química.

Química 2

RECURSOS DIDÁCTICOS

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

BACHILLERATO

Nuestra propuesta de diseño ha sido optimizada para facilitar el aprendizaje de manera visual, con una fuerte carga de infográficos e imágenes que incluyen fotografías, ilustraciones, gráficas y esquemas.

Química 2

Química 1

BACHILLERATO

DISEÑO EDUCATIVO

Química 1

VALORES FUNDAMENTALES

BACHILLERATO

SOBRE EL AUTOR

Este libro está estructurado en ocho bloques, los cuales se basan en los contenidos del programa. La obra busca movilizar en los alumnos las competencias genéricas y las relacionadas con el campo disciplinar de las ciencias experimentales. Presenta novedosas secciones destinadas a desarrollar las competencias que le permita al estudiante crear su propio conocimiento a partir de la comprensión de cada objeto o fenómeno que ocurre en el universo, ya que en todos participa, de alguna u otra forma, la química.

BACHILLERATO

QUÍMICA 1 La colección bachillerato de ST Editorial —empresa líder en la publicación de libros de texto para bachillerato— cubre totalmente los objetivos surgidos a raíz de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems). Esta colección incluye libros para diversos subsistemas de bachillerato, entre los que se cuentan aquellos que están totalmente apegados a los programas de estudios de la Dirección General del Bachillerato (dgb).

BACHILLERATO

Víctor Manuel Mora González

ició