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Química como herramienta de vida

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1Química como herramienta de vida

I.

1. R.M. La química es una ciencia natural porque busca comprender la naturaleza y porque tiene las

siguientes características: es un cuerpo de conocimiento (como hechos, defi niciones, conceptos,

teorías, leyes, etc. acordados entre expertos) con características específi cas (como que se basa en

evidencias y pruebas, además de que cambia con el tiempo, etc.; donde la creatividad juega un

papel importante, que el conocimiento previo de todo tipo infl uencia el nuevo conocimiento

acordado, etc.) y que se construye mediante una serie de procesos (como observar, medir, estimar,

inferir, predecir, clasifi car, experimentar, etcétera.).

2. R.M. La visión moderna defi ne química como el estudio de las sustancias y sus transformaciones

porque este concepto central, aunque abstracto, es la base para construir el resto de los concep-

tos y procedimientos de la asignatura, como materiales como mezcla de sustancias, sustancias

elementales y compuestas, propiedades físicas de las sustancias, modelos corpusculares y ató-

micos de las sustancias, sustancias elementales y elementos, tabla periódica de los elementos,

enlaces químicos e interacciones de las partículas que forman las sustancias, reacción química

como transformación de sustancias, etcétera.

3. R.M. Se espera que los estudiantes desarrollen ideas semejantes a las siguientes:

• Para vestirnos ocupamos ropa, objetos hechos de fi bras naturales y/o sintéticas formadas por

mezclas de sustancias químicas.

• Para nutrirnos consumimos alimentos naturales y procesados formados por mezclas de sustan-

cias químicas.

• Para prevenir y combatir alguna enfermedad utilizamos medicamentos que son mezclas de

sustancias químicas sintetizadas.

4. R.M. Se espera que los estudiantes identifi quen algunas relaciones de la química con otras cien-

cias; por ejemplo, la relación de la física con la química es muy provechosa: al estudiar la conducta

eléctrica de diversas sustancias que reaccionan en condiciones controladas surge la electroquími-

ca que permite diseñar mejores baterías para los teléfonos celulares, los coches eléctricos, etcétera.

5. R.M.

Revolución Personaje Aspecto importante

Primera Lavoisier Medición

Segunda Mendeleiev Periodicidad elementos

Tercera Bohr Modelo atómico

6. R.M. Los pasos son: Problema Pregunta Hipótesis Experimentación Conclusión.

El problema de que no enciende la televisión TV se puede analizar científi camente. Primero se

justifi ca que vale la pena investigarlo porque nos preocupa la situación. Entonces se decide reali-

PÁGINA 11Evaluación diagnóstica

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zar, por ejemplo, un estudio explicativo, seguido de preguntas que se puedan confi rmar o probar

como ¿qué causas pueden originar el problema? Acto seguido se elaboran hipótesis como: Si no

hay corriente eléctrica entonces la televisión no puede encender. Para probar esta hipótesis hay

que observar y experimentar. Una primera observación sería encender la luz del cuarto para veri-

fi car que hay corriente eléctrica. Otra sería revisar si, en su caso, está encendida alguna luz en la

TV que indique que esté conectada, así como revisar la conexión de la TV al contacto eléctrico. Ex-

perimentos posibles serían probar varias veces el botón de encendido de la TV hasta que encienda

o el del control remoto. Búsqueda extra de información sería preguntar a los habitantes de la casa

si han tenido un problema reciente con la TV, revisar le fecha de compra, etc. Luego el conjunto

de datos se contrasta, analiza, interpreta, discute y compara con el conocimiento aceptado para

generar una conclusión razonable, coherente y plausible, que sea la mejor interpretación de los

datos disponibles.

DISTINGUIR MATERIALES PÁGINA 4

I. R.M.

Objeto, recurso natural o ser vivo

Materiales comunes que lo componen o que se extraen del mismo

Bosque Aire, agua, minerales, madera, etcétera.

Petróleo Gas LP, gasolina, queroseno, etcétera.

Ganado porcino Piel, carne, hueso, cartílago, grasa, etcétera.

Plantío de algodón Tallos, hojas, flores, semillas, hilo de algodón, etcétera.

IDENTIFICAR APLICACIONES DE LA QUÍMICA PÁGINA 4

I. R.M. Se espera que los estudiantes describan algún producto comercial relacionado con la química e

identifi quen cómo es utilizado de forma cotidiana; por ejemplo:

Para lavar el piso, los muebles de la casa, los trastes de cocina, la ropa y el cuerpo humano, se sintetizan

sustancias químicas que se mezclan y comercializan como materiales de limpieza, jabones, detergen-

tes, etcétera. Se utilizan normalmente mezclados con agua y se aplican con ayuda de un objeto como

una esponja.

II. R.L. Se espera que los alumnos pregunten a sus papás, tíos o abuelos qué producto utilizaban ellos en

el proceso descrito en el punto anterior o cómo lo realizaban; por ejemplo:

Cuando no había jabones comerciales se empleaban los frutos secos de algunas plantas llamadas sa-

pogeninas para lavar el cabello, el cuerpo, la ropa, etcétera.

III. R. M. Se espera que los estudiantes comparen el uso del producto en ambos casos y justifi quen cómo

el desarrollo de nuevas cosas nos benefi cia en la actualidad para tener una vida mejor; por ejemplo:

Las semillas de las plantas jabonosas tienen otros materiales además de los que se pueden utilizar

para la limpieza. Y aunque sean naturales no es seguro el efecto de verter estas las aguas utilizadas

en lugares donde viven otros seres vivos. En cambio los productos comerciales pueden ser diseñados

con sustancias químicas que tengan efectos secundarios mínimos en la naturaleza, además de que

cumplan mejor su función limpiadora.

EJERCICIO 1

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IDENTIFICAR LA MATERIA PRIMA Y LA RAZÓN DE SU USO PÁGINA 4

I. R.L. Se espera que los alumnos mencionen el tipo de materiales con los que están hechos los objetos

comunes en una cocina; por ejemplo:

Los objetos comunes en una cocina pueden estar hechos de materiales cerámicos, metálicos, de plás-

tico, de vidrio, de madera, etcétera.

II. R.M. Se espera que los alumnos investiguen por qué se utilizan estos materiales para la elaboración

de cada uno de esos objetos; por ejemplo:

Un mismo objeto puede estar hecho de materiales diferentes, como una cuchara. En este caso el em-

plear metales permite tener una larga duración y resistencia, mientras que emplear plástico permite

tener diversos colores y de bajo costo, a su vez que la madera ayuda a mezclar en temperaturas altas

evitando que uno se queme al tocarla, etcétera.

DISTINGUIR LAS SUSTANCIAS QUE CONFORMAN UN MATERIAL PÁGINA 4

I. R.M.

Material Tipo de material Sustancias

Porcelana Cerámico Caolinita, feldepasto, esteatita, quarzo, etcétera.

Vidrio de cal sodada

Vidrio Dióxido de silicio, óxido de sodio, carbonato de sodio,

óxido de calcio, etcétera.

Algodón Fibra Celulosa, ácido péctico, ácido cítrico, etcétera.

Hule natural Plástico 1,4-Poliisopreno, ácidos grasos, etcétera.

Clorofila Colorante Clorofila a, clorofila b, clorofila c1, etcétera.

Arena Granular Dióxido de silicio, magnetita, clorita, etcétera.

Ferrita Magnético Óxido de hierro III, bario, manganeso, etcétera.

EXPLICAR LA IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LA VIDA DIARIA PÁGINA 5

I.

II. R.M.

1. Si no existieran medicamentos…muchas personas no podrían combatir diversas enfermeda-

des por lo que su salud empeoraría y complicaría su calidad de vida.

2. Si no existieran productos para el aseo personal…se multiplicarían peligros como caries, infec-

ciones, etcétera.

3. Si no existiera el petróleo…no tendríamos la gran disponibilidad de combustibles, lo que

afectaría como nos transportamos, calentamos, etcétera.

4. Si no existieran materiales de construcción…nuestras viviendas serían de madera, rocas, fi -

bras, etcétera, dependiendo del lugar de residencia.

ACTIVIDAD 2

ACTIVIDAD 3

ACTIVIDAD 4

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5. Si no existiera anestesia…mucha gente no soportaría las operaciones realizadas y podria lle-

gar a morir en el proceso.

III. R.L. Se espera que los estudiantes respondan si están de acuerdo o no con la frase: “Renunciar a la

química sería renunciar a todo”. Es posible que se encuentren respuestas como: renunciar a la quími-

ca sería renunciar a todo es exagerado. Se puede vivir sin ella, pero en condiciones muy diferentes a

las de la actualidad

RECONOCER LOS APORTES DE OTRAS CIENCIAS A LA QUÍMICA PÁGINA 5

I. R.M.

1. Mario Molina es uno de los descubridores de las causas del agujero de ozono antártico en nuestra

atmósfera, lo que es problema ambiental global.

2. Ciencias de la atmósfera.

II. R.M.

1. Ingeniería de materiales estudia y aplica las relaciones propiedades-estructura de los materiales

para diseñar o proyectar objetos con propiedades específi cas. Nanotecnología estudia y aplica

las relaciones propiedades-estructura de las partículas como átomos, moléculas, etc que forman

los materiales para diseñar materiales con propiedades específi cas.

2. En ambos casos sus especialistas requieren conocer las estructuras y propiedades sustancias de

las sustancias empleadas para un diseño óptimo.

RECONOCER EL PAPEL DE LA QUÍMICA EN LA ECONOMÍA PÁGINA 6

I. R.M. Una de las sustancias químicas más sintetizadas en el mundo es el ácido sulfúrico y se dice que

su nivel de producción es un indicador de la fuerza de la industria química correspondiente al país.

Así, por ejemplo, en el año 2 000 el líder productor mundial fue China, seguido de Estados Unidos,

Rusia, India y Brasil.

II. R.M. Producto Interno Bruto (pib) es una magnitud macroeconómica que expresa el valor monetario

de la producción de bienes y servicios de demanda fi nal de un país o región durante un período deter-

minado, normalmente de un año. Es uno de los principales indicadores utilizados para medir la salud

económica de un país.

1. En 2 014 el mayor pib lo tuvo Estados Unidos, seguido de China. En 2 016 la industria química en

México aportó un 2.1% al mismo, mientras que en Estados Unidos fue de 3.6%.

ACTIVIDAD 5

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ARGUMENTAR LA UTILIDAD DEL MÉTODO CIENTÍFICO PÁGINA 6

I. R.M.

1. ¿Qué factores afectan el crecimiento de plantas en un cuarto?

2. Exploratoria

3. ¿Cómo afectan la lectura, la música y el Sol el crecimiento de las plantas en un cuarto?

4. No hubo hipótesis. Como es una investigación exploratoria no contiene hipótesis.

5. Mas que poner a prueba las hipótesis, investigaron, vía sobretodo la observación, algunos posibles

factores afectan el crecimiento de plantas en un cuarto.

6. Algunos otros posibles factores son la cantidad de agua, la cantidad de tierra, la cantidad de abo-

no, etcétera.

7. Que la lectura y la música no afectan el crecimiento de las plantas en un cuarto, pero que el Sol sí.

Nuevas investigaciones podrían ser encontrar el tipo de relación entre el crecimiento de la planta

y la exposición a la luz del Sol, la cantidad de agua añadida y su frecuencia, etcétera.

8. En este caso no hubo hipótesis.

II. R.M. Un posible problema cotidiano de interés para algunos estudiantes sería explicar qué sustancia

de las bebidas comerciales energizantes ayuda a mantener más tiempo el cuerpo activo y despierto.

PROPONER UN TIPO DE INVESTIGACIÓN A UN PROBLEMA DEL PAÍS PÁGINA 6

I. R.M.

1. Entre los problemas actuales que tiene México están: i) Asegurar el abasto de agua potable para

toda la población. ii) Desarrollar la capacidad de prevención y adaptación a los efectos del cambio

climático. iii) Contar con un sistema de energía limpio, sustentable, efi ciente y de bajo costo. iv)

Recuperar y conservar el medio ambiente para mejorar nuestra calidad de vida. v) Integrar la

atención de la salud mental y adicciones a la salud pública. vi) Conformar un sistema integral de

salud de alta calidad para toda la población. vii) Lograr un campo más productivo y alcanzar la

seguridad alimentaria, entre otros.

2. Para seleccionar uno y poder aplicar el método científi co simplifi cado es necesario acotarlo mu-

cho dada su complejidad. Por ejemplo, se puede elegir contar con un sistema de energía limpio.

3. El tipo de investigación que se podría aplicar depende de la pregunta que se haga y de los conoci-

mientos que se tenga. Un ejemplo podría ser explorar los tipos de energía limpia.

II. R.L.

APPLICACIÓN 1

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TEMPERATURA DE FUSIÓN DE UNA MUESTRA DE PARAFINA. ¿ES UNA SUSTANCIA O UNA MEZCLA? PÁGINA 7

Contrastación de resultadosContrastación de resultadosR.M. Comenten en equipo los resultados. ¿Obtuvieron lo que esperaban? Depende del tipo de cera que

usen pueden encontrar diferentes resultados. Se recomienda probar con varias parafi nas y considerar la

siguiente información:

La temperatura o punto de fusión de una sustancia se defi ne como la temperatura en la cual ésta se

encuentra completamente fundida. Es una propiedad intrínseca de las sustancias, propiedad intensiva, la

cual es utilizada, junto a otros ensayos, para la confi rmación de identidad de la misma; así como indicador

de pureza. En caso de sustancias que funden con descomposición la temperatura o punto de fusión

será la temperatura a la cual comienza la fusión.

Rango de fusión de una sustancia se defi ne como el rango comprendido entre la temperatura en la cual

la sustancia comienza a fl uidifi carse o a formar gotas en las paredes del tubo capilar y la temperatura en

la cual la sustancia está completamente fundida.

Una transición de fusión puede ser instantánea para un material altamente puro, pero por lo general

se observa un intervalo desde el comienzo hasta el fi nal del proceso. Hay distintos factores que infl uyen

en esta transición y deben ser estandarizados cuando se describe el procedimiento experimental. Estos

factores incluyen: cantidad de la muestra, tamaño de partícula, efi ciencia en la difusión del calor y la

velocidad del calentamiento entre otros.

Compartan con otros equipos su experiencia. ¿Su resultado es similar al de otros equipos? ¿En qué

varía? Concluyan. Si usan la misma parafi na y el mismo procedimiento sus resultados pueden ser similares

y variar un poco en la temperatura de fusión obtenida o en el intervalo de temperaturas en las que funde

la parafi na. Se recomienda usar varios tipos de parafi na para observar y registrar los cambios.

Comunicación de resultadosComunicación de resultadosR.M. Dependiendo de la calidad de la cera estudiada se puede obtener un intervalo muy pequeño, de 1 a

2 °C, para su temperatura de fusión (t.f.) en el caso de una sustancia, y mayor a este intervalo en el caso

de una mezcla.

Por ejemplo, algunas de las temperaturas posibles se muestran en la siguiente tabla para el caso de

las ceras parafínicas:

Tabla 1. 1. Temperaturas de fusión de algunas sustancias del grupo de las parafínas

Parafína RT40 RT50 RT65 RT80 RT90 RT110

t.f. (° C) 43 54 64 79 90 112

¿CÓMO TE SIENTES AL APRENDER QUÍMICA? PÁGINA 8

I. R.L.

Se espera que los estudiantes indiquen algunas emociones que tal vez han experimentado en sus

clases de química con la intención de hacerlas visibles, darles un nombre.

Actividad experimental 1

Actividad HSE

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II. R.l.

Se espera que los alumnos elijan una de las emociones y compartan las respuestas de las preguntas

planteadas con alguien a quien le tengan confi anza: puede ser un amigo o incluso el propio docente.

Es importante que no se le juzgue por expresar lo que sintió y si reaccionó de manera negativa se le

debe apoyar en el control de sus emociones.

III. R.L.

Se espera que los estudiantes seleccionen de la tabla 1. 1 una emoción negativa y escriban, dentro del

paréntesis, un número del 1 al 10 con la intención de ordenar las acciones que realizaría para mante-

ner el equilibrio ante la emoción elegida.

IV. R.L.

Se espera que los alumnos comparen sus respuestas con las de sus compañeros y discutan acerca de

la manera en que pueden manejar sus emociones ante el aprendizaje de la química.

PÁGINA 9

I.

1. R.M.

a) Al observar la gráfi ca no es posible identifi car los factores que permitieron el aumento en la

expectativa de vida de mujeres y hombres en México, entre los años 1 930 a 2 016. Podemos

enlistas lo que suponemos que es válido, de acuerdo con el conocimiento previo, creencias,

etcétera, como mejor alimentación, mejores sistemas de salud, etcétera.

b) Los posibles productos comerciales resultado del conocimiento científi co y tecnológico de la

química que infl uyeron en este aumento pueden ser mejores alimentos, mejores vacunas, mejo-

res medicamentos, mejores productos de limpieza, etcétera.

c) Física, biología, geología, etcétera.

2. R.M. Alguna infl uencia directa o indirecta de la química en el tratamiento de las enfermedades

pueden ser mejores estudios clínicos, mejores alimentos, mejores vacunas, mejores medicamen-

tos, mejores productos de limpieza, etcétera.

3. R.M.

a) Si empieza a llover y uno se encuentra en un campo a 100 m de un espacio con techo la decisión

de caminar o correr para mojarse menos depende de varios factores, como el ángulo con el que

la lluvia cae, la presencia de viento, la dirección del viento, la velocidad del viento, etc.

b) Empleando el método científi co simplifi cado, una posible investigación para responder la pre-

gunta anterior sería: i) Realizar un estudio correlacional donde uno selecciona las variables

a estudiar y deja el resto constantes. Por ejemplo la variable independiente sería correr vs cami-

nar y la variable dependiente sería medir la cantidad de agua absorbida durante el proceso.

Y variables fi jas serían recorrer la misma distancia, reproducir una situación donde el ángulo

con que cae la lluvia y las condiciones del viento no cambian. ii) En este caso la posible hipótesis

sería: si uno corre entonces se moja menos. iii) Los experimentos serían caminar vs correr la

misma distancia. Para medir la cantidad de agua absorbida durante el proceso se pueden usar

varios impermeables iguales secos con su masa medida antes y después de los experimentos.

Para medir la rapidez del desplazamiento se puede medir la distancia recorrida y el tiempo

empleado. Además de que conviene repetir los experimentos varias veces. iv) Para analizar los

Actividad de integración

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datos y comunicar los hallazgos se deben hacer diversos cálculos, sacar promedios, etc. que se

pueden presentar como tablas o gráfi cas. En general, de acuerdo a los estudios publicados, para

el caso de lluvia cayendo verticalmente sin presencia de viento se recomienda correr vs caminar.

PÁGINA 10

I. R.M.

1. La química puede ayudar a tomar mejores decisiones para tener una vida más saludable y dismi-

nuir el impacto en el ambiente de cada uno porque, por ejemplo, en espacios urbanos se cuenta

con una gran diversidad y mejor calidad de alimentos, vacunas, medicamentos, productos de

limpieza, etc. con respecto al pasado, lo que ayuda a una mejor calidad de vida.

2. En el caso de la vida escolar uno utiliza ropa que son objetos hechos de diversos materiales del

grupo de las fi bras, que pueden o no estar teñidos pero, segúramente están tratados química-

mente. El mobiliario puede ser de material plástico y metálico. Los lápices, cuadernos y el papel

empleados también provienen del grupo de las fi bras, con un tratamiento químico.

3.

Material Sustancias que lo forman

Agua potable Agua, cloruro de sodio, oxígeno (disuelto), etcétera.

Alcohol de farmacia Agua, etanol, etcétera.

Aire Nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, agua (vapor) etcétera.

Sal de mesa Cloruro de sodio, ioduro de potasio, etcétera.

Metal de un cable de electricidad Cobre

4.

a) Falso, el acero es una mezcla de las sustancias hierro y carbono, principalmente.

b) Falso, los materiales naturales son renovables ya que se puede restaurar por procesos naturales

a una velocidad superior a la del consumo por los seres humanos.

c) Falso, sólo hay sustancias solas o mezclas de ellas.

d) Falso, los materiales son, generalmente, mezclas de sustancias.

5. Contesta las preguntas.

a) La ciencia moderna surgió entre los años 1 500 y 1 750, durante “la revolución científi ca”.

b) La química moderna surgió entre los años 1 770 - 1 790.

c) Se considera a Lavoisier el padre de la química moderna por su contribución al empleo

de mediciones y cálculos en la investigación química y el uso de un nuevo lenguaje químico.

6. Un ejemplo que apoya la idea de que el siglo xxi está marcado por los avances de las ciencias

químico-biológicas es el proyecto Genoma Humano, que puede contribir a mejorar la salud de los

seres humanos.

7. Plantea una investigación para explicar por qué un extintor apaga el fuego.

a) Conocimientos necesarios son las sustancias y condiciones para que ocurra una combustión:

material combustible, oxígeno y energía como,p. ej., una chispa.

b) Un tipo de estudio explicativo permite responder ¿por qué un extintor apaga el fuego?

c) Una posible hipótesis sería que si el material al interior del extintor cubre el material combus-

tible y evita su interacción con el oxígeno entonces para el proceso.

d) Un experimento básico consiste en rociar y/o mezclar diversos materiales combustibles (sólidos,

líquidos y gaseosos) con el material al interior del extintor e intentar encender cada combustible.

Evaluación final

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e) Los datos que se obtendrán son, para el tipo específi co de material al interior del extintor, qué

posibles tipos de materiales combustibles pueden ser controlados cuando se queman.

f) Para analizar y comunicar estos datos conviene repetir varias veces los estudios, controlar las

condiciones del mismo (como la presencia de humedad en el aire, la temperatura, etc.), etc.

y luego preparar tablas, grñafi cas, etc. en formatos claros y atractivos al público general.