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Minerva GuevaraAránzazu CedilloMaría Eugenia Colsa

Ciencias 3 Química

Ciencias 3 Quimica Ateneo cov.in1 1Ciencias 3 Quimica Ateneo cov.in1 1 4/21/08 1:16:11 PM4/21/08 1:16:11 PM


CienciasQuímica

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El libro Química 3 es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López.

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La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Ciencias 3 Química son propiedad del editor. Queda estrictamente prohibida la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier sistema o método electrónico, incluso el fotocopiado, sin autorización escrita del editor.

D. R. © 2008 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. DE C. V.Av. Universidad 76703100, México, D. F.

ISBN: 978-970-29-2078-6Primera edición: mayo, 2008

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 802

Impreso en México

Edición:Martha Alvarado Zanabria

Coordinación editorial:Roxana Martín-Lunas Rodríguez

Revisión técnica:Irma Zoloeta López

Corrección de estilo:Pablo Ávalos QuinteroEsther Pérez Guzmán

Diseño de interiores:Alma Laura Origel Romero

Diseño de portada:Francisco Ibarra Meza

Investigación Iconográfica:Germán Gómez LópezEliete Martín del Campo

Ilustración:Apolinar Santillán MartínezRené Sedano HernándezLuis Sánchez Henández Ricardo Ríos Delgado

Fotografía:Dante BucioCarlos Vela TurcottJuan Miguel Bucio TrejoEnrique CárdenasRocío Echávarri RenteríaScience PhotoArchivo Santillana

Diagramación:Guillermo Sánchez VázquezAlma Laura Origel RomeroHéctor Javier Martínez RamírezIvonne Carreón ArredondoHéctor Ovando Jarquín

Digitalización de imágenes:José Perales NeriaMaría Eugenia GuevaraGerardo Hernández

Editora en Jefe de Secundaria:Roxana Martín-Lunas Rodríguez

Gerencia de Investigación y Desarrollo:Armando Sánchez Martínez

Gerencia de Procesos Editoriales:Laura Milena Valencia Escobar

Gerencia de Diseño:Mauricio Gómez Morin Fuentes

Coordinación de Arte y Diseño:Francisco Ibarra Meza

Coordinación de Iconografía:Germán Gómez López

Fotomecánica electrónica:Gabriel Miranda Barrón Manuel Zea Atenco Benito Sayago Luna

El libro Ciencias 3 Química fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo:

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Presentación

A los estudiantes

La palabra ateneo proviene del término griego athenaion, que designaba al templo de Atenea, en Atenas –Atenea era la diosa griega de la sabiduría, la in-teligencia, el ingenio y las artes, entre otros atributos–. En ese templo los poe-tas, oradores y filósofos compartían entre ellos sus obras.

En la Roma antigua, el Ateneo era el lugar destinado al estudio de las artes y las técnicas. En la actualidad se le considera un espacio donde se cultiva el conocimiento y el aprecio por las artes y se el asocia además con el progreso intelectual y espiritual del ser humano.

Los antiguos ateneos se basaron en la idea de que la cultura hace la paz. Así, el intercambio de conocimiento, la enseñanza y el aprendizaje pasaban por diferentes etapas antes de alcanzar su cima: el entendimiento entre los ciudadanos.

Con esta serie para la educación secundaria, Editorial Santillana, desea re-cuperar la manera de compartir el conocimiento que se tenía en el Ateneo y participar en tu formación ayudándote a alcanzar tus metas como ser humano y ciudadano, en un mundo cuya complejidad exigirá una mayor preparación. Cuanto más te responsabilices de tus aprendizajes, mayor será tu capacidad de elegir quién quieres ser y de transformar favorablemente el país donde te tocó vivir. ¡Bienvenido al Ateneo!

A los docentes

Este libro de texto pretende apoyar su labor docente para que sus alumnos y alumnas se involucren de manera activa en su propio aprendizaje, lo que con-tribuirá a su desarrollo como seres íntegros, con conocimientos, habilidades, actitudes y valores que les permitan tomar decisiones informadas, responsabi-lizarse de sus actos y estar conscientes de las repercusiones que éstos tienen en la sociedad, en el ambiente y en la conservación de los recursos naturales.

Los temas se desarrollan de una manera accesible, la información se pre-senta de un modo conciso y se complementa con actividades, propias de una ciencia experimental como la química, las cuales resultan de interés y moti-van a los alumnos y alumnas al aprendizaje de esta ciencia.

El enfoque que se adopta en esta obra, considera el desarrollo de proyectos como una estrategia didáctica que permite la integración de conocimientos, habilidades y actitudes, con el fin de formar personas reflexivas, responsables y organizadas, capaces de trabajar en equipo para alcanzar metas comunes en un marco de respeto y tolerancia.

Le deseamos el mejor de los cursos y que este libro resulte útil para sus pro-pósitos y los de sus alumnos y alumnas.

3

EstructuraPor mucho tiempo, se consideró a la Química una ciencia complicada, un conocimiento al que sólo algunos podían acceder. Sin embargo, hacía falta volverla accesible, reconociendo su presencia en lo que nos rodea, identificarla en todos objetos y fenómenos que conforman el Universo. Hasta ahora no se conoce un objeto, de origen “natural” o sintético, cuya materia no esté constituida por partículas.

Tal unión de partículas es tan rica, variada y compleja que ha dado lugar tanto a los materiales con los que se elaboran los objetos que nos rodean, como a las biomoléculas que propiciaron la vida en nuestro planeta.

En el lado opuesto a la invención de tales materiales se encuentra la producción y uso sin control de estos mismos y de sustancias causantes de diversos problemas ambientales, contra los cuales urge tomar medidas.

El objetivo de este libro es guiar tu acercamiento con la Química, darte a conocer su relación con otras áreas del conocimiento, sus efectos sociales y en el ambiente, así como ayudarte a integrar tus conocimientos sobre ciencia y tecnología.

1

3

3

BL

OQ

UE

Bloque 3 La transformación de los materiales: la reacción química

QUÉ SÉ

• A mi alrededor existen objetos

y productos elaborados

con una gran variedad de

materiales y sustancias.

• El uso de modelos en la

química ayuda a explicar

fenómenos y procesos.

• No es lo mismo medir

cantidades pequeñas que

grandes y es importante

contar con unidades

de medidas estándar y de

aceptación internacional.

• En los fenómenos biológicos

participan reacciones químicas.

La transformación de los

materiales: la reacción

química

Aprendizajes esperados

Lección 1

Lección 2

• Identificar algunos cambios químicos, así como la forma en que los

estudian y explican los químicos.

• Elaborar modelos de moléculas para representar y explicar algunas

reacciones químicas.

• Relacionar los modelos tridimensionales de algunas moléculas con

su fórmula química y su valencia.

• Reconocer la utilidad de las ecuaciones químicas para representar

las reacciones químicas.

• Identificar que en las ecuaciones químicas se representa el

cumplimiento del principio de conservación de la masa.

• Predecir la formación de moléculas utilizando el modelo de valencia.

• Valorar las aportaciones del modelo de enlace químico por

transferencia de electrones y su diferencia con los modelos del par

electrónico y del octeto que permiten inferir la estructura de algunas

moléculas.

• Identificar los factores que modifican la velocidad de las reacciones

químicas y valorar su importancia en la conservación de los

alimentos y en la industria alimenticia.

• Comparar las diferencias entre los niveles en que pueden

presentarse los fenómenos: escala humana, microscópica

y astronómica.

• Reconocer la utilidad de las potencias de 10 para comparar

e imaginar las dimensiones de las escalas anteriores.

• Conocer el concepto de mol y valorar su importancia como patrón

de medida de la cantidad de sustancia.

QUÉ LOGRARÉ

APRENDER

• En el cuadro de abajo te

presentamos los aprendizajes

que se espera deberás

cubrir en cada lección del

bloque. Conforme avances,

irás realizando distintas

actividades que te ayudarán

a comprender cada tema

de cada lección, al final del

bloque podrás poner a prueba

tus conocimientos, habilidades

y competencias en la sección

"Demuestro lo que sé y lo

que hago".

MI PROYECTO

• Lo que estudiarás en el Bloque

3 te permitirá desarrollar

un proyecto en el que

integrarás tanto los nuevos

conocimientos de esta

asignatura como los de otras,

a partir de tus inquietudes e

intereses (ver páginas 156

a 161).

• Revisa también las páginas

56, 57, 204 y 205 para que

reflexiones sobre algunos

aspectos que te ayudarán a

cumplir mejor con tu proyecto.

A lo largo de nuestra vida observamos y experimenta-

mos diversos cambios: la maduración de las frutas o su

descomposición, una oruga convertida en mariposa, el

crecimiento de seres vivos, el ciclo del agua, la cocción

de los alimentos, el deterioro ambiental debido a la

contaminación y el calentamiento global, son tan sólo

algunos ejemplos.

En tu curso de Ciencias II estudiaste algunos temas

como el movimiento, la deformación de los cuerpos

y las transformaciones en los estados de agregación:

sólido, líquido y gaseoso, conocidos como cambios

físicos.

Sin embargo, hay otros cambios, los químicos, duran-

te los cuales se forman nuevas sustancias con propieda-

des distintas a las originales. Estos cambios se explican

porque ocurren reacciones químicas que suceden con-

tinuamente en nuestro cuerpo y en todo lo que nos

rodea.

¿Siempre que se ponen en contacto dos sustancias,

ocurre un cambio químico? ¿Cómo se identifica este

tipo de cambios? ¿Por qué se transforman las sustan-

cias? ¿Qué es una reacción química? Con el estudio de

este bloque podrás responder estas y otras preguntas.

116

117

4

1 Cada bloque de este libro comienza con un texto breve sobre el tema que se estudiará. En la página siguiente a la entrada se incluyen tres secciones: ¿Qué sé?, la cual presenta los aprendizajes que has adquirido y requieres para abordar el nuevo tema. El apartado Mi proyecto te invita a elegir alguno de los proyectos que se incluyen en las páginas finales del bloque, para desarrollar durante el bimestre. La sección ¿Qué lograré aprender? te ayudará a identificar los conocimientos nuevos que obtendrás. Se incluye un cuadro con los aprendizajes que se espera que logres al finalizar el estudio de las lecciones del bloque..

2 En algunas entradas de lección se propone una actividad que te ayudará a familiarizarte con el nuevo tema.La sección En el Ateneo retoma el nombre de la serie y propone actividades en equipo y grupales, entre ellas las experimentales, en las que podrás compartir conocimientos e intercambiar opiniones para enriquecer tu aprendizaje, a partir de lo que saben otros miembros del grupo y de lo que tú les puedes aportar. Con el trabajo cooperativo podrás integrar gran parte de esos aprendizajes.

3 Al final de la Lección 1 de cada bloque hallarás la sección Tú decides…, cuyo objetivo es favorecer la reflexión y ayudarte a tomar decisiones informadas.

Lección 2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

1 En esta actividad podrás analizar la concentración de oxígeno en el aire.

Formen un equipo de tres compañeras y compañeros. Investiguen la composición del aire en la troposfera.Redondeen los valores de porcentaje del nitrógeno y del oxígeno.Si interpretan el porcentaje como cantidad de partículas:

¿En qué proporción se encuentran las partículas de nitrógeno respecto a las partículas de oxígeno?¿Cuántas partículas de nitrógeno existen por cada partícula de oxígeno?

Los siguientes modelos representan la composición del aire, pero sólo se considera

al nitrógeno y al oxígeno. Tomen en cuenta el modelo cinético de las partículas

para el estado gaseoso, analicen las figuras y elijan la que representa mejor la

composición del aire. Indiquen qué errores encuentran en los modelos que eliminan.

¿Cómo está representada la concentración del oxígeno en el recuadro

que eligieron?

La siguiente gráfica representa la variación de la concentración de oxígeno

con la altitud.

¿En qué magnitudes está expresada la concentración?Expliquen qué es la altitud. Investiguen la altitud en su comunidad y en la Ciudad

de México.De acuerdo con la gráfica anterior, indiquen el valor aproximado de la concentración

de oxígeno en el nivel del mar, en su localidad, en la Ciudad de México, en el

Pico de Orizaba y en el Monte Everest.Describan cómo varía la concentración de oxígeno en el aire al aumentar la altitud.

Comenten sus resultados con el resto del grupo y reflexionen acerca de la dificultad

que representa para los deportistas competir en una localidad como la Ciudad

de México.

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•

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•■

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En el Ateneo

En el aire, el oxígeno y el nitrógeno se presentan como partículas dobles. Su representación en el lenguaje químico es O2 y N2 respectivamente.

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Altitud(km)

0 2 4 6 8 10 12 14

Con

cent

raci

ón (

g/m

3 )

250

200

150

100

50

Pico de Orizaba(5 747 m)

Monte Everest (8 880 m)

2

Bloque 4 La formación de nuevos materiales

1.3 Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los alimentos ácidos?

En la asignatura Ciencias I estudiaste cuáles son los componentes de una dieta correcta. En el Bloque 3 hiciste una investigación sobre lo que te con-viene comer y cómo las distintas culturas obtienen los nutrimentos que nece-sitan de diferentes fuentes. Hoy sabes que una buena alimentación es la base de una buena salud. Durante la mayor parte de tu vida, los adultos cercanos a ti se han encargado de tu alimentación, pero a medida que crezcas te harás responsable de cuidar tu cuerpo y tu salud y de vivir con las consecuencias de tus decisiones.

Por ello es importante que estés informado, que entiendas cómo funciona tu cuerpo y comprendas los efectos de algunas sustancias en él.

La siguiente actividad te ayudará a conocer un poco más sobre los alimen-tos chatarra.

1 De un tiempo a la fecha los fabricantes de frituras, refrescos y golosinas (como las que se muestran en la figura 4.22) han incorporado sustancias ácidas entre los componentes de sus productos.

Procedimiento

Trae al salón 5 etiquetas o empaques diferentes de los alimentos mencionados; o bien, acompañado de un adulto, visita tiendas de autoservicio y copia en tu bitácora los ingredientes indicados en los empaques. Busca en aquellos que contienen tamarindo, chile piquín y frituras de papa o maíz.

Con toda la información y la ayuda de tus compañeros, compañeras y profesor, hagan un cuadro como el siguiente en una hoja grande de papel revolución.

Producto Ingredientes ácidos

Palomitas “Saladinas” Limón

…

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En el Ateneo

4.22 Este tipo de productos son muy populares entre chicos y grandes.

Investiga en la biblioteca de la escuela o en Internet cuáles son las funciones de los diferentes componentes del jugo gástrico. Puedes consultar a tu maestra o maestro de biología, libros de anatomía o en sitios web como:

www.uned.es/pea-nutricion-y-dietetica-I/guia/guianutr/proceso.htm

www.digestive.niddk.nih.gov/spanish/pubs/yrdd/index.htm

Conéctate

176

9 En el Glosario se definen las palabras resaltadas en azul durante el tratamiento de los contenidos. Se resaltan en color negro los conceptos que se explican en el párrafo donde se ubican.

Acompáñanos al fascinante mundo de la quimica. Bloque 1 Las características de los materiales

Demuestro lo que sé y lo que hago

10 Un estudiante coloca sal, agua, aceite y arena en un frasco. Después de cerrar el frasco, agita las sustancias y

deja reposar la mezcla, ¿qué observará? ¿Cómo explicas lo que sucede? ¿Qué harías para separar los componen-

tes de la mezcla resultante? Justifica tus respuestas.

11 Las levaduras, al igual que otros seres vivos, obtie-

nen energía de alimentos como el azúcar. Ellas

transforman el azúcar mediante un proceso anae-

robio llamado fermentación. Como productos se

obtienen dióxido de carbono gaseoso (CO2) y al-

cohol etílico líquido (C2H6O).

Un equipo de estudiantes de secundaria se inte-

resó por determinar la temperatura más adecuada

para que ocurra la fermentación. Para ello, diseñó

un dispositivo como el de la figura de la derecha.

Una vez que armaron el dispositivo, midieron la

masa del sistema.a) Analiza el dispositivo y contesta las siguientes

preguntas:• ¿Para qué se usa el globo?

• ¿Para qué sirve la liga?• ¿Por qué se cubre la mezcla con una capa de aceite?

• ¿Qué propiedades del aceite permiten su utilización?

• Por su apariencia, ¿cómo clasificarías la mezcla contenida en el

tubo? Justifica tu respuesta.

• ¿Qué les recomendarías hacer a los estudiantes para determi-

nar la temperatura más adecuada en la que se lleve a cabo la

fermentación?• Predice que sucederá con la masa del sistema, una vez que haya fi-

nalizado el experimento. Justifica tu respuesta.

• Si al término del experimento quisieras recuperar las levaduras,

¿qué harías?12 Identifica la característica por la cual se han clasificado los materiales del siguiente cuadro. Consulta los

incisos en la p. 65.

Grupo 1

Grupo 2Agua de jamaica

Néctar de duraznoAmalgama dental

Agua de horchataAire

Leche de magnesia

a) Estado de agregación66

Globo

Liga

Aceite

Levadura agua azúcar

Tubo de ensayo

5

4 A lo largo de la obra encontrarás otro apartado llamado Con ciencia, que presenta opciones de actividades para realizarse en clase ya sea de manera individual o en pequeños grupos. Entre ellas están el análi-sis de modelos y las gráficas, investigaciones documentales y lecturas donde pondrás en juego tus conocimientos y habilidades.

5 ¿Sabías que…? es un espacio que te ayudará a complementar tu aprendizaje, pues contiene distintos tipos de información que desper-tarán tu curiosidad en el tema de estudio.

6 Conéctate brinda opciones de fuentes de información, algunas de ellas en Internet, para que investigues acerca de los temas de estudio que se abordan. En algunos casos, sugiere actividades relacionadas con tecnologías de la información.

7 ¿Qué aprendí en esta lección? Esta sección se encuentra al final de cada lección y propone actividades para que recapitules sobre los contenidos que estudiaste.

Bloque 1 Las características de los materiales

CromatografíaHabrás notado que el viento arrastra hojas y polvo pero no objetos pesados,

que el agua penetra en las fibras de algunas telas o en una servilleta de papel.

Del mismo modo los componentes de algunas mezclas pueden ser arrastra-

dos en distintos medios y se pueden retener en otros, lo que favorece su se-

paración (Fig. 1.56).La cromatografía se basa en una propiedad de la materia llamada adsor-

ción, por la cual las partículas de un sólido, líquido o gas se adhieren (se

“pegan”) a la superficie de un soporte o fase estacionaria, que en general es

un sólido.

En este método también se usa una fase móvil, ya sea un líquido o un gas,

que “mueve” las sustancias sobre la superficie de la fase estacionaria. Así, los

componentes de la mezcla se adhieren con mayor o menor facilidad a la fase

estacionaria, por lo que al añadir la fase móvil, las sustancias se mueven a dis-

tinta velocidad. Las que están más adheridas, van más despacio que las otras

y así se logra su separación. En los laboratorios escolares la cromatografía en

papel es la más utilizada.

1.56 El botánico Mikhail S. Tswet descubrió

la cromatografía al lograr separar los pigmentos vegetales de algunas plantas.

Investiga qué significa cromatografía. …que la cromatografía ayuda a detectar sustancias en fluidos biológicos?

La saliva, la sangre y la orina son algunos ejemplos. También es posible detectar los

contaminantes ambientales por este método. Los cromatógrafos (Fig. 1.57) son aparatos

que permiten identificar los componentes de una mezcla, aun si se trata de cantidades tan

pequeñas como un picogramo (1 pg 1 10 12 g).

¿Sabías...

1.57 La cromatografía permite detectar sustancias prohibidas en competencias deportivas.

54

8 En la sección Proyectos: Ahora tú explora, experimenta y actúa se sugieren dos temas, para que los consideres entre tus opciones para desarrollar tu proyecto. Se propone realizar tu investigación en cuatro etapas que tienen por nombre:• ¿Qué sé?• ¿Qué quiero conocer?• ¿Qué haré para saberlo?• ¿Cómo lo comunico?

En las páginas 56 y 57 se explican dichas etapas.


3

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CC

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N Ahora tú explora, experimenta y actúa

Ahora tú explora, experimenta y actúa

Proyecto 1: ¿Quién es el delincuente? El análisis en la

investigación científica

Ha llegado el momento de realizar tu primer proyecto de Ciencias III en donde

pondrás en juego lo que has aprendido durante el estudio del primer bloque.

Nosotros te sugerimos dos temas para que los revises y, si así lo decides, los

consideres en tu elección. Sin embargo, recuerda que puedes escoger otro.

• Lee el siguiente texto.

El texto anterior, que podría ser el guión de una película, es un hecho de la

vida real y tiene como propósito enmarcar la importancia de la realización

del proyecto que te sugerimos.

Después de leer la estrategia que proponemos para desarrollar tu proyecto,

ojalá te animes a realizarlo. Te recordamos que nuestra propuesta abarca cua-

tro etapas: ¿Qué sé?, ¿Qué quiero conocer?, ¿Qué haré para saberlo?, y ¿Cómo

lo comunico?

El gran asalto

E n la madrugada del 8 de agosto de 1963, el maquinista del tren postal

Glasgow-Londres observó un inusual semáforo en rojo cerca de un

puente, a unos 60 kilómetros al noroeste de Londres. Detuvo el convoy y

se bajó para averiguar qué sucedía. En ese momento, dos encapuchados

sujetaron al maquinista y lo regresaron a la locomotora. Los demás

asaltantes ya se encontraban dentro de ella y habían golpeado y sometido

al compañero de trabajo del maquinista, quien fue el único herido. Durante

el asalto no se dispararon armas de fuego ni se utilizaron armas blancas.

Los asaltantes se apoderaron de 17 sacos llenos de billetes de libras

esterlinas y se fugaron en un camión que estaba oculto al lado de la

vía. En menos de media hora, se habían apoderado de 2 600 000 libras

esterlinas (alrededor de 52 millones de pesos actuales). Los asaltantes se

escondieron en una granja para repartirse el dinero y durante su estancia

comieron, ingirieron bebidas y se divirtieron con algunos

juegos de mesa. Sin embargo, casi todos

fueron detenidos en menos de seis meses.

Dos años más tarde, el “cerebro” del grupo

escapó de la cárcel y huyó a Río de Janeiro. El 6

de mayo de 2001 se entregó voluntariamente a las

autoridades londinenses.

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10 En la sección Demuestro lo que sé y lo que hago (al final de cada bloque) se presentan varios ejercicios para que apliques tus aprendizajes sobre los temas vistos.

45

8

6

7

1 Lee con atención el siguiente texto.Los arrecifes de coralUn arrecife de coral es una estructura de

piedra caliza, formada principalmente por carbonato

de calcio (CaCO3), que proporciona refugio a casi

una cuarta parte de toda la vida marina. Así, estos

grandes y complejos ecosistemas son hogar de más

de 4 000 especies de peces, 700 especies de coral y

otros miles de plantas y animales.Muchas veces confundido con planta o roca, el coral

se compone de animales diminutos y frágiles,

conocidos como pólipos, y de los esqueletos de éstos

cuando mueren. Los corales absorben el CO2 y el

calcio disuelto en el agua y lo incorporan a sus

exoesqueletos.

Los arrecifes de coral (Fig. 4.15) son uno de los

ecosistemas más antiguos del planeta y se cree que

las primeras etapas de su evolución comenzaron

hace 400 millones de años. Algunos arrecifes de

coral vivo tienen más de 10 000 años y su crecimiento varía según la especie, siendo de 5 mm

por año la variedad que menos crece.Los corales son muy sensibles al efecto de las

perturbaciones naturales y humanas; por tanto, se

consideran indicadores del estado de los ambientes

marinos y costeros.A lo largo del tiempo, debido al movimiento de las

placas tectónicas, muchos arrecifes se compactaron y

se convirtieron en piedra caliza, lo que el ser humano

aprovechó para construir edificios, monumentos,

obras de arte. En otras ocasiones, los arrecifes

mismos se utilizaron como material de construcción.

Por ejemplo, la fortaleza de San Juan de Ulúa, en

Veracruz, fue construida con restos de un arrecife

coralino.

Ahora reflexiona y responde las siguientes preguntas:

¿Cómo afecta un cambio en la acidez del agua de mar en

un ecosistema como el descrito?¿Qué contribución ambiental hacen los corales del planeta?

Investiga y reúne con tus compañeras y compañeros

la información que obtuvieron por separado y realicen un

cartel en el que compartan sus investigaciones con la

comunidad escolar.

■

•

•■

Con ciencia

4.15 Arrecife de coral.

9

10


1 En esta actividad podrás separar los componentes de una mezcla colorida. Se necesita

Marcadores de base agua de distintos colores (asegúrate de contar con uno color negro

y otro café). También puedes utilizar colorantes vegetales de diferentes colores.2 vasos de vidrio o plástico transparente2 lápices, bolígrafos o colores2 filtros para cafetera

ReglaTijerasCinta adhesiva

ProcedimientoOrganicen un equipo de tres personas.Extiendan los filtros para cafetera sobre una superficie seca. Recorten rectángulos de 4 cm de ancho, el largo debe medir un poco más que la altura del vaso.

Enrollen un extremo del filtro en el lápiz y péguenlo con la cinta adhesiva, como se ilustra en la fotografía.Dibujen una mancha con alguno de los marcadores en el otro extremo del papel, a unos 2 cm del borde. Procuren que la mancha quede

centrada a lo ancho del papel.Viertan agua en el vaso hasta una altura de 1 cm.Coloquen el papel dentro del vaso, con cuidado, de modo que el extremo con la mancha haga contacto con el agua, pero eviten que ésta toque la mancha.Observen lo que sucede y retiren el papel antes de que el líquido llegue al nivel del

lápiz. Registren sus observaciones.Análisis y conclusionesRepitan el procedimiento anterior utilizando marcadores de otros colores y respondan:

¿Qué ocurrió con la mancha de cada marcador?¿Cuáles tintas son mezclas? ¿Cuál contiene más colores?¿Qué ocurriría si usaran marcadores indelebles? Plantea tu hipótesis.El método que utilizaste es una cromatografía en papel.¿Cuál es la fase estacionaria? ¿Cuál es la fase móvil?Investiguen algunas aplicaciones de la cromatografía.

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En el Ateneo

El tendedero de las dudasPromueve en tu grupo la formación de 5 equipos para que cada uno revise los aprendizajes esperados para esta lección (pág. 9).Cada equipo deberá identificar los contenidos de la lección 2 que están relacionados

con dichos aprendizajes.Si tienen dudas sobre algunos conceptos deberán escribirlas en una hoja de papel.Dibujen en el pizarrón un tendedero (como los que utilizan para poner a secar la ropa) y

sobre “la cuerda” peguen los papeles con sus dudas.Un integrante de cada equipo tomará un papel y leerá la duda para que el resto del

grupo ayude a aclararla.Si después de esta actividad, aún tienes dudas consulta a tu maestro o maestra para

que te oriente como aclararla.

•

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¿Qué aprendí en esta lección?

55

Indelebles: en este caso se refiere a los marcadores cuya tinta no es soluble en agua.

Glosario

Lección 2 Oxidación y reducción

2.2 Las reacciones redox

En este momento ya sabes lo suficiente sobre la ley de la conservación de la materia para deducir que estos fenómenos ocurren simultáneamente en mu-chas otras reacciones. Si una sustancia gana oxígeno, es porque otra sustancia lo pierde. Es decir, siempre que un reactivo se oxida otro se reduce.

Este tipo de reacciones es común en la industria siderúrgica para obtener el metal puro a partir de sus minerales. Las siguientes ecuaciones mues-tran las reacciones de reducción del hierro, de tungsteno y manganeso respectivamente.

Fe2O3 (s) 3CO (g) 2Fe (s) 3CO2 (g)

WO3 (s) 3H2 (g) W (s) 3H2O (g)

3Mn3O4 (s) 8Al (s) 9Mn (s) 4Al2O3 (l)

Conforme el conocimiento de la Química y sus reacciones se enri-quecía con nuevos hallazgos, el modelo antiguo de óxido-reducción se volvía más insuficiente para explicar, por ejemplo, la fotosíntesis o la respiración como proceso de obtención de energía en los seres vi-vos, o incluso las reacciones entre metales en los que no participa el oxígeno, como el caso de las pilas y las baterías. Al principio la defi-nición se amplió a la pérdida de átomos de hidrógeno para la oxida-ción y a la ganancia de éstos para la reducción; sin embargo, tampoco fue suficiente.

Industria siderúrgica: industria dedicada principalmente a la producción de acero.

Glosario

4.31 En los altos hornos el mineral de hierro y las sustancias que se oxidan se introducen por la parte superior del horno y el hierro fundido sale por la parte inferior.1 Con base en la teoría antigua de oxidación-reducción, rescribe las ecuaciones

anteriores en tu bitácora e indica en cada una cuál elemento se oxida y cuál se reduce.

2 En la combustión de la gasolina, que es una mezcla de hidrocarburos, la ecuación que representa el cambio es:

C8H18 (g) 12.5 O2 8CO2 (g) 9H2O (g)

En este proceso el carbono se oxida, pues gana átomos de oxígeno y forma dióxido de carbono; por su parte, el oxígeno se reduce al aceptar átomos de hidrógeno y forma agua, de modo que ambos criterios se pueden usar juntos.

Analiza las siguientes ecuaciones e indica cuál sustancia se oxida y cuál se reduce.

Sodio Agua Hidróxido de sodio Hidrógeno Na H2O NaOH H2

H2S HNO3 S NO H2OÁcido sulfhídrico Ácido nítrico Azufre Óxido de nitrógeno agua

Con ciencia

Hidrocarburos: compuestos que sólo contienen átomos de carbono y de hidrógeno. Suele llamárseles también compuestos orgánicos.

Glosario

191

BLOQUE 1LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES 8

1 La química, la tecnología y tú 10

1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? 12

• Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente 14

1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química 17

• Experimentación 19• Interpretación 19• Abstracción 20• Generalización 20• Representación a través de

símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales 21

• Características de la química: lenguaje, método y medición 24

1.3 Tú decides, ¿cómo saber que una muestra está más contaminada que otra? 25

• Toxicidad 25

2 Propiedades físicas y caracterización de las sustancias 32

2.1 ¿Qué percibimos de los materiales? 32

• Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales 32

• Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales 33

• Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación 34

2.2 ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales? 35

• Propiedades extensivas y su medición: la masa y el volumen 36

• Propiedades intensivas y su medición: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/V) y solubilidad 38

2.3 ¿Qué se conserva durante el cambio? 46

• La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa. La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier 46

2.4 La diversidad de las sustancias 49• Experiencias alrededor de

diversas sustancias 49• Una clasificación particular: el

caso de las mezclas. 50• Mezclas homogéneas y

heterogéneas 50• Propiedades y métodos

de separación de mezclas 51

3 Proyectos. Ahora tú explora, experimenta y actúa 58

3.1 ¿Quién es el delincuente? El análisis en la investigación científica. 58

3.2 ¿Qué hacer para reutilizar el agua 61

Demuestro lo que sé y lo que hago 64

BLOQUE 2La diversidad de propiedades de los materiales y su clasificación química 68

1 Mezclas, compuestos y elementos 70

1.1 La clasificación de las sustancias 70• Experiencias alrededor de diferentes

clasificaciones de sustancias 70• Mezclas: disoluciones acuosas.

Sustancias puras: compuestos y elementos 71

1.2 ¿Cómo es la estructura de los materiales? 76

• El modelo atómico 76• Organización de los electrones

en el átomo. Electrones internos y externos 76

• Modelo de Lewis y electrones de valencia 77

• Representación química de los elementos, moléculas, átomos, iones e isótopos 79

1.3 Clasificación científica del conocimiento de los materiales 84

• La segunda revolución de la química: el orden en la diversidad de sustancias 84

• Aportaciones del trabajo de Cannizzaro y Mendeleiev 86

1.4 Tú decides: ¿qué materiales utilizar para conducir la corriente eléctrica? 88

2 Tabla periódica 89

2.1 Estructura y organización de la información física y química en la tabla periódica 89

• Identificación de algunas propiedades que contiene la tabla periódica: número atómico, masa atómica y valencia 91

• Regularidades que se presentan en la tabla periódica. Metales y no metales 93

• Características de: C, Li, F, Si, S, Fe, Hg 95

2.2 ¿Cómo se unen los átomos? 97• El enlace químico 98• Modelos de enlace: covalente,

iónico y metálico 98• El agua como un compuesto

ejemplar 101

3 Proyectos. Ahora tú explora, experimenta y actúa 104

3.1 ¿Cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? 104

6

Contenido

7

3.2 ¿Cómo funcionan las drogas? 107Demuestro lo que sé y lo que hago 110

BLOQUE 3La transformación de los materiales: la reacción química 116

1 La reacción química 118

1.1 El cambio químico 118• Experiencias alrededor de algunas

reacciones químicas 120• La formación de nuevos

materiales 1231.2 El lenguaje de la química 124

• Los modelos y las moléculas 124• El enlace químico y la valencia 126• Ecuación química. Representación

del principio de conservación de la masa 128

1.3 Tras la pista de la estructura de los materiales 131

• La tercera revolución de la química: aportaciones del trabajo de Lewis y Pauling 131

1.4 Tú decides: ¿cómo evitar que los alimentos se descompongan rápidamente? 134

• Conservadores alimenticios 137• Catalizadores 139

2 La medición de las reacciones químicas 141

2.1 ¿Cómo contar lo muy pequeño? 141• Las dimensiones del mundo

químico 141• El vínculo entre los sentidos y el

microcosmos 143• Número y tamaño de partículas.

Potencias de 10 144• El mol como unidad de medida 144

3 Proyectos: Ahora tú explora, experimenta y actúa 150

3.1 ¿Qué me conviene comer? 150

• Aporte energético de los compuestos químicos de los alimentos. Balance nutrimental 150

3.2 ¿Cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos? 152

• Características de algunas biomoléculas formadas por CHON 152

Demuestro lo que sé y lo que hago 154

BLOQUE 4La formación de nuevos materiales 158

1 Ácidos y bases 160

1.1 Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana 160

• Experiencias alrededor de los ácidos y las bases 161

• Neutralización 1661.2 Modelo de ácidos y bases 171

• Modelo de Arrhenius 1711.3 Tú decides: ¿cómo controlar los

efectos del consumo frecuente de los alimentos ácidos? 176

2 Oxidación y reducción 180

2.1 La oxidación: un tipo de cambio químico 180

• Experiencias alrededor de la oxidación 181

2.2 Las reacciones redox 183• Experiencias alrededor de las reacciones

de oxidación y reducción 184• Número de oxidación 185• Número de oxidación y tabla

periódica 188

3 Proyectos: Ahora tú explora, experimenta y actúa 194

3.1 ¿Puedo dejar de utilizar los

derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? 194

3.2 ¿Cómo evitar la corrosión? 197Demuestro lo que sé y lo que hago 200

BLOQUE 5Química y tecnología 204

1 ¿Cómo se sintetiza un material elástico? 206

2 ¿Qué ha aportado México a la química? 208

3 ¿Cuáles son las propiedades de algunos materiales que utilizaban las culturas prehispánicas? 210

4 ¿Por qué usamos fertilizantes y plaguicidas? 212

5 ¿De qué están hechos los cosméticos y algunos productos de aseo personal como los jabones? 214

6 ¿En qué medida el ADN nos hace diferentes? 216

7 ¿Cuál es el papel de la química en diferentes expresiones artísticas? 218

8 ¿Qué combustible usar? 220

ApéndicesA Medidas de seguridad en el

laboratorio escolar 222B Las sustancias y los riesgos 223C ¿Qué debo incluir en mi reporte? 225D Instrumentos y materiales de uso

común en el laboratorio escolar 226E El Sistema Internacional

de unidades (SI) 228

Tabla periódica de los elementos 231Bibliografía 232 Índice analítico 234

1


Las característicasde los materiales

El ser humano ha recorrido un largo camino para ob-tener los materiales que conoces y usas. Pantalones de mezclilla, playeras elaboradas con varios tipos de telas, envases de plástico, teléfonos, computadoras, repro ductores de música, zapatos, medicamentos, son sólo unos cuantos ejemplos de la enorme diversidad de objetos que te rodean. Todos están elaborados con distintos materiales, resultado de la aplicación del co-nocimiento cien tífico y tecnológico, en especial de la química. Esta ciencia ha permitido estudiar y crear los diversos materiales que nos rodean.

Sin embargo, la aplicación incontrolada de los avan-ces científicos y tecnológicos también ha contribuido a contaminar nuestro planeta.

¿Consideras que la ciencia y la tecnología pueden ayu-dar a resolver los problemas de contaminación?

¿Qué relación tiene la química con los medicamentos, los teléfonos celulares, los reproductores de música, las computadoras cada vez más pequeñas, las nuevas cá-maras fotográficas o las pantallas de plasma?

Al finalizar este curso tendrás más conocimientos para explicar cómo se generan los materiales que permiten construir estos y otros tipos de aparatos y, si así lo deci-des, continuar tus estudios en alguna de estas áreas del conocimiento, ya que en México hay muchas opcio-nes para hacerlo.

8

Qué sé

• Algunas características del conocimiento científico relacionadas con la biología y la física.

• Que las ciencias emplean modelos para explicar los fenómenos y procesos.

• Que las ciencias están relacionadas entre sí, en especial la química con la biología y la física, pero también con otros campos del conocimiento, como las matemáticas, el español la historia, la geografía.

Aprendizajes esperados

Lección 1 Lección 2

• Identificar las aportaciones del conocimiento químico para satisfacer diversas necesidades básicas y mejorar el ambiente.

• Identificar la influencia de los medios de comunicación y la tradición oral con respecto a las actitudes hacia la química, en especial las que provocan su rechazo, y la tecnología.

• Reconocer las habilidades más comunes de la ciencia.

• Valorar la importancia de la comunicación de la ciencia y sus mecanismos de difusión.

• Identificar a los modelos como parte esencial del conocimiento científico.

• Comparar la forma en que la química interpreta la Naturaleza con otras formas del conocimiento.

• Identificar cómo una sustancia puede estar contaminada.

• Valorar la forma en que otras culturas reconocen sustancias peligrosas.

• Utilizar el concepto de toxicidad para comparar sustancias y cómo afectan a diferentes seres vivos en función de su concentración.

• Identificar las ventajas de expresar la concentración en porcentaje en volumen y partes por millón.

• Clasificar sustancias con base en sus propiedades cualitativas y reconocer las limitaciones de los sentidos para identificarlas.

• Valorar la importancia de medir propiedades intensivas y extensivas, así como de los instrumentos de medición.

• Reconocer la importancia del trabajo de Lavoisier, en especial el planteamiento del principio de conservación de la masa.

• Reconocer las limitaciones del conocimiento científico.

• Identificar diferentes formas de clasificar sustancias.

• Distinguir entre mezclas y sustancias, así como entre mezclas homogéneas y heterogéneas.

Qué lograré aprender

• En el cuadro de abajo te presentamos los aprendizajes que se espera deberás cubrir en cada lección del bloque. Conforme avances, irás realizando distintas actividades que te ayudarán a comprender cada tema de cada lección. Al final del bloque podrás poner a prueba tus conocimientos, habilidades y actitudes en la sección "Demuestro lo que sé y lo que hago".

Mi proyecto

• Lo que estudiarás en el Bloque 1, te permitirá desarrollar un proyecto en el que integrarás tanto los nuevos conocimientos de esta asignatura como los de otras, a partir de tus inquietudes e intereses (ver páginas 58-63).

• Revisa también las páginas 56, 57, 212 y 213 para que reflexiones sobre algunos aspectos que te ayudarán a cumplir mejor con tu proyecto.

9

1L

EC

CiÓ

N La química, la tecnología y tú


¿Has pensado de qué manera influye la química en tu vida?, ¿piensas que de ningún modo?, ¿estás seguro?, ¿y la ropa que usas?, ¿o los objetos o sus-tancias con que te bañas?, ¿y los alimentos procesados que consumes?, ¿lo que te cura cuando estás enfermo?, ¿los materiales de que están hechos los teléfonos, o los tenis? Gran parte de lo que te rodea está hecho de materia-les que se producen gracias al desarrollo de una rama de la ciencia llamada química (Fig. 1.1).

Sin embargo, desde épocas muy antiguas los seres humanos aprendieron a utilizar diversos materiales a su alcance para cazar animales, defenderse de ellos, así como para recolectar alimentos de manera más efectiva (Fig. 1.2).

El origen de la ciencia suele situarse en la Grecia clásica, aunque en esa época no había científicos como los conocemos ahora. Por

ejemplo, no se hacían experimentos, ya que los trabajos manuales estaban destinados a los esclavos. Los filósofos griegos se dedicaban

más a cultivar la razón. La ciencia, como la concebimos en la actualidad, es un fenómeno posterior que data de finales del si-

glo xvi y comienzos del xvii.

En el siglo xviii surgió la química como ciencia, a partir de los trabajos del fran-cés Antoine Lavoisier. Este libro te acercará al mundo de la química. Gra-

cias a ella cuentas con los materiales artificiales, como el plástico, o disfru-tas de una vida más confortable con los aparatos e instrumentos que usas.

Para reflexionar sobre esto, te invita-mos a realizar la actividad siguiente.

1.1 ¿Cuántos materiales identificas en la fotografía?

1.2 La técnica, como acción transformadora, es mucho más antigua que la ciencia. La habilidad del ser humano para elaborar diversos instrumentos siempre representó una importante ventaja en su evolución.

10

Lección 1 La química, la tecnología y tú

1 De acuerdo con las indicaciones de su maestra o maestro, integren un equipo de trabajo con sus compañeras y compañeros. Los invitamos a que cada uno de ustedes dedique un cuaderno para anotar lo relacionado con los experimentos y actividades que realicen. Esta bitácora (registro) les permitirá analizar y dar seguimiento al trabajo realizado. En el apéndice C de este libro les presentamos una sugerencia de bitácora para el trabajo experimental.

Observen la figura de entrada de este Bloque. ¿Saben qué ■

materiales y objetos similares a ellos usaban sus abuelos?

Elaboren un cuestionario para que cada uno de ustedes ■

entreviste a personas nacidas antes de 1960, para conocer los productos, instrumentos o aparatos que utilizaban en distintas actividades: el aseo personal, cocinar, la limpieza del hogar, divertirse, jugar, trabajar o transportarse. Si es posible, hagan algunos dibujos y pidan que les muestren fotografías o les platiquen y comenten películas de la época. Si es necesario, consulten a su maestro o maestra de Español para formular las preguntas de la entrevista.

Hagan una lista de diez productos, instrumentos y aparatos ■

que se utilizan en la actualidad y tienen el mismo uso de los investigados en el punto anterior.

Elaboren un cuadro de tres columnas con los resultados, ■

como el que se muestra a continuación.

Actividad Producto, instrumento o

aparato resultado de la entrevista

Producto, instrumento o

aparato que ustedes utilizan

Oír música Radio, tocadiscos o casetera

Radio, reproductor de CD o MP3

Limpiar baños Jabón, ácido muriático

Detergentes, limpiadores con amonia

Comparen las ventajas y desventajas de su empleo con ■

base en preguntas como las siguientes:¿De qué materiales están elaborados? •¿Qué diferencia tiene su forma o presentación? •¿Cuál se utiliza con más comodidad? •¿Cuál requiere menor esfuerzo o consume menos tiempo •para realizar la actividad?

En el caso de los productos de limpieza, ¿con qué tipo ■

de material está elaborado su envase?¿Su empleo produce contaminación? •¿Sus materiales se pueden reciclar o reutilizar? •

Escojan el producto que ha experimentado más ■

modificaciones, así como el que ha tenido menos, y escriban en una cartulina las razones de su elección.

Peguen la cartulina en una pared del salón y con la ■

orientación de su maestro o maestra, organicen un debate con el resto del grupo acerca de las ventajas y desventajas del desarrollo científico y tecnológico.

Aunque ya han trabajado en equipo en otras asignaturas, ■

no está de más que recuerden que, como miembros de un grupo, son responsables tanto de su aprendizaje como del resto del equipo. Se trata de que todos y todas participen activamente para conocer, compartir y ampliar la información que tiene cada cual sobre un tema.

Les proponemos la siguiente lista para que reflexionen ■

acerca de su desempeño en un grupo de trabajo. Les recomendamos consultarla siempre que trabajen en equipo, así como comentarla con su maestro o maestra para ampliarla.

En el Ateneo

Tengo claro el propósito de la actividad.

Escucho con atención y respeto las aportaciones de mis compañeras y compañeros.

Participo en la planeación de las actividades a realizar.

Aporto ideas para la realización del trabajo. Mantengo una actitud positiva. Trabajo en armonía con los y las integrantes

del equipo.

Cumplo a tiempo con las tareas que elijo o me asigna el equipo.

Reconozco y apoyo el esfuerzo de mis compañeros y compañeras.

Participo en el análisis de la información, de los resultados y en la obtención de conclusiones.

Trato de mantener la unión de los integrantes del equipo.

11


1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual?

Como identificaste en el ateneo de la página 11, estamos rodeados de una gran variedad de productos, instrumentos y aparatos, resultado de la aplicación del conocimiento científico y tecnológico. Algunos de ellos tienen relación con los alimentos, la salud y el vestido; otros contribuyen a que nuestra vida sea más cómoda y divertida.

Los avances científicos y tecnológicos han ayudado a los seres humanos a sa-tisfacer su necesidad de comunicación. Así, las primeras formas de comuni-cación (el lenguaje y la escritura) evolucionaron de manera considerable con el uso del papel y la tinta, la invención de la imprenta, del telégrafo, del telé-fono, de la radio, del cine, la televisión y, por supuesto, la computadora.

A finales del siglo xx se introdujo un elemento más que ha transformado el mundo: las tecnologías de la información y la comunicación (tic), en espe-cial la Internet.

La difusión de la información científica y tecnológica es fundamental para su progreso. En la actualidad contamos con diversas publicaciones (impre-sas y electrónicas) de divulgación científica que ponen al alcance de todos los avances de la ciencia y de la tecnología.

En contraste, son pocos los medios masivos de comunicación que dedican bue na parte de su tiempo a la transmisión de conocimientos científicos y tec nológicos.

Los medios masivos de comunicación, como la radio, la televisión y los perió-dicos, tienen un papel muy importante en la difusión de la información. Pero también, con seguridad te has percatado de la gran cantidad de anuncios co-merciales de diversos productos, instrumentos y aparatos que son resultado de la aplicación del conocimiento científico y tecnológico (Fig. 1.3).

En algunos casos la mercadotecnia aprovecha el prestigio de la ciencia y su credibilidad para promocionar algunos productos. Por ejemplo, se escuchan afirmaciones como “Está científicamente comprobado” que intentan dar confianza a sus futuros clientes. En contraste con esto, en ocasiones se seña-la que algún producto está elaborado con ingredientes 100% de origen na-tural, como si fuera una garantía de sus bondades y no pudieran ser dañinos para algún ser vivo.

Por otro lado, en especial en los noticiarios, son frecuentes los comentarios que descalifican a la ciencia y la tecnología al señalarlas como responsables de la contaminación ambiental o de la generación de armas.

Son pocos los medios masivos de comunicación que dedican buena parte de su tiempo a la transmisión de conocimientos científicos y tecnológicos. Para reflexionar sobre esto, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

1.3 Los medios masivos de comunicación se han convertido en reguladores de los productos que compramos. Observa cómo los anunciantes intentan convencer a los telespectadores de que sus productos son casi imprescindibles para vivir. Antes de adquirir un artículo, reflexiona si lo necesitas realmente.

12

…que con algunos modelos de teléfonos celulares es posible conectarse a Internet y bajar archivos?

En breve también se podrán usar en transacciones comerciales, mediante una huella digital como “firma” (Fig. 1.4).

¿Sabías...

1.4 ¿Consideras que la química tiene algo que ver con estos avances tecnológicos? Justifica tu respuesta.


También puedes consultar algunas secciones y artículos de la revista ¿cómo ves? en:

www.comoves.unam.mx/

Conéctate

1 Formen un equipo con cuatro compañeras y compañeros y comenten la información científica o tecnológica más reciente que hayan escuchado, visto o leído. Escriban en sus cuadernos los nombres de los medios de información que utilizan con mayor frecuencia (Fig. 1.5).

Identifiquen y describan el principal tipo de información que buscan en cada uno de ■

ellos.

Además de sus libros escolares de ciencias, ¿cuál o cuáles medios utilizan para ■

obtener información relacionada con la ciencia y la tecnología?

Reflexionen acerca de las fuentes que consideren más confiables y escriban por qué ■

las eligieron.

2 Reúnanse un par de tardes para escuchar la radio y ver la televisión. El objetivo es que identifiquen y analicen algunos programas con contenido científico o tecnológico. Elijan el programa que más les llame la atención, hagan un resumen sobre su contenido en su bitácora y describan su importancia.

Hagan lo mismo con algunos artículos y noticias de periódicos o revistas con ■

contenido científico o tecnológico (Fig. 1.6).

Algunas preguntas que pueden guiar su análisis son: ■

¿Por qué consideran que el programa, noticia o artículo es científico? •¿Cuál es el tema principal? •¿Comprenden el lenguaje que se utiliza? •¿Por qué es importante el contenido del programa, artículo o noticia? •¿Se resaltan aspectos positivos y negativos de la ciencia y la tecnología? •

Reflexionen si existe alguna diferencia en la percepción de la ciencia y la tecnología ■

que se maneja en los programas y artículos, en comparación con las noticias. Justifiquen sus respuestas.

Archiva los resultados de tu trabajo en un fólder o en una carpeta para formar un ■

portafolio individual de información científica y tecnológica.

Elaboren un cartel y utilícenlo para presentar los resultados de su trabajo al resto ■

del grupo. Reflexionen en grupo en las siguientes preguntas:¿Por qué hay pocos programas o artículos con contenido científico y tecnológico •en los medios masivos de comunicación?¿Consideran que debería promoverse más la difusión de los avances científicos y •tecnológicos? Justifiquen su respuesta.¿Consideran que los medios de información pueden influir en la percepción que •pueda tener la mayoría de las personas acerca de la ciencia y la tecnología? Expliquen su respuesta.Comenten sobre algunas acciones que les ayuden a verificar la confiabilidad de •las fuentes de información.Organicen una exposición de carteles para compartir los resultados de su trabajo •con la comunidad escolar.

En el Ateneo

1.5 Cada integrante puede buscar información por separado y después exponer los resultados al resto del equipo.

13

1.6 Desde 1988, la Universidad Nacional Autónoma de México (unam) publica la revista ¿cómo ves?, de divulgación científica, que ha tenido mucho éxito entre estudiantes de secundaria y bachillerato. Ésta se puede conseguir en puestos de periódicos y negocios que venden revistas.


Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente

En 1930, la esperanza de vida para las mujeres mexi-canas era de 35 años, y de 33 para los varones. En 2005 cambió a 78 y 73 años, respectivamente.

Estos datos están muy relacionados con la química, porque gracias al avance en sus conocimientos se han mejorado las condiciones de higiene, y tenemos agua potable, vacunas, antibióticos y medicinas para prevenir y curar muchas enfermedades que antes se consideraban fulminantes e incurables (Fig. 1.7).

Los nuevos materiales también nos permiten contar con calzado deportivo más flexible, ligero y con ma-yor capacidad para absorber el impacto.

Disfrutar de los beneficios de la química ha requerido el estudio y trabajo de los profesionales dedicados a esta rama del conocimiento: los químicos. Ellos y ellas, en sus diferentes especialidades, se enfocan en el estudio de la mate-ria y sus transformaciones.

Así, la química es una ciencia que investiga y explica la estructura de la ma-teria, su composición, sus propiedades, las transformaciones que ésta experi-menta y su relación con la energía.

Si bien la ciencia química ha contribuido a mejorar la vida del ser humano, se le ha llegado a considerar una de las principales responsables de contami-nar nuestro planeta. Más aún, decir que algo “contiene químicos” se entien-de como nocivo o perjudicial. Sin embargo, el agua, el aire, el suelo, los seres vivos y toda la materia están constituidos por sustancias químicas.

Por otro lado, la publicidad y el manejo de información en los medios masi-vos de comunicación han fortalecido estas concepciones negativas de la quí-mica y sus aplicaciones. Por ejemplo, para promocionar algún producto se insiste en que “no contiene químicos” y se resalta su procedencia “natural”, como si ello significara que no está constituido por tales sustancias.

De hecho, existen sustancias de origen natural nocivas para los seres humanos; por ejemplo, las que producen e inoculan las avispas, las abejas y algunas hor-migas, que ocasionan dolor, comezón, hinchazón y, en ocasiones, alergias; o los venenos de algunas serpientes o arañas que pueden ser mortales.

También se ha asociado a la química de manera negativa con los productos sintéticos, es decir, los que no son de origen natural, sino que los elaboran seres humanos. Sin embargo, es difícil imaginar la vida actual sin los produc-tos manufacturados con distintos tipos de plásticos, las fibras textiles sintéticas con las que se confecciona la ropa, u otras sustancias con que se producen los antibióticos y medicamentos. ¿Imaginas un mundo de más de seis mil millo-nes de habitantes sin estos productos?

1.7 El desarrollo de la ciencia y la tecnología permite contar con diversos aparatos para hacer análisis clínicos que apoyan y facilitan los diagnósticos médicos. ¿Sabes con qué pruebas de laboratorio se detecta la diabetes? Investígalo.

Para apreciar más aplicaciones del conocimiento químico en la vida cotidiana consulta:www.chemistryandyou.org/experimento_quimico.htmwww.quimicaysociedad.org/web.php?t=1&f=materiales

Conéctate

Propiedades: conjunto de características o cualidades de un tipo de materia que la distinguen de otros.

Sustancia: tipo de materia que tiene una composición y un conjunto de propiedades que la distinguen de otros tipos de materia.

Glosario

14


1 Es probable que en tu hogar consuman diversos productos envasados o empacados en recipientes y bolsas de plástico. Por ejemplo, botellas de refrescos, leche, agua, jugos, jabón y aceite de origen vegetal; bolsas de supermercado y de basura; tapas de botellas, recipientes de poliestireno y envases de cosméticos.

Integren un equipo de tres compañeras y compañeros y recolecten algunos de los ■

envases mencionados, no importa si no están vacíos, y busquen si tienen algún símbolo como el siguiente:

Clasifiquen los envases de acuerdo con su código, que va del 1 al 7. ■

Identifiquen las semejanzas y diferencias que tienen los envases de un mismo ■

código: si son transparentes, translúcidos, opacos, rígidos o flexibles.

Investiga cómo se asignan dichos códigos y el tipo de plástico que corresponde a ■

cada uno.

Organicen la información anterior en su bitácora, en un cuadro como el siguiente: ■

Código Tipo de plástico y su abreviatura

Características del envase o empaque

Usos

De acuerdo con el código, es posible reutilizar o reciclar los distintos tipos de plástico para elaborar otros productos, por tanto es importante contribuir con su recolección.

Comenten con el resto del grupo de qué manera podrían colaborar en el reciclaje de ■

los plásticos. Investiguen si hay un centro de acopio en su comunidad. Si no es así, consulten con las autoridades de su escuela la posibilidad de crear uno.

Organicen una campaña en sus hogares y en la escuela para recolectar los plásticos ■

(Fig. 1.8).

Reflexionen acerca de su responsabilidad al usar productos y aparatos que ■

contaminan el ambiente. También si contar con información científica, ayuda a tomar mejores decisiones.

En el Ateneo

En las siguientes direcciones electrónicas hallarás información que te ayudará a planear las actividades para recolectar los envases de plástico, así como a desarrollar un programa de acopio:

www.profeco.gob.mx/revista/publicaciones/adelantos_06/enva_pet_jun06.pdf

www.ecoce.org.mx

www.aprepet.org.mx

Conéctate

1.8 Tú y tu familia pueden colaborar con el cuidado del ambiente.

15


Si bien la industria química, así como otras actividades humanas y fenóme-nos naturales, ha contribuido a contaminar nuestro planeta, el conocimien-to químico también participa activamente en la prevención y búsqueda de soluciones para los problemas ambientales (Figs. 1.9 y 1.10).

El uso de los plásticos para fabricar una gran cantidad de productos, ins-trumentos y aparatos ha generado un problema ambiental asociado sobre todo con su duración en el ambiente. Por ello, en la actualidad se elabo-ran plásticos reutilizables, reciclables y biodegradables. En algunos países se produce energía a partir de sus desechos. En el Bloque 5 de este libro profundizarás en el estudio de los plásticos al realizar el proyecto “¿Cómo se sintetiza un material elástico?”.

Por otro lado, el problema de acumulación de residuos sólidos tiene mucho que ver con nuestros hábitos de consumo. ¿Recuerdas la regla de las 3R que estudiaste en la asignatura de Ciencias Naturales en la primaria? Nos invita a reducir, reutilizar y reciclar.

Tú puedes colaborar para mejorar la calidad del ambiente si aplicas las 3R cuando compres y utilices diversos productos. Reducir el consumo es el pri-mer paso. Además de los plásticos, otros objetos que se pueden reutilizar y reciclar, son los que están elaborados con materiales como papel, cartón y metales. Desde luego que esto implica recolectarlos, seleccionarlos, lavar-los y hacerlos llegar a un centro de acopio que pueden ser los mismos camio-nes recolectores de basura. ¿No crees que vale la pena el esfuerzo?

1.9 Aunque muchas fábricas contaminan, algunas ya han instalado filtros que disminuyen de manera considerable la emisión de gases dañinos al medio ambiente y a la salud del humano. Estos filtros también son resultado del desarrollo científico y tecnológico.

…que el cine debe su existencia a las bolas de billar?

En 1860, una empresa fabricante de bolas de billar realizó un concurso para obtener un material, que sustituyera al marfil que se usaba en la elaboración de aquéllas. Uno de los concursantes, el inventor estadounidense Welsey Hyatt, desarrolló un método para transformar la celulosa de las plantas en una sustancia que patentó con el nombre de celuloide. Así nació el primer plástico.

¿Sabías...

1.10 El descubrimiento del celuloide permitió el inicio de la industria cinematográfica a finales del siglo xix.

16


1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química

Los científicos, al igual que los niños u otros adultos, también son curiosos (Fig. 1.11) y se plantean preguntas, pero han aprendido a canalizar su cu-riosidad para explicar fenómenos o inventar cosas nuevas como apa-ratos, instrumentos o materiales. Esto requiere ser comprometidos y perseverantes, sobre todo en la búsqueda de explicaciones com-probables. Mediante el estudio, los científicos adquieren conoci-mientos y desarrollan habilidades y métodos para responder sus preguntas, evaluar qué tan buenas son sus respuestas y hacer nue-vas preguntas. Además, revisan lo que otras personas han hecho para obtener información sobre el mismo fenómeno o proceso.

Cuando realmente nos interesa contestar una pregunta, anticipa-mos la respuesta, es decir, hacemos una suposición. Los científicos también hacen suposiciones para explicar los hechos que observan o lo que podría suceder, es decir, elaboran hipótesis. La elaboración de hipó-tesis es otra habilidad científica, mediante la cual los investigadores anticipan lo que puede suceder. La diferencia con otro tipo de suposiciones que nos planteamos en la vida diaria, es que una hipótesis científica debe demostrar-se para comprobar su validez o para rechazarla.

Imagina que estás cocinando. Te podrías preguntar ¿por qué los alimentos cam-bian de textura y coloración al freírlos?, ¿por qué el agua se evapora cuando la calentamos a altas temperaturas?, ¿por qué hay aguas saladas y aguas dulces?, ¿y cuáles son sus diferencias? o ¿por qué el petróleo se extrae del subsuelo?

Saber qué preguntar es tan importante como saber plantear la pregunta. Para ello debemos considerar lo siguiente:

Las preguntas deben ser claras y completas.•No plantear varias preguntas en una sola. Se deben responder una •por una.Las preguntas son ideas iniciales que guían la investigación. •La pregunta debe ayudar a solucionar el problema.•

En el trabajo científico, hacer preguntas se relaciona directamente con la creatividad y la imaginación de cada investigador. En este proceso la curiosi-dad lo lleva a explorar y a comprobar sus hipótesis mediante experimentos.En los proyectos finales de cada Bloque (y en el Bloque 5) las preguntas for-marán parte de tu investigación.

1.11 La curiosidad es una conducta común en el ser humano. Desde la infancia, se hace preguntas acerca de todo lo que percibe con sus sentidos.

Habilidad: capacidad intelectual o manual.

Método: modo de hacer algo con orden.

Hipótesis: suposición que se plantea para obtener una conclusión a partir de ella.

Glosario

1 Elabora una hipótesis para la situación siguiente: una botella grande de plastico vacía y destapada se coloca en un recipiente con agua caliente sin que penetre el líquido. Se tapa y se sumerge de inmediato en agua fría. ¿Qué sucederá? ¿Qué harías para comprobar tu hipótesis? Recuerda lo que estudiaste sobre modelo cinético de partículas, en Ciencias II, y utilízalo para explicar tus resultados.

Lleva a cabo tu propuesta y registra los resultados en tu bitácora. ■

Compara tus resultados con el resto del grupo y reflexionen en la diferencia entre ■

adivinar y establecer una hipótesis.

Con ciencia

17


Los científicos tienen un método de trabajo que los distingue de otros pro-fesionales conocido como investigación científica. Sin embargo, no se trata sólo de una serie de pasos que ellos o ellas siguen siempre, ni de un camino que los conduzca, sin equivocarse, al conocimiento. Así, el conocimiento y las explicaciones científicas tienen como base datos y hechos comprobables.

Hay algunas características comunes en el trabajo de los científicos, que to-dos podemos practicar pensando, a la manera científica, acerca de muchos temas de interés en la vida cotidiana. Pero más que seguir un método, es im-portante desarrollar las llamadas habilidades del pensamiento científico.

Tú estudiaste algunas de esas habilidades en tu libro de texto de Ciencias Naturales en 6o. grado de primaria, así como en tus libros de Ciencias I y II, de primero y segundo de secundaria. Además, en estos dos últimos cur-sos desarrollaste algunos proyectos donde pusiste en práctica habilidades como: planteamiento de preguntas, búsqueda de información, observación, comparación, registro de datos, medición, elaboración de hipótesis, experi-mentación, interpretación de resultados, obtención de conclusiones y comu-nicación de los resultados de tu proyecto.

Si no recuerdas en qué consisten, revisa tus libros de Ciencias de cursos ante-riores ya que utilizarás algunas de esas habilidades en la siguiente actividad.

1 Integren un equipo de tres compañeros. Lean las indicaciones. Si tienen alguna duda consulten a su maestro o maestra.

Se necesita

PrecauciónEl alcohol es inflamable, por lo que debes asegurarte de que no haya fuego cerca.

ProcedimientoEtiqueten un vaso con el número 1. ■

Inclinen el vaso 1 y con cuidado viertan dos cucharadas ■

de jarabe de maíz o miel.Agreguen dos cucharadas de café, de tal forma que resbale ■

por las paredes del vaso.De la misma forma, añadan dos cucharadas de aceite de ■

cocina.Por último, agreguen dos cucharadas de alcohol colorido. ■

Este vaso será el control que les servirá como referencia.

2 Reflexionen lo siguiente:

¿Qué ocurrirá si varían el orden de adición de los •líquidos? ¿Qué pasará si los agitan? •¿Qué sucederá con cada uno de los objetos pequeños •al colocarlos sobre la superficie del líquido ubicado en la parte superior de cada vaso?

3 Elaboren dibujos de sus predicciones en la bitácora y diseñen un experimento para comprobarlas.

Reporten los resultados del experimento en un cuadro. ■

Analícenlos y propongan una explicación para lo sucedido en cada uno de los vasos.

Con base en lo que revisaron en sus cursos anteriores ■

de Ciencias, identifiquen algunas habilidades del pensamiento científico que aplicaron al realizar el experimento.

Compartan y comparen sus resultados y explicaciones ■

con el resto del grupo. Comenten sobre las habilidades científicas que ejercitaron en esta actividad.

Les sugerimos que al concluir el experimento, consulten el Apéndice B de este libro, en donde se trata la eliminación adecuada de sustancias. Sigan las indicaciones correspondientes, bajo la supervisión de su profesora o profesor.

En el Ateneo

4 vasos pequeños transparentes (como los “caballitos” o copitas para tequila)½ taza de jarabe de maíz o miel½ taza de café fuerte o “cargado”½ taza de aceite para cocinar½ taza de alcohol con colorante

4 cucharas del mismo tamaño, pequeñasObjetos pequeños de distintos materiales que puedan introducirse en los vasos: clips, piedras pequeñas, botones de plástico y metálicos

18


Experimentación

Una de las actividades más importantes en la química es la experimentación. Se trata de reproducir un fenó-meno o proceso en condiciones controladas, modificar algunas de ellas u obtener nuevos materiales.

El experimentador realiza su trabajo bajo ciertas con-diciones, que llamaremos variables, las cuales modifica de forma controlada para observar los resultados.

Una variable es una característica que se puede obser-var, comparar, modificar y, en ocasiones, toma diver-sas medidas; por ejemplo la temperatura, la presión, la masa y el tiempo.

Los científicos diseñan y realizan experimentos con el fin de probar sus hipó-tesis (Fig. 1.12). Pero el hecho de que un experimento no permita confirmar una hipótesis, no significa pérdida de tiempo. Para avanzar en su trabajo, los científicos deben aceptar que su hipótesis inicial es errónea, o que el experi-mento no es el más adecuado. Como en otros ámbitos de la vida, los errores son oportunidades para el aprendizaje.

En tu curso de Ciencias III podrás comprobar que los experimentos se pueden realizar con materiales de uso cotidiano y en el salón de clases, el patio escolar o en el hogar. La condición es que se establezcan medidas de seguridad para evitar accidentes. Consulta el Apéndice A de este libro, en él hallarás algunas medidas de seguridad que deberás seguir cuando realices experimentos.

En los experimentos de este curso podrás observar cómo se transforman las sustancias y se generan nuevas. En algunos casos se producen materiales sin-téticos nuevos, es decir que no existen en la Naturaleza, como es el caso de algunos medicamentos y los plásticos.

Interpretación

Cuando se obtienen datos, ya sea mediante la observación, la comparación, así como la medición o la experimentación, o ambas, es necesario registrar-los mediante la escritura o la elaboración de dibujos y diagramas.

Es más sencillo interpretar o dar significado a los datos, si éstos se organi-zan en tablas o cuadros. Siempre que sea posible, te sugerimos elaborar grá-ficas para facilitar la comprensión de algún proceso o fenómeno, como las que utilizaste en el curso de Ciencias II para estudiar los distintos tipos de movimiento.

La interpretación de los datos es muy importante y la realiza el científico, se-gún lo que desea investigar. Incluso puede variar dependiendo de las perso-nas (Fig. 1.13). Así, un científico puede considerar más importantes algunos datos que tal vez no tengan relevancia para otro.

1.12 Los resultados que se obtienen de los experimentos, permiten confirmar, modificar o invalidar las hipótesis.

1.13 ¿Qué observas en estas ilustraciones? ¿Tus compañeros de grupo observan lo mismo que tú? Algo similar sucede en la ciencia, lo que se observa no siempre tiene una sola interpretación.

19


No siempre es fácil interpretar los datos obtenidos. Algunos tal vez sean erró-neos o contradictorios. El científico debe revisar sus variables para seguir su investigación por el mismo camino, o por otro, o iniciar de nuevo.

Los descubrimientos accidentales o imprevistos también son parte de la his-toria de la ciencia. Se presentan cuando surge un hecho inesperado en una investigación científica. Te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Abstracción

En ocasiones, los fenómenos que estudian los científicos o las causas que los explican no se perciben con los sentidos ni con los instrumentos que utili-zan. En este caso emplean la abstracción que es un proceso mental que per-mite a las personas comprender un concepto relacionado con un objeto sin contar con él físicamente. En el curso de Ciencias 2 estudiaste que para ex-plicar la diferencia entre los estados sólido, líquido y gaseoso, los científicos desarrollaron el modelo cinético de partículas. La elaboración de tal modelo requirió de la abstracción, ya que no podían observar las partículas. La abs-tracción también les permite identificar la información más importante del fenómeno que estudian.

Con seguridad has observado algunas señalizaciones de las carreteras y las de “No fumar”. Éstos son ejemplos de abstracciones, ya que en una imagen re-sumen lo más relevante del mensaje.

En química es necesario desarrollar la capacidad de abstracción, pues la ex-plicación de las propiedades y transformaciones de la materia que percibi-mos está en el mundo de las partículas, que no se puedan observar aun con los microscopios. Como otras habilidades, la abstracción se desarrolla con la práctica y en este curso tendrás oportunidad de mejorarla.

Generalización

Los resultados experimentales se deben reportar con detalle, de tal forma que otras personas puedan emplearlos, analizarlos o reproducirlos, por lo que los experimentos se deben realizar muchas veces para mostrar que en cada repetición se obtienen resultados similares, es decir, son reproducibles. Si esto ocurre, es posible plantearlos en forma de una regla general.

1 Averigua cómo ocurrieron algunos descubrimientos accidentales en la ciencia y elige el que más te llame la atención; por ejemplo, el de la penicilina, o el de los rayos X, el de la vulcanización, el teflón y el pegamento de las etiquetas adhesivas.

Elabora un cartel para compartir la información con tus compañeras y compañeros ■

de clase. Reflexiona con ellos acerca de las principales habilidades que les permitieron a los científicos hacer sus descubrimientos accidentales.

Con ciencia

20


Cuando varios científicos comprueban una hipótesis, ésta se puede convertir en una ley. Esto es, en una declaración verbal o matemática de una relación de hechos que se repiten bajo ciertas condiciones. Las leyes describen los he-chos de la Naturaleza y casi nunca se modifican. Tú estudiaste varias leyes re-lacionadas con la física en tu curso de Ciencias II, ¿recuerdas alguna?

Una teoría científica es una explicación o descripción comprobada de un conjunto de observaciones o experimentos sobre un fenómeno; en ella se consideran varias leyes y los conocimientos que acepta la comunidad cientí-fica en un campo de investigación específico, y si surgen nuevos hechos que una teoría científica es incapaz de explicar, ésta puede cambiarse o sustituirse por otra.

En el trabajo científico es importante aprender a comunicar los resultados ya sea mediante lenguaje verbal o escrito. Como tú lo haces, los científicos y tecnólogos también se comunican y utilizan diversos medios para buscar y compartir información. Así, transmiten a otros sus avances y resultados, ex-ponen sus ideas a la crítica de sus colegas y se mantienen informados acerca de los desarrollos científicos y tecnológicos en el mundo (Fig. 1.14). Para ello se reúnen y leen sus trabajos, los publican en revistas especializadas, acuden a diversos tipos de reuniones, conferencias y congresos, consultan revistas y libros especializados, y utilizan modernas tecnologías de la información y la comunicación (tic).

Representación mediante símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales

En nuestra vida cotidiana es común observar distintos símbolos para comu-nicar diferentes tipos de información como los siguientes:

Estas representaciones son fáciles de comprender para la mayoría de las personas.

La química también se apoya en diagramas, esquemas y modelos para repre-sentar, por ejemplo, la estructura y composición de la materia, su estado fí-sico, sus transformaciones y las condiciones para lograrlas. Por ejemplo, la figura 1.15 muestra un dispositivo que representa el proceso de descomposi-ción del agua cuando se le hace pasar corriente eléctrica.

A lo largo de este curso aprenderás a emplear los diagramas y esquemas para profundizar en el conocimiento y transformación de diversos materiales. Por ahora estudiaremos la importancia de los modelos en la química.

Podemos detectar algunas transformaciones de la materia con nuestros sen-tidos. Sin embargo, las causas de dichos cambios están relacionadas con el mundo de las partículas que no podemos observar. En este caso resultan muy útiles los modelos.

1.14 El científico debe exponer a la comunidad científica los argumentos que muestran la validez de su trabajo.

1.15 ¿Cómo describirías este dispositivo con palabras?

21


De manera similar, la química tiene su pro-pio lenguaje y se utilizan símbolos, fórmu-las, y ecuaciones químicas para representar, por ejemplo, la estructura y composición de la materia, su estado físico, sus transforma-ciones y las condiciones para lograrlas. Si se comprende este lenguaje, el estudio de la química se vuelve más fácil. Sólo se requie-re conocer las reglas con las que se ha cons-truido (Fig. 1.16).

Como recordarás, la química estudia la mate-ria y, en especial, sus transformaciones. En el lenguaje de esta ciencia, la materia se clasifi-

ca de diversas formas y las partículas tienen nombre. Por ejemplo, se habla de oxígeno, de agua, de oro, de cloruro de sodio (la sal común) y de hidrógeno. En distintos idiomas estos nombres se escriben y pronuncian de forma distinta. Sin embargo, los químicos han desarrollado un lenguaje que se puede com-prender en cualquier idioma, en el cual utilizan símbolos en lugar de palabras para representar cierto tipo de materia: una “O” mayúscula representa al oxíge-no, “H2O” al agua, “Au” al oro, “H” al hidrógeno y “NaCl” al cloruro de sodio o sal común. Por ello, en este libro, cuando mencionemos un tipo de materia en específico, escribiremos su representación en el lenguaje químico.

Las transformaciones de la materia se representan con ecuaciones químicas. En éstas se incluyen las sustancias que se van a transformar, las que se obtie-nen después del cambio, y las condiciones para que se lleven a cabo dichas transformaciones. Por ejemplo, la ecuación química que representa la des-composición del agua es la siguiente:

2H2O (g) 2H2 (g) O2 (g)

Agua Hidrógeno Oxígeno

¿Qué representan la flecha y el signo “”? ¿Qué significan los números pe-queños colocados como subíndices? ¿Cuál es el significado de los núme-ros que están antes de las letras? ¿Qué representan las letras que están entre paréntesis?

A lo largo de tu curso de Ciencias III, encontrarás las respuestas a estas pre-guntas, en particular donde se desarrollan los aspectos básicos del lenguaje químico.

En relación con las transformaciones de la materia, te proponemos realizar la siguiente actividad.

1.16 A lo largo de tu curso de Ciencias III te ayudaremos a familiarizarte con el lenguaje de la química.

1 Investiga algunas propiedades y usos del agua, del hidrógeno y del oxígeno.Comparte tu información con el resto del grupo y reflexionen acerca de por qué ■

se dice que cuando ocurren transformaciones químicas se obtienen sustancias con propiedades distintas a las de las sustancias originales.

Con ciencia

22

¿Me pasas el cloruro de sodio por favor?

Regálenme un poco de ácido acético para mi ensalada.

Lo haré si tú me regalas un poco de H2O con ácido ascórbico.


1.17 Estos modelos representan una partícula de agua. En el lenguaje químico su símbolo o fórmula es H2O. Esta fórmula nos indica que cada partícula de agua está formada por 2 partículas de hidrógeno (H) y una partícula de oxígeno (O). ¿Qué diferencias y semejanzas encuentras entre estos modelos? ¿Consideras que representan al hielo, al agua líquida, al vapor de agua o son una abstracción? Explica tu respuesta.

Los modelosLos modelos científicos se utilizan para describir, explicar y cuestionar una idea o un conjunto de ellas, que permiten imaginar, por ejemplo, el funcionamiento de algún fenómeno o de un aparato. También ayudan a entender y explicar qué sucede en el mundo de las partículas, donde no es posible obtener información directamente. En tu curso de Ciencias II conociste algunos de los modelos ató-micos que se desarrollaron en distintas épocas. Cada uno fue válido en su tiem-po, ya que permitía explicar de qué están hechas las cosas, de acuerdo con los conocimientos existentes. En el bloque 2 de este libro los repasaremos.

En química es muy importante saber qué sucede en el amplio mundo de las partículas, para ello se han desarrollado distintos tipos de modelos que ayu-dan a conocer y explicar la composición de la materia, su estructura, sus pro-piedades, su comportamiento bajo ciertas condiciones y transformaciones.

Entre los modelos más utilizados para representar las partículas se encuen-tran el modelo de llenado espacial y el modelo de bolas y varillas (Fig. 1.17).

Existen a la venta modelos de bolas y varillas, elaborados con madera o plás-tico, los cuales son fáciles de manejar. Sin embargo, también se pueden ela-borar con diversos materiales de uso cotidiano, como bolitas de poliestireno, palillos, popotes, gomitas de dulce.

Además hay programas de computadora diseñados específicamente para construir modelos. Mediante dibujos bien logrados y con vistas en tres di-mensiones, es posible girarlos y así observarlos desde distintos ángulos y pers-pectivas. Para hacerlo se requiere una computadora, contar con el programa correspondiente o bien descargarlo de algún sitio de Internet.

También existen modelos teóricos como los principios, leyes y teorías que se generan en la ciencia, algunos de los cuales estudiaste en tus cursos de Ciencias I y Ciencias II. A lo largo de este libro nos adentraremos en el co-nocimiento y uso de los modelos en la química. Por lo pronto en la siguien-te actividad, te invitamos a elaborar algunos modelos.

1 Trabaja con una compañera o un compañero.

Se necesitaGotas de perfumeBotella de plástico trasparente vacía y con tapa2 bolitas blancas de poliestireno o de plastilina1 bolita de poliestireno pintada de rojo o de plastilina2 palillos

ProcedimientoColoquen unas gotas de perfume en una botella de plástico ■

transparente.Tapen la botella y pónganla al Sol hasta que observen ■

algún cambio.Dibujen un modelo que explique lo que sucede con las ■

partículas del perfume.

2 Ahora construirán un modelo en el que la bolita roja representa a la partícula de oxígeno, y la blanca, a la partícula de hidrógeno.

Utilicen los palillos para unir las partículas y construyan un ■

modelo de la partícula del agua.

Análisis y conclusionesComparen sus modelos con los del resto del grupo y ■

reflexionen acerca de sus semejanzas y diferencias. ¿Cómo las explican?

¿Sus dibujos de las partículas del perfume están de •acuerdo con lo que se propone en el modelo cinético de las partículas? Expliquen su respuesta.¿Qué ventajas tienen sus modelos del agua con respecto •a los modelos de la figura 1.7.

Redacten un texto en su cuaderno acerca de la utilidad de ■

los modelos.

En el Ateneo

23


Características de la química: lenguaje, método y medición

kdospems gvnosdem dismdie

ralimis sotujo protemaje

educus sabrapal sodamro

Aun cuando los conjuntos anteriores están formados por letras del abeceda-rio, no proporcionan ninguna información, ya que en nuestro lenguaje no tienen significado alguno. Algo similar sucede con las palabras de otros idio-mas que desconoces.

MediciónCuando suceden transformaciones de la mate-ria o cuando los seres humanos las provocan, la medición es un proceso muy importante. Por ejemplo, necesitamos saber las cantidades adecuadas de sustancias que van a reaccionar, predecir las cantidades de las nuevas sustancias que se formarán y medir o calcular la energía involucrada en dichas transformaciones.

En las mediciones se utilizan diversos instru-mentos y aparatos, y algunos los conocerás du-rante el ciclo escolar, en tu clase de laboratorio, donde también podrás aprender algunos cálcu-los númericos como los que realizan los quími-cos profesionales (Fig. 1.18).

Los métodos de la químicaEn química se han desarrollado diversos métodos para estudiar las propieda-des y transformaciones de la materia, y todos tienen como base el análisis o la síntesis.

El análisis permite conocer la composición de la materia, así como identificar sus propiedades. En la síntesis se transforma la materia y se producen nuevas sustancias, incluso aquellas que no se encuentran en la Naturaleza.

Por ejemplo, el análisis químico del agua ha permitido saber que está for-mada por partículas de hidrógeno y de oxígeno. Aún más, cada partícula de agua está constituida por dos partículas de hidrógeno y una de oxígeno. Su representación en el lenguaje químico es H2O.

Por otro lado, a partir de las cantidades adecuadas de hidrógeno y oxígeno, y de energía, es posible producir agua. En este caso se utiliza el método de síntesis. Por medio del análisis y la síntesis podemos saber de qué está hecho todo lo que nos rodea, y entender y transformar la materia.

1.18 Además de aprender a realizar cálculos, también es importante que desarrolles tu capacidad para plantear y resolver problemas.

24


1.3 Tú decides, ¿cómo saber que una muestra está más contaminada que otra?

Toxicidad

En la actualidad es común escuchar acerca de la contaminación ambien-tal de nuestro planeta y de sus efectos en los seres vivos. En algunos casos identificamos los contaminantes ambientales, como la basura y los malos olores, a través de los sentidos; en otros, por sus efectos adversos en nuestra salud, como la irritación de ojos y vías respiratorias, o infecciones en la piel. Sin embargo, muchos de los contaminantes del ambiente no se pueden ver u oler con facilidad. Sabemos que están ahí por los cambios drásticos que producen en el clima, o el adelgazamiento en la capa de ozono (O3) en la estratosfera.

En esta lección podrás aprender acerca de las sustancias tóxicas, de los con-taminantes ambientales y de las medidas que se están tomando para frenar el deterioro ambiental en nuestro país. Además contarás con más argumen-tos para responder las preguntas de la Fig. 1.19 y otras más.

¿Cómo saber si una sustancia es tóxica? Te invitamos a reflexionar sobre ello en la siguiente actividad.

1.19a) ¿Cómo sabemos que “algo” está contaminado?1.19b) ¿Piensas que las sustancias de origen natural no son tóxicas?1.19c) ¿La ciencia química es responsable de la contaminación?1.19d) ¿Qué relación existe entre la contaminación y la forma de vida de la sociedad actual?1.19e) ¿Qué medidas se han tomado en nuestro país para prevenir y mejorar el deterioro ambiental?

1 Escribe de manera individual en tu bitácora el nombre de diez sustancias que consideres tóxicas y responde las siguientes preguntas.

¿Por qué las identificas como tales? •¿A qué organismos afecta: seres humanos, animales, plantas, microorganismos? •¿Conoces alguna sustancia que sea tóxica en ciertos casos y en otros no? De ser •así, proporciona un ejemplo. ¿Qué harías para identificar una sustancia tóxica? •

Compara tus respuestas con las del resto del grupo y reflexionen acerca de la ■

siguiente afirmación: “Todas las sustancias son tóxicas. No existe una que no lo sea. La dosis diferencia a un veneno de una medicina” (Paracelso).

En el Ateneo

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a)

b)

c)

d)

e)


En diferentes culturas antiguas se desarrollaron métodos basados sólo en la práctica (empíricos) para reconocer las sustancias peligrosas o tóxicas. Por ejemplo el conocimiento de nuestros pueblos indígenas sobre los hon-gos, en particular para identificar los venenosos (Fig. 1.20). Sin embargo, en muchos casos estos métodos son riesgosos, por lo que es mejor acudir a métodos químicos, a menos que en el lugar donde vives haya un experto en el tema y no sea posible consultar a especialistas en toxicología.

Es un hecho que cualquier sustancia, sea de origen natural o elaborada por el ser humano, se puede considerar tóxica si es ingerida, tomada, inyecta-da o absorbida en gran cantidad. Por ejemplo, las espinacas contienen ácido oxálico, el cual es inofensivo en las cantidades en que las ingerimos normal-mente, pero si se consumen más de 5 kg en una sola sentada, puede ocasio-nar daños a los riñones.

En la actualidad, para determinar la toxicidad de una sustancia, se realizan experimentos de dosis-respuesta en organismos de laboratorio.

La dosis es la cantidad de una sustancia que es ingerida, inyectada, inhalada o absorbida por un organismo. La respuesta se refiere a los cambios que ocu-rren en los seres vivos como consecuencia de la exposición a una cierta sus-tancia. En general, la respuesta se incrementa cuando aumenta la dosis.

Te invitamos a realizar la siguiente actividad.

…que la medicina prehispánica era mucho más que un conocimiento adquirido con la práctica?

Se le llamaba ticiotl, y era una forma de ver el mundo (cosmovisión), en la cual los conocimientos médico y botánico se mezclaban con creencias religiosas y mágicas.

¿Sabías...

En el artículo de la revista Horizonte Sanitario, de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, que puedes consultar en el sitio:

www.ujat.mx/publicaciones/horizonte_sanitario/ediciones/2006_mayo_agosto/index.html

se presenta información sobre los hongos de la región de una comunidad chontal de Tabasco.

Conéctate

1.20 Investiga cómo desarrollaron otras culturas sus métodos para identificar sustancias peligrosas. Indaga también qué es el Códice Badiano y qué información puedes encontrar en éste.

1 La gráfica siguiente muestra una relación lineal entre la dosis y la respuesta. ¿Cómo la interpretas?

La relación entre la dosis y la respuesta no siempre es lineal. Elabora una gráfica ■

donde muestres que una sustancia no tiene respuesta a dosis bajas, pero a partir de cierto valor la respuesta se incrementa al aumentar la dosis.

Elabora otra gráfica que muestre que una sustancia produce respuesta a dosis ■

bajas, pero a partir de un cierto valor de dosis, la respuesta ya no se incrementa aunque ésta aumente.

Compara tus gráficas con las de tus compañeros y compañeras. Reflexionen sobre ■

los riesgos de automedicarse.

Con ciencia

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Respuesta

Dosis

Gráfica dosis-respuesta


ConcentraciónEn tu vida cotidiana realizas actividades donde es fundamental medir las cantidades de las sustancias. Si quieres preparar una bebida con polvos azu-carados y agua, en la etiqueta o en el empaque te sugieren utilizar cierta can-tidad de cucharadas del polvo para cierto volumen de líquido. En química, esa bebida recibe el nombre de mezcla y aunque sus componentes están een contacto, no se forman nuevas sustancias.

La concentración es la forma de expresar cuánto hay de una sustancia en una mezcla, es decir, su relación en cantidad, en partes o en proporción lo cual explicaremos en la siguiente actividad.

En el caso de la bebida anterior puedes variar la cantidad de polvo y de líquido hasta obtener un sabor que te agrade. Ésta es una caracterís-tica de las mezclas: se puede modificar la proporción de sus com-ponentes. Sin embargo, cuando se preparan mezclas de algunos productos, como los utilizados en la limpieza del hogar, los polvos para preparar tu bebida o medicamentos, se debe respetar la misma proporción de los componentes. Es decir, en cada caso su concentra-ción debe ser la misma. Existen varias formas de expresar la concentración. A continuación revisaremos el porcentaje en volumen (% volumen) y las partes por millón (ppm).

Porcentaje en volumenEsta forma nos permite expresar la concentración de una mez-cla cuando los componentes son líquidos o gases (Fig. 1.21). El porcentaje en volumen indica el volumen de sustancia que existe por cada cien volúmenes de la mezcla. A conti-nuación se desarrolla un ejemplo.

El vinagre se utiliza como aderezo de ensaladas. Es una mez-cla de ácido acético (CH3COOH) y agua (H2O). Un cierto vinagre se prepara con 5 mL de ácido acético y se añade agua su-ficiente para tener 100 mL de la mezcla. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de ácido acético en el vinagre?

1 Supón que preparas una bebida con sabor a naranja y utilizas nueve cucharadas de polvo para preparar un litro de ésta.

Concentración Cantidad de sustanciaVolumen de la mezcla

¿Cuál sería el valor de la concentración del polvo en esta mezcla? •¿En qué unidades la expresarías? ¿Cómo interpretas el valor de la concentración? •¿Cuál sería la concentración de la mezcla si utilizas tres cucharadas de polvo •para preparar 500 mL de bebida? ¿Cuál si usas una cucharada de polvo para preparar 100 mL de bebida? ¿Cuál de las tres mezclas anteriores está más concentrada? •

Con ciencia

1.21 La concentración de porcentaje en volumen se usa para elaborar perfumes, aguas de colonia y soluciones dermatológicas medicinales.

Proporción: Relación numérica que guardan entre sí dos cantidades.

Glosario

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Para determinar el porcentaje en volumen de una sustancia en una mezcla se calcula la relación entre el volumen de la sustancia y el volumen final de la mezcla, multiplicada por 100:

En este tipo de cálculos las unidades del volumen de la sustancia y las de la mezcla deben ser las mismas.

Concentración en partes por millón (ppm)¿Puedes identificar la presencia de un contaminanate con tus sentidos? Para reflexionar en ello, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Otra forma de expresar la concentración es en partes por millón (ppm), y se uti-liza cuando las cantidades de una sustancia son muy pequeñas en comparación con el total de la mezcla. En este caso se indican las partes de un componente presentes por cada millón de partes de la mezcla (Fig. 1.22).

La expresión de la concentración en ppm resulta útil si la cantidad de la sus-tancia es muy pequeña en relación con el total de la mezcla, como en el caso del experimento siguiente.

1 Organicen un equipo de cuatro integrantes.

Se necesita7 vasos transparentes de plástico o de vidrio, del mismo tamaño2 cucharas del mismo tamaño1 vaso de agua colorida (agua de jamaica, extracto de col morada o de agua teñida con dos gotas de colorante. El extracto de col morada lo puedes preparar como el agua de jamaica).1 vaso con agua simple Etiquetas o cinta adhesiva tipo masking tape1 bolígrafo o plumón

ProcedimientoEtiqueten los vasos y numérenlos del 1 al 7. ■

Rotulen los vasos que contienen “agua de jamaica” y “agua ■

simple” con los nombres correspondientes.Coloquen una cuchara en el vaso con agua colorida y otro en el ■

vaso con agua simple. Durante el experimento tengan cuidado de no introducir las cucharas en el vaso equivocado.Viertan 10 cucharadas de agua colorida en el vaso 1. ■

Tomen una cucharada del vaso 1 y añádanla en el vaso 2. ■

Luego agregen nueve cucharadas de agua simple.Tomen una cucharada del vaso 2 y viértanla en el vaso 3. ■

Agregen nueve cucharadas de agua incolora.Repitan el procedimiento hasta llegar al vaso 7. ■

Revisen con detalle el contenido de cada vaso y registren sus ■

observaciones. Luego respondan:¿Cómo las explican? •¿En qué vaso ya no perciben color?, pongan una hoja •en blanco por detrás, ¿coincides con tus compañeros y compañeras? ¿En qué proporción se encuentran los componentes de la mezcla en cada vaso?

¿Cuál es la proporción del agua de jamaica en cada vaso •con respecto a la mezcla original? Registren sus datos en un cuadro como el siguiente, de acuerdo con los ejemplos.

Vaso Proporción de agua de jamaica en la mezcla

Proporción de agua de jamaica con respecto a la

mezcla original

1 10/10 10/10

2 1/10 1/10

3 1/10 1/100

…

Y si en el vaso 7 hubiera un millón de cucharadas de la •mezcla, ¿cuántas cucharadas habría de agua de jamaica? ¿Cómo expresarían la concentración de esta mezcla? Supongan que en lugar de agua de jamaica hubieran •utilizado una sustancia ligeramente tóxica, ¿todas las mezclas serían tóxicas? Expliquen sus respuestasComparen sus resultados con el resto del grupo y •reflexionen acerca de las limiatciones de nuestros sentidos para identificar pequeñas cantidades de sustancias.

•


En el Ateneo

1.22 La concentración en partes por millón tiene amplio uso, por ejemplo, para determinar la cantidad de alcohol en el organismo. También para cuantificar sustancias (como el flúor), o contaminantes en el análisis de agua, o de aire.

% en volumen = volumen de la sustanciavolumen final de la mezcla

3 100

% en volumen = 5 mL de ácido acético100 mL de vinagre

3 100 5%

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La química y la contaminación del aireEn años recientes ha tomado importancia lo que se conoce como toxicidad crónica, es decir lo que sucede cuando un organismo se ve expuesto a pe-queñas dosis de una sustancia durante un tiempo prolongado. Tal es el caso de los contaminantes del ambiente.

Si bien la industria química ha contribuido a contaminar el ambiente, tam-bién el conocimiento químico ha permitido identificar las sustancias conta-minantes y sus principales fuentes de emisión.

Así, se han clasificado como contaminantes primarios a las sustancias que se incorporan directamente a la atmósfera y que son producidas tanto por diver-sas actividades humanas (en especial las relacionadas con el uso de combusti-bles fósiles), como por algunos fenómenos naturales, por ejemplo, erupciones volcánicas, descomposición de cadáveres y los incendios, aunque estos últimos también pueden ser provocados por los seres humanos. Entre los contami-nantes primarios están el dióxido de carbono (CO2), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NO y NO2).

Los contaminantes secundarios, como el ozono, se forman en la atmósfera a partir de los contaminantes primarios o de los componentes naturales de éste, o de ambos.

En el aire también existen partículas sólidas provenientes de actividades hu-manas (como la quema de desechos o de pastizales para siembra, el uso de vehículos automotores, la erosión por deforestación, defecar al aire libre, la construcción, la minería y el funcionamiento de plantas productoras de ener-gía eléctrica) o de procesos naturales (como incendios forestales, erosión del suelo y erupciones volcánicas).

La contaminación atmosférica daña o debilita a los seres vivos, produ-ce o agrava enfermedades (como las respiratorias), daña los edificios y la maquinaria.

El problema de contaminación del aire se localiza en las zonas urbanas, y en especial en las grandes ciudades (Fig. 1.23). En nuestro país, una de las más afectadas es la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), que abar-ca el Distrito Federal y el área conurbada del Estado de México.

La concentración de un contaminante gaseoso en el aire se expresa común-mente en partes por millón (ppm). Si esta expresión se refiere al volumen del contaminante en el aire, una ppm equivaldría a la siguiente relación:

Por ejemplo,

En el siguiente sitio hallarás una breve reseña histórica de las acciones que se han tomado en la Zona Metropolitana del Valle de México para disminuir la contaminación del aire:

www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/libros/394/cap1.pdf

Para conocer las normas de calidad del aire:

www.edomex.gob.mx/sma/se/rama/html/conceptos_normatividad.htm

Conoce este espacio de convergencia para organizaciones y personas interesadas en temas ambientales y sociales:

www.ecoportal.net/

Conéctate

1.23 Investiga los efectos a largo plazo en el organismo humano por respirar aire contaminado con altos niveles de plomo, de dióxido de carbono y de humo de cigarro.

1 ppm = 1 volumen de contaminanteun millón de volúmenes de aire

1 ppm = 1 volumen de contaminante106 volúmenes de aire

1 ppm = 1 cm3 de contaminante1m3 de aire

29


1 Investiga cómo se califica la calidad del aire, de acuerdo con los valores del imeca, cuáles son los principales efectos en el organismo humano y qué se recomienda hacer cuando esos valores son elevados.

La siguiente tabla muestra la relación entre el imeca y algunos contaminantes del aire.

Intervalo del IMECA Partículas mayores a 10 micrómetros (µg/m3)

Ozono (ppm) Monóxido de carbono (ppm)

0 - 50 0 - 60 0 - 0.055 0 - 0.50

51 - 100 61 - 120 0.056 - 0.110 0.51 - 11.0

101 - 150 121 - 220 0.111 - 0.165 11.01 - 16.50

151 - 200 221 - 320 0.166 - 0.220 16.51 - 22.00

>200 >320 >0.220 >22.00

Con base en la información anterior, responde las siguientes preguntas: ■

¿Cómo interpretas las unidades de la concentración de contaminantes y del aire? •

Describe la relación entre la concentración del contaminante y los valores del • imeca.

Investiga en qué poblaciones de nuestro país se utiliza el ■ imeca.

2 Resuelve el siguiente problema:

El ozono es un gas que se considera contaminante del aire en la troposfera. De acuerdo con las Normas de Calidad del Aire vigentes en nuestro país, el valor límite de exposición al ozono, durante una hora, es de 0.11 ppm.

¿Cuál sería la concentración del ozono en el aire si se expresara en porcentaje en •volumen?

¿Por qué la concentración del ozono en el aire se expresa en ppm y no en •porcentaje en volumen?

Compara tu respuesta con el resto del grupo y reflexionen acerca de la utilidad de ■

expresar la concentración en ambas formas.

Con ciencia

Sin embargo, cuando se reportan los valores correspondientes, se omiten las unidades y sólo se indica ppm. Una parte por millón también se puede in-terpretar como que hay una partícula de contaminante por cada millón de las partículas de otras sustancias que existen en el aire.

En el caso de contaminantes sólidos, su concentración se calcula como el cociente de la masa del contaminante respecto al volumen de aire:

En algunas poblaciones de nuestro país se utiliza el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire, que es un valor de referencia para que las personas co-nozcan los niveles de contaminación que existen en el lugar donde habitan (Fig. 1.24).

Cuando el imeca de cualquier contaminante rebasa los 100 puntos, signifi-ca que sus niveles son perjudiciales para la salud. Para conocer más acerca del imeca y la concentración de los contaminantes del aire, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Concentración del contaminante = Masa del contaminante (microgramos)Volumen de aire (m3)

30

1.24 A finales del siglo XIX, varias ciudades de Europa ya padecían los efectos de la contaminación, Londres era una de ellas.Investiga las acciones que llevaron a cabo las autoridades y los londinenses para resolver este problema.


La contaminación, la legislación y el modelo de desarrolloLos primeros estudios de detección de la contaminación en México se re-montan a la década de 1970. Desde esa fecha, y con el propósito de mejorar la calidad del aire, se han puesto en marcha varias acciones, se crearon di-versas instituciones ambientales y se aprobaron leyes y normas para regular la emisión de contaminantes. El 23 de enero de 1988 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la Ley General del Equilibro Ecológico y la Protec-ción al Ambiente. Para que conozcas algunos de sus planteamientos, te invi-tamos a realizar la siguiente actividad.

Para disminuir la contaminación y preservar los recursos naturales es impor-tante cambiar nuestras actitudes hacia el medio ambiente(Fig. 1.25). ¿Recuer-das que desde 5o. de primaria estudiaste qué es el desarrollo sustentable? ¿Consideras que si un modelo de desarrollo lo tomara en cuenta, se podrían resolver muchos de los problemas ambientales? Para reflexionar acerca de es-tas preguntas te invitamos a realizar la siguiente actividad.

1 Forma un equipo de cuatro integrantes y consigue el Diario Oficial de la Federación donde se publicó la Ley General del Equilibro Ecológico y Protección al Ambiente (lee el recuadro Conéctate en esta misma página).

Les recomendamos tener a la mano un libro de biología y un diccionario, y anotar ■

en su bitácora las palabras que no conozcan así como su significado.

Lean el artículo 3 del Capítulo 1. Comenten su interpretación de los conceptos que ■

allí se definen y den un ejemplo que aplique a cada uno. De ser posible elaboren un dibujo para cada concepto.

Revisen los artículos 1 y 2 del Capítulo 1 para que conozcan el contenido general de ■

la ley. Esta actividad no pretende que memoricen los conceptos ni el contenido de dicha ley.

Comenten con el resto del grupo si esta ley garantiza el cuidado y mejoramiento •del ambiente.

Con ciencia

Consulta la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección del Ambiente en:

www.bibliojuridica.org/libros/2/542/5.pdf

www.somosamigosdelatierra.org/13_curiosidades/ecohuella/ecohuella.htm

Conéctate

1 Investiga cuáles son las principales posiciones a favor del desarrollo sustentable y las de la globalización para garantizar los recursos para generaciones futuras.

Organiza un debate con tus compañeros y compañeras de grupo y reflexionen ■

también acerca del papel de la sociedad civil para encontrar un punto de acuerdo entre ambas posiciones, así como respecto a que “la contaminación ambiental es un problema cuya disminución o solución involucra a toda la población”. ¿Consideran que modificar sus hábitos de consumo puede contribuir al desarrollo sustentable?

Organicen una exposición de carteles para compartir esta información con el resto ■

de la comunidad escolar.

En el Ateneo

…qué es la huella ecológica?

Si cada habitante de América Latina tuviera el consumo del ciudadano promedio estadounidense, requeriríamos un planeta 2.5 veces mayor para satisfacer nuestras necesidades. Este dato se calcula a partir de la “huella ecológica” de las personas. Con sólo responder una serie de preguntas es posible medir cuánta superficie terrestre necesita una persona para obtener su alimentación, vivienda, vestuario, transporte, etcétera, en la página.

www.wwf.org.mx/wwfmex/he_cuestionario.php

¿Sabías...

Después de lo que has estudiado en esta lección, revisa la tabla de la página 9 y verifica si lograste los aprendizajes correspondientes. De no ser así, reflexiona sobre las posibles causas y coméntalas con tu maestro o maestra para que te oriente.


31

1.25 Mientras la sociedad siga funcionando con un modelo de desarrollo basado en el consumo desmedido, y la idea de que los recursos naturales existen sólo para que los seres humanos los usemos, sin cuidarlos para las generaciones futuras, no podrá funcionar una legislación adecuada.

2Propiedades físicas y caracterización de las sustancias

LE

CC

iÓ

N


2.1 ¿Qué percibimos de los materiales?

Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales

Identificar ciertas propiedades de los materiales no es difícil, inténtalo. Elige alguno y, con sólo observarlo, podrás percibir su color, su opacidad o trans-parencia, o si es sólido, líquido o gas; si lo manipulas, comprobarás su dure-za o suavidad, o si conduce o no el calor (Fig. 1.26).

En la siguiente actividad usa tu experiencia para identificar los objetos y ma-teriales con que se elaboraron, sin emplear el sentido de la vista.

1.26 Antes de elaborar sus productos, los fabricantes consideran el uso que éstos van a tener y eligen los materiales de acuerdo a sus propiedades. ¿Qué características tendrán los materiales empleados para elaborar los trajes de los atletas?

1 Forma un equipo de cuatro compañeros y compañeras. Se necesita

Objetos de distintas formas y texturas elaborados con diferentes materiales (vidrio, plástico, metal, tela u otros)

Alimentos y productos con aroma (asegúrate de que no sean tóxicos ni irritantes)2 mascadas o trapos limpios para vendar los ojos

ProcedimientoUn integrante del equipo deberá conseguir los objetos antes listados, asegurándose ■

de que los demás integrantes no vean tales artículos.

La persona que reunió los objetos, vendará los ojos de dos integrantes del equipo ■

(el cuarto integrante registrará las observaciones) y les dará cada objeto y producto por separado para que los describan con los ojos vendados.

Es importante que proporcionen la mayor cantidad de información y traten de ■

identificarlos, si es posible.

Cada estudiante deberá indicar las principales propiedades de los objetos y ■

productos que favorecieron la identificación.

Elaboren un cuadro como el siguiente en sus bitácoras y complétenlo: ■

Objeto o producto Características ¿Lo identificaste? Características que facilitaron la identificación

Contesten las siguientes preguntas con base en la información del cuadro: ■

¿Pudieron identificar todos los objetos y productos? Indiquen por qué sí o por qué no. •

¿Qué características son comunes en distintos objetos y productos? ¿En qué son •distintos?

Describan ambos tipos de características. ¿Cuáles de ellas les ayudan a •identificarlos? ¿Por qué?

Comparen los resultados con el grupo y reflexionen acerca de la importancia de •conocer las características de un objeto o material.

En el Ateneo

32


Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales

En la actividad previa pudiste identificar, sólo con cuatro de tus sentidos, al-gunas características o propiedades de la materia en el mundo de lo macros-cópico. En tu curso de Ciencias II viste que hay una forma de clasificar la materia según su estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso, plasma), que cada uno de ellos tiene propiedades distintas, y que el modelo cinético de las partículas permite explicar esas propiedades; además, el mismo modelo nos ayuda a comprender lo que sucede en el mundo de las partículas, que no po-demos percibir con los sentidos.

En el campo de la química, algunas propiedades y transformaciones de la materia se perciben con los sentidos, pero las explicaciones acerca de su es-tructura, sus propiedades y transformaciones se relacionan con el mundo de las partículas, de dimensiones tan pequeñas que no se pueden ver con mi-croscopios comunes: el mundo del microcosmos (Fig. 1.27).

El siguiente experimento te ayudará a reflexionar acerca de las limitaciones de nuestros sentidos para identificar las propiedades de los materiales. Rea-lízalo en tu hogar.

1.27 Gracias al microscopio de barrido por tunelaje es posible tener imágenes de las partículas que componen la materia. En la fotografía se muestran las crestas de hélices del ADN.

1 Forma un equipo de dos integrantes y recuerden hacer sus anotaciones en su bitácora.

Se necesita1 cuchara pequeña½ taza de fécula de maíz ¼ taza de agua tibia 1 tazón de plástico3 hojas de periódicoServilletas de papel

Procedimiento Elijan un lugar fácil de limpiar y cubran el área de trabajo ■

con los periódicos.Antes de trabajar, lean con atención este párrafo y planteen ■

su hipótesis. En este experimento mezclarán la fécula de maíz con el agua. Identifiquen las propiedades de estas sustancias con sus sentidos. Predigan qué sucederá al combinarlas, ¿qué características tendrá la mezcla? Coloquen media taza de fécula de maíz en el tazón. ■

Agreguen un cuarto de taza de agua y mueve la mezcla con ■

sus dedos para incorporar las sustancias.Dejen reposar la mezcla durante 2 minutos y observen ■

su apariencia. ¿Cómo clasificarían su estado de agregación? •

Esparzan 1 cucharadita de fécula de maíz sobre la mezcla y ■

presionen ligeramente hasta que quede lisa. ¿Qué creen que sucederá si introducen un dedo en •la mezcla?

A partir de aquí, les sugerimos que uno de ustedes realice la actividad y el otro haga las anotaciones.

Introduce tu dedo índice en la mezcla, con un movimiento ■

lento y suave. Retíralo en seguida e introdúcelo de nuevo, pero ahora de manera brusca y rápida. Anoten sus observaciones.

Toma un puño de la mezcla y colócalo sobre la palma de ■

tu otra mano. Raspa la superficie de esta muestra con tus dedos y colócala de inmediato en la palma de tu otra mano. Escribe tus observaciones. Toma un poco de la pasta e intenta formar una bola, con ■

movimientos circulares, entre las palmas de tus manos. ¿Qué sucede mientras manipulas la pasta? •

¿Qué ocurre cuando interrumpes el movimiento? •

Trata de estirar muy lentamente la pasta con las manos, ■

¿qué sucede? Repite lo anterior pero con un movimiento rápido. Registra tus observaciones.Separa con rapidez una porción de la pasta, colócala en ■

la palma de tu mano y ciérrala de inmediato. Abre y cierra ligeramente tu mano. ¿Qué sucede?

Análisis y conclusionesElaboren un cuadro que permita comparar las propiedades ■

del agua, de la fécula de maíz y de la mezcla.Respondan con base en sus observaciones y conocimientos ■

sobre las propiedades generales de los sólidos y líquidos.¿Cómo definirían el estado de agregación de la mezcla? •

¿Consideran que hay fronteras precisas entre los sólidos, •líquidos y gases?

Discutan sus resultados con el resto del grupo y reflexionen ■

acerca de las limitaciones de nuestros sentidos para identificar las propiedades de la materia.


En el Ateneo

33


1.28 Así como reconoces a tus amigos por su apariencia física (su estatura o su complexión), también identificas diversos objetos por su color, forma, olor, textura y estado de agregación.

1 Con base en la información del cuadro anterior, en esta misma página, identifica o investiga las propiedades físicas de las siguientes sustancias: azúcar común (su nombre químico es sacarosa, y su fórmula C12H22O11), cubo de hielo (H2O), cobre (Cu), alcohol etílico (C2H5OH), sal común (cloruro de sodio, NaCl) y agua líquida (H2O).

Elabora un cuadro que te permita analizar las propiedades de cada sustancia. ■

¿Algunas sustancias tienen propiedades similares? De ser así indica cuáles son. •

¿Cuál o cuáles propiedades se pueden medir? •

¿Cualquier propiedad de las sustancias te permite identificarlas? Justifica tus •respuestas.

Compara tus respuestas con las del resto del grupo y reflexionen si una sola ■

propiedad permite la identificación de las sustancias.

Con ciencia

Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación

Algunas propiedades de las sustancias se pueden observar y medir sin que cambie su identidad; es decir, no se forman sustancias distintas a las origina-les. Estas características se conocen como propiedades físicas.

Observa en el cuadro siguiente algunas propiedades físicas de la materia.

Propiedad Descripción

Color ¿Tiene color la sustancia o es incolora? ¿Cuál es su color?

Olor ¿Emite algún aroma la sustancia? ¿Lo puedes describir?

Masa ¿Qué cantidad de materia contiene?

Volumen ¿Qué espacio ocupa?

Estado de agregación ¿Es un sólido, un líquido o un gas?

Densidad ¿Cuál es el cociente de su masa entre su volumen?

Conductividad eléctrica ¿Conduce la electricidad o no?

Punto de fusión ¿A qué temperatura el sólido se transforma en líquido?

Punto de ebullición ¿A qué temperatura hierve el líquido?

Algunas propiedades físicas son descripciones cualitativas de la materia que hacemos a partir de nuestras observaciones con los sentidos (Fig. 1.28). Por ejemplo, “esa bebida es roja”, “el oxígeno es un gas” (Fig. 1.29), sin embargo la explicación de algunas de estas propiedades está en el mundo de las partículas, como viste en tu curso de Ciencias II. “ese libro es grande”. También existen las propiedades cuantitativas, es decir, aquellas cuyo valor se puede medir con algún instrumento. El agua líquida hierve a 100 °C a nivel del mar; una masa de 204 g de azúcar se disuelve en 100 mL de agua.

1.29 El modelo cinético de las partículas que revisaste en tu curso de Ciencias II permite explicar las propiedades generales de los sólidos, líquidos y gases. ¿Qué estado de agregación se representa en cada una de estas figuras?

34

Cualitativo: lo que describe las características de personas, seres vivos o cosas.

Glosario


2.2 ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales?

En esta actividad prepararás una pasta de migajón para modelar y tendrás oportunidad de reflexionar acerca de la importancia de la medición.

La medición forma parte de nuestra vida diaria. La ropa y el calzado que usas, corresponden a determinada talla. Hay un horario establecido para entrar y salir de la escuela. La medición también proporciona información impor-tante acerca de las propiedades de objetos y sustancias, y de las característi-cas de un fenómeno.

Como recordarás, la medición consiste en comparar una característica de un objeto o fenómeno con una unidad previamente establecida (Fig. 1.30). Durante mucho tiempo, los seres humanos utilizaron diversos objetos o par-tes del cuerpo (brazos, antebrazos, pies, dedos) como unidades de compara-ción, hasta que se llegó al acuerdo de usar patrones de medición reconocidos

1.30 El proceso de medición implica la lectura de números en un instrumento como la balanza, el termómetro, la cinta métrica, el reloj, o algún otro. Las unidades del SI, que se muestran en la siguiente página, son la referencia internacional de las marcas y escalas de este tipo de instrumentos.

1 Reúne un equipo de cuatro integrantes y registra todas tus observaciones en la bitácora.

Se necesita80 g pan de caja blanco sin corteza y desmenuzado9 mL de glicerina9 mL de pegamento blanco líquido3 mL de jugo de limón1 balanza1 bandeja de plástico de 1 L1 cuchillo1 jeringa desechable de 10 mL sin aguja1 jeringa desechable de 3 mL sin aguja

ProcedimientoRetiren la corteza de las rebanadas de pan con el cuchillo. Háganlo con precaución. ■

Desmenucen el pan con sus manos, de manera que obtengan pequeñas virutas.

Sin utilizar ■ instrumentos de medición, estimen las cantidades aproximadas de ingredientes descritas en la lista. Adiciónenlas en el recipiente de plástico en el orden en que se piden y formen una mezcla.

Repitan el procedimiento anterior, pero ahora midan las sustancias con los ■

instrumentos adecuados.

Froten sus manos ligeramente con un poco de glicerina, para evitar que la pasta se ■

pegue a ellas.

Análisis y conclusionesComparen las propiedades de ambas pastas e intenten modelar un objeto con ■

cada una.Si desean modelar otros objetos, guarden la pasta en una bolsa de plástico, a la ■

que le hayan extraído el aire, y ciérrenla. No la dejen en el refrigerador, pues se endurece. A temperatura ambiente se conserva alrededor de una semana. Si se enlama deben desecharla.Compartan sus resultados con el resto del grupo y reflexionen por qué es ■

importante la medición al realizar algún experimento.

En el Ateneo

35


internacionalmente. Un patrón de medición es una unidad de característi-cas conocidas que se establece como referencia y con la cual se comparan las características de un objeto determinado, así, el metro es un patrón.

A partir de 1960, durante la Undécima Conferencia General de Pesos y Me-didas, se adoptó el Sistema Internacional de Unidades (SI) formado por siete unidades fundamentales, que se presentan a continuación.

Unidades fundamentales del SI

Magnitud Unidad Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Intensidad de corriente eléctrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cd

Unidades derivadas del SI

Magnitud Nombre de la unidad SI Símbolo

Superficie metro cuadrado m2

Volumen metro cúbico m3

Velocidad metro por segundo m/s

Aceleración metro por segundo al cuadrado m/s2

Masa/volumen (densidad) kilogramo por metro cúbico kg/m3

Resistencia eléctrica Volt-Ampere VA21

La mayoría de las unidades del SI las utilizaste en Ciencias II. En este cur-so revisaremos la magnitud de cantidad de sustancia y su unidad mol en el Bloque 3.

Propiedades extensivas y su medición: la masa y el volumen

Si tienes una caja llena de libros y otra similar pero llena de hule espuma, ¿cuál tiene mayor masa?, ¿cuál mayor volumen?, ¿en qué unidades expresa-rías estas magnitudes?

La masa de un cuerpo es la medida fundamental (magnitud) de la canti-dad de materia que contiene. La unidad de masa en el SI es el kilogramo. Sin embargo, en nuestra vida cotidiana utilizamos múltiplos y submúltiplos de esta unidad, según la masa de los objetos (consulta el Apéndice E).

La masa de un objeto se determina con las balanzas; la más utilizada en los laboratorios escolares es la granataria (Fig. 1.31). Si en tu escuela hay una balanza, pide a tu maestro o maestra que te enseñe a usarla y a conser-varla. En los laboratorios científicos es común el uso de la balanza analítica o de la balanza electrónica. En la página siguiente te proponemos construir una balanza.

1.31 Los instrumentos de medición se basan en una unidad patrón y permiten medir un objeto asignándole un valor numérico.

Balanza granataria

36


1 Integren un equipo con tres compañeras y compañeros y construyan una balanza con materiales de uso cotidiano.

Se necesita

1 gancho para ropa

Hilo delgado y resistente

2 vasos cónicos de papel

Plastilina

1 balanza con pesas

Procedimiento

Construyan un dispositivo como ■

el que se muestra en la figura.

Modelen varias pesas de 1 g, 5 g y 10 g con la plastilina. Si en tu escuela no hay ■

una balanza, pueden acudir a algún comercio para calibrar sus pesas.

Determinen la masa de objetos como plumas, lápices y gomas con la balanza que ■

construyeron.

Elaboren un cuadro con sus resultados. ■

¿Qué harían si la balanza no les permite medir la masa de un solo objeto •muy pequeño? ¿Cómo determinarían su valor utilizando su balanza? •

Con la misma balanza de laboratorio o de algún comercio determinen la masa de ■

los mismos objetos y anoten sus resultados en el cuadro.

¿Son similares sus mediciones? ¿Qué tanto? •

¿Qué ventajas y desventajas tiene su balanza con respecto de la del laboratorio •o del comercio?

En el Ateneo

1.32 Un metro cúbico equivale a 1 000 dm3 y a 1 000 000 de cm3. ¿Sabes cuántos metros cúbicos de agua se consumen en tu casa? Revisa el recibo correspondiente.

1.33 En la vida cotidiana se emplean las unidades de capacidad de los recipientes para expresar el volumen de los líquidos. En este caso, el litro y los mililitros.

El volumenEl espacio que ocupa la materia corresponde a su volumen y se mide en tres dimensiones: largo, ancho y altura. La unidad fundamental del volumen en el SI es el metro cúbico, que equivale al espacio ocupado por un cubo que mide 1 metro por lado (Fig. 1.32).

Sin embargo, en nuestra vida cotidiana los objetos tienen volúmenes más pe-queños, por lo que es más conveniente emplear los submúltiplos del metro cúbico, como el cm3 y el dm3.

Para determinar el volumen de sólidos regulares, utilizamos relaciones ma-temáticas establecidas según la forma del objeto. En tus clases de Matemá-ticas de cursos anteriores calculaste el volumen de diversos cuerpos como la esfera, el cilindro o el cubo.

En el caso de líquidos se utilizan recipientes de distinta capacidad para de-terminar su volumen (Fig. 1.33). La capacidad es el volumen máximo de un líquido que puede contener un recipiente. En los laboratorios escolares se utilizan diversos recipientes como matraces, probetas y vasos de precipitados. En el apéndice D de este libro se incluyen ilustraciones de los instrumentos y materiales de uso común en el laboratorio escolar.

37

1dm3 1m3

1 dm3 1 L 1000 mL


Para determinar el volumen de objetos sólidos pequeños de forma irregular, se utilizan recipientes graduados, como una probeta que contenga un líqui-do, por ejemplo, agua: se introduce el objeto y se mide el volumen de líquido que haya desplazado.

La masa y el volumen son propiedades extensivas, ya que su valor depende de la cantidad de materia.

Propiedades intensivas y su medición: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/V) y solubilidad

Existen otras propiedades cuyo valor no se modifica al disminuir o aumen-tar la cantidad de materia, son las propiedades intensivas que estudiaremos a continuación.

DensidadEn nuestra vida cotidiana movemos de lugar diversos objetos. Supón que vas a cambiar de lugar dos cajas de capacidad similar. La primera está llena de libros y la se-

gunda con bolas de poliestireno (Fig. 1.34).

Antes de levantarlas, estimas visualmente su masa y volu-men, y preparas tus músculos.

Cuando comparas la masa y el volumen de la caja de libros con la masa y el volumen de una caja similar de bolas de poliestireno, estás esti-

mando su densidad.

La densidad es la masa de una sustancia contenida en una uni-dad de volumen. Entre otras, es una propiedad física útil para

identificar sustancias ya que, a una misma temperatura, se mantie-ne su valor, aunque varíe la cantidad de materia.

La densidad se representa con la letra griega (ro) y se calcula mediante la expresión:

La unidad de la densidad en el SI es el kg/m3; sin embargo, en la vida coti-diana el m3 es una unidad de volumen poco práctica, por lo que se reporta en unidades derivadas del SI: para los sólidos en g/cm3 y para los líquidos y gases en g/mL.

Si deseamos calcular la densidad de una sustancia mediante la fórmula, de-bemos conocer el valor de la masa y su volumen. A continuación desarrolla-mos un ejemplo y en la sección “Demuestro lo que sé y lo que hago” hallarás más propuestas para ejercitarte.

( )( )

Densidad Volumen mMasa kg

mV

3=

=t

1.34 Los libros ocupan el mismo volumen (la caja) que las bolas de poliestireno. ¿Qué sucede con su masa?

38


Un minero encontró un pedazo pequeño de piedra de color dorado. Le sur-gió la duda si ésta era de oro o pirita, una sustancia formada por azufre y hierro [FeS2, sulfuro de hierro(II)]. La pirita se conoce como “oro de los tontos”, ya que su color es parecido al de ese metal (Fig. 1.35). La masa de la piedra era de 16.5 g y al introducirla en una probeta con 50 mL de agua, el volumen aumentó a 53.3 mL. Ayuda al minero a identificar si la piedra es realmente de oro. La densidad del oro es 19.32 g/cm3.

Primero debemos calcular la densidad de la piedra y compararla con la del oro. Así sabremos si realmente es de esta sustancia o no.

Para determinar la densidad con la fórmula

( )( )

Densidad Volumen mMasa kg

mV

3=

=t necesitamos conocer la masa y el volumen de la piedra.

. gm 16 5piedra =

El volumen de la piedra se obtiene por la diferencia de volumen del agua en la probeta al introducir la piedra:

Por lo tanto:

Este resultado nos indica que la piedra no es de oro.

En el cuadro siguiente se incluye la densidad de algunas sustancias.

Densidad de algunas sustancias comunes, a 20 °C

Material Estado de agregación Densidad (g/mL o g/cm3)

Oxígeno (1 atm de presión) gas 0.0013

Gasolina líquido 0.68

Hielo (0°C) sólido 0.917

Agua (4.0 °C) líquido 1.000

Sal (cloruro de sodio) sólido 2.16

Hierro (Fe) sólido 7.87

Mercurio líquido 13.6

Oro sólido 19.32

1.35 La pirita se parece tanto al oro que resulta difícil diferenciarlos a simple vista.

39

. .

.

mL mL mL

mL

V V

V

53 3 50 3 3

3 3final inicial

piedra

- = - =

=

..mL

gmL

gcm

g

cmg

mV 3 3

16 5 5 5

5

piedra

piedra

3

3

= = = =

=

t

t


La densidad de una sustancia varía según su estado de agregación. En ge-neral, los gases son menos densos que los líquidos, y éstos que los sólidos (Fig. 1.36).

Sin embargo, el valor de la densidad de una sustancia es el mismo cuan-do se encuentra a una misma temperatura. La densidad es una propiedad intensiva.

Para que un cuerpo flote en algún fluido, debe ser menos denso que el medio.

ViscosidadEs probable que últimamente hayas disfrutado de alguna golosina o una pa-leta cubierta con chocolate. Su preparación tiene que ver con una propie-dad de la materia conocida como viscosidad. Por ejemplo, entre más viscoso sea el chocolate la cubierta será más espesa.

La viscosidad es la resistencia de un líquido a fluir (Fig. 1.37). Una forma de comparar la viscosidad de distintos líquidos es determinar el tiempo que tardan los objetos en sumer-girse en ellos. En general la viscosidad disminuye al au-mentar la temperatura.

En el experimento de la fécula de maíz con agua que rea-lizaste al inicio de esta lección, observaste que la fluidez de la mezcla variaba si la batías, ejercías o no presión so-bre ella o si la vertías. Esto es porque su viscosidad se mo-difica con estos procesos.

Estos líquidos se conocen como líquidos no newtonianos y tienen la particularidad de convertirse en un sólido si se aplica presión sobre ellos, pero si ésta disminuye, se libe-ra líquido.

El atole también es un líquido no newtoniano. Cuando lo agitas con una cu-chara se observa un pequeño movimiento de retroceso.

1.36 En tu curso de Ciencias II viste que muchos sólidos son más densos que sus líquidos, por lo tanto pueden hundirse en éstos. ¿Puedes explicar entonces por qué el hielo flota sobre el agua líquida?

1 Se necesitaCinta métrica u otro instrumento para medir longitud

ProcedimientoDetermina el volumen de una habitación de tu casa. Si la densidad del aire es ■

0.0013 g/cm3 calcula la masa de aire que existe en dicha habitación.

Con base en los datos de densidad que se incluyen en el cuadro de densidades, ■

predice lo que sucedería si colocaras un clavo de hierro en un recipiente que contiene mercurio.

¿Qué observarías si colocaras una medalla de oro en el mismo recipiente? •

Con ciencia

1.37 Los números que aparecen en los aceites para vehículos tienen relación con su viscosidad.

En el siguiente sitio podrás observar un experimento virtual relacionado con la viscosidad de algunos fluidos y su variación con la temperatura.

www.seed.slb.com/es/scictr/lab/visco_exp/index.htm

Conéctate

40


Temperatura de fusión y temperatura de ebulliciónOtra propiedad de la materia que se cap-ta con facilidad es su estado de agregación (aunque a veces nuestros sentidos nos enga-ñen), el cual se relaciona estrechamente con otra propiedad: la temperatura que determina si es posible transferir energía de un cuerpo a otro y la dirección en la que esto se realiza.

En tu curso de Ciencias II Física se definió la temperatura como el promedio de la energía cinética de las partículas que componen un material.

La unidad fundamental de la temperatura en el SI se mide en kelvines (sin mayúscula) y se representa con K (sin el símbolo de gra-do, °).

Sin embargo, en la vida cotidiana la tempera-tura se mide en grados Celsius o centígrados (°C). En algunos países se utiliza la escala Fahrenheit (°F) (Fig. 1.38).

La temperatura de los materiales a menudo afecta otras propiedades, como el estado de agregación. A temperatura ambiente, el agua es un líquido; el azúcar, un sólido; y el oxígeno, un gas.

Una misma sustancia puede ser un sólido, un líquido o un gas dependiendo de la temperatura a la que se encuentre.

Es probable que un día caluroso hayas constatado el cambio de estado de una barra de chocolate en tu mochila, con consecuencias “desastrosas”.

Lo mismo ocurre con las sustancias, por ejemplo, la sal común sólida (clo-ruro de sodio, NaCl) se funde a una temperatura de 804 °C, mientras que el hielo a 0 °C a nivel del mar, y el oxígeno a –218 °C.

La temperatura de fusión es la temperatura a la cual un sólido se transforma en líquido. A una determinada presión, cada sustancia tiene un valor único de temperatura de fusión, por lo que esta propiedad de la materia ayuda a identificar las sustancias (Fig. 1.39).

La temperatura de ebullición es la temperatura a la cual hierve un líquido. A 1 atm de presión, el alcohol etílico hierve a 78.5 °C, el oxígeno líquido a –183 °C y el agua a 100 °C.

La temperatura de fusión y la temperatura de ebullición son propiedades que nos ayudan a identificar las sustancias.

Con relación a la temperatura de ebullición, te proponemos realizar la acti-vidad de la siguiente página.

1.38 La temperatura corporal considerada como normal es 37 °C, 98.6 °F y 310 K.

1.39 Casi siempre, la temperatura de fusión corresponde también a la temperatura de congelación. El uso de las palabras fusión y congelación depende del estado de agregación en que se encuentra la sustancia. Así, el hielo se funde a 0 °C, a 1 atm, pero también el agua líquida se congela a esa misma temperatura.

41

380370360350340330320310300290280270260

20100

1101009080706050403020100

210

225022602270

210200190180170160150140130120110100908070605040302010

242024302440

243\502460

K °C °F

373.15 100.00 212.00

37 °C

273.15 0.00 32.00

0.00 2273.15 2459.67


1 En esta actividad van a hervir dos volúmenes distintos de agua. Elaboren una hipótesis acerca de lo que ocurrirá con la temperatura de ebullición de las muestras y si hervirán al mismo tiempo. Recuerden hacer anotaciones en su bitácora.

Se necesita2 pocillos de 250 mL del mismo material, o dos vasos de precipitados de la misma capacidad 1 taza2 termómetros que midan temperaturas por arriba de 100 °C2 parrillas iguales (o una de dos plazas) 1 hoja de rotafolioPlumones

ProcedimientoForma un equipo de tres compañeros. ■

Viertan media taza de agua en uno de los pocillos y en el ■

otro una taza de agua.Introduzcan un termómetro en cada pocillo y anoten ■

el valor de la temperatura del agua. Estos valores corresponden al tiempo cero (t 0).Coloquen un pocillo en cada parrilla eléctrica, por ■

separado, y enciéndanla.Registren el valor de la temperatura del agua en ambos ■

recipientes cada dos minutos. Eviten que el termómetro entre en contacto con el recipiente.

Análisis y conclusionesContinúen el calentamiento durante 6 minutos, después de ■

que hierva el agua de cada recipiente.Organicen los datos en un cuadro y elaboren con su equipo ■

una gráfica que muestre la variación de la temperatura contra el tiempo de calentamiento. Usen la misma gráfica para los resultados de ambas muestras.

Con base en sus resultados, contesten las siguientes ■

preguntas:¿Cómo cambia la temperatura con respecto del tiempo? •

¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las •gráficas? Justifiquen tus respuestas.¿Cuál fue el tiempo en que hirvió el agua en cada uno •de los recipientes? ¿Cómo lo explicas?¿Cuál fue la temperatura a la que hirvió el agua en cada •recipiente? ¿Cómo lo explicas?¿Qué sucede con la temperatura durante y después de •que hierve el agua?

Con base en tus aprendizajes sobre los cambios de estado ■

y el modelo cinético de las partículas, de tu curso de Ciencias II, elabora en una hoja de rotafolio un modelo para explicar lo que sucede con la temperatura durante y después de que hierve el agua.Comparen su modelo con los del resto del grupo y ■

reflexionen si la temperatura de ebullición es una propiedad intensiva o extensiva.

En el Ateneo

La solubilidadEn la lección anterior iniciaste el estudio de las mezclas. La sustancia que se encuentra en mayor cantidad en una mezcla se denomina disolvente. Las sus-tancias que se encuentran en menor cantidad reciben el nombre de solutos.

Los líquidos están muy presentes en la vida cotidiana y la mayoría son mez-clas acuosas. Reciben este nombre porque el disolvente es el agua.

Las disoluciones acuosas son un tipo de mezclas cuyos solutos se disuelvenen el agua. Sus componentes no se distinguen a simple vista. El agua mineral, las bebidas preparadas con polvos saborizantes, los blanqueadores de ropa, el vino, el sudor (Fig. 1.40), algunos jugos de fruta procesados, son disoluciones acuosas.

Sin embargo, hay sustancias que no se mezclan con el agua, por ejemplo el aceite, la gasolina y cierto tipo de pinturas. Estas sustancias no son miscibles con el agua.

La solubilidad es la capacidad de una sustancia para disolverse en otra. Al-gunas sustancias, como el alcohol y algunos gases, se mezclan con el agua en cualquier proporción. Incluso una mezcla de alcohol con agua tiene un volumen menor al de los dos líquidos por separado.

1.40 Cuando transpiras o lloras eliminas soluciones acuosas a través del sudor o las lágrimas.

42


Otras sustancias, como la sal (Fig. 1.41), tienen una capacidad limitada para disolverse en agua. Sólo se pueden mezclar hasta cierto límite.

Cuando la concentración (la proporción entre sus componentes) de la mez-cla es muy baja, se dice que es una disolución diluida. Si la proporción entre los componentes aumenta, se tiene una disolución concentrada. Al llegar al punto en que ya no es posible disolver más soluto (a un determinado valor de temperatura y presión), se dice que la disolución está saturada.

En el caso de las disoluciones acuosas, la solubilidad de un soluto es la ma-yor cantidad de soluto que es posible disolver en 100 g de agua, a cierto valor de temperatura y presión, para formar una disolución saturada, es decir, aquella que no admite más soluto.

En algunos casos, al aumentar la temperatura y la presión, se puede rebasar el límite de solubilidad, es decir se puede disolver más soluto. Si se permite que la temperatura descienda lentamente hasta su valor inicial, el soluto pue-de permanecer disuelto y formar una disolución sobresaturada.

La solubilidad de una sustancia puede modificarse al variar la temperatura y la presión. En el caso de los sólidos, su solubilidad no varía mucho con los cambios de presión, pero sí al aumentar o disminuir la temperatura. Para re-flexionar sobre esto último te proponemos realizar la siguiente actividad.

1.41 A temperatura ambiente, la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) es 36 g/100 g de H2O, lo cual significa que en 100 g de agua se puede disolver un máximo de 36 g de cloruro de sodio. Si se añadiera más cloruro de sodio a esta disolución, a la misma temperatura, ya no sería posible disolverla y la sal sobrante se depositaría en el fondo del recipiente.

43

1 La siguiente gráfica es un modelo que muestra la variación de la solubilidad de tres sustancias sólidas con la temperatura.

Analiza la gráfica y responde lo siguiente: ■

¿Cuál es la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl), del nitrato de potasio (KNO3) •y del clorato de potasio (KClO3) a 20 °C? A esta temperatura, ¿cuál de las sustancias es más soluble en agua?

¿Cuál de las tres sustancias es más soluble en agua a 50 °C? •

¿Cuál es la menos soluble? •

¿Qué sucede con la solubilidad de las sustancias sólidas al aumentar la •temperatura?

Compara tus respuestas con el resto del grupo y reflexionen acerca de: ■

Cómo se modifica la solubilidad de sustancias sólidas con la temperatura. •

Si la solubilidad contribuye a la identificación de las sustancias. •

Con ciencia

KNO3

NaClKClO3

Temperatura (°C)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

g de

sus

tanc

ia/1

00g

H2O

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0


En el caso de los gases, la variación de la presión y la temperatura tienen un efecto considerable en su solubilidad. Con seguridad has observado que al destapar un refresco se forman burbujas que en ocasiones salen de la botella. Esto es así ya que el gas del refresco se introduce a presión en la botella y al retirar la tapa, disminuye la presión y la solubilidad del gas es menor. Por eso escapa del recipiente y arrastra parte el líquido, lo que forma las burbujas.

A diferencia de la mayoría de los sólidos, la solubilidad de los gases disminu-ye al incrementarse la temperatura. Esto tiene consecuencia en los organis-mos acuáticos que utilizan el oxígeno disuelto en el agua para respirar, como los peces. Por ejemplo, la temperatura corporal de los peces aumenta o dis-minuye de acuerdo con la temperatura del agua. Cuando ésta se incremen-ta, lo hace también la temperatura corporal de los peces, comen más y nadan con mayor rapidez. Por tanto, consumen más oxígeno. Por otro lado, el au-mento en la temperatura del agua disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en el agua lo que dificulta el proceso de respiración (Fig. 1.37).

Concentración (m/V)En la Lección 1 de este bloque estudiaste la expresión matemática de la con-centración en porcentaje en volumen y en partes por millón (ppm).

Otra forma de representar la concentración cuando se tiene un soluto sólido, es relacionando la masa de una sustancia y el volumen final de la mezcla.

( )( )

( )Concentracion Volumen L

Masa gVm

=l

Por ejemplo, el agua potable contiene diversas sustancias disueltas en bajas concentraciones, como el fluoruro de sodio (NaF), que contribuye a la pre-vención de la caries dental (Fig. 1.43). La norma mexicana permite una con-centración máxima de fluoruro de sodio de 1.5 mg/L. Es decir, cada litro de agua potable debe contener un máximo de 1.5 mg de fluoruro de sodio.

Sin embargo, en algunas regiones de nuestro país la concentración de fluoruro de sodio rebasa, de manera natural, los 4 mg/L y puede producir la fluorosis, una enfermedad que vuelve quebradizos a los dientes y los huesos.

Observa que incluso las variaciones mínimas en la concentración de las diso-luciones son importantes. Recuerda que “la dosis es el veneno”.

1.43 Investiga qué concentración de fluoruro de sodio tiene el agua potable de tu comunidad.

44

1.42 ¿Qué sucederá con los peces si disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en el agua?


1 En esta actividad podrás analizar la concentración de oxígeno en el aire.Formen un equipo de tres compañeras y compañeros. ■

Investiguen la composición del aire en la troposfera. ■

Redondeen los valores de porcentaje del nitrógeno y ■

del oxígeno.

Si interpretan el porcentaje como cantidad de partículas: ■

¿En qué proporción se encuentran las partículas de •nitrógeno respecto a las partículas de oxígeno?¿Cuántas partículas de nitrógeno existen por cada •partícula de oxígeno?

Los siguientes modelos representan la composición del aire, pero sólo se considera ■

al nitrógeno y al oxígeno. Tomen en cuenta el modelo cinético de las partículas para el estado gaseoso, analicen las figuras y elijan la que representa mejor la composición del aire. Indiquen qué errores encuentran en los modelos que eliminan.

¿Cómo está representada la concentración del oxígeno en el recuadro •que eligieron?

La siguiente gráfica representa la variación de la concentración de oxígeno ■

con la altitud.

¿En qué magnitudes está expresada la concentración? •

Expliquen qué es la ■ altitud. Investiguen la altitud en su comunidad y en la Ciudad de México.De acuerdo con la gráfica anterior, indiquen el valor aproximado de la concentración ■

de oxígeno en el nivel del mar, en su localidad, en la Ciudad de México, en el Pico de Orizaba y en el Monte Everest.Describan cómo varía la concentración de oxígeno en el aire al aumentar la altitud. ■

Comenten sus resultados con el resto del grupo y reflexionen acerca de la dificultad ■

que representa para los deportistas competir en una localidad como la Ciudad de México.

En el Ateneo

En el aire, el oxígeno y el nitrógeno se presentan como

partículas dobles. Su representación en el

lenguaje químico es O2 y N2 respectivamente.

45

Altitud(km)

0 2 4 6 8 10 12 14

Con

cent

raci

ón (

g/m

3 )

250

200

150

100

50

Pico de Orizaba(5 747 m)

Monte Everest (8 880 m)


2.3 ¿Qué se conserva durante el cambio?

La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa. La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier

El proceso por el que una sustancia se quema en el aire es una transformación de los materiales que siempre ha llamado la atención del ser humano, aun-que en un principio no se comprendieran sus causas. El uso del fuego, hace aproximadamente 6 000 años, permitió cocinar y conservar alimentos, elabo-rar cerámica y obtener y fundir metales para elaborar mejores herramientas y armas, y resolver así muchas situaciones de la vida cotidiana.

Sin embargo, en los primeros siglos de nuestra era, el trabajo de los alquimis-tas fue muy importante en la transformación de los materiales (Fig. 1.44).

El origen de la palabra alquimia es incierto, pero se le relaciona con el tér-mino egipcio kemi que puede traducirse como “tierra negra”, y con el grie-go chymia que se refiere al trabajo de fundición y moldeado de los metales. También de la voz árabe al-khemia.

Los alquimistas se dedicaban a la transformación de las sustancias en la bús-queda de la purificación del ser humano (Fig. 1.45). Pretendían encontrar la llamada piedra filosofal que les permitiría transformar los metales en oro. También buscaban el elixir para lograr la juventud eterna.

Alrededor de 1700, Georg Ernest Stahl propuso la teoría del flogisto. De acuerdo con ella, cuando un material ardía se liberaba flogisto, “algo” aso-ciado a un principio inflamable, que se incorporaba al aire. Así, las sustancias con mucho flogisto ardían con mayor facilidad y lo que quedaba del material ya no podía arder, pues no contenía más flogisto.

En esas épocas diversos científicos estaban interesados en estudiar los “aires” (gases) que se producían durante las transformaciones de los materiales, pero una de las dificultades que enfrentaban es que tan pronto surgían, se incor-poraban al aire (Fig. 1.46).

Durante el siglo xviii prevalecía la idea de que el aire era un elemento y no una mezcla de gases como lo concebimos en la actualidad. Sin embargo, en ese tiempo se descubrió que había “varios tipos de aire”. Ahora sabemos que se trata de sustancias que forman parte del mismo. Por ejemplo, Carl W. Scheele (1742-1786) y Joseph Priestley (1733-1804) descubrieron el oxígeno (O2). Henry Cavendish (1731-1810), en 1766, descubrió el hidrógeno (H2) y también obtuvo por primera vez agua (H2O), al ha-cer pasar una chispa eléctrica en una máquina elec-trostática que contenía una mezcla de hidrógeno y oxígeno. En 1772, James Rutherford descubre el gas actualmente conocido como nitrógeno (N2).

1.44 En su búsqueda de la transmutación, los alquimistas llevaron a cabo diversas transformaciones de los materiales, obtuvieron nuevas sustancias (como los ácidos clorhídrico y sulfúrico) y diseñaron y elaboraron diversos aparatos.

1.46 En 1727 el inglés Stephen Hales construyó un cajón neumático que le permitió atrapar los gases producidos durante la fermentación de los vegetales. Sin embargo, algunos gases se disuelven en agua y no era posible atraparlos con este método. Cavendish sustituyó agua por mercurio y pudo atrapar gases solubles en agua.

1.45 Los alquimistas representaban con signos los materiales que utilizaban, así como las operaciones que efectuaban para transformar los materiales. Ocultaban su trabajo mediante el uso de un lenguaje nada fácil de descifrar.

46


El científico francés Antoine Lavoisier (1743-1749) también mostraba gran interés por lo que sucedía cuando ardían las sustancias, así como por las transformaciones de los metales. Buscó información relacionada con estos temas y retomó los experimentos realizados al respecto por Robert Boyle (1627-1691) y Joseph Priestley (1733-1804), entre otros científicos. Repitió los experimentos pero determinó las masas de las sustancias y los recipientes antes y después de las reacciones químicas.

Al principio, las mediciones realizadas por Lavoisier en recipientes abiertos parecían confusas. En algunos casos, la ceniza que quedaba de las sustancias calcinadas tenía menos masa. Sin embargo, cuando un metal se exponía al aire, se formaba una sustancia cuya masa era mayor que el metal original.

Lavoisier se enfocó en el papel de los gases en estas transformaciones. Para ello, utilizó recipientes cerrados (Fig. 1.47) que le permitieran atrapar y medir la masa de las sustancias y de los gases involucrados en las reacciones quími-cas. Primero medía la masa del recipiente cerrado que contenía la sustancia y el aire. Después de calentar, y hasta que observaba alguna transformación de la sustancia, medía de nuevo todo el sistema. Al repetir este procedimien-to con diversas sustancias, pudo corroborar que no había cambio en la masa total del sistema.

El uso de sistemas cerrados que evitaban la entrada y salida de gases, permitió explicar la pérdida aparente de masa durante la combustión. El gas que se desprendía de la sustancia quema-da, se incorporaba al aire, pero la masa del sistema permanecía igual. En el caso de los metales, una parte del aire se combina-ba con ellos y se obtenía una sustancia con mayor masa. Sin em-bargo, la aparente pérdida de masa de aire se compensaba con la ganancia de masa de la nueva sustancia. De nuevo, la masa total del sistema no variaba.

Los resultados de estos experimentos permitieron a Lavoisier de-ducir su famosa ley de conservación de la masa, que puede enunciarse como: la masa total de las sustancias que reaccionan, es igual a la de aquellas que se producen en la reacción. En la actualidad se habla de la ley de la conservación de la materia:

La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

La medición de propiedades extensivas de la materia (estudiadas en la sección 2.2) y la conservación de la masa, ayudaron a explicar el comporta-miento de los gases y a fundamentar la teoría atómica, en especial lo relacio-nado con la masa atómica. En tu curso de Ciencias II viste estos temas y los repasarás en el siguiente Bloque.

Aunque Priestley descubrió el oxígeno, Lavoisier estableció su participación en las combustiones y le dio el nombre con que se conoce. Otra de sus apor-taciones fue su trabajo con la nomenclatura química, ya que los nombres de las sustancias conocidas hasta entonces causaban confusión. En 1789 publi-có su Tratado elemental de química, que fundamenta los conocimientos de esta ciencia y sirvió como referencia para los químicos de la época.

1.47 Lavoisier tenía uno de los laboratorios mejor equipados de su época. El desarrollo de la tecnología del vidrio (con más de 4 000 años de antigüedad hasta entonces) permitió a Lavoisier incorporar a su laboratorio diversos aparatos e instrumentos para realizar mediciones y análisis confiables y reproducibles. Incluso, Lavoisier y sus colaboradores diseñaron algunos de ellos. Su laboratorio puede visitarse en el Musée National des Techniques de París.

47


Como podrás darte cuenta, aunque se considera a Lavoisier el padre de la química moderna, él hizo sus descubrimientos tomando en cuenta el traba-jo y los conocimientos de otros científicos.

En la siguiente actividad te invitamos a diseñar un experimento relacionado con el principio de conservación de la masa, así como a recapitular sobre los trabajos de los científicos mencionados durante el tratamiento de este tema.

…que Lavoisier nació en París el 26 de agosto de 1743, en el seno de una familia burguesa?

Obtuvo la licenciatura en Derecho, pero su interés por las ciencias lo llevó a tomar clases de física, química, botánica y mineralogía. Tiempo después logró entrar a la Academia de París.

En 1766 adquirió una acción de una empresa recaudadora de impuestos. Como es de imaginar, los cobradores de impuestos no eran muy populares entre la población.

Al concretarse la Revolución Francesa, Lavoisier fue acusado y arrestado por traición a la patria, por trabajar para la monarquía como recaudador de impuestos. Su laboratorio y sus bienes fueron confiscados. El 8 de mayo de 1794 su vida terminó en la guillotina. Años después, su laboratorio fue devuelto a su viuda (Fig. 1.48).

¿Sabías...

1 Los invitamos a diseñar un experimento que involucre la reacción química que se presenta cuando se pone en contacto un analgésico efervescente en agua.

Se necesita3 muestras de analgésico efervescente (tableta o polvo)1/2 vaso de agua1 vaso de agua2 botellas de plástico transparente de 600 mL (como las de bebidas gaseosas)4 globos del número 7 o de mayor tamaño1 embudo de tallo corto2 ligasCinta adhesiva1 balanza

ProcedimientoFormen un equipo de cuatro integrantes. ■

Disuelvan media tableta o la mitad de un sobre de antiácido efervescente en medio ■

vaso de agua.Anoten sus observaciones en la bitácora. ■

Diseñen un experimentoComenten cómo utilizarían el material descrito para comprobar la ley de la ■

conservación de la masa. Determinen las mediciones que harán y los momentos más adecuados para ello ■

(las cantidades de analgésico y agua que se mencionan permiten realizar varios ensayos).Elaboren un dibujo del dispositivo que propongan y un cuadro para anotar ■

sus resultados.Al concluir el experimento, respondan: ■

¿Qué sucedió con los valores de la magnitud que midieron? •

¿Qué semejanza tiene su dispositivo con el tipo de sistema que utilizó Lavoisier •para hacer sus experimentos? ¿El experimento realizado les permitió corroborar la ley de la conservación de la •masa? Justifiquen sus respuestas.Comparen el diseño de su dispositivo y sus resultados con los del resto del grupo •y obtengan una conclusión final.

2 Elaboren con el grupo una línea de tiempo considerando los trabajos de los científicos que se mencionan en las dos páginas anteriores. Incorporen también algunos acontecimientos históricos relevantes ocurridos en América y Europa en ese tiempo.

Si su maestro o maestra accede, peguen en la pared del salón su línea de tiempo, ■

la cual irán completando durante el ciclo escolar. Como actividad de fin de cursos, pueden invitar a la comunidad escolar a visitar su línea del tiempo de la química.


En el Ateneo

Para conocer más sobre la obra de Lavoisier visita el sitio:www.thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/lavoisier.htmo consigue el libro de Hoffmann, Roald, Lo mismo y no lo mismo, México, FCE, 2000.

Conéctate

48

1.48 Marie Anne fue esposa de Lavoisier. Ella dominaba varias lenguas, entre otras, inglés y latín. Esto le permitió traducir para su marido algunas obras científicas escritas en inglés, por ejemplo, de Priestley y Cavendish. Marie Anne también ilustró varios libros de su marido.


2.4 La diversidad de las sustancias

Experiencias alrededor de diversas sustancias

Si miras a tu alrededor encontrarás objetos cons-tituidos por diversos materiales: playeras de al-godón, libros de papel, pantalones de mezclilla, bolígrafos de plástico, fachadas de cantera, pare-des de adobe y muchos más.

Algunos materiales existen en la Naturaleza y otros son sintetizados en los laboratorios quími-cos. Un material puede estar constituido por una o varias sustancias.

Una sustancia está formada por un solo compo-nente y posee un conjunto de propiedades que la distinguen de otras. La Chemical American Society tiene registradas más de 32 millones de sustancias. El oro es un material formado por una sola sustan-cia, aunque el que se usa en joyería es una mezcla de oro, plata y cobre, lo cual mejora su apariencia, dureza y reduce su costo.

Gracias al desarrollo de la química, los conocimientos actuales de los mate-riales favorecen su clasificación. Sin embargo, antes no era así, sólo se con-taba con conocimientos empíricos, basados en la experiencia cotidiana, que se transmitían de una generación a otra. Tal es el caso de la herbolaria (Fig. 1.49), el conocimiento empírico de las propiedades y usos de algunas hierbas y plantas.

Durante mucho tiempo las academias de medicina no reconocieron el uso de la herbolaria con propósitos curativos. En la actualidad diversas institucio-nes científicas y laboratorios farmacéuticos estudian un sinnúmero de plan-tas, flores y raíces para identificar las sustancias responsables del efecto que producen en el organismo.

1.49 La herbolaria constituye una riqueza cultural de nuestro país.

1 Reúnete con tres compañeros y compañeras e investiguen sobre algunas plantas medicinales. Si pueden, entren a la página del museo virtual de la Universidad Michoacana:

www.ccu.umich.mx/museo/hist-natural/botanica/plantas-medicinal/tabla2.html

Revisen la información que investigaron e identifiquen cómo están clasificadas ■

las plantas. ¿Cómo consideran que clasificaron las plantas los antiguos pobladores de •México?¿Cómo las clasificarían ustedes? ¿Por qué? •

Comparen su clasificación con las del resto del grupo y reflexionen acerca de la ■

más adecuada.

Con ciencia

Si quieres obtener más información sobre la herbolaria, consulta la siguiente dirección electrónica:

www.mexicodesconocido.com.mx/espanol/naturaleza/flora/decis.cfm?idsub=29&idsec=10&group_by_edo=false

Conéctate

49


Una clasificación particular: el caso de las mezclas

En nuestra vida cotidiana está muy presente la clasificación de seres y obje-tos. Por ejemplo, los alumnos de una escuela se pueden clasificar de diversas formas, dependiendo del objetivo que se busque. El criterio puede ser por grado escolar, grupo, género, desempeño académico, estatura, habilidades deportivas o artísticas.

Cuando necesitamos algún producto o servicio, acudimos a cierto tipo de es-tablecimientos de acuerdo con lo que buscamos: mercados, bibliotecas, tien-das, farmacias, papelerías, tintorerías, panaderías, u otros. En estos lugares podemos localizar con cierta facilidad los productos que buscamos, ya que otras personas los han clasificado con base en diversos criterios.

Para comprender qué es un criterio, te invitamos a realizar la siguiente actividad.

Mezclas homogéneas y heterogéneas

La materia se presenta de formas muy diversas y los científicos la clasifican para estudiarla y comprenderla, por lo que es necesario establecer criterios. Por ejemplo, si se elige el estado de agregación, la materia se puede clasifi-car como sólida, líquida o gaseosa; sin embargo, esta forma no es suficiente para averiguar de qué están hechas las cosas. También es posible clasificar las mezclas, y uno de los criterios es su apariencia.

Si a simple vista no se distingue que una mezcla está formada por dos o más sustancias, se clasifica como mezcla homogénea. Su apariencia es uniforme. Algunos ejemplos son: el aire, el gas doméstico, el latón, las amalgamas den-tales, los perfumes, la gasolina y el agua potable. Las mezclas homogéneas también se conocen como disoluciones.

1 Organicen un equipo de cuatro integrantes.

Se necesita1 baraja americana

Procedimiento

De manera individual, organiza parte de la baraja en grupos de cinco cartas que ■

cumplan con un criterio determinado. Por ejemplo sólo corazones, sólo pares, diamantes y nones, tréboles o pares, u otro.

Pide a tus compañeros de equipo que identifiquen el criterio que utilizaste para ■

clasificar cada grupo de cartas.

Solicita a otro compañero que realice la misma actividad, pero con otros criterios. ■

Comenten sobre actividades de su vida cotidiana donde clasifiquen objetos e ■

identifiquen el criterio que utilizan.

Con ciencia

50


En este tipo de mezclas los componentes están distribuidos uniformemen-te, y contienen la misma proporción de ellos en toda la muestra. Si disuelves un poco de sal en agua y agitas bien, cualquier parte de la mezcla tendrá las mismas propiedades. Por ejemplo, la intensidad del sabor será igual si tomas un poco de la superficie de la mezcla, o del fondo del recipiente.

Por el contrario, cuando los componentes de la mezcla se distinguen a sim-ple vista, ésta se clasifica como heterogénea (Fig. 1.50). Las ensaladas, el agua de horchata y la granola son ejemplos. Otra característica de las mezclas he-terogéneas es que la proporción de los componentes no es la misma en toda la muestra.

Propiedades y métodos de separación de mezclas

Hay personas a quienes no les agrada el sabor de la cebolla cruda y la retiran de la ensalada o de las enchiladas. Es fácil hacer esta separación. Sin embar-go, no siempre es sencillo separar los componentes de una mezcla.

Las sustancias que forman una mezcla se pueden separar de acuerdo con sus propiedades, y esto se realiza sólo mediante procesos físicos en los que no se modifican sus propiedades intensivas.

A continuación conocerás algunos métodos para separar los componentes de distintos tipos de mezclas.

DecantaciónEste método permite separar mezclas heterogéneas formadas por un sóli-do y un líquido, o por dos líquidos (Fig. 1.51). Para decantar una mezcla de un sólido y un líquido, es necesario dejarla reposar para que que el sólido se sedimente, es decir se “asiente” en el fondo del recipiente. Para separar los componentes, se inclina con cuidado el recipiente con la mezcla y se vierte el líquido en otro recipiente.

En las mezclas heterogéneas formadas por dos líquidos inmiscibles, tam-bién es necesario dejar la mezcla en reposo, para que las sustancias se acomoden en capas, de acuerdo con su densidad. La sustancia más den-sa se deposita en el fondo del recipiente. Una vez que se forman las

1.50 El metate y el molcajete están elaborados con basalto. La cantera es un material presente en diversas construcciones de México. De acuerdo con su apariencia, ¿cómo clasificarías estos materiales?

1 Clasifica las siguientes mezclas como homogéneas o heterogéneas. En cada caso, explica la razón de tu elección.

Agua de melón •

Sangre •

Una cucharadita de azúcar disuelta en un vaso de agua •

Madera •

Jugo de naranja natural •

Jugo de naranja envasado •

Aderezo para ensaladas •

Gas doméstico •

Con ciencia

1.51 La decantación es un proceso importante en las plantas de tratamiento de aguas residuales. El agua contaminada se deja reposar en tanques enormes, para que los materiales menos densos que el agua (como los aceites) se separen y floten, y algunos sólidos (como arena, tierra y heces fecales) se sedimenten. Luego, se separan los materiales y el agua se traslada hacia otro tanque para continuar con su tratamiento.

51


capas, se inclina el recipiente con mucho cuidado y se vierte la sustancia me-nos densa en otro recipiente (Fig. 1.52).

FiltraciónEste método sirve para separar mezclas heterogéneas, en las que un sólido está suspendido en un líquido, es decir, el sólido es insoluble en el líquido. Otra propiedad que permite separar las sustancias por este método, es el ta-maño de las partículas.

La filtración consiste en pasar la mezcla por un medio poroso (como papel, tela o materiales plásticos o cerámicos) que retiene el sólido pero deja pasar el líquido (Fig. 1.53).

MagnetizaciónEste método se utiliza para separar mezclas heterogéneas de dos o más sóli-dos, cuando una de las sustancias tiene propiedades magnéticas. Consiste en acercar un imán a la mezcla para atraer la sustancia y separarla de las que no son magnéticas.

DestilaciónSe emplea para separar mezclas homogéneas formadas por un sólido y un lí-quido, o por dos líquidos, donde uno de los componentes está disuelto en el otro. La propiedad de las sustancias que permite usar este método, es la tem-peratura de ebullición. A una presión determinada, cada sustancia hierve a una temperatura.

Para este método se requiere equipo de laboratorio como el que se muestra en la Figura 1.54.

1.52 Al abrir la llave de paso del embudo de separación se pueden separar las sustancias líquidas de distinta densidad. ¿Saldrá primero la más densa o la menos densa?

1.53 Dispositivos comunes que se utilizan en los laboratorios escolares y en el hogar para realizar una filtración. Existen varios tipos de papel filtro con distinto tamaño de poro. Para que la filtración sea efectiva, debe elegirse un papel que retenga el sólido.

1 Menciona los nombres de aparatos de uso común en algunos hogares que funcionen con filtros. Investiga el tipo de filtro que utiliza cada aparato así como los materiales que permite separar.

Con ciencia

52

Cafetera eléctrica Equipo de filtración

Pinzas universales

Embudo

Papelfiltro

Soporte universal


1.54 El mechero es la fuente de calentamiento. El matraz de destilación contiene la mezcla a separar. El refrigerante enfría los vapores y ayuda a que éstos se condensen, y el recipiente recibe el líquido destilado. Las mangueras de hule permiten la circulación del agua de enfriamiento, y el gas para mantener encendido el mechero.

Al calentar la mezcla, se evapora en mayor proporción la sustancia con tem-peratura de ebullición más baja y pasa por el tubo interno del refrigerante. El agua que circula alrededor del tubo, permite que disminuya la temperatura en el interior de éste, y que el vapor se vaya enfriando y condensando. Este líquido se colecta en otro recipiente pero aún no es completamente puro, por lo que puede aumentarse su pureza repitiendo la operación. Una des-ventaja de este método es que no puede usarse si alguna de las sustancias se transforma por efecto del calor.

Cristalización y sustancias purasEste método de separación aprovecha la variación de la solubilidad de las sustancias con la temperatura. Como recordarás, la so-lubilidad de la mayoría de las sustancias sólidas aumenta con la temperatura. Para la cristalización, la sustancia se disuelve en un disolvente caliente hasta for-mar una mezcla saturada. Después, la mezcla se enfría lentamente y la sustancia se cristaliza y se separa.

Con este método se pueden obtener sustancias puras, esto es, formadas por un mismo tipo de partículas. Durante la cristalización, las impurezas perma-necen en el disolvente. Sin embargo, la pureza absoluta no se puede alcan-zar (Fig. 1.55).

Extracción con disolventesLa ventaja de este método es que permite separar los componentes de mezclas sólidas, líquidas o gaseosas. La mezcla se trata con un disolvente, de manera que uno de los componentes se disuelva y los otros no. Por ejemplo, cuando preparas un té, utilizas el agua como disolvente para extraer las sustancias aro-máticas que se encuentran en las hojas. Si usas agua caliente, aumentas la so-lubilidad de estas sustancias.

…que el petróleo es una mezcla de diversas sustancias llamadas hidrocarburos?

Para separar los hidrocarburos, el petróleo se transporta a las refinerías. Allí se destila en unos contenedores enormes llamados columnas de fraccionamiento. En este proceso se obtienen combustibles como el gas doméstico, la gasolina, el diesel y la parafina.

Los hidrocarburos que se han separado, se utilizan para sintetizar un sinnúmero de materiales, reactivos químicos y productos: medicamentos, disolventes, plásticos, cosméticos, aislantes, juguetes, muebles, fibras para telas, colorantes y perfumes.

¿Sabías...

1.55 Se dice que una sustancia es químicamente pura cuando está integrada en más de un 97% por el mismo tipo de partículas. La mayoría de las sustancias que se utilizan en la industria tienen una pureza comercial o grado técnico de 90 al 95%.

53

Matraz

Mechero

Gas

Mangueras por donde circula el agua

Refrigerante

Recipiente

Soporte universal


CromatografíaHabrás notado que el viento arrastra hojas y polvo pero no objetos pesados, que el agua penetra en las fibras de algunas telas o en una servilleta de papel. Del mismo modo los componentes de algunas mezclas pueden ser arrastra-dos en distintos medios y se pueden retener en otros, lo que favorece su se-paración (Fig. 1.56).

La cromatografía se basa en una propiedad de la materia llamada adsor-ción, por la cual las partículas de un sólido, líquido o gas se adhieren (se “pegan”) a la superficie de un soporte o fase estacionaria, que en general es un sólido.

En este método también se usa una fase móvil, ya sea un líquido o un gas, que “mueve” las sustancias sobre la superficie de la fase estacionaria. Así, los componentes de la mezcla se adhieren con mayor o menor facilidad a la fase estacionaria, por lo que al añadir la fase móvil, las sustancias se mueven a dis-tinta velocidad. Las que están más adheridas, van más despacio que las otras y así se logra su separación. En los laboratorios escolares la cromatografía en papel es la más utilizada.

1.56 El botánico Mikhail S. Tswet descubrió la cromatografía al lograr separar los pigmentos vegetales de algunas plantas. Investiga qué significa cromatografía. …que la cromatografía ayuda a detectar sustancias en fluidos biológicos?

La saliva, la sangre y la orina son algunos ejemplos. También es posible detectar los contaminantes ambientales por este método. Los cromatógrafos (Fig. 1.57) son aparatos que permiten identificar los componentes de una mezcla, aun si se trata de cantidades tan pequeñas como un picogramo (1 pg 1 10212 g).

¿Sabías...

1.57 La cromatografía permite detectar sustancias prohibidas en competencias deportivas.

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1 En esta actividad podrás separar los componentes de una mezcla colorida.

Se necesitaMarcadores de base agua de distintos colores (asegúrate de contar con uno color negro y otro café). También puedes utilizar colorantes vegetales de diferentes colores.2 vasos de vidrio o plástico transparente2 lápices, bolígrafos o colores2 filtros para cafeteraReglaTijerasCinta adhesiva

ProcedimientoOrganicen un equipo de tres personas. ■

Extiendan los filtros para cafetera sobre una ■

superficie seca. Recorten rectángulos de 4 cm de ancho, el largo debe medir un poco más que la altura del vaso.Enrollen un extremo del filtro en el lápiz y ■

péguenlo con la cinta adhesiva, como se ilustra en la fotografía.Dibujen una mancha con alguno de los marcadores ■

en el otro extremo del papel, a unos 2 cm del borde. Procuren que la mancha quede centrada a lo ancho del papel.Viertan agua en el vaso hasta una altura de 1 cm. ■

Coloquen el papel dentro del vaso, con cuidado, de modo que el extremo con la ■

mancha haga contacto con el agua, pero eviten que ésta toque la mancha.Observen lo que sucede y retiren el papel antes de que el líquido llegue al nivel del ■

lápiz. Registren sus observaciones.

Análisis y conclusionesRepitan el procedimiento anterior utilizando marcadores de otros colores y respondan: ■

¿Qué ocurrió con la mancha de cada marcador? •

¿Cuáles tintas son mezclas? •

¿Cuál contiene más colores? •

¿Qué ocurriría si usaran marcadores • indelebles? Plantea tu hipótesis.El método que utilizaste es una cromatografía en papel. ■

¿Cuál es la fase estacionaria? ¿Cuál es la fase móvil? •

Investiguen algunas aplicaciones de la cromatografía. ■

En el Ateneo

El tendedero de las dudasPromueve en tu grupo la formación de 5 equipos para que cada uno revise los •aprendizajes esperados para esta lección (pág. 9).Cada equipo deberá identificar los contenidos de la lección 2 que están relacionados •con dichos aprendizajes.Si tienen dudas sobre algunos conceptos deberán escribirlas en una hoja de papel. •

Dibujen en el pizarrón un tendedero (como los que utilizan para poner a secar la ropa) y •sobre “la cuerda” peguen los papeles con sus dudas.Un integrante de cada equipo tomará un papel y leerá la duda para que el resto del •grupo ayude a aclararla.Si después de esta actividad, aún tienes dudas consulta a tu maestro o maestra para •que te oriente como aclararla.


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Indelebles: en este caso se refiere a los marcadores cuya tinta no es soluble en agua.

Glosario


A igual que en Ciencias I y II, en tu curso de Ciencias III tendrás oportu-nidad de realizar varios proyectos. En esta ocasión también deberás reunirte con algunos compañeros y compañeros para organizar el trabajo en equipo.

Para empezar, pueden comentar y analizar sus logros y dificultades al reali-zar los proyectos de sus cursos previos de Ciencias y de otras asignaturas.

Les aconsejamos favorecer un ambiente de confianza y respeto en el equi-po, pues esto propicia que todos los integrantes expresen con libertad sus in-quietudes y lleguen a un mejor acuerdo sobre el tema a investigar. Cuando nos involucramos en una actividad que nos interesa, trabajamos mejor y con más entusiasmo.

Los proyectos que les proponemos tienen como objetivo integrar los conocimien-tos, habilidades y actitudes que han desarrollado y fortalecido durante el estudio de un bloque o de todo el curso, como es el caso de los proyectos del Bloque 5. Desde luego, también podrán aplicar sus aprendizajes de otras asignaturas.

Con respecto a los proyectos de los cursos anteriores, encontrarán dos diferencias:

• La primera es que los temas de estudio en este curso están relacionados con la química; es decir, con las propiedades y la transformación de las sustancias, por lo que deberán extremar las medidas de seguridad du-rante la realización de los experimentos y manejar los desechos adecua-damente. Para ello, te invitamos a consultar los anexos A y B.

• Hallarán además una mayor relación de las ciencias, en especial de la química con la tecnología y la sociedad, lo cual les permitirá valo-rar los beneficios y perjuicios del correcto o mal uso del conocimiento químico.

Al final de cada bloque deberán realizar un proyecto. En los bloques 1 a 4 presentamos sugerencias de dos proyectos, planteados aquí a manera de pre-guntas, pero éstos sólo son un ejemplo de los temas que su equipo puede ele-gir. Cada proyecto incluye un texto que resalta su importancia. Si deciden realizar otro proyecto, deben considerar que tenga relación con los conteni-dos revisados en el bloque correspondiente.

Para elaborar su proyecto les proponemos cuatro etapas que abarcan las sec-ciones ¿Qué sé?, ¿Qué quiero conocer?, ¿Qué haré para saberlo?, y ¿Cómo lo comunico?

¿Qué sé?

En ocasiones es difícil decidir el tema del proyecto y a veces ayuda plantear-se algunas preguntas. Es probable que durante la revisión de los contenidos

Mi proyecto

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Ahora tú explora, experimenta y actúa

y el desarrollo de las actividades que realizaron durante un bloque, les surjan preguntas o inquietudes sobre algunos temas. Ésta puede ser una base para la elección del tema del proyecto.

Una vez que elijan el tema, les aconsejamos retomar lo que saben de éste. Para ello pueden repasar los contenidos del bloque, o también efectuar una búsqueda breve de información en diversas fuentes. Si tienen alguna duda sobre la confiabilidad de alguna de ellas, consulten a su maestro o maestra.

¿Qué quiero conocer?

En esta sección deberán plantear la pregunta principal que guiará su investi-gación. En los proyectos que les sugerimos, hay algunos ejemplos de pregun-tas, pero ustedes están en libertad de elegir otras, según lo que les interese investigar.

¿Qué haré para saberlo?

Aquí deberán elegir y realizar las actividades que apoyarán su investiga-ción. Por ejemplo, buscar más información, analizar programas de diferen-tes medios de comunicación, hacer experimentos y entrevistar a personas que laboran en instituciones, organizaciones y empresas relacionadas con su proyecto.

Es importante que determinen el tiempo necesario para cada una de ellas.

¿Cómo lo comunico?

En esta etapa podrán planificar la forma de presentar y compartir los resul-tados de su proyecto, de preferencia no sólo con los compañeros del grupo, sino con el resto de la escuela o con los miembros de su comunidad.

Asimismo, deberán elaborar un informe escrito y hacer una presentación, empleando diversos apoyos, por ejemplo, organizar una feria de ciencias, una exposición de carteles, una representación, entre muchas opciones, el lími-te es su creatividad.

En los proyectos propuestos al final de los bloques 1 y 2, incluimos algunas recomendaciones sobre aspectos que les ayudarán a realizar cada etapa de su proyecto. En los bloques siguientes no abundaremos en ellas, por lo que les recomendamos tenerlas presentes y consultarlas cuando lo consideren necesario.

Además, al inicio del Bloque 5 incluimos una lista de verificación para que valoren su grado de compromiso y apoyo durante la realización del proyecto.

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