Ciencias Naturales 2017 - ifdcsanluis-slu.infd.edu.ar · PDF filedeterminadas condiciones del...

Ciencias Naturales

2017

Ciencias Naturales y su didáctica I IFDC-SL

1

¿QUE ES LA VIDA?

La vida es un fenómeno natural sumamente complejo. Si bien tenemos

una idea intuitiva de lo que es un ser vivo, definir la vida resulta muy

difícil porque, en algunos casos, la materia inanimada parece compartir

características de los seres vivos. Por ejemplo, un cristal, en

determinadas condiciones del entorno, puede “crecer”, tal como lo hace

un ser vivo; el fuego “se mueve” y, sin embargo, tampoco es un ser vivo.

Una de las mayores dificultades para definir la vida es que un organismo

es mucho más que la suma de sus partes. La relación que esas partes

establecen entre sí son las que otorgan a la vida sus peculiares

características.

Estas características son:

• Una estructura organizada compuesta, mayoritariamente, de

materiales con características particulares, que se denominan orgánicos.

Por ejemplo, una planta o una ballena están en su mayor parte formados

por este tipo de compuestos.

• Una organización compleja, que debe mantenerse en forma activa, y que establece una

relación con el entorno, que se denomina homeostasis. Por ejemplo, para mantener su

organización un ser vivo necesita obtener alimento del ambiente que lo rodea.

• La capacidad de responder activamente a los estímulos del ambiente. Por ejemplo, una

gacela escapa cuando percibe la cercanía de un león.

• La capacidad de crecer. Al nacer, un cachorro de perro es más pequeño que cuando es adulto.

• La necesidad de obtener y transformar la materia y la energía proveniente del ambiente. Por

ejemplo, las plantas fabrican su alimento empleando la luz del sol y materiales que obtienen del

ambiente.

• La capacidad de reproducirse, que permite que se originen nuevos seres vivos. Por ejemplo,

un toro y una vaca se aparean y tienen crías.

• La posibilidad de evolucionar. Por ejemplo, las aves surgieron luego de muchos cambios y

muchos millones de años de un grupo de dinosaurios.


2

Los sistemas vivientes

Seguramente, habrán escuchado el término sistema alguna vez y no les resulte extraño. Por

ejemplo, conocen el sistema educativo, el sistema solar o los ecosistemas.

Pero, ¿cuál es la definición específica de sistema en el ámbito científico?

Se considera que es un conjunto de componentes relacionados entre sí y que funcionan de

manera organizada. La idea de analizar un ser vivo como sistema comenzó a plantearse entre los

biólogos durante las últimas décadas del siglo XX. Fueron dos investigadores chilenos, Humberto

Maturana y Francisco Varela, los que propusieron considerar a los seres vivos como sistemas

vivientes.

Como lo que define a un sistema es su organización, ellos propusieron que existe una

organización de los sistemas vivientes, a la que denominaron autopoiesis. Este concepto puede

explicarse de una manera básica como la capacidad que tienen los sistemas de producirse a sí

mismos. En otras palabras, los sistemas vivientes pueden crear o destruir elementos de su propio

sistema como respuesta a los cambios de su entorno. Sin embargo, aunque la estructura del

sistema pueda cambiar, su identidad se mantiene sin variaciones durante toda su existencia.

¿Cómo es esto posible? Un ejemplo servirá para aclarar este concepto. Muchos lagartos tiene la

posibilidad de “cortar” su cola cuando esta es atrapada por un rival o un predador. La cola

“cortada” se regenera, hasta alcanzar un tamaño similar a la original. Si bien una parte de la

estructura del “sistema lagarto” se modificó, este no perdió su identidad original y sigue siendo

el mismo lagarto.

Las partes que constituyen un sistema cumplen una función particular, pero esta función es

esencial para el funcionamiento del sistema en su conjunto. Por ejemplo, continuando con el

análisis del “sistema lagarto”, observamos que está compuesto por partes que, a su vez, son

sistemas, como el digestivo y el nervioso, entre otros. Estas partes tienen una función

característica (el sistema digestivo transforma los alimentos; el sistema nervioso coordina las

funciones del cuerpo y permite que el organismo reaccione ante los estímulos) se relacionan

entre sí y constituyen el “sistema lagarto”. Si bien cada una de las funciones que cumplen estas

partes son muy importantes, el lagarto como organismo es mucho más que un “montón” de

partes sumadas: es un organismo, un sistema viviente que presenta las características de la vida

que mencionamos antes como la capacidad de crecer, de reproducirse, de relacionarse con el

ambiente, entre otras.


3

Lo que distingue a los sistemas vivientes de otros sistemas es el hecho de que en forma continua

se “producen” a sí mismos, de forma tal que sostienen su propia organización. En este sentido,

los sistemas vivientes son autónomos, y conservan su organización mediante el intercambio de

materia y energía con el entorno.

Los seres vivos intercambian materia y energía con el ambiente para mantener su compleja

organización.

Los materiales que adquieren del ambiente, llamados nutrientes, se incorporan al organismo y se

utilizan para construir su cuerpo, reparar las partes dañadas y crecer. Los organismos, además,

requieren energía para realizar todas sus funciones, como moverse, reproducirse y alimentarse.

Tanto la materia como la energía intervienen en procesos que ocurren dentro del organismo, y

se transforman por medio de ellos.

Como los organismos dependen de su entorno para obtener tanto la materia como la energía se

dice que son sistemas abiertos. Por esta razón, los cambios en el entorno afectan a los

organismos, y las acciones de los organismos, al mismo tiempo, afectan a su entorno.

Entre el entorno y los sistemas vivientes, entonces, existe un intercambio permanente de

materia y energía que puede esquematizarse de la siguiente manera:

UNIDAD EN LA DIVERSIDAD

¿Qué tienen en común un árbol, un ser humano, un hongo y un alga?


4

A simple vista, no mucho. Sin embargo, comparten características fundamentales que permiten

considerarlos como sistemas vivientes y conformar una unidad, que los diferencia de la materia

inanimada.

A su vez, la diferencias mediante las cuales estas características se ponen en juego en los

organismos y las relaciones que estos tienen con el entorno, da lugar a la enorme diversidad de

seres vivos que se conocen.

La célula es la unidad estructural más pequeña de la vida, es decir, que cumple con las

funciones vitales de un organismo. Algunos seres vivos están compuestos por una sola célula,

como las amebas o los paramecios, y se los denomina unicelulares. Otros, están compuestos por

conjuntos de células relacionadas entre sí de diversas formas, y se

denominan pluricelulares. Entre ellos se encuentran la mayoría de los

seres vivos conocidos: perros, caballos, helechos, hongos, moscas,

entre muchísimos otros.

Intercambio de materia y energía con el medio

Los organismos necesitan obtener del ambiente que los rodea materia

y energía para cumplir con sus funciones vitales, como crecer, reproducirse o alimentarse. En el

interior de los organismos, la materia y la energía se transforman. Una parte se utiliza y otra se

elimina y vuelve al ambiente.

Estabilidad del medio interno

Para conservar su organización y su estructura, los seres vivos deben mantener sus condiciones

internas relativamente constantes y estables, independientemente de los cambios en su entorno.

A este proceso se lo denomina homeostasis.

Crecimiento

En algún momento de su vida, los seres vivos se vuelven más grandes, crecen. Este fenómeno

implica la transformación de materiales obtenidos del ambiente en materiales para la

construcción del cuerpo del organismo.

Respuesta a los estímulos

Los seres vivos pueden percibir y responder a los estímulos (cambios) que provienen tanto del

ambiente externo como de su interior. Esta capacidad de se denomina irritabilidad y permite a


5

los organismos mantener estables sus condiciones internas. A la vez, las respuestas de los

organismos modifican su entorno de algún modo.

Reproducción

Los seres vivos se reproducen para originar descendientes similares a ellos. Mediante este

proceso se asegura la continuidad de un grupo de organismos a pesar de la muerte de los

individuos que lo componen

Adaptación

Los seres vivos poseen características que les permiten sobrevivir y reproducirse con éxito en el

ambiente en el cual se desarrollan. Estas se denominan adaptaciones.

LA VIDA ES ORGANIZACIÓN

Ya vimos que un organismo es mucho más que la suma de sus partes, pues la interacción que se

establece entre ellas establece finalmente sus características, a las que se denomina

propiedades emergentes.

Los seres vivos están formados por los mismos materiales fundamentales que la materia

inanimada, pero lo que los diferencia es cómo estos materiales se organizan. Es decir, por la

cantidad de átomos que componen las diferentes moléculas, cómo se ubican unos respecto de

otros, qué tipos de moléculas construyen, la forma que adoptan esas moléculas, cómo se

relacionan entre sí, las estructuras que constituyen, etc. Por lo tanto, la clave está en la

organización de la materia.

Esta organización se diferencia en niveles, que tienen sus propias características y que siempre

abarcan las propiedades emergentes del nivel inferior más otras que le son propias. Los niveles

de organización de la vida van desde los organismos unicelulares hasta los más complejos, que se

agrupan a su vez entre sí y conforman organizaciones más complejas hasta llegar al ecosistema,

que incluye los componentes vivos y los componentes no vivos, y las relaciones que se

establecen entre ellos. En cada uno de estos niveles, la complejidad no está determinada por la

cantidad de materia que lo constituye sino también por el modo en que se combinan los

diferentes componentes. Esto determina que en cada nivel aparezcan características nuevas que

no son simplemente la suma de las propiedades de los componentes del nivel anterior. Por

ejemplo, las moléculas son estructuras sin vida, pero al organizarse pueden dar lugar a la

formación de una célula, que es una estructura que presenta una propiedad nueva: la vida.


6

Nivel subatómico

Lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y

los electrones.

Nivel atómico

Lo componen los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede

intervenir en una reacción.

Nivel molecular


7

Está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la

unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos, como por ejemplo una molécula de

oxígeno (O2) o de carbonato cálcico (CaCO3).

BIOMOLÉCULAS: principales componentes de los seres vivos.

Las moléculas que forman la materia viva se denominan biomoléculas, y un ejemplo es la

glucosa (C6H12O6). Existen biomoléculas comunes a todos los seres vivos, entre ellas las

sustancias orgánicas, como las proteínas, los lípidos, los hidratos de carbono, los ácidos

nucleícos y las vitaminas, y también otras inorgánicas,

como el agua y los minerales. Las moléculas

orgánicas son todas aquellas constituidas, básicamente,

por átomos de carbono unidos mediante enlaces

covalentes. Antes se consideraba que sólo eran

sintetizadas por los seres vivos; sin embargo,

actualmente se han logrado por síntesis artificial

compuestos de carbono que nunca aparecen en los seres

vivos, como, por ejemplo, los plásticos.

Macroelementos Microelementos Oligoelementos

Constituyen el 99% de

los sistemas vivientes.

C H O N P S.

Formación de

moléculas grandes,

complejas y estables.

Comprenden alrededor

del 1% de los seres

vivos.

Ca, Na, K, Mg, Cl.

Su concentración es

inferior al 0,05%.

Fe, Cu, Co, F, Mn.

En los sistemas vivientes, las biomoléculas cumplen las siguientes funciones:

Biomoléculas

Compuestos orgánicos

Proteínas

Hidratos de Carbono

Lípidos

Compuestos inorgánicos

Sales Minerales

Agua


8

Algunas biomoléculas aunque cumplen principalmente una sola de las funciones mencionadas,

también realizan otras. Por ejemplo, las proteínas son, básicamente componentes

estructurales, pero determinadas proteínas, como las enzimas cumplen funciones reguladoras.

VER ANEXO: BIOMOLECULAS

Nivel Agregados Moleculares:

Nivel Celular: La cualidad de la vida, tal como fue

caracterizada en las páginas anteriores, se da en el nivel de la

célula. Y a pesar de que existen diversos tipos de células, todas

poseen estructuras comunes:

• Una membrana plasmática, que establece un límite con el

ambiente y controla qué sustancias entran y salen de la célula.

• El citoplasma, en el que se encuentran las distintas

estructuras celulares.

• El material genético, que porta la información para controlar la organización de la célula.

En las células animales y vegetales se encuentra agrupado en una estructura llamada núcleo, y

en las bacterias, está libre en el citoplasma.

Se distinguen dos clases de células: las células procariotas (sin núcleo) y las células

eucariotas, mucho más evolucionadas y que presentan núcleo, citoesqueleto en el citoplasma

y orgánulos membranosos con funciones diferenciadas.


9

Las células tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y

reproducción.


10

La forma de las células está determinada básicamente por su función. La forma puede variar

en función de la ausencia de pared celular rígida, de las tensiones de uniones a células

contiguas, de la viscosidad del citosol, de fenómenos osmóticos y de tipo de citoesqueleto

interno.

El tamaño de las células es también extremadamente variable. Los factores que limitan su

tamaño son la capacidad de captación de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad

funcional del núcleo.

Cuando una célula aumenta de tamaño, aumenta mucho más su volumen (V) que su superficie

(S) (debido a que V = 4/3pr3mientras que S = 4/3pr2). Esto implica que la relación

superficie/volumen disminuye, lo que es un gran inconveniente para la célula ya que la entrada

de nutrientes está en función de su superficie y no del volumen. Por este motivo, la mayoría de

las células son aplanadas, prismáticas e irregulares, y pocas son esféricas, de forma que así

mantienen la relación superficie/volumen constante.


11

Membrana Plasmática

La membrana plasmática es una delgada lámina que envuelve la célula, separando el

citoplasma del medio externo. Su función principal es la de regular el paso de sustancias,

manteniendo las diferencias esenciales entre el citoplasma y el medio extracelular. En el

interior celular, el citoplasma está compuesto por un medio líquido, denominado citosol, una

red de filamentos proteicos, (el citoesqueleto) y un sistema de orgánulos membranosos.

Estructura de la membrana plasmática

La estructura consiste en una bicapa de lípidos en la que se asocian moléculas proteicas. Estas

proteínas pueden disponerse en ambas caras de la superficie de la membrana o bien estar

englobadas en la misma. El término fluido se debe a que los lípidos e incluso las proteínas

pueden moverse lateralmente en esta bicapa.

Está compuesta básicamente por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos, que constituyen el 40%

de la membrana.

Fosfolípidos: son los componentes más abundantes y tienen básicamente una función

estructural. Debido a su carácter anfipático se autoensamblan, formando dos capas. Presentan

una alta movilidad lateral y de giro sobre sí mismos, produciendo una gran fluidez en la

membrana.

Glucolípidos: son mucho menos abundantes. Su componente glucídico, siempre orientado

en la cara externa de la membrana, interviene en procesos de reconocimiento y señales entre

células.


12

Colesterol: se asocia a los lípidos disminuyendo la fluidez de la monocapa y manteniendo la

estabilidad de la bicapa (solo en las células animales).

Citoplasma

El citoplasma está constituido por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares (células

eucariotas):

El citosol es el medio interno del citoplasma. Es el espacio entre la membrana plasmática,

la envoltura nuclear y las distintas membranas de los orgánulos. Es un medio acuoso (85% de

agua), en el que están disueltas todas las moléculas que la célula necesita para su

metabolismo. En el citosol, los ribosomas realizan la síntesis de proteínas. La mayor parte de

ellas permanecen en él, aunque otras pasarán por el sistema endomembranoso, mediante

tráfico vesicular, al exterior celular, o bien irán al núcleo.

El citoesqueleto aparece sólo en células eucariotas. Está constituido por una red de

filamentos proteicos de tres tipos:

o Microfilamentos: son básicamente filamentos de actina. Junto con los filamentos

de miosina, posibilitan el movimiento contráctil de las células musculares.

o Filamentos intermedios: constituidos por proteínas filamentosas. Los principales

son los neurofilamentos, los filamentos de queratina y los de vimentina. Desempeñan

funciones estructurales.

o Microtúbulos: Son componentes principales del citoesqueleto, y organizan y

distribuyen el resto de los filamentos y orgánulos celulares. Los cilios y flagelos son

estructuras derivadas de los microtúbulos.


13

Material Genético: ADN

El ácido desoxirribonucleico, conocido como ADN, es un ácido nucleico que contiene

instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos

conocidos, y es responsable de su transmisión hereditaria. La función principal de la molécula

de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información.

Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las

instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y

las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son

llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte

en la regulación del uso de esta información genética.

Nivel tisular

En los organismos multicelulares las células se agrupan a su morfología y actividad funcional,

constituyendo los tejidos.

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_nucleico

http://es.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Biolog%C3%ADa_del_desarrollo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_vivo

http://es.wikipedia.org/wiki/Herencia_gen%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Informaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_gen%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula

http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_ribonucleico

http://es.wikipedia.org/wiki/Gene


14

Nivel órganos y sistema de órganos

Los distintos tejidos se integran coordinadamente dando origen a los órganos. Los órganos

que colaboran en un mismo proceso constituyen un nivel de organización superior, el

sistema de órganos.

Nivel Individuo

Un organismo es un ser vivo, un individuo que interacciona con el ambiente y con otro

individuos de igual o distinta especie. Todo ser viviente, sea éste unicelular o pluricelular.

El universo y el Sistema Solar

Contenidos

4. El Sistema Solar

Ubicación en el universo

Nuestro planeta está situado en el Sistema Solar girando en torno al Sol, que es una estrella.

El Sistema Solar se encuentra en un brazo de la galaxia llamada Vía Láctea (o camino de Santiago).

Alrededor del Sol giran los cuerpos planetarios mayores que son los ocho planetas. Los cuerpos planetarios menores son: los planetas enanos, los satélites, los asteroides y los cometas.

El Sistema Solar se encuentra en un brazo de la galaxia llamada Vía Láctea.

De entre los millores de galaxias que hay en el universo, nosotros vivimos en un brazo de la galaxia llamada Vía Láctea (o camino de Santiago).

La Vía Láctea es un remolino aplanado que gira en espiral alrededor de su centro; no la podemos ver bien porque estamos cerca del borde de este remolino. Pensamos que tiene esa forma porque creemos que se parece a la galaxia más próxima a la nuestra; esta galaxia sí que la podemos ver y se llama galaxia de Andrómeda.

Nuestro Sistema Solar tiene una estrella, el Sol que contiene el 99.85% de toda la materia del Sistema Solar. Los planetas contienen sólo el 0.135% de la masa del Sistema Solar. Júpiter tiene más de dos veces la materia de todos los otros planetas juntos. Los satélites de los planetas, cometas, asteroides, y el medio interplanetario constituyen el restante 0.015%.

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar, situado a unos 150 millones de km del Sol. Visto desde el espacio, destaca por su fondo de color azul, reflejo del color de su atmósfera en los océanos de agua líquida.

Ciencias de la Naturaleza 3 . 14

3


Ampliación

La Vía Láctea

Esta galaxia, comúnmente conocida como Vía Láctea o Camino de Santiago, es una galaxia espiral en la que se encuentra el Sistema Solar. Es una estructura que consta, aproximadamente, de 200 mil millones de las estrellas (algunas estimaciones sitúan la cifra en el doble) y tiene una masa de alrededor de un billón y 750 millones de masas solares. Su edad se estima, de forma aproximada, en 13000 millones de años.

La observación y el estudio de la Vía Láctea se ve complicada por el hecho de que el plano galáctico está oculto por nubes de polvo y gas que absorben la luz visible. Gran parte de lo que sabemos de la estructura general de nuestra galaxia se deduce de la observación de otras galaxias y de las mediciones hechas a través de observatorios capaces de medir radiación no bloqueada por el polvo.

La Vía Láctea como un todo describe un movimiento de rotación. Sus componentes no se mueven a la misma velocidad. Las estrellas que están más lejos del centro, se mueve a velocidades inferiores a las más cercanas. El Sol describe una órbita que se puede considerar circular. Su velocidad en el universo es aproximadamente de 225 km/s y su período de revolución alrededor de doscientos millones de años.

Estructura

Se suele subdividir en seis partes: el núcleo, el bulbo central, el disco, los brazos en espiral, el componente esférico y el halo.


3


Núcleo

El núcleo está situado en el centro del sistema y tiene forma de una esfera achatada que también se compone de estrellas, pero de edad avanzada y, por lo tanto, presenta un color más rojizo que el disco. Tiene un diámetro estimado de cien mil años luz y una altura de treinta mil años luz, siendo una fuente de radiación electromagnética intensa, probablemente debido a la existencia de un agujero negro en su centro. Éste está rodeado por un disco de gas a alta temperatura y partículas de polvo interestelar, que absorben la luz visible y la radiación ultravioleta.El agujero negro central se llama Sagitario A, la masa se estima en cuatro millones de veces la masa del Sol y en su entorno parece que hay presencia de nubes de gas ionizado en movimiento rápido. Esto último explicaría la fuerte emisión de rayos X y de radiación infrarroja del núcleo galáctico.

Bulbo centralEl bulbo central de la galaxia está alrededor del núcleo galáctico, su forma es esférica y se compone principalmente de estrellas viejas. Esta región de la galaxia es rica en elementos pesados.

Disco

El disco es la parte más visible de la galaxia, y esta es la estructura sobre la que descansan los brazos de la Vía Láctea, su espesor es equivalente a una quinta parte de su diámetro. Constituida por estrellas jóvenes de color azul, con nubes de polvo, gas y cúmulos estelares. Las estrellas del disco tienen un movimiento de traslación alrededor del núcleo. Todas las estrellas que vemos en el cielo nocturno, se encuentran en el disco galáctico.

Los brazos espirales

Hasta 1953 nadie conocía la existencia de los brazos espirales de la Vía Láctea. La estructura espiral estaba oculta debido al polvo interestelar y es difícil observar desde dentro de la propia galaxia.Los dos brazos principales, Centauro y Perseo, contienen una alta concentración de estrellas jóvenes y brillantes. La Vía Láctea está clasificada como una galaxia espiral y sus ramas están en el movimiento de rotación alrededor del núcleo. Es en la parte inferior del brazo de Orión que se encuentra nuestro Sistema Solar. El Sol efectúa una rotación completa cada doscientos millones de años y se encuentra a unos 27000 años luz del centro galáctico.

Componente esférico

El disco de la vía láctea no es compacto, tiene una región central que se llama el componente esférico. Las estrellas incluidas en este son jóvenes y viejas y se distribuyen uniformemente. Esta región está rodeada por el halo.

Halo

El halo tiene una forma esférica y se compone de partículas a alta temperatura ultraexcitadas. El halo, como tal, no es observable ópticamente. Las estrellas que forman los cúmulos globulares son las más antiguas de la galaxia. Es el componente menos conocido de la Vía Láctea y se supone que su estructura es gigantesca.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Nuestro Sistema Solar está constituido por una estrella, el Sol, ocho planetas (con sus satélites), los asteroides, los cometas y los meteoritos.

Los planetas mayores del Sistema Solar son ocho: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Plutón, en la actualidad, es considerado un planeta enano.

Cuando un cuerpo gira en torno a un planeta se le llama satélite.

Según sus características los planetas también se clasifican en rocosos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)

El Sistema Solar está constituido por una estrella, el Sol, ocho planetas (con sus satélites), los asteroides, los cometas y los meteoritos.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

El Sol

El Sol es nuestra estrella, la Tierra gira alrededor de él con un período de 365 días. Es la estrella que con su radiación posibilita la vida en nuestro planeta.

Todos los planetas del Sistema Solar giran en torno a él con un periodo diferente. Su diámetro es de 1.39 millones de kilómetros y su masa es unas 332 959 veces la masa de la Tierra. Está constituido, principalmente por hidrógeno y helio, los dos gases más ligeros de la tabla periódica.

La gran cantidad de energía que produce el Sol se debe a las reacciones de fusión que se dan en su interior. En estas reacciones, cuatro núcleos de hidrógeno acaban convertidos en uno de helio. El núcleo de helio tiene cerca de un 0.7% menos de masa que los cuatro protones. La diferencia en la masa es expulsada como energía y en la superficie solar se emite luz y calor. Cada segundo se convierten muchos millones de toneladas de hidrógeno en helio. Debido a estas reacciones la temperatura en su superficie alcanza los 6000 ºC. Esta capa tiene una apariencia manchada debido a las turbulentas erupciones de energía en la superficie.

Mercurio

Mercurio es el primer planeta del Sistema Solar y el más pequeño. Está en el grupo de los denominados planetas interiores o rocosos. Su órbita es la más elíptica de los ocho planetas y no tiene satélites.

Gracias a la Sonda Mariner 10 y a las observaciones con radares y radiotelescopios hoy conocemos con bastante precisión cómo es su superficie.

Se creía que Mercurio siempre presentaba la misma cara al Sol; es decir, que su periodo de rotación era igual a su periodo de traslación, ambos de 88 días. Sin embargo, en 1965 se mandaron pulsos de radar hacia Mercurio, con lo cual quedó definitivamente demostrado que su periodo de rotación era de 58,7 días, lo cual es 2/3 de su periodo de traslación.

Las variaciones de temperatura de Mercurio son las mayores del Sistema Solar: de 363 ºC a 973 ºC. Posee un núcleo de hierro, cuyo radio mide entre 1800 y 1900 km. Como no tiene atmósfera, no tiene protección contra los cuerpos que chocan con él todo el tiempo. Las observaciones del polo norte de Mercurio, hechas por radar, revelaron la presencia de hielo en las sombras protegidas de algunos cráteres.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Venus

Venus está entre la Tierra y Mercurio, no tiene satélites y su atmósfera está constituida, principalmente, por gas carbónico lo que provoca un intenso efecto invernadero que eleva su temperatura hasta los 480 ºC.

En la antigüedad era conocido por los astrónomos como la estrella de la mañana y la estrella de la tarde. Estos astrónomos pensaban que Venus eran dos cuerpos distintos.

Venus presenta fases (como la Luna) hecho observado por primera vez por Galileo.

Venus gira sobre su eje a razón de 243 días terrestres por vuelta y en sentido contrario al de los otros planetas, por eso en Venus el Sol sale por el oeste y se pone por el este, al revés de lo que ocurre en nuestro planeta. Está cubierto por una espesa capa de nubes.

La Tierra

La Tierra es el tercer planeta cuando se cuenta a partir del Sol. Se desplaza en una trayectoria casi circular alrededor del Sol a una distancia de unos 150 millones de kilómetros (1 unidad astronómica, ua), tarda 365.26 días en dar una vuelta al Sol y unas 24 horas en rotar sobre sí misma. Tiene un radio de 6370 km. El tamaño de la Tierra es más de un millón de veces menor que el del Sol y la masa terrestre es 81 veces mayor que la de la Luna. Su atmósfera está compuesta por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno y un 1% de otros componentes. La atmósfera de la Tierra también nos protege de los meteoritos que nos llegan ya que se "queman" debido a la fricción antes de poder alcanzar la superficie. La Tierra es el único planeta conocido que abriga vida en el Sistema Solar. Posee un núcleo interno sólido y una capa fluida llamada núcleo externo formado por hierro, níquel y algún elemento ligero. Sobre esta capa se localiza el manto y la corteza; esta última se divide en corteza oceánica, situada bajo el océano, y la corteza continental que constituye la tierra firme.

Debido a los metales fundidos del núcleo externo de nuestro planeta y al giro de la Tierra, se crea un campo magnético que, junto con la atmósfera, nos protege de la radiación solar. El primer satélite Norteamericano, Explorer 1, descubrió una intensa zona de radiación, ahora llamada cinturón de Van Allen. El cinturón está formado por una capa de partículas cargadas que son capturadas por el campo magnético de la Tierra. Otros descubrimientos hechos por satélites muestran que el campo magnético de nuestro planeta está distorsionado debido al viento solar.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Marte

Contando desde el Sol, Marte es cuarto planeta del Sistema Solar y el primero de los llamados exteriores. Se conoce como el planeta rojo por sus tonos rojizos. Menor que la Tierra, tiene dos satélites: Deimos y Fobos. Realiza una rotación completa cada 24 horas y 37 minutos y su traslación alrededor del Sol es de 1 año y 322 días (22.5 meses). Su masa es un 11% la de la Tierra y su radio ecuatorial es de 3398 km.

La elipticidad de Marte es importante y ello hace que cada 15 años haya una aproximación muy favorable para su observación (en 1971 se produjo una buena aproximación).

El planeta Marte tiene una atmósfera muy fina. Sobre su superficie se "ven", con los telescopios terrestres, "surcos, islas y costas", lo que hizo pensar a Percival Lowell (siglo XIX) que tenía mares y canales, pero la sonda Mariner IV con sus fotografías hizo que se desvaneciera esa creencia. Las enormes diferencias de temperatura provocan fuertes vientos. La erosión del suelo forma tempestades de arena y polvo que desgastan su superficie.

Los asteroides

Los asteroides son fragmentos sólidos, rocosos, de tamaño variable que sobraron cuando se formaron los planetas rocosos interiores. Podemos encontrarlos desde cientos de kilómetros de diámetro hasta el tamaño de algunos centímetros. Se encuentran a partir de la órbita de la Tierra hasta más allá de la órbita de Júpiter, pero la mayoría están entre Marte y Júpiter. Sus órbitas a veces cortan la órbita de algún planeta y pueden ser atraídos por su gravedad cayendo hacia el planeta: es lo que llamamos un meteorito. Si son pequeños se queman en la atmósfera, pero si son grandes caen en la superficie del planeta produciendo cráteres, como el Cráter Barringer.

Los cometas

En general podemos decir que son una mezcla de polvo y de hielo. Tienen un cuerpo llamado núcleo (más o menos esférico) y una cola alargada. La cola se forma cuando el cometa se acerca al Sol debido a la vaporización y sublimación de sus materiales. La cola siempre está orientada en sentido opuesto al Sol. Realizan trayectorias elípticas, parabólicas o hiperbólicas. Los cometas, junto con los asteroides, planetas y satélites, forman parte del Sistema Solar. La mayoría de estos cuerpos celestes describen órbitas elípticas de gran excentricidad, lo que produce su acercamiento al Sol con un período muy grande. A diferencia de los asteroides, los cometas son cuerpos sólidos compuestos de materiales que se subliman en las cercanías del Sol.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Júpiter

El planeta Júpiter es uno de los cinco planetas que podemos ver a simple vista y es el mayor del Sistema Solar. Es un globo multicolor de gas, con un 85% hidrógeno. Su brillo blanquecino es intenso; por eso, es visible en ciertas épocas del año durante toda la noche.

La temperatura en la parte superior de sus nubes está por debajo de los 0 ºC, pero en las profundidades de su atmósfera, donde la presión es altísima la temperatura es elevada.

Se supone que está constituido por tres capas: un núcleo compacto de roca y hielo que corresponde al 4% de la masa total, recubierto por una capa de hidrógeno metálico, una transición entre esa capa y otra, formada por una mezcla líquida de helio e hidrógeno molecular. Encima de esta última capa está la atmósfera de Júpiter, compuesta por hidrógeno y helio gaseosos. En el interior del planeta la temperatura alcanza los 30000°C.

Júpiter completa una vuelta en torno a sí mismo en 9 h y 50 minutos y en la capa de hidrógeno metálico se generan intensas corrientes eléctricas. Esta electricidad produce un gran campo magnético, 14 veces más intenso que el terrestre y que se extiende más allá de Saturno.

La ausencia de rozamiento con una superficie sólida permite que existan en la atmósfera huracanes como la gran Mancha Roja, que dura ya más de tres siglos. La mancha roja es un remolino de alta presión donde cabrían dos Tierras, elevándose por encima de las nubes. Se han descubierto más de 63 satélites con cuatro lunas principales: Ío, Ganímedes, Europa y Calisto.

En 1979 las dos sondas Voyager descubrieron un halo de polvo muy fino, que va de 100 a 122 mil km del centro de Júpiter y un sistema de tres anillos. El anillo principal tiene cerca de 6 mil km de espesor y se extiende de 122 a 129 mil km del centro del planeta. Al contrario de los anillos de Saturno, formados por bloques masivos y brillantes de roca y hielo, los anillos de Júpiter están constituidos por un polvo tan fino que serían invisibles para alguien que estuviera en su interior.

Saturno

Saturno es el sexto planeta contando a partir del Sol y el segundo más grande del Sistema Solar con un radio ecuatorial de 59650 kilómetros. Gran parte de lo que se sabe sobre el planeta es gracias a las exploraciones de la sonda Voyager II en 1980-81. Como resultado de la rápida rotación del planeta en torno a su eje, está achatado en los polos. Su día dura 10 horas y 39 minutos, y tarda cerca de 29.5 años terrestres en dar una vuelta alrededor del Sol.


3


La atmósfera está compuesta principalmente por hidrógeno con pequeñas cantidades de helio y metano. Saturno tiene una densidad menor que la del agua (cerca de un 30% menos) y tiene una coloración amarillenta.

El sistema de anillos de Saturno hace del planeta uno de los más bellos objetos en el Sistema Solar. Los anillos están divididos en diferentes partes, que incluyen los anillos brillantes A y B y un anillo C más débil. El sistema de anillos tiene diversos espaciados. El espaciado más notable es la División Cassini, que separa los anillos A y B. El nombre de esta división se da en honor a Giovanni Cassini que la descubrió en 1675.

La Luna

La Luna es el satélite natural de la Tierra. Su radio es de unos 1738 km, aproximadamente una cuarta parte del de la Tierra. La masa de la Luna es 81 veces menor que la de la Tierra como consecuencia, la gravedad en su superficie es un sexto de la de la Tierra.

La Luna orbita la Tierra a una distancia media de 384403 km y a una velocidad media de 3700 km/h.

Completa su traslación alrededor de la Tierra, siguiendo una órbita casi circular, en 27 días, 7 horas, 43 minutos y 11 segundos. Para cambiar de una fase a otra igual (mes lunar), la Luna necesita 29 días, 12 horas, 44 minutos y 2.8 segundos.

La Luna también gira en torno a su eje tardando el mismo tiempo que el correspondiente de traslación, por eso siempre muestra la misma cara a la Tierra.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Urano

Urano fue descubierto por William Herschel en 1781. Tiene un radio ecuatorial de 25 559 kilómetros y su periodo en torno al Sol es de 84.01 años terrestres. La distancia media al Sol es 2.87 billones de kilómetros. La duración de un día en Urano es de 17 horas y 14 minutos. Urano tiene por lo menos 21 lunas. Las dos mayores, Titania y Oberon, fueron descubiertas también por William Herschel en 1787.

La atmósfera de Urano está compuesta en un 83% de hidrógeno, un 15% de helio, un 2% de metano y pequeñas porciones de acetileno y otros hidrocarburos. El metano en el alta atmósfera absorbe la luz roja, dando a Urano su color azul-verdoso. En su atmósfera hay nubes que se mantienen en altitudes constantes. Los vientos en Urano soplan en la dirección de la rotación del planeta. Estos vientos tienen velocidades de entre 40 y 160 metros por segundo.

Urano se distingue por el hecho de girar "acostado". Se piensa que su posición es el resultado de la colisión con un cuerpo del tamaño de un planeta al inicio de la historia del Sistema Solar.

En 1977, fueron descubiertos los primeros nueve anillos de Urano. Durante la visita de la Voyager II, estos anillos fueron fotografiados y medidos. Los anillos de Urano son muy diferentes de los de Júpiter y Saturno.

Neptuno

Neptuno fue descubierto en 1846 por Johann Gottfried Galle, del Observatorio de Berlín, y Louis d'Arrest gracias a las predicciones matemáticas hechas por Le Verrier a partir de las irregularidades observadas en la órbita de Urano (que daban a entender que debía haber otro planeta cercano que perturbaba su trayectoria debido a la fuerza gravitatoria).

Tiene un radio de 24 764 kilómetros. La masa de Neptuno es unas 17 veces superior al de la Tierra. Da una vuelta alrededor del Sol cada 164.8 años y una rotación sobre sí mismo en 16 horas y 7 minutos. La temperatura de su atmósfera alcanza los 220 ºC bajo cero y se han llegado a medir vientos de 1000 km/h cerca de la gran mancha negra (ya desaparecida).

La nave Voyager II se acercó a Neptuno el año 1989 y lo fotografió. Descubrió seis de las ocho lunas que tiene y confirmó la existencia de anillos.

En la atmósfera de Neptuno se llega a temperaturas cercanas a los 260 ºC bajo cero. Las nubes, de metano congelado, cambian con rapidez.


3


Contenidos

4. El Sistema Solar

Componentes

Plutón y los planetas enanos

Los planetas enanos son cuerpos celestes de forma esférica (o casi) cuyo radio es menor que el de Mercurio pero mayor de 400 km. Hoy en día no se consideran planetas. Esta denominación fue introducida en 2006, por la Unión Astronómica Internacional en su resolución B5; según ésta, un planeta enano es aquel cuerpo celeste que:

a) Está en órbita alrededor del Sol.b) Tiene masa suficiente para que su gravedad modele una forma esférica (o casi). c) No ha barrido las inmediaciones de su órbita de otros cuerpos.d) No es un satélite.

En este sentido, Plutón sería un planeta enano. Fue descubierto por Clyde W. Tombaugh en 1930.

Su órbita es una elipse muy excéntrica y ello permite que, durante 20 de los 249 años que tarda en hacerla, esté más cerca del Sol que Neptuno. No obstante, como las órbitas de estos dos planetas están en planos diferentes, nunca llegan a chocar.

Otros planetas enanos serían: Ceres, Eris, Makemake, Haumea, UB313...

Plutón

Ceres


3

Textos para el estudiante – 2012 Programa Nacional Olimpíada de Geografía de la República Argentina – Universidad Nacional del Litoral.

11 -

1. LA TIERRA, NUESTRO PLANETA

Si la astronomía estudia los cuerpos y fenómenos del Universo, es indudable que tenemos la primera "materia prima" para este estudio en nuestro propio planeta, la Tierra y (en menor grado) en su único satélite, la Luna.

Los conocimientos sobre nuestro planeta superan en mucho a los que tenemos sobre el resto del Sistema Solar y el Universo. De hecho, el estudio de la Tierra supera los límites de la astronomía y abarca muchas otras ciencias, como la Geografía, Geología, Física, Meteorología, Biología...

Esta sección pretende ofrecer una visión de la Tierra como Planeta y de su satélite.

1.1 La Tierra se mueve

La Tierra está en continuo movimiento. Se desplaza, con el resto de planetas y cuerpos del Sistema Solar, girando alrededor del centro de nuestra Galaxia, la Vía Láctea. Sin embargo, este movimiento afecta poco nuestra vida cotidiana. La relación entre la Tierra 1 y los rayos solares es el fenómeno astronómico más importante para la vida de las sociedades. La Tierra se mueve en el espacio y los rayos solares inciden en diferentes ángulos sobre el planeta, lo que determina el recorrido aparente del Sol en el cielo, la duración del día y de la noche y la sucesión de las estaciones.

Entre los movimientos que la Tierra realiza en el espacio, se pueden nombrar como los más importantes los de:

- rotación (fig. 1.1 y 1.3)

- traslación o revolución

Más importante, para nosotros, es el movimiento que efectúa describiendo su órbita alrededor del Sol, ya que determina el año y el cambio de estaciones. Y, aún más, la rotación de la Tierra alrededor de su propio eje, que provoca el día y la noche, que determina nuestros horarios y biorritmos y que, en definitiva, forma parte inexcusable de nuestras vidas.

Queda claro, entonces que, en el movimiento de rotación, la Tierra gira sobre su eje originando la sucesión de los días y las noches. Este movimiento lo realiza 1 La Tierra es el tercer planeta desde el Sol y quinto en cuanto a tamaño. Gira describiendo una órbita elíptica

alrededor del Sol, a unos 150 millones de km, en, aproximadamente, un año. Al mismo tiempo gira sobre su propio eje cada día. Es el único planeta conocido que tiene vida, aunque algunos de los otros planetas tienen atmósferas y contienen agua.

La Tierra no es una esfera perfecta, ya que el ecuador se engrosa 21 km, el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 m. La Tierra posee una atmósfera rica en oxígeno, temperaturas moderadas, agua abundante y una composición química variada. El planeta se compone de rocas y metales, sólidos en el exterior, pero fundidos en el interior.

Desde la antigüedad se han elaborado mapas pera representar la Tierra. Con la llegada de la fotografía, los ordenadores y la astronáutica, la superficie terrestre ha sido estudiada con detalle, aunque todavía queda mucho por descubrir.

Fig. 1.1 http://www.astromia.com/tierraluna /fotos/movtierra2.jpg


12 -

de oeste a este (fig. 1.4), es decir, en sentido contrario al movimiento aparente del Sol. Las consecuencias de este movimiento son:

Sucesión del día y la noche

Achatamiento polar

Desviación de los vientos y las

corrientes marinas

Diferencia de

horas

Al rotar sobre su eje, la Tierra expone progresivamente su superficie al Sol, presentado una mitad iluminada (día) y otra en sombra (noche). El paso del día a la noche es paulatino y origina los crepúsculos (matutino o amanecer y vespertino o atardecer).

En su rotación, la Tierra desarrolla una fuerza centrífuga que origina el ensanchamiento ecuatorial y el achatamiento polar (fig. 1.2). Esto determina que su forma sea la de un geoide (fig. 1.2), si bien por razones prácticas se la representa como si fuera una esfera.

La velocidad de rotación de la Tierra varía desde el Ecuador hacia los polos. Esto origina que las masas que se desplazan sobre ella (aguas, vientos) desvíen sus trayectorias en el sentido de las agujas del reloj, en el hemisferio norte y en el sentido contrario, en el hemisferio sur.

Si dividimos los 360º de la circunferencia terrestre entre las 24 horas del día, se observa que, en una hora, la Tierra gira 15º. La Tierra puede ser, entonces, dividida en 24 husos horarios2 (fig. 1.5), delimitados por dos meridianos con 15º de diferencia entre sí.

Figura 1.2.- Geoide

Fuente: Rey Balmaceda y otros.

2 Huso horario: A causa de la rotación de la Tierra alrededor de su propio eje, en cada lugar se alternan el día y la noche. En todos los puntos que se encuentran a lo largo del meridiano enfrentado directamente hacia el Sol es mediodía; en todos aquellos que se encuentran a lo largo del meridiano opuesto, a 180 de distancia en longitud, es medianoche. Cuando el Sol se encuentra sobre el meridiano de nuestra ciudad obviamente aún no ha alcanzado el meridiano de otra ciudad inmediatamente al Oeste con respecto a la nuestra. De esto surge que el mediodía astronómico varíe de punto a punto para lugares incluso vecinos. Desde un punto de vista riguroso, cada ciudad debería tener su tiempo local. Para regular esta materia, en 1884 se llegó a un acuerdo internacional por el cual la Tierra es dividida en 24 husos horarios, comprendiendo cada uno una banda de 15 contenida entre dos meridianos. Se estableció fijar como meridiano de origen el que pasa por Greenwich. La base del actual sistema horario es el denominado tiempo medio de Greenwich (abreviado G.M.T.) o tiempo universal (abreviado U.T.). Por ejemplo, Italia pertenece al segundo huso horario también llamado tiempo medio de Europa Central. Todos los países pertenecientes a este huso adoptan, por convención, un tiempo retrasado de una hora con respecto a los que forman parte del meridiano de Greenwich (primer huso horario). El tiempo establecido de este modo también es llamado tiempo civil y no corresponde necesariamente al tiempo verdadero, es decir, al astronómico. Fuente: www.astromia.com/glosario/hushorario.htm


13 -

Fig. 1.3.- Movimiento de rotación Fig. 1.4.- Sentido de la rotación

Rotación: La Tierra gira sobre su eje una vez cada 23 horas, 56 minutos y 4,1 segundos. Por lo tanto, un punto del ecuador gira a poco más de 1.600 km/h y un punto de la Tierra a 45° de altitud N, gira a unos 1.073 km/h. Otros movimientos: Además de estos movimientos primarios, hay otros componentes en el movimiento total de la Tierra como la precesión de los equinoccios y la nutación, una variación periódica en la inclinación del eje de la Tierra provocada por la atracción gravitacional del Sol y de la Luna. (Fuente: www.astromia.com/solar/fotos/estatierra.jpg).

Fuentes: Galante, Andrea y otros; http://4.bp.blogspot.com/.jpg

Figura 1.6.- Husos horarios internacionales

Fuente:www.astromia.com/glosario/hushorario.htm, modificado.

2.5. Otros movimientos


14 -

Figura 1.7.- El movimiento de traslación y las estaciones

Fuente: Galante, Andrea y otros.

Figura 1.8.- Órbita elíptica.

http://museovirtual.csic.es/salas/universo/

img/primera.jpg

Figura 1.9.- La primera ley de Kepler: las órbitas de los planetas tienen forma de elipse.

Fuente: blog.educastur.es/eureka/4º-fyq/cosmologia/


15 -

Con el movimiento de traslación (fig. 1.7), la Tierra gira alrededor del Sol, junto a los otros planetas del Sistema Solar. Durante este movimiento la Tierra describe una órbita elíptica (fig. 1.8, 1.9) en la cual el Sol no ocupa el centro, sino uno de sus focos. Debido a esto, la distancia de la Tierra al Sol varía, en el curso del año, en unos 5.000.000 de km. Una vez al año la Tierra está más cerca del Sol (perihelio) y una vez, más lejos (afelio).

La Tierra y la Luna giran juntas en una órbita elíptica alrededor del Sol. La excentricidad de la órbita es pequeña, tanto que la órbita es prácticamente un círculo. La circunferencia aproximada de la órbita de la Tierra es de 938.900.000 km y nuestro planeta viaja a lo largo de ella a una velocidad de unos 106.000 km/h.

La órbita de la Tierra es elíptica: hay momentos en que se encuentra más cerca del Sol y otros en que está más lejos. Además, el eje de rotación del planeta está un poco inclinado respecto al plano de la órbita. Al cabo del año parece que el Sol sube y baja.

El camino aparente del Sol se llama eclíptica y pasa sobre el ecuador de la Tierra a principios de la primavera y del otoño. Estos puntos son los equinoccios. En ellos el día y la noche duran igual. Los puntos de la eclíptica más alejados del ecuador se llaman solsticios, y señalan el principio del invierno y del verano.

Cerca de los solsticios, los rayos solares caen más verticales sobre uno de los dos hemisferios y lo calientan más. Es el verano. Mientras, el otro hemisferio de la Tierra recibe los rayos más inclinados, han de atravesar más espacio de atmosfera y se enfrían antes de llegar a tierra. Es el invierno.

Al igual que todo el Sistema Solar, la Tierra se mueve por el espacio a unos 20,1 km/s o 72,360 km/h hacia la constelación de Hércules. Sin embargo, la Vía Láctea como un todo, se mueve hacia la constelación de Leo a 600 km/s3. La Tierra tarda 365 días, 5 horas, 48 minutos y 46 segundos en describir una elipse alrededor del Sol (Año trópico). Por convencionalismos y a efectos de evitar complicaciones, las sociedades modernas han adoptado el año civil, el que toma 365 días completos, sin fracción. Para compensar la diferencia de horas entre ambos, cada cuatro años se aumento un día a febrero, que es el mes más corto del año. Así se origina el año bisiesto.

Las consecuencias de este movimiento, se asocian con la inclinación del eje terrestre, que es de 23º 27 con respecto al plano de la órbita terrestre o elíptica. Y las mismas son,

3 Otras fuentes a consultar:

http://www.youtube.com/watch?v=yu9S3pb4Y4c&feature=related http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/RotacionTerrestre.png http://www.youtube.com/watch?v=O0_ITuByRS8 http://www.youtube.com/watch?v=t-c-9WS2dds&NR=1&feature=endscreen http://www.youtube.com/watch?v=_NGt9xFQMjQ&NR=1&feature=endscreen http://www.youtube.com/watch?v=yu9S3pb4Y4c&feature=related


16 -

Consecuencias de los movimientos del planeta Tierra.

- Sucesión de las estaciones: - Desigual duración de los días y las noches:

Las posiciones en que se produce el inicio de una

estación, son los equinoccios y los solsticios. Generalmente se toma el día 21 como inicio de una estación, pero en la realidad el cambio de la misma puede desplazarse entre los días 21 y 23.

1. Los equinoccios son los momentos en que los

rayos solares llegan perpendiculares a los puntos de la superficie terrestre que están sobre el Ecuador. Entonces, el círculo de iluminación pasa exactamente por los polos, y todos los puntos del globo tienen un día y una noche de doce horas cada uno.

Los equinoccios marcan el inicio de la primavera

(hemisferio norte: 21/3 y en el hemisferio sur: 21/ 9) y del otoño (hemisferio norte 21/9 y del hemisferio sur: 21/3)

A partir del equinoccio del 21 de marzo hasta el del

21 de septiembre, el polo sur no recibe la luz del Sol. Es la larga noche polar del Antártico.

A partir del equinoccio del 21 de septiembre, y hasta

el del 21 de marzo, el polo sur está expuesto constantemente a la luz solar, debido a la inclinación de los rayos solares. Es el gran día polar del Antártico.

En el polo norte, la noche o día polar se da en fechas

inversa. (la noche polar se inicia el 21 de septiembre y el día polar el 21 de marzo).

2. Los solsticios son los momentos en que los rayos solares llegan perpendiculares a los puntos de la superficie terrestre que están sobre los trópicos. Marcan el comienzo de las estaciones extremas. Así, el 21 de junio (verano para el hemisferio norte e invierno para el hemisferio sur), los rayos solares llegan perpendiculares a los puntos que están sobre el Trópico de Cáncer. Para el hemisferio sur , como comienza el invierno: los días son más cortos que las noches, recibe menos calor, pues los rayos solares llegan oblicuos y distribuyen el calor en una superficie mayor de la atmósfera. Por su parte, el 21 de diciembre (verano para el hemisferio sur e invierno para el hemisferio norte), los rayos solares llegan perpendiculares a los puntos que están sobre el Trópico de Capricornio. Para el hemisferio sur comienza el verano: los días son más largos que las noches, recibe más calor porque los rayos solares llegan en forma directa. En el hemisferio norte ocurre la situación inversa.

El ángulo de incidencia de los rayos solares sobre la superficie terrestre es diferente en las distintas zonas del planeta. La zona cálida, se encuentra entre los trópicos. Es la única que recibe verticalmente los rayos solares en el curso del año. Por ello, presenta temperaturas mas elevadas y menos diferencias entre la duración del día y de la noche y entre las estaciones del año.

Las zonas templadas, se encuentran entre los trópicos y los círculos polares de cada hemisferio.

Como allí los rayos solares nunca llegan perpendicularmente, tienen una temperatura moderada.

En ellas, se notan

claramente las estaciones y existe una mayor diferencia entre la duración de los días y las noches.

Las zonas frías o

polares, se encuentran entre el polo y el círculo polar de cada hemisferio.

La diferencia de duración de los días y las noches es muy acentuada y aumenta nítidamente desde los círculos polares al polo.

Los rayos solares llegan

muy oblicuos, jamás el Sol se levanta mucho sobre el horizonte y las temperaturas, en consecuencia, son muy bajas.

ж


17 -

1.2 Los lugares donde vivimos… La organización del espacio geográfico

Los lugares donde vive la sociedad, muestran realidades diversas, pero todas ellas forman parte de un todo que es la Tierra. Las formas del relieve, climas, biomas, aguas en todas sus formas, definen paisajes diferentes, que se muestran de forma distinta. De ahí que el mundo se presente de forma tan heterogénea.

Todos estos paisajes, si bien mantienen su particularidad, no están aislados entre sí, sino al contrario, todos, en mayor o menor medida, se encuentran relacionados a través de las diferentes culturas que los habitan, de sus comunicaciones y transporte.

En estos espacios, viven diferentes sociedades, las cuales los han transformado, modificado de acuerdo a sus necesidades, por supuesto, no todos en la misma escala, seguramente la mayor transformación se dé en una ciudad, que en un desierto.

Para entender los diferentes paisajes, se deben conocer los elementos del medio físico natural y los procesos que los originaron, esto permite entender por qué las sociedades se han localizado en unos y otros espacios, la valoración que hicieron de los recursos naturales, las actividades que desarrollaron para satisfacer sus necesidades, como se han relacionado entre sí y como han organizado al mundo todo.

Para entender la organización del espacio geográfico es necesario partir de la localización geográfica y de la representación a través de los mapas.

1.3 Localización geográfica

Desde la antigüedad el hombre comprobó que diariamente el sol aparecía por un punto en el horizonte y desaparecía por otro. Este hecho le permitió orientarse en sus desplazamientos, y determinar el oriente (punto que corresponde a la salida del Sol) y el occidente (lugar en que el Sol se oculta en el horizonte). Estos dos puntos son las referencias que nos permiten orientarnos casi con exactitud en el terreno.

Orientarse, entonces, significa buscar el Este u Oriente, que es el lugar por donde sale el Sol por la mañana. Conociendo el Este se pueden deducir el Norte, Oeste y Sur. Intercalados entre éstos, se encuentran puntos intermedios como el NE, NO, SE y SO.

La orientación puede lograrse a través de diferentes medios: estrellas, mapas, brújulas, etc. Tomando como elementos de referencia al Sol y las estrellas se determinaron puntos de orientación, que comúnmente se los conoce como puntos cardinales. Se establecieron 4 puntos: Norte (Boreal, Septentrional), Sur (Meridional / Austral), Este (Oriente /Levante) y Oeste (Occidente/ Poniente). La Rosa de los Vientos es un dibujo que destaca los 4 puntos cardinales y las

GUIA 21. Leyes de Newton

Extraído desde: http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=133118

Los principios de Newton En este capítulo estudiaremos los principios de Newton y los efectos que producen las fuerzas en el movimiento. Los principios propuestos por este importante científico inglés son tres: El de inercia, el de masa y el de acción y reacción. En el estudio de las fuerzas y sus efectos, la masa (m) es una noción fundamental para dar cuenta de las leyes que rigen los movimientos. Recuerda que la masa puede ser expresada en kilogramos (kg) o gramos (g), y no es lo mismo que el peso, que tal como veremos es una fuerza, la fuerza de gravedad (Fg).

Inercia Respecto del principio de inercia lo más importante es reconocer que si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es cero, entonces dicho cuerpo está detenido o bien posee un movimiento uniforme y rectilíneo; es decir, contrariamente a las nociones tradicionales, no es necesaria la acción permanente de una fuerza para que un cuerpo se esté moviendo. Muchos hechos cotidianos son consecuencia de esta ley. Por ejemplo, cuando estamos viajando en un automóvil y este cambia su velocidad, frenando, acelerando o virando, nuestro cuerpo intenta seguir viajando con la velocidad que teníamos y en la misma dirección y sentido. El viajero del vehículo, cuando este frena, siente como si algo lo empujara hacia delante; cuando el auto acelera, como si algo lo empujara hacia atrás y, cuando el auto dobla a la derecha, como si algo lo empujara hacia la izquierda. Evidentemente, en ninguno de estos casos hay algo que lo empuje, son sensaciones producto de la tendencia de nuestro cuerpo de seguir moviéndose del modo como venía haciéndolo.

Experimentando con la inercia Coloca un lápiz o una goma de borrar (o ambos) sobre una hoja de papel. Toma la hoja y deslízala lentamente sobre la mesa. La goma y el lápiz se moverán con ella. Tira ahora la hoja lo más rápidamente que puedas, ¿qué ocurre? La goma y/o el lápiz se quedarán prácticamente en el mismo lugar. Del mismo modo algunos magos sacan el mantel de una mesa sin que se muevan las copas, platos y jarrones. El truco es aplicar el principio de inercia. Para dejar sorprendido a los espectadores, la situación debe cumplir dos condiciones: la masa de los objetos que están sobre el mantel no puede ser muy pequeña, y el roce entre los objetos y el mantel no debe ser muy grande.

Aceleración y masa

En el segundo principio de Newton, también conocido como el principio de masa, lo importante es advertir que cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta (F) diferente de cero, entonces el cuerpo experimenta una aceleración (a) cuyo valor está dado por:

a=F

m

Donde m es la masa del cuerpo y F es la fuerza neta que actúa sobre él. De la anterior expresión tenemos que:

F =m.a (1)

es decir,la aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. Dicho de otro modo, mientras mayor sea la fuerza sobre un cuerpo, mayor aceleración experimentará y, por otra parte, una misma fuerza producirá mayor aceleración, mientras menor sea la masa del cuerpo sobre el que actúa.

La expresión matemática de este principio (1) define el concepto de fuerza e incluye al principio de inercia. En efecto, si F = 0, necesariamente a = 0; es decir, no hay aceleración y, por lo tanto, o está en reposo, o bien se mueve con velocidad constante.

De la expresión (1) vemos que la unidad de fuerza debe ser igual al producto entre una unidad de masa y una de aceleración. En el Sistema Intencional (S.I) de unidades las fuerzas se miden, entonces, en kg×m/s2, unidad que se denomina newton.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que las fuerzas poseen una dirección y sentido en el espacio, las cuales dependen de la aceleración. Por ejemplo, un automóvil viaja en la dirección norte-sur, con el sentido hacia el norte, como se indica en la figura:

Si el vehículo tiene aceleración positiva, es decir, está aumentando su velocidad, entonces la fuerza que actúa sobre él está también dirigida hacia el norte. Pero si su aceleración es negativa, es decir está, reduciendo su velocidad (o va frenando), entonces la fuerza que actúa sobre él está actuando hacia el sur.

Acción y Reacción En el tercer principio –el de acción y reacción– es importante darse cuenta de varios aspectos. Primero, que la fuerza que actúa sobre un cuerpo necesariamente la está aplicando otro cuerpo; es decir, que las fuerzas se originan cuando los objetos interactúan entre sí. Si designamos por A y

B a un par de cuerpos que interactúan, entonces si es la fuera que A le aplica a B, entonces

B aplica simultáneamente a A la fuerza , de igual magnitud, en la misma dirección que

, pero en sentido opuesto. Matemáticamente podemos escribir: . Por último, no hay que olvidar que las fuerzas que constituyen un par del tipo acción y reacción, a pesar de las características antes señaladas, no se anulan entre sí, pues actúan sobre cuerpos distintos. Estos tres principios de Newton tienen muchas consecuencias y explican varios hechos que debes comprender. Podemos diferenciar las fuerzas según el tipo de interacción en que se originan. Hay varias muy importantes en física: las eléctricas, las magnéticas, las nucleares, etc. A continuación nos referiremos a dos: la fuerza de gravedad (o peso) y a la fuerza de roce.

Ciencias Naturales 1

Profesorado en Educación Primaria

Los elementos químicos y su organización en la tabla periódica

Elemento químico

Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no

se puede separar en otras más sencillas por medios químicos. Hasta la fecha se han identificado 118

elementos. La mayoría de éstos se encuentran de manera natural en la Tierra. Los otros se han obtenido

por medios científicos mediante procesos nucleares.

Cada elemento químico está constituido por átomos con las mismas propiedades químicas como la

reactividad, el potencial de ionización, entre otras.

Los elementos químicos se identifican mediante nombres dados en la antigüedad, derivados de alguna

propiedad de los mismos, del nombre de su descubridor, del lugar de descubrimiento.

Fig. 1 Algunos de los símbolos de los elementos usados por Dalton.

Por conveniencia, los químicos usan símbolos de una o dos letras para representar los elementos. Cuando

son dos letras la primera siempre es mayúscula. Por ejemplo, Co es el símbolo del elemento cobalto, en

tanto que CO es la fórmula de la molécula monóxido de carbono. En la tabla 1.1 se muestran los nombres

y símbolos de algunos de los elementos más comunes; en las páginas finales de este libro aparece una

lista completa de los elementos y sus símbolos. Los símbolos de algunos elementos se derivan de su

nombre en latín, por ejemplo, Au de aurum (oro), Fe de ferrum (hierro) y Na de natrium (sodio), en

cambio, en muchos otros casos guardan correspondencia con su nombre en

inglés.

Los átomos de una gran cantidad de elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos. Por

ejemplo, la combustión del hidrógeno gaseoso con el oxígeno gaseoso forma agua, cuyas propiedades

difieren claramente de las correspondientes a los elementos que la forman. El agua consiste en dos partes

de hidrógeno por una de oxígeno. Esta composición no se modifica, sin importar que el agua provenga de

un grifo en Estados Unidos, de un lago en Mongolia Exterior o de las capas de hielo de Marte. Así pues, el

agua es un compuesto, o sea, una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos



químicamente en proporciones fijas. A diferencia de las mezclas, los compuestos sólo se pueden separar

en sus componentes puros por medios químicos.

Las relaciones entre los elementos, compuestos y otras categorías de materia se resumen en la figura 1.5.

La tabla periódica de los elementos

Muchas de las propiedades químicas de los elementos se explican en términos de su configuración

electrónica. Debido a que los electrones llenan los orbitales atómicos de manera muy ordenada, no es

sorprendente que los elementos con configuraciones electrónicas semejantes, como sodio y potasio, se

comporten en muchos aspectos de manera similar y que, en general, las propiedades de los elementos

muestren tendencias observables. Los químicos del siglo xix descubrieron tendencias periódicas en las

propiedades físicas y químicas de los elementos mucho antes de que la teoría cuántica apareciera en

escena. A pesar de que estos químicos desconocían la existencia de electrones y protones, sus esfuerzos

para sistematizar la química de los elementos resultaron notablemente acertados. Sus principales fuentes

de información fueron las masas atómicas de los elementos y otras propiedades físicas y químicas

conocidas.

Desarrollo de la tabla periódica

En el siglo xix, cuando los químicos sólo tenían una vaga idea respecto de los átomos y las moléculas, y sin

saber aún de la existencia de los electrones y los protones, desarrollaron una tabla periódica utilizando su

conocimiento de las masas atómicas. Ya se habían

hecho mediciones exactas de la masa atómica de muchos elementos. Ordenar los elementos de acuerdo

con sus masas atómicas en una tabla periódica parecía una idea lógica para los químicos de aquella época,

quienes pensaban que el comportamiento químico debería estar relacionado, de alguna manera, con las

masas atómicas.

En 1864, el químico inglés John Newlands1 observó que cuando los elementos se ordenaban según sus

masas atómicas, cada octavo elemento mostraba propiedades semejantes. Newlands se refirió a esta

peculiar relación como la ley de las octavas. Sin embargo, tal “ley” resultó inadecuada para elementos de

mayor masa que el calcio, por lo cual el trabajo de Newlands fue rechazado por la comunidad científica.

En 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev2 y el químico alemán Lothar Meyer propusieron de manera

independiente una disposición en tablas mucho más amplia para los elementos, basada en la repetición

periódica y regular de sus propiedades. El sistema de clasificación de Mendeleev superó sobremanera al

de Newlands, en particular en dos aspectos. Primero, agrupó los elementos en forma más exacta, de

acuerdo con sus propiedades, y segundo, porque hizo viable la predicción de las propiedades de varios

elementos que aún no se descubrían. Por ejemplo, Mendeleev planteó la existencia de un elemento



desconocido que llamó eka-aluminio y predijo algunas de sus propiedades (eka es una palabra en

sánscrito que significa “primero”; así, el eka-aluminio sería el primer elemento bajo el aluminio en el

mismo grupo).

La tabla periódica de Mendeleev incluyó los 66 elementos que se conocían hasta entonces. En 1900 ya se

habían incorporado en la lista alrededor de 30 elementos más, con lo que se completaron algunos de los

espacios vacíos. En la figura 8.1 se muestra una tabla cronológica del descubrimiento de los elementos.

A pesar de que esta tabla periódica tuvo gran éxito, sus primeras versiones mostraron algunas

incongruencias. Por ejemplo, la masa atómica del argón (39.95 uma) es mayor que la del potasio (39.10

uma). Si los elementos se hubieran ordenado sólo de acuerdo con su masa atómica creciente, el argón

debería aparecer en la posición que ocupa el potasio en la tabla periódica actual (vea las páginas finales

de este libro). Pero ningún químico colocaría el argón, un gas inerte, en el mismo grupo que el litio y el

sodio, dos metales muy reactivos. Dichas discrepancias sugirieron que otra propiedad diferente a la

masa atómica debería ser la base de la periodicidad observada. Resultó que dicha propiedad se relaciona

con el número atómico, concepto desconocido para Mendeleev y sus contemporáneos.

Al utilizar los datos experimentales de dispersión de partículas a (vea la sección 2.2), Rutherford calculó el

número de cargas positivas que había en el núcleo de algunos elementos, pero la importancia de esos

números se comprendió unos años más tarde. En 1913, Henry Moseley, joven físico inglés, descubrió una

correlación entre lo que él llamó número atómico y la frecuencia de los rayos X que se generaban al

bombardear un elemento con electrones de alta energía.

Con muy pocas excepciones, Moseley encontró que el número atómico aumenta en el mismo orden que

la masa atómica. Por ejemplo, el calcio es el vigésimo elemento en orden de masa atómica creciente y

tiene un número atómico de 20. Ahora cobraban sentido las discrepancias que habían desconcertado a

los antiguos científicos. El número atómico del argón es 18 y el del potasio 19, por lo que este último debe

colocarse después del argón en la tabla periódica.

Por lo general, una tabla periódica moderna indica el número atómico junto al símbolo del elemento.

Como ya se sabe, el número atómico también señala el número de electrones en los átomos de un

elemento. La configuración electrónica de los elementos ayuda a explicar la repetición de las propiedades

físicas y químicas. La importancia y la utilidad de la tabla periódica radican en el hecho de que mediante el

conocimiento de las propiedades y las tendencias generales dentro de un grupo o periodo, se predicen,

con bastante exactitud, las propiedades de cualquier elemento, aun cuando sea un elemento

poco conocido.



Fig. 2 Tabla cronológica del descubrimiento de los elementos. Hasta la fecha, se han identificado 118 elementos.

Tabla periódica moderna

En el siglo pasado se descubrió que las propiedades de los elementos no son función periódica de

los pesos atómicos, sino que varían periódicamente con sus números atómicos o carga nuclear.

He aquí la verdadera ley periódica moderna, por la cual se rige el nuevo sistema: “Las

propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos”.

Modernamente, el sistema periódico se representa alargándolo en sentido horizontal lo suficiente

para que los períodos de 18 elementos formen una sola serie. Este sistema periódico largo (la

clasificación de Werner) es el más aceptado ya que permite apreciar más fácilmente la

periodicidad de las propiedades de los elementos.

Si se tienen en cuenta las propiedades más características de los elementos, se pueden distinguir en la

tabla periódica dos grupos: los elementos metálicos y los no metálicos, separados entre sí por una línea

escalonada. Esta clasificación fue propuesta por Berzelius en 1814. Pero esta división no es muy rigurosa,

ya que algunos elementos cercanos a esta línea, como el germanio y el antimonio, no presentan

propiedades definidas sino intermedias entre las de un metal y las de un no metal. Por este motivo, se les

suele denominar semimetales o metaloides.



Esta clasificación, que fue la primera, tuvo que modificarse cuando se descubrieron los gases nobles a

fines del siglo XIX. Como no se conocían compuestos formados por estos elementos, se les asignó valencia

cero y se los ubicó en una columna nueva que se llama grupo 0, en el borde derecho de la tabla.

Fig. 3 Clasificación de los elementos de la Tabla Periódica



Organización de la tabla periódica

Un análisis más minucioso de la tabla nos permitirá destacar algunos aspectos interesantes. La tabla

periódica está dividida en filas (horizontales) y columnas (verticales). Las columnas se denominan grupos

y las filas periodos.

Hay dieciocho grupos que actualmente se numeran consecutivamente del 1 al 18. Aunque todavía en

muchas tablas se mantiene la denominación anterior en números romanos seguidos de la letra A o B.

Los elementos que se encuentran dentro de un mismo grupo poseen propiedades propiedades y forman

familias, algunos con nombre particulares. Así los elementos del grupo 1 se denominan metales alcalinos;

Veamos las características de los elementos metálicos:

• Conducen con facilidad el calor y la electricidad.

• Presentan brillo metálico.

• Generalmente pueden ser laminados o estirados formando alambres, propiedades que se

conocen como maleabilidad y ductilidad.

• Por lo regular, a temperatura ambiente son sólidos, excepto Hg, Ga, Cs y Fr.

• Al combinarse con no metales ceden electrones por lo que adquieren cargas positivas (cationes).

En cambio, los no metales presentan las siguientes características:

• Son malos conductores del calor y de la electricidad.

• No son maleables ni dúctiles.

• Son frágiles.

• Reciben electrones al combinarse con los metales adquiriendo así cargas negativas (aniones).

Los gases nobles presentan las siguientes características:

• Son gases monoatómicos.

• No presentan actividad química, es decir que no reaccionan químicamente con ningún

elemento. Por ejemplo, los gases utilizados en los carteles luminosos.



los del grupo 2 metales alcalinotérreos; los del grupo 17, halógenos; y los que forman el grupo 18 se

llaman gases nobles, gases raros o gases inertes.

Hay siete períodos con diferente número de elementos, numerados del 1 al 7. En los períodos 6 y 7, luego

del lantano y el actinio, los 14 elementos siguientes se encuentran separados en dos filas que forman dos

familias: los lantánidos y los actínidos. El séptimo periodo se encuentra aún incompleto y allí se van

incorporando los nuevos elementos descubiertos.

Los elementos del grupo 1 y 2 y de los grupos del 13 al 18 se denominan elementos representativos. Los

del grupo 3 al 12 inclusive se denominan elementos de transición, y los lantánidos y actínidos, elementos

de transición interna.



Variaciones periódicas de las propiedades físicas y químicas

Hay una serie de propiedades atómicas de los elementos que están relacionadas con la configuración

electrónica de los átomos. La variación periódica en la CE de los átomos, al aumentar el número atómico,

trae como consecuencia que éstos presenten diferencias en su comportamiento químico.

Cuando un átomo interactúa con otro lo hace a través de su capa externa, por medio de sus electrones

externos, que reciben el nombre de electrones de valencia. La semejanza en la configuración electrónica

externa es lo que hace que los elementos del mismo grupo se parezcan entre sí en su comportamiento

químico, aunque hay excepciones, por ejemplo los elementos del grupo 14, el carbono es un no metal, el

silicio y el germanio un metaloide, y el estaño y el plomo tiene características metálicas.

Algunas de las propiedades periódicas de los elementos son:

Radio atómico: si consideramos a los átomos como pequeñas esferas, entonces, el radio atómico es la

distancia desde el centro del núcleo hasta la zona correspondiente al nivel energético más externo.



Conocido el radio de un átomo, es posible estimar su tamaño. Sin embargo, el limite extranuclear es

difuso, entonces para calcular el radio atómico de los distintos elementos, el método utilizado es

determinar experimentalmente la distancia entre dos núcleos de átomos iguales adyacentes, ya sea una

molécula diatómica o en un cristal metálico. El radio atómico se calcula como la mitad de esa distancia.

Numerosas propiedades físicas, incluyendo la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, están

relacionadas con el tamaño de los átomos. Los radios atómicos están determinados en gran medida por

cuán fuertemente atrae el núcleo a los electrones. A mayor carga nuclear

efectiva los electrones estarán más fuertemente enlazados al núcleo y menor

será el radio atómico. Dentro de un periodo, el radio atómico disminuye

constantemente debido a que aumenta la carga nuclear efectiva. A medida que

se desciende en un grupo el radio aumenta según aumenta el número atómico.

Energía de ionización: es la energía mínima necesaria para que un átomo gaseoso en su estado

fundamental o de menor energía, separe un electrón de este átomo gaseoso y así obtenga un ión

positivo gaseoso en su estado fundamental:

Las energías de ionización miden la fuerza con que el átomo retiene sus electrones. Energías

pequeñas indican una fácil eliminación de electrones y por consiguiente una fácil formación de

iones positivos. El conocimiento de los valores relativos de las energías de ionización sirve para

predecir si un elemento tenderá a formar un compuesto iónico o

covalente.

Electronegatividad: Tendencia que presenta un átomo a atraer

electrones de otro cuando forma parte de un compuesto. Si un átomo atrae

fuertemente electrones, se dice que es altamente electronegativo, por el

contrario, si no atrae fuertemente electrones el átomo es poco electronegativo. Cabe destacar, que

cuando un átomo pierde fácilmente sus electrones, este es denominado “electropositivo”. La

electronegatividad posee relevancia en el momento de determinar la polaridad

de una molécula o enlace, así como el agua (H2O) es polar, en base a la

diferencia de electronegatividad entre Hidrógeno y Oxígeno.

En la tabla periódica la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en

un período y de abajo hacia arriba en un grupo.



Electroafinidad: es el cambio de energía cuando un átomo acepta un electrón en el estado gaseoso:

Entre más negativa sea la afinidad electrónica, mayor será la tendencia del átomo a aceptar (ganar) un

electrón. Los elementos que presentan energías más negativas son los halógenos (7A), debido a que la

electronegatividad o capacidad de estos elementos es muy alta.

La afinidad electrónica no presenta un aumento o disminución de forma ordenada dentro de la tabla

periódica, más bien de forma desordenada, a pesar de que presenta algunos patrones como por ejemplo

que los no metales poseen afinidades electrónicas más bajas que los metales. En forma global es posible

encontrar un estándar de variación parecido al de la energía de ionización.

Radio iónico: es el radio de un catión o de un anión. El radio iónico afecta las propiedades físicas y

químicas de un compuesto iónico. Por ejemplo, la estructura tridimensional de un compuesto depende

del tamaño relativo de sus cationes y aniones. Cuando un átomo neutro se convierte en un ión, se espera

un cambio en el tamaño. Si el átomo forma un anión, su tamaño aumenta dado que la carga nuclear

permanece constate pero la repulsión resultante entre electrones extiende el

dominio de la nube electrónica. Por otro lado, un catión es más pequeño que

su átomo neutro, dado que quitar uno o más electrones reduce la repulsión

electrón–electrón y se contrae la nube electrónica. El radio iónico aumenta de

acuerdo al radio atómico, es decir a lo largo de un periodo aumenta conforme

el número atómico, y en un grupo aumenta hacia abajo.

Bibliografía:

CHANG Raymond y KENNETH A. Goldsby, Química, Mac Graw Hill, 2013.

BOTTO Juan y BULWIK Marta, Química+Tabla Periódica, Ed. Tinta Fresca, 2006.

Tabla periódica: configuración electrónica y propiedades periódicas, recuperado de www.educarchile.cl,

2016.

Ciencias Naturales, La materia y sus transformaciones, recuperado de www.icarito.cl, 2016.

http://www.cuspide.com/resultados.aspx?c=BOTTO+JUAN&por=AutorEstricto&aut=254701&orden=fecha

http://www.cuspide.com/resultados.aspx?c=BOTTO+JUAN&por=AutorEstricto&aut=254701&orden=fecha

http://www.educarchile.cl/

http://www.icarito.cl/

IFDC-SL- Ciencias Naturales 2014

1

Sistemas Materiales

Un sistema material es una porción específica de la materia, confinada en una porción

de espacio, y que se ha seleccionado para su estudio. Es decir, es toda porción del universo que

se aísla, real o imaginariamente, para su estudio.

Se diferencia de un objeto físico en que éste tiene unos límites bien definidos, mientras los

sistemas materiales no presentan límites tan precisos.

Son ejemplos de sistemas materiales: un trozo de mármol; agua y aceite contenidos en un

recipiente, gas en el interior de un neumático.

Tipos de Sistemas Materiales

Aun cuando el sistema ha sido separado del universo o ambiente que lo rodea, queda circundado

por un medio. Cuando se estudia un sistema material dicho medio debe ser considerado.

Los sistemas materiales pueden clasificarse de diversas maneras atendiendo a distintos criterios.

En función del pasaje de masa y energía entre el sistema y el medio, estos

pueden clasificarse en: abierto, cerrado y aislado.

Sistema Abierto: hay transferencia de masa y energía entre el sistema y el medio o viceversa.

En este sistema, la masa de agua recibe calor -energía térmica- procedente de su medio,

simultáneamente parte de la masa de agua convertida en vapor pasa al medio.

Sistema Cerrado: solamente hay intercambio de energía entre el sistema y el medio o viceversa.

El agua que se calienta dentro de un erlenmeyer tapado constituye un sistema cerrado. Hay

transferencia de calor como en el caso anterior, pero como el vapor del agua no puede escapar, no

hay transferencia de masa.

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia

http://es.wikipedia.org/wiki/Confinamiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Objeto_f%C3%ADsico


2

Sistema Aislado: no hay pasaje de masa ni de energía del sistema al medio o viceversa.

Un termo tapado, cuya doble pared de vidrio no es atravesada por la masa de agua ni por el calor,

constituye un sistema aislado.

Propiedades de la materia.

El universo está constituido no solamente por materia sino también por energía. La materia se

caracteriza por poseer masa y ocupar un lugar en el espacio.

Las propiedades de la materia son de dos tipos: propiedades intensivas y extensivas. Por

ejemplo observando un trozo de hierro vemos su color, resistencia al rayado, podemos pesarlo,

determinar su volumen, etc.

Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia que se considere. Si un

recipiente contiene un litro de agua y otro recipiente cont iene 10 litros de agua, la cantidad

de agua en el segundo recipiente tiene mayor peso y volumen que la del primero. Esto

significa que el peso y el volumen de una cierta cantidad de materia depende de dicha

cantidad; por lo tanto son propiedades extensivas. Ejemplos: peso, volumen, masa.

Propiedades intensivas: No dependen de la cantidad de materia que se considera. Si el

mismo recipiente que contiene 1 litro de agua, se coloca a hervir (a 1 atm de presión) y el

recipiente con 10 litros de agua también es colocado a hervir (a 1 atm de presión), ambos

hervirán a 100°C, ya que el punto de ebullición del agua no depende de la cantidad que


3

estemos considerando, es decir es una propiedad intensiva. Ejemplos: puntos de fusión y

ebullición, brillo, color, dureza, densidad, solubilidad.

Clasificación de los sistemas materiales.

Como vimos, un sistema material es toda porción del universo que se aísla, real o

imaginariamente, para su estudio.

Los sistemas materiales pueden ser clasificados en dos grandes grupos: homogéneos y

heterogéneos.

Sistemas materiales homogéneos.

Si analizamos las propiedades intensivas de una muestra de agua pura (punto de

ebullición, de fusión, densidad) veremos que estas propiedades permanecen

constantes para cualquier porción de agua que se considere. Lo mismo sucede, por

ejemplo con la NaCl (cloruro de sodio, sal común).

Si ahora disolvemos cierta cantidad de sal en agua, podemos comprobar que también en este caso

las propiedades intensivas de la solución son iguales para todos los puntos de su masa. Decimos

entonces que el agua pura y la solución de sal en agua, constituyen sistemas homogéneos.

Sistema homogéneo es aquel que presenta las mismas propiedades intensivas en todos sus

puntos.

Todo sistema homogéneo se caracteriza por presentar continuidad cuando se lo observa a simple

vista, al microscopio e incluso al ultra microscopio. Por ejemplo con ninguno de estos instrumentos

es posible distinguir la sal del agua cuando se observa una solución de agua salada, ya que la

misma se presenta como un todo homogéneo. Otros ejemplos son soluciones de alcohol en agua,

el agua de mar filtrada, el aire puro, sal de mesa.


4

sistemas materiales

homogeneos

sustancia pura

soluciones

heterogeneos

Sistemas materiales heterogéneos.

Si analizamos un sistema compuesto por agua y nafta, podemos discriminar a simple vista entre la

zona ocupada por un líquido y la que ocupa el otro: la nafta se presenta como una capa definida

por encima del agua. También podemos comprobar que ciertas propiedades intensivas (por

ejemplo la densidad) no se mantienen constantes cuando pasamos de un punto ocupado por el

agua a un punto ocupado por la nafta. El agua y la nafta forman un sistema heterogéneo.

Un sistema heterogéneo es aquel que presenta distintas propiedades intensivas en por lo menos

dos puntos de su masa.

Otros sistemas heterogéneos son, por ejemplo, muestras de agua con arena, talco con limaduras

de hierro, agua con aceite, y muchos más.

Por ejemplo el sistema heterogéneo de la figura siguiente (figura 1) está constituido por dos

sistemas homogéneos denominados fases: agua salada y arena. Decimos que:

En un sistema heterogéneo, se denomina fase a cada uno de los sistemas homogéneos en que

puede considerárselo dividido.

Figura 1 Figura 2

Las fases pueden presentar cualquiera de los tres estados físicos, y están separadas entre si por

superficies netas y definidas.

El sistema arena-agua con sal consta de dos fases: arena por un lado y agua con sal por otro. El

nuevo sistema (Figura 2) está compuesto por tres fases: arena, agua y corcho.

Sustancias puras y mezclas.


5

Sustancias puras.

Las sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales. Es decir, no pueden

fraccionarse en componentes más simples, podríamos decir que las sustancias puras son sistemas

homogéneos a partir de los cuales no pueden obtenerse otras sustancias por métodos de

fraccionamiento físicos.

Tienen propiedades específicas bien definidas, estas propiedades no varían incluso cuando la

sustancia pura se encuentra formando una mezcla. Algunas de estas propiedades son: color,

densidad, olor, sabor, temperatura de fusión y ebullición.

Mezclas.

Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas

diferentes. Las mezclas no tienen propiedades específicas bien definidas. Las propiedades

dependen de su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan

los distintos ingredientes de la mezcla.

Por ejemplo el agua de mar tiene una densidad y temperatura de ebullición y fusión que no son

fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.

Soluciones y Solubilidad

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente

homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.

Entonces, reiterando, vamos a llamar solución o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en fase líquida. Es decir, las mezclas homogéneas que se presentan en fase

sólida, como las aleaciones (acero, bronce: cobre y estaño, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como soluciones.

Características de las soluciones:

I) Sus componentes no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.

II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.

III) Los componentes de una solución son soluto y solvente.

Soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas,

donde el dióxido de carbono se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar o la sal, se pueden utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua).

Solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que

disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua.


6

Mayor o menor concentración

Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración.

Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas.

Diluidas: cuando hay poco soluto en una mayor cantidad de solvente. Ejemplo: una

solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua. Concentradas: cuando hay mucho soluto respecto a la cantidad de solvente. Ejemplo:

una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua.

Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C. Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de

agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.

Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una

temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas.

Modo de expresar las concentraciones

Ya sabemos que la concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una

cantidad determinada de solvente o solución. También debemos aclarar que los términos diluidos o concentrados expresan concentraciones relativas.

Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse

en unidades físicas y en unidades químicas.

Unidades físicas de concentración

Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en

forma porcentual, y son las siguientes:

a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)

b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución)


7

c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)

Solubilidad

En química, la solubilidad mide la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un

líquido.

Es la proporción en que una cantidad determinada de una sustancia se disolverá en una cantidad determinada de un líquido, a una temperatura dada.

En términos generales, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química, a una temperatura dada.

La solubilidad es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g). de disolvente a una temperatura fija, para formar una solución saturada en cierta cantidad de disolvente.

Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad.

La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del

cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada.

La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar

la temperatura.

Factores que afectan la solubilidad

La solubilidad de una sustancia en un solvente depende de varios factores, entre los cuales se cuentan:

Superficie de contacto: al aumentar la superficie de contacto del soluto, la cual se favorece por pulverización del mismo, con el solvente, las interacciones soluto-solvente aumentarán y el cuerpo se disuelve con mayor rapidez.

Grado de agitación: al disolverse el sólido, las partículas del mismo deben difundirse por toda la masa del solvente. Este proceso es lento y alrededor del cristal se forma una capa de disolución muy concentrada que dificulta la continuación del proceso; al agitar la

solución se logra la separación de la capa y nuevas moléculas de solvente alcanzan la superficie del sólido.

Temperatura: la temperatura afecta la rapidez y grado de solubilidad. Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas en solución y con ello su rápida difusión. Además, una temperatura elevada hace que la energía de las partículas del

sólido, moléculas o iones sea alta y puedan abandonar con facilidad la superficie, disolviéndose.

Presión: Los cambios de presión ordinarios no tienen mayor efecto en la solubilidad de los

líquidos y de sólidos. La solubilidad de gases es directamente proporcional a la presión. Como ejemplo imagina que se abre una botella de una bebida carbonatada, el líquido burbujeante puede derramarse del recipiente. Las bebidas carbonatadas se embotellan


8

bajo una presión que es un poco mayor de una atmósfera, lo que hace aumentar la

solubilidad del CO2 gaseoso. Una vez que se abre el recipiente, la presión desciende de inmediato hasta la presión atmosférica y disminuye la solubilidad del gas. Al esc apar burbujas de gas de la solución, parte del líquido puede derramarse del recipiente.

Naturaleza del soluto y del solvente: Los procesos de disolución son complejos y difíciles de explicar. El fenómeno esencial de todo proceso de disolución es que la mezcla de

sustancias diferentes da lugar a varias fuerzas de atracción y repulsión cuyo resultado es la solución. La solubilidad de un soluto en particular depende de la atracción relativa entre las partículas en las sustancias puras y las partículas en solución.

A continuación, una serie de preguntas ara que evalúen la comprensión del tema:

¿Por qué cuando se adiciona demasiado café a una taza con agua caliente, parte del café

se deposita en el fondo de la taza?

Si mezclas leche en polvo en agua fría o en agua caliente, ¿dónde se disolverá más rápido? ¿Por qué?

¿Qué perdería su sabor con mayor rapidez, una bebida gaseosa tibia o fría? Explica tu respuesta

Sugiera un método para aumentar la concentración de oxígeno (O2 (g)) disuelto en el agua.

Ciencias Naturales 2017 - ifdcsanluis-slu.infd.edu.ar · PDF filedeterminadas condiciones del...

Documents

Transcript of Ciencias Naturales 2017 - ifdcsanluis-slu.infd.edu.ar · PDF filedeterminadas condiciones del...