CUADERNILLO DE PENDIENTES

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1 IES ALONSO QUESADA DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA ASIGNATURA: FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO CUADERNILLO DE PENDIENTES TEMA 1: EL TRABAJO CIENTÍFICO Método científico. Magnitudes y unidades. Problemas de densidad TEMA 2: ESTADOS DE LA MATERIA Teoría cinética. Propiedades de los estados. Cambios de estado. Curvas de calentamiento y enfriamiento. TEMA 3: CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Mezclas y sustancias puras. Métodos de separación.disoluciones. Problemas Tanto por ciento en masa TEMA 4: EL ÁTOMO Elementos y compuestos. Modelo atómico de Rutherford. Partículas subatómicas. TEMA 5: REACCIONES QUÍMICAS: Interpretación de una reacción química. Leyes de las reacciones químicas. Reacciones químicas y medio ambiente. 1

2 TEMA 1: EL TRABAJO CIENTÍFICO Preguntas y respuestas 1) Qué es el método científico? Es una forma lógica y ordenada de pensar y trabajar. 2) Pasos del método científico Observación, emisión de hipótesis, experimentación y conclusiones 3) Qué es un fenómeno? Es todo cambio que sufre un cuerpo 4) Cómo se clasifican los fenómenos? En físicos (cambio de posición o de forma) y en químicos (cambio sustancial) 5) Qué es una hipótesis? Es una explicación de un fenómeno 6) Cuándo es válida una hipótesis? Cuando se puede comprobar experimentalmente 7) Cómo se sabe si una hipótesis es verdadera? Nos lo dirá la experimentación 8) Qué es un experimento? Es un acto de observación de un fenómeno en condiciones preestablecidas y controladas 9) Señala una característica importante de todo experimento Debe ser siempre reproducible 10) Qué es una ley científica? Enunciado breve de una hipótesis confirmada 11) Qué es una magnitud? Cualquier propiedad de un cuerpo que puede medirse 12) Qué es medir? Es comparar una magnitud con otra de la misma naturaleza que se toma como referencia 13) Diferencia entre magnitud y unidad Magnitud es lo que se mide y unidad es en que se mide 14) Qué es la masa?. Cómo se mide? Es la magnitud que caracteriza la cantidad de materia de un cuerpo. Se mide con una balanza 15) Qué es el volumen?. Cómo se mide? Es la magnitud que caracteriza el espacio que ocupa un cuerpo. Se mide por el desplazamiento que provoca en el líquido contenido en una probeta 16) Qué es la densidad? Es la magnitud que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo. No existen dos sustancias puras diferentes que tengan la misma densidad 2

3 CAMBIOS DE UNIDADES MAGNTITUD UNIDAD SI (+) UNIDADES (-) FACTOR DE PASO Longitud (l) m = metro km hm dam m dm cm mm 10 Masa (m) kg = kilogramo kg hg dag g dg cg mg 10 Superficie ( S ) m 2 = metro cuadrado km 2 - hm 2 - dam 2 - m 2 - dm 2 - cm 2 - mm Volumen ( V ) m 3 = metro cúbico km 3 - hm 3 - dam 3 - m 3 - dm 3 - cm 3 - mm litro ( l ) = 1 d m 3 kl hl - dal l dl cl ml 10 Tiempo ( t ) s = segundo 1 h = 60 min, 1 min = 60 s 1 h = 60 x 60 = 3600 s Prefijos: ( k = kilo, h = hecta, da = deca, d = deci, c = centi, m = mili ) Ejemplos: dag = decagramo, dm 2 = decímetro cuadrado, cm 3 = centímetro cúbico, ml = mililitro Ejemplos relaciones: 1 dam = 10 m, 1 g = 100 cg, 1 m 2 = 100 dm 2, 1 cm 3 = 1000 mm 3 1 hm 2 = m 2 = 10 4 m 2, 1 dm 3 = mm 3 = 10 6 mm 3 Cambios de unidades con el método de los factores de conversión. Un factor de conversión es un cociente que relaciona dos unidades 1 Pasos a seguir Ejemplo: Cuántos km son 800 m? Situamos al lado del dato el factor de conversión 2 Colocamos en el numerador la unidad deseada y en el denominador la unidad a eliminar m 800 m km m Relacionamos las dos unidades. A la mayor le damos el valor 1 y la relacionamos con la menor 4 Sustituimos en el factor de conversión y operamos 1 km = 1000 m 1 km 800 x m = = 0,8 km 1000 m

4 CAMBIOS DE UNIDADES EJEMPLOS Ejemplo 1: 90 cg dag En la escala de masas, nos situamos donde estamos y donde vamos. Observamos que cada paso tiene un factor de 10. Operamos según el método de los factores de conversión. Masa kg hg dag g dg cg mg 10 1 dag = 1000 cg 1 dag cg = = 0,09 dag 1000 cg 1000 Ejemplo 2: 5 m dm 3 En la escala de volumen, nos situamos donde estamos y donde vamos. Observamos que cada paso tiene un factor de Operamos según el método de los factores de conversión. Volumen km 3 - hm 3 - dam 3 - m 3 - dm 3 - cm 3 - mm m 3 = 1000 dm dm 3 5 m 3 = = 5000 dm 3 1 m 3 Ejemplo 3: 0,006 hm dm 2 En la escala de superficie, nos situamos dónde estamos y donde vamos. Observamos que cada paso tiene un factor de 100. Operamos según el método de los factores de conversión. Con números grandes o pequeños trabajar con potencias de 10. Superficie km 2 - hm 2 - dam 2 - m 2 - dm 2 - cm 2 - mm hm 2 = dm 2 = 10 6 dm dm 2 0,006 hm 2 = hm 2 = = = 6000 dm 2 1 hm 2 4

5 Ejemplo 4: 300 ml dal En la escala de volumen, nos situamos donde estamos y donde vamos. Observamos que cada paso tiene un factor de 10. Operamos según el método de los factores de conversión. Volumen kl hl - dal l dl cl ml 10 1 dal = ml = 10 4 ml 1 dal ml = ml = ml = = = = 0,03 dal 10 4 ml 10 4 Ejemplo 5: 0,3 m dl En la escala de volumen, nos situamos donde estamos y donde vamos. Para pasar de una escala a otra tenemos que hacerlo por la relación entre ellas. Cada paso que realicemos es un factor de conversión. Operamos según el método de los factores de conversión. Volumen 1 litro( l ) = 1 d m 3 km 3 - hm 3 - dam 3 - m 3 - dm 3 - cm 3 - mm kl hl - dal l dl cl ml 10 (1 m 3 = 1000 dm 3 ) (1 dm 3 = 1 l) (1 l = 10 dl) 1000 dm 3 1 l 10 dl 0,3 m 3 = 0, = 3000 dl 1 m 3 1 dm 3 1 l Ejemplo 6: 90 km/h m/s Observamos que tenemos que cambiar dos unidades. Cada cambio es un factor de conversión. Operamos según el método de los factores de conversión. 1 km = 1000 m 1 h = 3600 s km 1000 m 1 h m 90 = = 25 h 1 km 3600 s 3600 s 5

6 Ejercicios 1) 0,08 kg cg 2) 3,6 m dm 2 3) 750 hm km 3 4) 0,02 cm hm 5) 0,55 g mg 6) 9,6 km hm 2 7) 440 mm cm 3 8) 700 km dm 9) 2,8 dag cg 10) 0,4 dl cm 3 11) 6 m dal 12) 72 km/h m/s Problemas de densidad Cálculo de la densidad: Pasar las unidades de masa y volumen a las que se piden para la densidad EJEMPLO: Determina la densidad de un cuerpo sabiendo que 100 dm 3 del mismo tiene una masa de 500 g Exprésala en unidades del SI 1) Poner los datos 2) Poner la fórmula v = 100 dm 3 m = 500 g d =? ( kg / m 3 ) d = m v 3) Pasar las unidades v = 100 dm 3 = 0,1 m 3 m = 500 g = 0,5 kg 4) Sustituir y operar m 0,5 d = = = 5 kg / m 3 v 0,1 Cálculo de la masa: Pasar la unidad de volumen a la unidad que aparece en la de la densidad. Las unidades de la densidad no se modifican. Pasar la unidad de masa a la unidad deseada. EJEMPLO: De cuántos gramos es una muestra de 8 litros y densidad 200 mg / cm 3? 1) Poner los datos 2) Poner la fórmula 3) Despejar m =? (g) v = 8 l d = 200 mg / cm 3 d = m v m = d. v 4) Pasar la unidad 5) Sustituir y operar 6) Pasar la unidad v = 8 l = 8000 cm 3 m = d. v = = = mg m = mg = 1600 g 6

7 Cálculo del volumen: Pasar la unidad de masa a la unidad que aparece en la de la densidad. Las unidades de la densidad no se modifican. Pasar la unidad de volumen a la unidad deseada. EJEMPLO: Si la densidad de un cuerpo es 8 kg / l calcula los mililitros que ocupan 400 g de dicho cuerpo 1) Poner los datos 2) Poner la fórmula 3) Despejar v =? (ml) d = 8 kg / l m = 400 g d = m v v = m d 4) Pasar la unidad m = 400 g = 0,4 kg 5) Sustituir y operar m 0,4 v = = = 0,05 l d 8 6) Pasar la unidad v = 0,05 l = 50 ml Ejercicios 1) Determina la densidad de un cuerpo sabiendo que 20 dm 3 del mismo tiene una masa de 40 g. Exprésala en unidades del SI (Solución: 2 kg / m 3 ) 2) De cuantos gramos es una muestra de 0,3 litros y densidad 100 mg / cm 3? (Solución: 300 g ) 3) Si la densidad de un cuerpo es 4 kg / l calcula el volumen en mililitros que ocupa 8000 g de dicho cuerpo (Solución: 200 ml ) 4) Calcula la densidad en kg / l de un cuerpo de 5000 cg si ocupa 0,1 dl. (Solución: 5 kg / l ) 5) Calcula los gramos de un cuerpo de 3000 mm 3 y densidad 20 g / cm 3 (Solución: 60 g ) 6) Calcula los cm 3 de un cuerpo de 0,6 kg y densidad 60 kg / m 3 (Solución: 1000 cm 3 ) 7) La densidad de un cuerpo es 1100 kg / m 3. Si su masa es de 77 g, calcula el volumen que ocupa expresado en litros. (Solución: 0,07 l ) 8) La densidad de un cuerpo es 80 g / cm 3. Si tiene un volumen de 0,06 litros, calcula la masa del cuerpo expresada en kg (Solución: 4,8 kg ) 7

8 TEMA 2: ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Teoría cinética: Explica la constitución y el comportamiento de la materia. La materia está formada por partículas en movimiento PROPIEDADES DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA. PROPIEDADES SÓLIDO LÍQUIDO GAS Estado de las partículas Juntas, ordenadas y fijas (vibran) Juntas, desordenadas y móviles Separadas, desordenadas y móviles Fuerza entre partículas Altas Medias Despreciables Compresibilidad Nula Nula Alta Forma Constante Variable Variable Volumen Constante Constante Variable Características Dureza Tenacidad Viscosidad Tensión superficial Poder de difusión Dibujo Forma y volumen variable significa que adoptan la del recipiente que lo contiene Temperatura y teoría cinética: Cuando calentamos una sustancia, sus partículas adquieren más energía y se mueven más rápido. La temperatura mide la energía media de las partículas de una sustancia. Los gases, los líquidos y los sólidos se dilatan cuando se aumenta su temperatura Su unidad en el SI es el grado kelvin T(ºK) = T(ºC) EXPLICACIÓN DE PROPIEDADES DE LOS ESTADOS PREGUNTA: Analiza la compresibilidad el volumen la forma de los Sólidos Líquidos Gases 8

9 Ejemplo: Analiza la compresibilidad de los sólidos. La compresibilidad de los es porque sus partículas están y al ejercer una presión SI / NO pueden acercarse entre ellas. La compresibilidad de los sólidos es nula porque sus partículas están juntas y al ejercer una presión no pueden acercarse entre ellas. Ejemplo: Analiza la forma de los líquidos. La forma de los es porque sus partículas están y SI / NO pueden moverse entre ellas. La forma de los líquidos es variable porque sus partículas están desordenadas y móviles y si pueden moverse entre ellas. Ejemplo: Analiza el volumen de los gases. El volumen de los es porque sus partículas están y el espacio que ocupan entre ellas SI / NO puede cambiar. El volumen de los gases es variable porque sus partículas están separadas y el espacio que ocupan entre ellas si puede cambiar. CAMBIOS DE ESTADO. Las sustancias pueden pasar de un estado a otro solo con calentarlas o enfriarlas, esto es, aumentando o disminuyendo su temperatura. Durante el cambio de estado, varían las fuerzas entre las partículas y sus velocidades pero no varía la temperatura (permanece constante). Denominación de los cambios de estado: Sublimación Fusión Vaporización Sólido Líquido Gas Solidificación Licuación o Condensación Sublimación regresiva 9

10 Punto de Fusión (PF): Es la temperatura a la que una sustancia pasa de sólido a líquido o viceversa. Es una propiedad característica (cada sustancia pura tiene su propio punto de fusión) Punto de Ebullición (PE): Es la temperatura a la que una sustancia pasa de líquido a gas o viceversa. Es una propiedad característica (cada sustancia pura tiene su propio punto de ebullición) Ejercicio: En que estado se encuentra el mercurio a 50 ºC y a 10 ºC? Mercurio (PF = 39 ºC, PE = 357 ºC) En que estado se encuentra el etanol a 20 ºC y a 80 ºC? Etanol (PF = 114 ºC, PE = 78 ºC) EXPLICACIÓN DE LOS CAMBIOS DE ESTADOS PREGUNTA: En que consiste la Fusión, Vaporización? Solidificación, Licuación Calentar / Aumenta velocidad / Disminuye fuerza Fusión Vaporización Sólido Líquido Gas Solidificación Licuación o condensación Enfriar / Dismiuye velocidad / Aumenta fuerza Ejemplo: En que consiste la licuación? La es el paso de. Al la sustancia, la velocidad de sus partículas, la fuerza entre ellas, pero la temperatura no varía. La licuación es el paso de gas a líquido. Al enfriar la sustancia, la velocidad de sus partículas disminuye, la fuerza entre ellas aumenta, pero la temperatura no varía. 10

11 GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO Representan la variación de la temperatura de una sustancia con el tiempo al calentarla o enfriarla. Con ellas podemos saber a que temperatura se produce un cambio de estado Ejercicio 1 Con los siguientes datos construye la gráfica, indica de que tipo es y señala los estados en que se presenta la sustancia. La sustancia es un sólido a 18 ºC. En total el calentamiento dura 30 minutos. A los 5 minutos de comenzar a calentar comienza el cambio de estado que dura 9 minutos. Su punto de fusión es 55 ºC. Al finalizar el calentamiento la temperatura es de 85 ºC Ejercicio 2 Con los siguientes datos construye la gráfica, indica de que tipo es y señala los estados en que se presenta la sustancia. La sustancia es un gas a 110 ºC que se enfría durante 4 minutos. Comienza el cambio de estado que dura 5 minutos. Su punto de ebullición e 80 ºC. En total el enfriamiento dura 16 minutos y la temperatura final es de 60 ºC Ejercicio 3 Observa la gráfica I, indica a que tipo corresponde, señala el estado de la sustancia en cada tramo y contesta las siguientes preguntas: 1 - Cuál es el punto de ebullición de la sustancia?. 2 - Cuál es su estado cuando han pasado 4 minutos?. 3 - Cuánto tiempo pasa hasta que cambia totalmente de estado? Ejercicio 4 Observa la gráfica II, indica a que tipo corresponde, señala el estado de la sustancia en cada tramo y contesta las siguientes preguntas: 1 - Cuál es el punto de fusión de la sustancia?. 2 - Cuál es su estado cuando han pasado18 minutos?. 3 - Cuánto tiempo dura el cambio de estado? Gráfica I Gráfica II 11

12 PREGUNTAS Y RESPUESTAS 1 Razona por que la presión de los neumáticos de un automóvil aumenta cuando circula por carretera. Al circular el automóvil y debido al rozamiento del neumático con el asfalto este se calienta. El aumento de la temperatura hace que las partículas del aire adquieran más energía, se muevan a más velocidad y aumenten los choques de estas con la pared interior del neumático, aumentando la presión. 2 Cómo explicas las gotitas de agua que se forman en las paredes externas de un vaso con hielo? La temperatura del interior del vaso es menor que en su exterior. El aire contiene vapor de agua. Cuando las partículas de vapor chocan con el lado externo del vaso, ceden parte de su energía y se condensan 3 Una jeringuilla contiene aire, otra agua y una tercera arena. Se ha sellado el extremo de cada una para que no escape nada. Qué opinas que ocurrirá al empujar el émbolo de cada una? Los gases son compresibles (sus partículas están separadas) mientras que los líquidos y los sólidos no los son (sus partículas están juntas). Al empujar el émbolo de la jeringuilla podremos comprimirlo si esta contiene aire pero si contiene agua o arena no será posible. 4 Por qué se rompe a veces un vaso de cristal cuando vertemos en él un líquido muy caliente? Cuando vertemos el líquido caliente, la temperatura del vaso aumenta y sus partículas comienzan a vibrar más rápidamente. Esta vibración pude ser tan grande que la estructura del cristal no lo resista y acabe por romperse el vaso. 5 Por qué se seca la ropa antes en un día caluroso que en un día frío?. Por qué no se seca bien los días de lluvia aunque este a cubierto? La ropa se seca antes en un día caluroso, pues al ser la temperatura externa mayor las partículas de agua adquieren antes la energía necesaria para que se produzca la evaporación. En los días de lluvia existe más humedad (vapor de agua) en el aire. Al mismo tiempo que se produce la evaporación del agua de la ropa hacia el aire se produce la condensación del vapor de agua del aire en la ropa, por lo que la ropa tarda más tiempo en secarse 6 Por qué nos refresca el abanico?. El abanico enfría el aire? Cuando agitamos el abanico hacemos que las partículas de agua del sudor de nuestra piel al pasar al estado vapor sean arrastradas por la corriente de aire que se produce. A su vez otras partículas de sudor tomarán la energía necesaria para evaporase de nuestra piel, produciéndonos esa agradable sensación de frescor. El abanico no enfría el aire sino que produce una corriente de aire. 7 Cuando no se puede desenroscar la tapa metálica de un frasco de vidrio un truco para lograrlo consiste en abrir el grifo del agua caliente y colocar la tapa debajo durante unos segundos. Sabes en que se fundamenta este truco? El agua caliente aumenta la temperatura de la tapa, hace que sus partículas vibren con más intensidad aumentando ligeramente el tamaño de la tapa y haciendo posible desenroscarla 8 Por qué al poco tiempo de destapar un frasco de perfume se percibe su fragancia en toda la habitación? Las partículas de perfume con energía suficiente pasan de líquido a gas y se difunden entre las partículas del aire de la habitación. 12

13 TEMA 3: CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Materia: todo lo que tiene masa y ocupa volumen. La materia se clasifica en: 1) Mezclas: Materia formada por varias clases de sustancias. Pueden ser: - Heterogéneas: mezclas sin aspecto uniforme (se distinguen sus componentes) Ejemplos: granito, agua y aceite, arena y sal, etc - Homogéneas: mezclas con aspecto uniforme (no se distinguen sus componentes) Ejemplos: agua y sal, aire, agua y alcohol, etc 2) Sustancias Puras: Materia formada por una sola clase de sustancia. Pueden ser: - Compuestos: sustancia pura formada por varios elementos Ejemplos: agua (H 2 O), sal (NaCl), azúcar (C 6 H 12 O 6 ), etc - Sustancias Simples: sustancia pura formada por un solo elemento Ejemplos: oro (Au), hidrógeno gas (H 2 ), ozono (O 3 ), etc Elemento: es la clase de materia más básica y elemental. Son los ladrillos con lo que se construye cualquier forma de materia. Existen más de cien elementos. Se representan por símbolos. 13

14 PASOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA MUESTRA Es posible la separación de sus componentes por procedimientos físicos mecánicos? (imán, pinzas, filtración, decantación) SI MEZCLA HETEROGÉNEA NO Es posible la separación de sus componentes por procedimientos físicos no mecánicos? (destilación, cristalización) SI MEZCLA HOMOGÉNEA NO Es posible la separación de sus componentes por procedimientos químicos? (descomposición térmica = calentar) (electrolisis = paso de electricidad) SI COMPUESTO NO SUSTANCIA SIMPLE Técnicas de separación TÉCNICA COMPONENTES CARACTERÍSTICAS EJEMPLO Imantación Sol / Sol Los dos son insolubles. Uno tiene magnetismo Hierro / Arena Disolución y filtración Sol / Sol Uno de ellos es soluble Sal / Arena Filtración Sol / Liq El sólido es insoluble en el líquido Arena / Agua Cristalización Sol / Liq El sólido es soluble en el líquido Sal / Agua Destilación Liq / Liq Los dos líquidos se mezclan (son miscibles) Agua / Alcohol Decantación Liq / Liq Los dos líquidos no se mezclan (inmiscibles) Agua / Aceite 14

15 Separación de componentes de una mezcla. Indicar la técnica utilizada y la sustancia que se separa en el orden en que se realizan. Ejemplo 1: azúcar, arena y hierro Imantación hierro Añadir agua y filtración arena Cristalización azúcar + agua Ejemplo 2: agua, aceite y acetona Decantación aceite Destilación acetona + agua Ejercicios: Indica como separar los componentes de las siguientes mezclas: 1 - azúcar, agua y aceite 2 - arena, hierro y sal 3 - azúcar, agua y alcohol 4 - sal, arena y agua 5 - agua, aceite y alcohol 6 - sal, agua y aceite Disoluciones: Son mezclas homogéneas (formadas por dos o más sustancias que no se distinguen) Para distinguirlas se utiliza la concentración. Disolución (ds) = Soluto (s) + Disolvente (d) (m ds = m s + m d ) Tanto por ciento en masa (composición centesimal) (m soluto y m disolución en las mismas unidades) m s % =. 100 m ds Disolución diluida: aquella que tiene muy poco soluto Disolución concentrada: aquella que tiene mucho soluto Disolución saturada: aquella que no admite más soluto. El exceso se deposita. Ejercicio: (Tipo: disolución de 2 componentes, se distingue el soluto) Cuántos gramos de sal y de agua hay en una disolución de200 g agua salada si su concentración es del 10% en masa? Solución: Disolución (ds) = agua salada ---- m ds = 200 g Soluto (s) = sal m s =? Disolvente (d) = agua m d =? % = 10 15

16 m s % =. 100 m ds m s 10 = m s = 20 g m ds = m s + m d 200 = 20 + m d m d = 180 g Ejercicio: (Tipo: disolución de 3 componentes, no se distingue el soluto) Una disolución está formada por tres componentes. Si sus cantidades son 15 g de A, 10 g de B y 25 g de C calcula la composición centesimal de cada componente en la disolución Solución: m A = 15 g, m B = 10 g, m C = 25 g m ds = m A + m B + m C = = 50 g m s % =. 100 m ds 15 % A = 100 = % B = 100 = % C = 100 = Problemas de tanto por ciento en masa (composición centesimal) 1) Calcular la composición centesimal de una disolución de 60 g de azúcar y 140 g de agua (Sol: 30%) 2) Cuántos kg de sal hay en 12 kg de agua salada si su concentración es del 8% en masa? (Sol: 0,96 kg) 3) Cuántos gramos de agua hay en una disolución de agua salada si su concentración es del 5% en masa y contiene 20 g de sal? (Sol: 380 g) 4) Preparamos una disolución que contiene 2 g de cloruro de sodio (NaCl) y 3 g de cloruro de potasio (KCl) en 100 g de agua. Halla el tanto por ciento en masa de cada soluto en la disolución. (Sol: 1,9 y 2,8) 5) Una disolución está formada por tres componentes. Si sus cantidades son 22 g de A, 25 g de B y 18 g de C calcula la composición centesimal de cada componente en la disolución (Sol: 33,8% A, 38,5% B, 27,7% C) 16

17 TEMA 4: EL ÁTOMO ELEMENTOS Y COMPUESTOS La materia está formada por partículas en movimiento. Estas partículas son los átomos (del griego indivisible ) Átomo: Es la partícula de un elemento que conserva sus propiedades. Los átomos de un elemento son todos iguales, pero son diferentes a los átomos de otro elemento. Permanece inalterable en los procesos químicos. A partir del concepto de átomo, la definición de las sustancias puras se puede hacer: Compuestos: formados por varios elementos / formados por átomos diferentes Sustancias simples: formadas por un solo elemento / formadas por átomos iguales Se conocen más de 100 elementos o átomos distintos. Se representan por símbolos y los más importantes son: Los 40 principales H Hidrógeno Mg Magnesio Co Cobalto Cd Cadmio He Helio Al Aluminio Ni Níquel Sn Estaño Li Litio Si Silicio Cu Cobre Sb Antimonio Be Berilio P Fósforo Zn Zinc I Yodo B Boro S Azufre As Arsénico Cs Cesio C Carbono Cl Cloro Se Selenio Pt Platino N Nitrógeno K Potasio Br Bromo Au Oro O Oxígeno Ca Calcio Rb Rubidio Hg Mercurio F Flúor Mn Manganeso Sr Estroncio Pb Plomo Na Sodio Fe Hierro Ag Plata U Uranio Relación entre elementos y compuestos: Símbolos 3 Fórmulas 1 1 ELEMENTOS 3 COMPUESTOS 2 2 Átomos 3 Moléculas 1 Se representan por 2 3 Están formados por Se combinan para dar / son combinaciones de 17

18 A partir del cuadro anterior se pueden definir conceptos relacionados con la composición de la materia. Los elementos se representan por símbolos. Los elementos están formados por átomos. Los elementos se combinan para dar compuestos. Los compuestos se representan por fórmulas y están formados por moléculas. Los compuestos son combinaciones de elementos. Nomenclatura y formulación de compuestos sencillos: Nomenclatura = nombrar / Formulación = formular Gases diatómicos: se nombran como el elemento + gas H 2 = hidrógeno gas, O 2 = oxígeno gas, N 2 = nitrógeno gas, Cl 2 = cloro gas Moléculas sencillas importantes: H 2 O = agua, NH 3 = amoniaco, CH 4 = metano Óxidos: son combinaciones de un elemento + oxígeno Para nombrarlos se utilizan prefijos (2 = di, 3 = tri, 4 = tetra, 5 = penta, etc) N 2 O = óxido de dinitrógeno NO 2 = dióxido de nitrógeno N 2 O 5 = pentaóxido de dinitrógeno NO = óxido de nitrógeno N 2 O 3 = trióxido de dinitrógeno NO 3 = trióxido de nitrógeno Interpretación de fórmulas: Interpretar una fórmula consiste en indicar cuantos átomos de cada elemento forman una molécula del compuesto. H 2 O = 1 molécula de H 2 O (agua) está formada por 2 átomos de H (hidrógeno) y 1 átomo de O (oxígeno) O 2 = 1 molécula de O 2 (oxígeno gas) está formada por 2 átomos de O (oxígeno) NH 3 = 1 molécula de NH 3 (amoniaco) está formada por 1 átomo de N (nitrógeno) y 3 átomos de H (hidrógeno) Cl 2 = 1 molécula de Cl 2 (cloro gas) está formada por 2 átomos de Cl (cloro) Mn 2 O 7 = 1 molécula de Mn 2 O 7 (heptaóxido de dimanganeso) está formada por 2 átomos de Mn (manganeso) y 7 átomos de O (oxígeno) Ca(OH) 2 = 1 molécula de Ca(OH) 2 está formada por 1 átomo de Ca (calcio), 2 átomos de O (oxígeno) y 2 átomos de H (hidrógeno) Pb(SO 4 ) 2 = 1 molécula de Pb(SO 4 ) 2 está formada por 1 átomo de Pb (plomo), 2 átomos de S (azufre) y 8 átomos de O (oxígeno) 18

19 NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA Qué conclusiones se pueden extraer del estudio de los fenómenos eléctricos? Los fenómenos eléctricos confirman que la materia tiene una propiedad denominada carga eléctrica. Existen dos tipos de cargas eléctricas denominadas positiva y negativa. Cargas del mismo signo se repelen y cargas del mismo signo se atraen. Las cargas eléctricas se deben a partículas que forman parte del átomo. La carga positiva se debe al protón y la carga negativa al electrón. Por qué la materia es eléctricamente neutra? Cómo adquiere carga eléctrica? La materia es eléctricamente neutra porque el número de cargas positivas (protones) y el número de cargas negativas (electrones) es el mismo. La materia adquiere carga eléctrica por transferencia de electrones. Si gana electrones, adquiere carga negativa. Si pierde electrones, adquiere carga positiva. ESTRUCTURA ATÓMICA MODELO DE RUTHERFORD (Modelo planetario) Qué partículas forman parte del átomo y cuáles son sus características? Los átomos están constituidos por tres partículas: Protón carga positiva Electrón carga negativa (igual que la del protón) masa despreciable Neutrón sin carga masa igual que la del protón Cómo es la estructura del átomo según el modelo de Rutherford? El átomo está formado por dos partes: el núcleo y la corteza. En el núcleo, en el centro del átomo, está prácticamente toda la masa y la carga positiva del átomo. En él se encuentran los protones y los neutrones. En la corteza, en la parte externa del átomo, están los electrones en movimiento y en distintas capas. El núcleo es muy pequeño comparado con el átomo en su conjunto. El átomo está hueco. IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo y este es fijo para los átomos de un mismo elemento. Ejemplo: H 1 protón, He 2 protones, Li 3 protones, Be 4 protones, etc. Todos los átomos de H tienen 1 protón, todos los de He tienen 2 protones, etc. 19

20 Conceptos: Número Atómico (Z) = número de protones Número Másico (A) = número de protones + número de neutrones Representación A Z X X = símbolo del elemento Los electrones de la corteza se distribuyen por capas. El número de electrones en cada capa viene dado por 2n 2 Capa n = nº de electrones = = 2 electrones Capa n = nº de electrones = = 8 electrones Capa n = nº de electrones = = 18 electrones etc. EJERCICIO Determina el número de partículas subatómicas del siguiente átomo: P SOLUCION 32 Fósforo P Z = 15 A = p = 15 n = = 17 e = 15 EJERCICIO Realiza un dibujo del siguiente átomo: S SOLUCIÓN S Azufre Z = 16 A = 33 p = 16 n = = e = 16 16p 17n 20

21 Iones: son átomos con carga eléctrica que han adquirido por transferencia de electrones. Pierde electrones --- adquiere carga positiva --- catión --- ejemplo: Na + Gana electrones --- adquiere carga negativa --- anión --- ejemplo: Cl - Isótopos: son átomos de un mismo elemento que tienen distinto número de neutrones C C C n = 6 n = 7 n = 8 Isótopos del carbono EJERCICIO Determina el número de partículas subatómicas de los siguientes iones Cl Mg SOLUCION 35 - Cl 17 Anión cloro Átomo Cl ganado 1 e Z = 17 A = 35 p = 17 n = = 18 e = Mg 12 Catión magnesio Átomo Mg perdido 2 e Z = 12 A = 24 p = 12 n = = 12 e = 10 21

22 TEMA 5: REACCIONES QUÍMICAS CAMBIOS DE LA MATERIA Las sustancias pueden sufrir cambios. Estos cambios pueden ser físicos o químicos. Para saber qué tipo de cambio experimenta un cuerpo nos preguntamos: Cambia la naturaleza de la sustancia? Respuesta NO cambio físico, Respuesta SI cambio químico Los cambios químicos se realizan mediante reacciones químicas. Una reacción química es la transformación de unas sustancias (reactivos) en otras distintas (productos). En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Estos átomos se unen de manera diferente en los productos. Una reacción química supone una reorganización de átomos. ESTUDIO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Analizar una reacción química implica los siguientes pasos: (1) Escribir / (2) Formular / (3) Ajustar / (4) Interpretar Ejemplo: Interpretar la reacción de formación del agua a partir de hidrógeno gas y de oxígeno gas. (1) Escribir: hidrógeno gas + oxígeno gas agua (2) Formular: H 2 + O 2 H 2 O (3) Ajustar: átomos de H en reactivos (2) = átomos de H en productos (2) átomos de O en reactivos (2) = átomos de O en productos (1) La reacción no está ajustada. Para ajustarla se colocan delante de las fórmulas números (coeficientes), pero nunca se modifican las formulas H 2 + O 2 2 H 2 O Pero ahora no coinciden los átomos de H. Por tanteo conseguiremos que coincidan 2 H 2 + O 2 2 H 2 O La reacción está ajustada (4) Interpretar: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 2 moléculas de H 2 y 1 molécula de O 2 reaccionan para dar 2 moléculas de H 2 O 22

23 Ejemplo: Interpretar la reacción de descomposición del óxido de magnesio en magnesio y oxígeno gas. (1) Escribir: óxido de magnesio magnesio + oxígeno gas (2) Formular: Cuando aparece un elemento pondremos su símbolo MgO Mg + O 2 (3) Ajustar: 2 MgO 2 Mg + O 2 (4) Interpretar: Cuando aparece un elemento hablaremos de átomos 2 moléculas de MgO se descomponen para dar 2 átomos de Mg y 1 moléculas de O 2 Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas. 1) Cu + Cl 2 CuCl 2 2) Na + O 2 Na 2 O 3) P + O 2 P 2 O 5 4) HCl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + H 2 O 5) C H 4 + O 2 CO 2 + H 2 O 6) Zn + HCl ZnCl 2 + H 2 7) Sb + O 2 Sb 2 O 3 8) PCl 3 + H 2 O H 3 PO 3 + HCl LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier) En una reacción química, la masa de los reactivos es la misma que la masa de los productos Ejemplo: Sabemos que 4 g de hidrógeno gas reaccionan con 32 g de oxígeno gas para formar agua. Cuántos gramos de agua obtendremos? 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 4 g 32 g x M reactivos = M productos ; = x ; x = 36 g 23

24 Ley de las proporciones constantes (Ley de Proust) Las masas de las sustancias que intervienen en una reacción química siempre están en la misma proporción Ejemplo: Sabemos que 4 g de hidrógeno gas reaccionan con 32 g de oxígeno gas para formar agua. Cuántos gramos oxígeno gas reaccionarán con 8 g de hidrógeno gas? 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 4 g 32 g 8 g x EJERCICIO 32 g O 2 x = 8 g H 2 = 64 g O 2 4 g H 2 Para la reacción de descomposición del amoniaco en nitrógeno gas e hidrógeno gas. 1) Calcula los gramos de nitrógeno gas que se obtienen de la descomposición de 34 g de amoniaco si hemos obtenido 6 g de hidrógeno gas. 2) Calcula los gramos de amoniaco necesarios para obtener 12 g de hidrógeno gas si para obtener 9 g hemos necesitado 51 g de amoniaco. SOLUCIÓN 1) 2 NH 3 N H 2 34 g x 6 g M R = M P ; 34 = x + 6 ; x = 28 g 2) 2 NH 3 N H 2 51 g 9 g x 12 g EJERCICIO 51 g NH 3 x = 12 g H 2 = 68 g H 2 9 g H 2 Para la reacción de formación del agua a partir de hidrógeno gas y de oxígeno gas. 1) Calcula los gramos de oxígeno gas que han reaccionado con 12 g de hidrógeno gas si hemos obtenido 108 g de agua. (Sol: 96 g) 2) Calcula los gramos de oxígeno gas necesarios para obtener 45 g de agua sabiendo que con 16 g de oxígeno gas se obtienen 18 g de agua. (Sol: 40 g) 24

25 TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS Muchas de las reacciones que tienen lugar a diario en los laboratorios, en las industrias, en la atmósfera, en las cocinas, en nuestro cuerpo, etc pueden agruparse en alguno de estos tipos: 1) Reacciones de formación (de síntesis): aquellas en dos o más reactivos se combinan para dar un único producto. forma general: A + B C ejemplo: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 2) Reacciones de descomposición: aquellas en que una sustancia se transforma de dos o más sustancias. forma general: A B + C ejemplo: CaCO 3 CaO + CO 2 3) Reacciones de sustitución: aquellas en que un sustancia sustituye una parte de uno de de los reactivos. forma general: AB + C AC + B ejemplo: 2 HCl + Mg MgCl 2 + H 2 4) Reacciones de neutralización: aquellas entre un ácido y una base para dar una sal más agua. Son bases las sustancias que tienen el grupo OH. forma general: ácido + base ejemplo: HCl + NaOH sal + agua NaCl + H 2 O 5) Reacciones de combustión: aquella reacción por la cual una sustancia combustible reacciona con el oxígeno gas. Si el combustible sólo tiene carbono, hidrógeno y oxígeno los productos son dióxido de carbono y agua. forma general: combustible + O 2 CO 2 + H 2 O ejemplo: CH O 2 CO H 2 O Ejercicio: Formula, ajusta e indica de que tipo son las siguientes reacciones químicas. 1) Ácido sulfúrico H 2 SO 4 más hidróxido de aluminio Al(OH) 3 para dar sulfato de aluminio Al 2 (SO 4 ) 3 más agua. 2) Ácido clorhídrico (HCl) más hierro para dar cloruro férrico FeCl 3 más hidrógeno gas 3) Glucosa C 6 H 12 O 6 más oxígeno gas para dar dióxido de carbono más agua. 25

26 Reacciones Químicas y Medio Ambiente Los seres humanos desde tiempos muy remotos hemos utilizado las reacciones químicas para producir energía, preparar alimentos y fabricar nuevos materiales. Hasta la llegada de la Revolución Industrial, los productos de estas reacciones han mantenido un equilibrio con el medio ambiente. La enorme cantidad de gases, sobre todo las procedentes de las reacciones de combustión, no han podido ser asimilada por el medio y ha provocado un impacto ambiental no deseable. Actualmente, es urgente la aplicación de medidas para corregir este desequilibrio y conseguir un desarrollo global sostenible. Estos son los principales problemas medioambientales. Definición (En que consisten) Consecuencias (Cuáles son sus efectos) Prevención (Cuál es la solución) Contaminación atmosférica Lluvia ácida Efecto invernadero Agujero de la capa de ozono La contaminación de la atmósfera se debe a la presencia en el aire de sustancias sólidas, líquidas y gaseosas en altas concentraciones Son las precipitaciones con un ph ácido que se producen cuando ciertos gases (óxidos de azufre y de nitrógeno) reaccionan con el agua de la atmósfera La atmósfera se comporta como el cristal de un invernadero que mantiene el calor en su interior. El dióxido de carbono procedente de la combustión de combustibles fósiles está aumentando este efecto La capa de ozono de la atmósfera actúa como un filtro protector de los rayos solares ultravioletas. Los gases clorofluorocarbonos (CFC) emitidos destruyen el ozono de esta capa Lesiones broncopulmonares, dolores de cabeza e irritación de los ojos, corrosión de las construcciones y alteraciones en los ecosistemas Aumenta la acidez de lagos poco pro-fundos, corroe edificios y estructuras metálicas, daña la fauna y vegetación terrestre y provoca enfermedades en el ser humano El aumento de la temperatura produciría un cambio climático que provocaría deshielos, aumento del nivel del mar, incremento en la evaporación de las aguas, alteración del régimen de lluvias y viento Los rayos solares están provocando un aumento del número de cáncer de piel, la destrucción de cultivos y cierta vegetación, y la disminución de la vida de los océanos (placton) Disminuir la emisión de agentes contaminantes procedentes de las industrias, de las centrales eléctricas y de los medios de transporte Reducir la emisión de estos gases, eliminando el azufre de los combustibles antes de quemarlos y colocando catalizadores en los tubos de escape de los vehículos Reducir las emisiones de CO 2 con el uso del transporte público, optimización de las calefacciones y sustitución de centrales eléctricas que usen combustibles fósiles por otras de energías alternativas Sustituir los CFC procedentes de aerosoles, extintores, refrigerantes y como productos intermedios en la fabricación de plásticos por compuestos menos nocivos 26