RECUPERACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO. PRIMER TRIMESTRE:

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1 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre RECUPERACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO. PRIMER TRIMESTRE: TEMA 1. LA CIENCIA. MAGNITUDES Y UNIDADES CONCEPTOS ELEMENTALES: Magnitud: Toda aquella propiedad o característica de los cuerpos que se puede medir. Medir: Comparar el valor de una cantidad con otra que tomamos como referencia (unidad de medida). Unidad: Cantidad que tomamos como referencia para medir. Debe ser Universal (conocida y aceptada por todos), fácilmente reproducible (que se puedan hacer copias), e invariable. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. Como puedes ver en estas viñetas, las unidades que se usaban antiguamente presentaban muchos problemas para su utilización, ya que no eran universales, y variaban de un país a otro. En España, desde 1967, es de aplicación legal el llamado Sistema Internacional de Unidades (S.I.). Fue adoptado en la conferencia General de Pesas y Medidas de París, en Las Unidades pertenecientes al S.I., para las magnitudes fundamentales son: MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Temperatura kelvin K Intensidad de corriente amperio A Intensidad luminosa candela cd Cantidad de sustancia mol mol Ángulo radián rad Existen múltiplos y submúltiplos de estas unidades, que se indican mediante prefijos. Los más usados son: Tera: T = kilo: k = 10 3 deci: d = 10-1 micro: µ = 10-6 Giga: G = 10 9 hecto: h = 10 2 centi: c = 10-2 nano: n = 10-9 Mega: M = 10 6 deca: da = 10 1 mili: m = 10-3 pico: p = Por ejemplo: 4 Gm = m ; 7 ns = s ; 80 ka = A ; 1,3 µg = 1, g Como ves, sólo se sustituye el prefijo, la unidad permanece. El resto de las magnitudes físicas se denominan magnitudes derivadas, y se obtienen a partir de éstas mediante fórmulas.

2 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre LONGITUD: Distancia entre dos puntos, o entre los extremos de un cuerpo. Su unidad en el S.I es el metro (m). Para poder expresar más cómodamente cantidades mucho más grandes o mucho más pequeñas que 1 m, se utilizan múltiplos y submúltiplos. Los más usados son los que aparecen en la tabla. Una unidad muy usada en biología, para expresar el tamaño de las células y los microorganismos es el micrómetro o micra ( m). 1 m = 10-6 m. LONGITUD Kilómetro km Hectómetro hm 10 Decámetro dam Metro m Decímetro dm 10 Centímetro cm Milímetro mm SUPERFICIE (ÁREA): Parte de un cuerpo que está en contacto con el exterior. La unidad para medir superficies debe ser, lógicamente, la superficie de algo conocido. Se toma como unidad en el S.I., la superficie de un cuadrado que tenga 1 m de lado. Así, dicha área será igual a S = L L = 1 m 1 m = 1 m 2 Los múltiplos y submúltiplos del m 2 son los que aparecen en la tabla. Hay que tener en cuenta que ahora, al pasar de una unidad a otra, cada salto que demos hay que multiplicar o dividir por 100. Ejemplos: 3 m 2 a dm 2 : 3 m 2 = 3 (10 dm) 2 = dm 2 = 300 dm 2 SUPERFICIE Kilómetro cuadrado km 2 Hectómetro cuadrado hm Decámetro cuadrado dam 2 Metro cuadrado m 2 Decímetro cuadrado dm Centímetro cuadrado cm 2 Milímetro cuadrado mm 2 1m 1m 5 cm 2 a dm 2 : 5 cm 2 = 5 (0,1 dm) 2 = 5 0,01 dm 2 = 0,05 dm 2 VOLUMEN: Espacio que ocupa un cuerpo. Tal y como hemos visto con la superficie, se escoge como unidad en el S.I. el volumen de un cubo de 1 m de lado. Su volumen será V = L 3 = (1 m) 3 = 1 m 3 Como vemos en la tabla, al cambiar de una unidad de VOLUMEN volumen a otra, en cada salto debemos multiplicar o dividir por Kilómetro cúbico km 3 Hectómetro cúbico hm Otras unidades: Decámetro cúbico Metro cúbico dam 3 m 3 Litro: 1 l = 1 dm 3 = 1000 cm 3 Decímetro cúbico Centímetro cúbico dm 3 cm Mililitro: 1 ml = 1 cm 3 Milímetro cúbico mm 3 CÓMO SE CALCULA EL VOLUMEN DE UN CUERPO? Para cuerpos regulares, existen fórmulas matemáticas que nos permiten calcular el volumen, conociendo las dimensiones del cuerpo. V 3 L V r 2 h V a b c V 4 r 3 3

3 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre Para medir volúmenes de líquidos y sólidos en granos muy finos se utiliza un recipiente graduado llamado probeta (como las del dibujo de la derecha). No se pueden calentar ni verter en ella líquidos calientes. Para cuerpos de forma irregular, un procedimiento de calcular su volumen aproximado consiste en sumergirlo en un recipiente graduado con agua. Lo que suba el nivel de agua será el volumen del cuerpo. MASA: Cantidad de materia que tiene un cuerpo. La medimos con la balanza. La unidad de masa usada en el S.I. es el kilogramo (kg). También es muy usada un submúltiplo del kg: el gramo (g). En la tabla de la derecha aparecen los múltiplos y submúltiplos del gramo. Una unidad usada para grandes masas es la tonelada (t): 1 t = 1000 kg Para pesar en la balanza un líquido (o un sólido en granos finos) éste debe estar en un recipiente. Por lo tanto, debemos conocer previamente la masa del recipiente, para poder restarla. MASA Kilogramo kg Hectogramo hg 10 Decagramo dag Gramo g Decigramo dg 10 Centigramo cg Miligramo mg DENSIDAD: ( d ) Supongamos que alguien nos dice: "El hierro es más pesado que el corcho" A primera vista, podría parecernos que es cierto, y evidente. Sin embargo, la frase anterior no es correcta. Por ejemplo: un saco grande lleno de corcho pesará mucho más que una puntilla de hierro. Tal vez, lo que nos estaban intentando decir es que si tenemos dos trozos de hierro y de corcho del mismo tamaño (del mismo volumen), pesará más el de hierro. Pero ya estamos incluyendo una variable más, el volumen. Sería mucho más corto (y correcto), decir: "El hierro es más denso que el corcho". El ejemplo anterior nos puede dar una cierta idea del concepto que nos ocupa en este apartado del tema: la DENSIDAD. Lo primero que podemos extraer es que relaciona a otras dos magnitudes: la masa y el volumen. Y para poder comparar las sustancias entre sí, nos tenemos que poner de acuerdo en qué volumen de la sustancia vamos a tomar. Lo más fácil es escoger una unidad de volumen: el cm 3 (o el m 3, en el S.I). La densidad, entonces, nos va a indicar qué cantidad de materia (masa) hay en 1 cm 3 de la sustancia. Así, el agua tiene una densidad de 1 g/cm 3, es decir, cada cm 3 que cojamos de agua tendrá una masa de 1 g. Para el hierro, cada cm 3 de hierro tiene una masa de 7,8 g. (d = 7,8 g/cm 3 ) Podemos expresar lo anterior de otra forma: si la densidad del hierro es mayor que la del agua, eso quiere decir que hay más materia en 1 cm 3 de hierro que en 1 cm 3 de agua. O sea, la materia está más concentrada en el hierro que en el agua. La densidad nos indica lo concentrada que está la materia en una sustancia. Para poder hacer cuentas y resolver problemas, necesitamos una expresión, una fórmula, que nos relacione la densidad con la masa y el volumen. Vamos a verla con un ejemplo: Un trozo de cobre de 10 cm 3 tiene una masa de 89 g. Para saber su densidad, tendremos que calcular cuántos g pesa 1 cm 3. Qué operación hacemos? Pues dividir los 89 g entre los 10 cm 3 que tenemos: 89 g 3 10cm 8,9 g / cm 3 En resumen, para calcular la densidad, dividimos la masa del cuerpo por su volumen. La expresión que utilizamos es m d La unidad de densidad será el g/cm 3. V Se lee "gramos por cada centímetro cúbico" Despejando de la expresión anterior obtenemos otras dos para poder calcular la masa o el volumen de un cuerpo a partir de la densidad: V m d m V d

4 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre Depende la densidad de la cantidad de sustancia que tengamos? Al ver la expresión d = m/v, nos puede parecer que la densidad depende de si el trozo de sustancia que tenemos es más grande o más pequeño. Pero no es así. La densidad nos decía cuánto pesaba cada cm 3 de la sustancia, y para eso nos da igual que tengamos 2, 4, o 1000 cm 3, lo que nos importa es lo que pesa uno. Así, aunque una viga de hierro pese 2000 kg, cada cm 3 de esa viga pesará 7,8 g; y también cada cm 3 de un tornillo de hierro pesará 7,8 g. La densidad de una sustancia NO depende de la cantidad de sustancia que tengamos. La densidad de una sustancia depende del tipo de sustancia que tengamos (hierro, madera, agua, etc). Es una propiedad característica de esa sustancia. Estos dos bloques de corcho tiene diferente volumen y diferente masa, pero al ser de la misma sustancia, tienen la misma densidad. En la tabla de la derecha, vemos que las densidades están dadas para ciertos valores de temperatura y presión. Para sólidos y líquidos, apenas depende de estos factores, pero para los gases la densidad varía mucho con la temperatura y la presión. Hay que indicar entonces estos valores, como aparece en la tabla. TEMPERATURA (T): DENSIDAD DE ALGUNAS SUSTANCIAS (g/cm 3 ) SÓLIDOS (20ºC) LÍQUIDOS (20 ºC) GASES (0ºC, 1 atm) Osmio 22,5 Mercurio 13,6 Cloro 0,00317 Iridio 22,4 Glicerina 1,6 Oxígeno 0,00143 Platino 21,5 Agua 1,0 CO 2 0,00196 Oro 19,3 Aceite 0,92 Aire 0,00129 Plomo 11,3 Benceno 0,9 Nitrógeno 0,00125 Cobre 8,9 Alcohol 0,8 Helio 0,00018 Hierro 7,9 Hidrógeno 0,00009 Aluminio 2,7 Vidrio 2,6 Magnesio 1,7 Madera 0,4-0,6 Normalmente usamos la palabra temperatura asociada al hecho de que haga calor o frío, o a que alguien tenga fiebre. Sin embargo, el calor o el frío son sólo sensaciones, y dependen mucho de quien las sienta. La definición de temperatura es algo más complicado, y en este curso nos conformaremos con decir que: La temperatura nos indica el nivel de energía interna que tiene un cuerpo. Si tenemos dos cuerpos en contacto, pasará energía desde el que está a más temperatura hasta el que está a menos temperatura, hasta que se igualen. (Es lo que ocurre cuando decimos que algo está caliente: está a mayor temperatura que nuestro cuerpo y nos da energía. Y lo inverso cuando está frío: es nuestro cuerpo el que está a mayor temperatura y pierde energía al dársela al otro cuerpo). La temperatura se mide con unos aparatos llamados termómetros. Actualmente existen termómetros de diversos tipos: de mercurio, de resistencia eléctrica, termopares... Para medir la temperatura se utilizan escalas: la más utilizada es la Escala Celsius o Escala Centígrada (ºC). Los puntos de referencia (el 0 y el 100 de la escala), se han escogido en procesos que ocurren a temperatura constante: la congelación y la ebullición del agua. Así, se dice que la T.F. del agua es de 0 ºC, y su T.E. es de 100 ºC. En el Sistema Internacional de unidades se utiliza la Escala Kelvin o Escala Absoluta. La unidad en esta escala es el Kelvin (K). El punto de referencia escogido en esta escala es la temperatura más baja que se puede alcanzar: ºC = 0 K.. El tamaño de un Kelvin es el mismo que el de un grado centígrado. Para pasar una temperatura de ºC a K se usa la siguiente expresión: T( K) T(º C) 273 TIEMPO (t) La unidad utilizada por el Sistema Internacional (S.I.) para medir el tiempo es el segundo (s). Si queremos expresar un tiempo en unidades del S.I., habrá que pasarlo a segundos. Otras unidades muy usadas son horas y minutos: 1 h = 60 min = 3600 s

5 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR (TCM): Hasta ahora, en este tema hemos estudiado qué es la materia y qué características podemos medir en ella. Ahora bien, cómo está constituida la materia? Por ejemplo, un trozo de hierro: vemos que es compacto, sin huecos. Si lo miramos con una lupa, sigue teniendo el mismo aspecto. Pero, y si seguimos aumentando? Y si tuviéramos un microscopio tan potente que pudiéramos aumentar todo lo que quisiéramos? Esa estructura microscópica de la materia es lo que vamos a estudiar en este apartado. Exp.1 Supongamos una jeringa herméticamente cerrada, con un tapón en el orificio. Si empujamos el émbolo, vemos que el aire del interior se puede comprimir. Al soltar, el émbolo vuelve a su posición inicial. El aire recupera su volumen. No se ha escapado. Cómo es posible esto? La única explicación es que el aire está formado por pequeñas partículas, con mucho espacio vacío entre ellas. Así, al comprimir, las partículas se juntan. Exp.2 Algunas reacciones químicas producen gases que podemos ver. Si hacemos reaccionar cobre con ácido nítrico en el matraz A, vemos que se forma un gas de color naranja que, sin que nadie lo mueva, se expande hasta ocupar todo el recipiente, y circula por el tubo hasta llenar el recipiente B. Cómo puede mezclarse este gas con el aire? Las partículas del gas naranja se introducen en el espacio vacío que hay entre las partículas del aire. Quién mueve al gas para que pase al otro recipiente? Nadie, las partículas están SIEMPRE EN CONTINUO MOVIMIENTO, y se mueven de un recipiente a otro. Con experiencias como esta y otras más complejas, los científicos, ya en el s. XIX, consiguieron descubrir cómo está formada la materia a nivel microscópico. Y todo esto a pesar de que las moléculas no han conseguido verse al microscopio hasta finales de este siglo, y eso sólo en casos muy concretos. La teoría que recoge esos descubrimientos se denomina TEORÍA CINÉTICO- MOLECULAR (TCM). Las ideas fundamentales de esta teoría son: - La materia (cualquier sustancia) está formada por partículas microscópicas, llamadas moléculas. - Cada sustancia tiene su propio tipo de molécula. Todas las moléculas de la misma sustancia son iguales entre sí. Sustancias diferentes tendrán moléculas diferentes. - Las moléculas están en continuo movimiento. La velocidad a la que se mueven depende de la temperatura (A mayor temperatura, mayor velocidad de las moléculas). - Entre molécula y molécula no hay nada (espacio vacío) - Entre las moléculas existen fuerzas de unión. Según lo intensas que sean estas fuerzas, la sustancia será sólida, líquida o gaseosa.

6 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA: Sabemos que la materia (es decir, cualquier sustancia) puede encontrarse en tres estados de agregación: sólido, líquido o gas, dependiendo de algunos factores como la temperatura o la presión. Así, podemos encontrar agua en estado sólido (hielo), líquido o gas (vapor de agua); hierro sólido o líquido (en las fundiciones), aire gas o líquido (en las botellas de los submarinistas), e incluso roca líquida en los volcanes. Recordamos brevemente las características de estos estados: SÓLIDO LÍQUIDO GAS Masa Masa propia Masa propia Masa propia Volumen Volumen propio Volumen propio El del recipiente Forma Forma propia La del recipiente La del recipiente En realidad se conocen actualmente cinco estados de agregación. A los ya conocidos sólido, líquido y gas, hay que añadir un estado que ocurre sólo a temperaturas extremadamente altas, de millones de grados, denominado PLASMA; y otro estado que ocurre sólo a temperaturas bajísimas, muy próximas a 0 K, y que se llama CONDENSADO DE BOSE- EINSTEIN. Como su estudio es muy complicado y no aparecen en la experiencia cotidiana, nos ocuparemos sólo de los tres más conocidos. CÓMO EXPLICA LA TCM LAS CARACTERÍSTICAS DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASES? Sabemos que toda sustancia está formada por moléculas microscópicas en continuo movimiento. Pensemos en el agua. Ya sea en estado sólido, líquido o gas, sigue siendo agua, y sus moléculas serán las mismas aunque el hielo se derrita o el agua se evapore. Qué es o que cambia entonces? La unión entre las moléculas. En un SÓLIDO, las fuerza de unión entre las moléculas es muy intensa. Están fuertemente unidas. Esto hace que las partículas se puedan mover poco. Únicamente pueden vibrar en el hueco que le dejan las demás moléculas. En un LÍQUIDO, las moléculas están unidas más débilmente que en los sólidos. Esto hace que estas moléculas se puedan mover algo más, desplazándose por todo el líquido. Debido a esta movilidad, los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene. En un GAS, las moléculas están libres, sin unión entre ellas. Pueden moverse con total libertad en todas las direcciones del espacio. Por eso el gas tiende a ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene, y si abrimos dicho recipiente, se escapará por toda la habitación. CAMBIOS DE ESTADO: Una misma sustancia puede pasar de un estado a otro al cambiar la temperatura o la presión. Recordamos los nombres de estos cambios de estado: SÓLIDO LÍQUIDO SÓLIDO Solidificación Fusión Condensación Licuación Ebullición Evaporación Resublimación Sublimación LÍQUIDO GAS GAS Considerando la presión atmosférica normal, estos cambios de estado ocurren a una temperatura determinada. Por ejemplo, el agua funde (o se congela) a 0 ºC, y entra en ebullición a 100 ºC, independientemente de la cantidad de agua que tengamos (eso sí, tardará más o menos tiempo). Podemos definir entonces estos dos conceptos:

7 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre TEMPERATURA DE FUSIÓN (T.F.) (P.F.): Temperatura a la que en una sustancia se produce el cambio de estado de sólido a líquido, o de líquido a sólido. Mientras se produce el cambio de estado la temperatura permanece constante (por ej., mientras el hielo esté derritiéndose, la temperatura se mantendrá en 0 ºC, y no aumentará hasta que no se haya derretido todo el hielo. TEMPERATURA DE EBULLICIÓN (T.E.) (P.E.): Temperatura a la que en una sustancia se produce el cambio de estado de líquido a gas, o de gas a líquido. Mientras se produce el cambio de estado la temperatura permanece constante. Cada sustancia tiene sus T.F. y T.E. propias. En la tabla aparecen las de algunas sustancias comunes. De hecho, calculando en una experiencia cualquiera de estas temperaturas, podremos averiguar de qué sustancia se trata. Temperaturas de fusión y ebullición de algunas sustancias T.F (ºC) T.E. (ºC) Agua Alcohol - 114,4 78,4 Amoníaco Aluminio Benceno 5,5 80,1 Butano ,5 Cobre Glicerina Hierro Mercurio - 38,9 357 Nitrógeno Oro Oxígeno Plomo 327, Wolframio Qué diferencia existe entre evaporación y ebullición? Pudiera parecer que estas dos palabras, que se refieren a pasar de líquido a gas, significan lo mismo. De hecho, muchas veces, cuando el agua hierve, decimos que se evapora. Esto es incorrecto, ya que evaporación y ebullición son dos procesos distintos. Un líquido entra en ebullición (hierve), cuando, al calentarlo, alcanza su Temperatura de Ebullición (es decir, la ebullición ocurre a una temperatura determinada). Al llegar a esa temperatura, entra en ebullición todo el líquido, comenzando por la parte más cercana al foco de calor. La evaporación ocurre a cualquier temperatura (a temperatura ambiente). Un charco de agua se seca tanto en verano como en invierno, y desde luego el agua no se pone a 100 ºC (no hace falta calentar el líquido para que se evapore). No pasa a gas todo el líquido sino sólo la capa superficial en contacto con el aire. Lo que ocurre es que las moléculas del líquido están en continuo movimiento y puede suceder que algunas de las moléculas que estén en la superficie rompan su unión con las otras y escapen a la atmósfera. Tendremos entonces un gas. Qué diferencia existe entre condensación o licuación? Pudiera parecer que estas dos palabras, que se refieren a pasar de gas a líquido, significan lo mismo. Pero hay una diferencia. La condensación ocurre al bajar la temperatura. Es el caso del vapor de agua que empaña un vaso frío, o cuando el espejo del baño se empaña cuando nos duchamos. La licuación ocurre al comprimir al gas, al someterlo a altas presiones. Así se consigue que el butano de una bombona esté líquido, o el "gas" de un mechero, o el oxígeno de las bombonas de los hospitales, o las bombonas de aire licuado que usan los submarinistas. Qué es la dilatación y cómo la explica la TCM? La dilatación es el aumento de volumen (de tamaño) de un cuerpo al aumentar su temperatura. Es lo que le ocurre al mercurio de un termómetro, al aire caliente de un globo, o a las carreteras, edificios y vías del tren en verano, por eso hay que dejar juntas de dilatación. Lo opuesto a dilatación es la contracción, donde disminuye el volumen al enfriar. Explicación, según la TCM: Al aumentar la temperatura, las partículas se mueven más rápido, chocando más entre ellas, con lo que se acaban separando. Como consecuencia, el volumen aumenta.

8 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre TEMA 2: EL ÁTOMO. MODELOS ATÓMICOS: Desde la antigüedad han ido evolucionando las ideas sobre la constitución de la materia. En la Grecia clásica compitieron dos creencias: frente a los que creían que la materia podía dividirse indefinidamente, estaban los atomistas, como Demócrito, que defendían que existía algo indivisible (átomo) que era la base de la estructura de la naturaleza. MODELO ATÓMICO DE DALTON En 1808, John Dalton, como consecuencia de su hipótesis atómica, propone un modelo sencillo para el átomo. Supone que el átomo es totalmente indivisible, sin estructura interna ni carga eléctrica. Los átomos de los distintos elementos químicos se diferenciarían en su masa y tamaño. El modelo de Dalton explica las reacciones químicas (al chocar las moléculas, los átomos que las componen se separan y se unen de otra forma, dando lugar a moléculas diferentes), pero no explica los fenómenos eléctricos, ya que su modelo no incluye cargas eléctricas. MODELO ATÓMICO DE THOMSOM En 1897, Joseph John Thomsom descubre una partícula con carga negativa, que está presente en todos los átomos, y que es responsable de los fenómenos eléctricos: el electrón ( e - ). Por tanto, incluye esta partícula dentro de la estructura del átomo. Su modelo es conocido con el nombre del "pastel de pasas": consiste en una esfera maciza (pero poco densa) de carga positiva, con electrones incrustados. La carga de la esfera positiva compensa la carga negativa de todos los electrones. Este modelo explica, además de las reacciones químicas, los fenómenos eléctricos. Pero no explica la estructura interna del átomo. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD E. Rutherford, en 1911, bombardeando una muy fina lámina metálica (de oro) con partículas alfa, descubre que: - La inmensa mayoría de las partículas alfa atraviesan la lámina sin desviarse. - Algunas partículas se desvían mucho, incluso rebotan hacia atrás, como si chocaran contra algo muy denso. Como consecuencia de estos resultados llega a la conclusión de que el átomo es en su mayor parte espacio vacío. Casi toda su masa está concentrada en su núcleo, de tamaño muy pequeño y carga positiva. Rutherford idea entonces el llamado "modelo planetario". Supone que el núcleo es algo compacto, muy denso, sin estructura interna. Los electrones, en la corteza exterior, dan vueltas alrededor del núcleo, a distintas distancias. Posteriormente, el propio Rutherford descubre el protón (p + ) y J. Chadwick el neutrón ( n ), partículas que componen el núcleo. N. Bohr descubre que los electrones en la corteza están distribuidos en capas. Este modelo planetario, que incluye un núcleo con protones y neutrones, y una corteza con electrones, se sigue conociendo como modelo de Rutherford ampliado. Es el que usaremos en este tema. Actualmente se estudia la estructura de los protones y neutrones, descubriéndose que están formados por partículas más pequeñas, los quarks. Hasta ahora, los quarks, junto con los electrones, sí parecen partículas fundamentales

9 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre Según el modelo de Rutherford ampliado, existen tres partículas más pequeñas dentro del átomo: protones, electrones y neutrones. En todo átomo se distinguen dos partes: Núcleo: - Es la parte central del átomo. - Su tamaño es muy pequeño en comparación con el del átomo (unas veces más pequeño) - Casi toda la masa del átomo (el 99,95 %) está concentrada en él. Podemos decir que la masa del núcleo es aproximadamente la masa del átomo - Contiene en su interior dos tipos de partículas: Protones ( p + ) Carga +, Masa ~ 1 uma Neutrones ( n ) Carga neutra, Masa ~ 1 uma Corteza: - Rodea al núcleo. En su inmensa mayoría es espacio vacío (por eso tiene tan poca masa). - En ella están los electrones, dando vueltas a gran velocidad alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol Electrones ( e - ) Carga - Masa ~ 1/1800 uma - Los electrones están distribuidos en capas, a diferentes distancias del núcleo. El número de partículas que haya de cada tipo nos dirá de qué elemento se trata y qué características tiene Para hacernos mejor idea del tamaño del átomo, veámoslo con un ejemplo: Imaginemos que un átomo tuviera el tamaño de un campo de fútbol. A esa escala, el núcleo sería una canica (una bolita de 1 cm) puesta en el centro. Los electrones serían cabecitas de alfiler (y pocas) dándole vueltas a distintas distancias. El resto (es decir, prácticamente todo) sería espacio vacío. NÚMERO ATÓMICO, NÚMERO MÁSICO, NÚMERO DE NEUTRONES: Son números que nos dan información sobre las características del átomo: Número atómico ( Z ): Número de protones del núcleo. Caracteriza al elemento químico. Todos los átomos del mismo elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo. Por ejemplo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones (Z = 8). Pueden tener más o menos electrones, o neutrones, pero siguen siendo de oxígeno. Número de neutrones ( N ): Es variable, pueden existir átomos del mismo elemento con más o menos neutrones. N suele ser igual o mayor que Z. Número másico ( A ): A = Z + N número total de partículas que hay en el núcleo. Nos indica la masa aproximada del átomo, en uma. Estos números se suelen representar acompañando al símbolo del elemento, de esta forma: Isótopos: Dos átomos se dice que son isótopos cuando tienen igual número de protones ( = Z, es decir, pertenecen al mismo elemento) pero su número de neutrones es diferente (lo que hace que A sea distinto y, por tanto, su masa también) Ejemplo: son isótopos estos pares de átomos 12 6 C y 14 6 C : ambos átomos tienen 6 protones, pero el primero tiene 6 neutrones y el segundo U U : 1 1 H 2 1 H :

10 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre ÁTOMOS NEUTROS E IONES: Los átomos de un mismo elemento tienen todos el mismo número de protones en el núcleo (el que indica el número atómico, Z), pero pueden tener distinto número de electrones en la corteza. Como los protones tienen carga positiva, y los electrones carga negativa, la carga total del átomo se calcula sumando los dos tipos de partículas (se suman como números enteros que son). Un ejemplo: un átomo de oxígeno (Z = 8), que posee 8 protones en el núcleo, y que tenga 10 electrones en la corteza. Carga positiva: 8 Carga negativa: - 10 Carga total: 8 + (- 10) = - 2 CARGA = Nº PROTONES - Nº ELECTRONES Un átomo se dice que es neutro cuando su carga total es cero. Es decir, cuando su nº de protones del núcleo es igual al nº de electrones de la corteza. Un átomo será un ión cuando su carga total no sea cero. Podrá tener carga total positiva o negativa. Si el nº de e - es mayor que el de p + carga total negativa ión negativo Anión Si el nº de e - es menor que el de p + carga total positiva ión positivo Catión La carga total del átomo se representa junto a A y Z, de esta forma: ( si es neutro no se pone nada) Por ejemplo, un átomo de hierro ( Z = 26), que tiene 26 protones y además tenga 30 neutrones en el núcleo y 24 electrones en la corteza, será: Z = 26, N = 30, A=Z+N= 56, y como tiene 26 cargas + y 24 cargas -, la 56 carga total será de 26 + (-24) = +2 Será un catión. El átomo se representará 26Fe +2. MODELO DE BÖHR En 1913 el científico danés Niels Böhr explicó cómo están distribuidos los electrones en la corteza del átomo. - Los electrones están distribuidos en capas, a diferentes distancias del átomo. Las capas van numeradas desde n = 1 (la más cercana al núcleo) hasta n = 7 (la más lejana) - El nº máximo de electrones que puede haber en una capa viene dado por la fórmula 2 n 2 En la primera capa: 2 e - como máximo En la segunda capa: 8 e - como máximo En la tercera capa: 18 e - como máximo - En la última capa de un átomo habrá siempre como máximo 8 electrones. El número de electrones que posee un átomo de un elemento químico en su última capa puede obtenerse fácilmente a partir del grupo en que se encuentra. Grupo 1: 1 e - en su última capa Grupo 2: 2 e - en su última capa Grupo 13: 3 e - en su última capa Grupo 14: 4 e - en su última capa Grupo 15: 5 e - en su última capa Grupo 16: 6 e - en su última capa Grupo 17: 7 e - en su última capa Grupo 18: 8 e - en su última capa

11 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre ACTIVIDADES: 1. Explica suficientemente los siguientes conceptos: Magnitud física Unidad: Masa Volumen Densidad Temperatura de fusión Temperatura de ebullición 2. Escribir las magnitudes fundamentales y sus unidades en el Sistema Internacional. 3. Cambio de unidades: 0,3 mm a m: 35 cm 2 al S.I: 1,38 dam 2 a cm 2 : cm 3 al S.I.: 3 l. a cm 3 : 0,44 m 3 a cm 3 : 2,04 g al S.I: 2500 cg a g: 2,5 ml. a cm 3 : 450 ml. a dm 3 : 0, 25 m 2 a cm 2 : 300 g a kg: 4,5 ha. al S.I: 95,3 cm 3 a dm 3 : 2 m 3 a l.: 7 km al S.I: 358,9 cm 2 a dm 2 : 0,038 kg a g: 31,12 m 3 a ml.: 30 cm 3 al S.I: 3,7 dm 3 a cm 3 : 27 ºC al S.I: -15 ºC al S.I: 283 K a ºC 180 K a ºC 0ºC a K: 2,5 horas al S.I: 1 día al S.I 4. Expresar estas cantidades en notación científica (sustituyendo previamente los prefijos): 67,4 Mg 100 ps: 6780 nm 0,005 Gs 43,2 mg 1530 ns: 0,67 m 0,03 Ts 5. Llenamos dos recipientes de igual tamaño con agua y limaduras de cobre. a) Qué recipiente pesará más? Por qué? b) Qué sustancia ocupará mayor volumen? Por qué? c) Cuánto pesará un trozo de cobre, cúbico, de 2 cm de lado? 6. Tenemos un recipiente con 125 g de agua pura. Qué volumen ocupa el agua? DENSIDAD DE ALGUNAS SUSTANCIAS (g/cm 3 ) SÓLIDOS (20ºC) LÍQUIDOS (20 ºC) GASES (0ºC, 1 atm) Osmio 22,5 Mercurio 13,6 Cloro 0,00317 Iridio 22,4 Glicerina 1,6 Oxígeno 0,00143 Platino 21,5 Agua 1,0 CO 2 0,00196 Oro 19,3 Aceite 0,92 Aire 0,00129 Plomo 11,3 Benceno 0,9 Nitrógeno 0,00125 Cobre 8,9 Alcohol 0,8 Helio 0,00018 Hierro 7,9 Hidrógeno 0,00009 Aluminio 2,7 Vidrio 2,6 Magnesio 1,7 Madera 0,4-0,6 7. a) Calcula la masa del cuerpo de la figura, sabiendo que es de aluminio. b) Cortamos un trozo del objeto anterior, y al ponerlo en la balanza, marca 0,125 kg. Qué volumen ocupa ese trozo? Cuál será su densidad?

12 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre Un recipiente de 250 ml de capacidad y 100 g de masa, está herméticamente cerrado, y contiene en su interior aire y una bola de hierro de 75 cm 3 y de 0,585 kg de masa. a) Qué espacio ocupa la bola? b) Qué espacio ocupa el aire? c) Calcula la densidad del hierro a partir de esta experiencia. d) Calcula la densidad del aire, sabiendo que la masa total es de 685,227 g. 9. Con una balanza determinamos la masa de una probeta que contiene 100 ml de agua, resultando ser de 350 g. Después introducimos un cuerpo en el agua, con lo que el nivel sube hasta 150 cm 3, y volvemos a determinar la masa del conjunto, que resulta ser de 725 g. Calcular: a) El volumen del cuerpo b) La masa del cuerpo d) La densidad del cuerpo. 10. a) Calcular el volumen de un trozo de aluminio de 50 g. (mirar la densidad en la tabla) b) Calcular la masa de un trozo de cobre de 5 dm 3. (d=9 g/cm 3 ) c) Qué tendrá mayor densidad, 1 kg de hierro o 2 kg de hierro? Por qué? 11. Fíjate en los siguientes cuerpos: a) Cuáles tienen el mismo volumen que el A? Por qué? b) Cuáles tienen la misma densidad que el B? Por qué? c) Tiene el cuerpo B más masa que el E? Explica por qué. 12. Escribe los principales puntos de la Teoría Cinético Molecular. 13. Explicar, según la Teoría Cinético-Molecular (TCM): a) La temperatura de las sustancias b) La presión que ejercen los gases sobre las paredes del recipiente. c) Cómo puede comprimirse el gas que contiene una jeringa. d) La dilatación de los cuerpos al aumentar la temperatura. e) El hecho de que los gases se mezclen con gran facilidad. f) Las diferencias entre sólidos, líquidos y gases. 14. Escribe los nombres de los cambios de estado. Si algún cambio de estado puede realizarse de dos formas, ponlas todas SÓLIDO LÍQUIDO SÓLIDO LÍQUIDO GAS GAS 15. a) Diferencias entre evaporación y ebullición. b) Diferencia entre condensación y licuación. c) Qué ocurre con la temperatura mientras el agua hierve? d) Tienen todas las sustancias la misma temperatura de fusión? Explica 16. Explica suficientemente los siguientes conceptos: Ión Catión Anión: Isótopos:

13 Física y Química 3º ESO Pendiente Primer Trimestre a) Es capaz de explicar las reacciones químicas el modelo atómico de Dalton? Y los fenómenos eléctricos? Por qué? b) Escribe los puntos de la teoría atómica de Dalton. 18. a) Explica el modelo atómico de Thomsom. b) Explica el experimento de Rutherford y las consecuencias que de él se extraen. c) Diferencias entre los modelos atómicos de Thomsom y Rutherford. 19. a) Explica la aportación que hizo Böhr acerca de la estructura del átomo. b) Explica cómo están distribuidos los electrones en un átomo neutro de: F (Z=9) Na (Z=11) Ne (Z=10) O (Z=8) a) Calcula razonadamente el número de partículas del siguiente átomo: 16 S b) Para el siguiente átomo Ca 2, calcula razonadamente nº de protones, de neutrones y de electrones. Es anión o catión? c) Un átomo de nº atómico 9 y nº másico 18 posee 10 electrones. Calcular nº de protones, de neutrones y la carga del átomo. Es anión o catión? 19 d) Calcula razonadamente el número de partículas del siguiente átomo: Ne 39 K e) Para el siguiente átomo. 19, calcula razonadamente nº de protones, de neutrones y de electrones. Es anión o catión? f) Un átomo tiene 31 partículas en el núcleo, 16 neutrones y su carga es -3. Calcula razonadamente su nº atómico, su nº másico, el número de protones y el número de electrones. Es anión o catión? 10