Tema 1 La reacción química Subtema 1.1 El cambio químico Competencias Aprendizajes esperados Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Capacidad de expresión Criticidad Capacidad de trabajar en equipo Manejo de información Identifica algunos cambios químicos que ocurren en su entorno. Identifica reactivos y productos que participan en un cambio químico y diferencia sus propiedades. Qué es una reacción química (o cambio químico). Cómo funciona un antiácido. Representación de las reacciones químicas. Cómo se obtienen los nuevos materiales. Búsqueda de información. Análisis de información. Realización de inferencias. Uso de modelos. Comunicación oral y escrita. Flexibilidad de pensamiento. Creatividad. Imaginación. Actitud reflexiva. Conocimientos previos: Propiedades generales de la materia; modelos en ciencias: cinético corpuscular; nociones sobre ácidos y bases. Respuestas Página 156 RM. Se tendrían que asociar a cambios, productos reactivos, variación de color, desprendimiento de gases, por mencionar algunos. RM. Cuando se aprecian cambios en algunas de las características de los materiales, como por ejemplo el color, el olor o la masa, es muy probable que haya ocurrido un cambio o reacción química. RM. Cambia su estructura química y por lo tanto sus propiedades. Página 157 Piensa y explica Al sumergir un clavo en la disolución de sulfato de cobre (II) se observa que éste se recubre de una capa color café rojizo que es el cobre metálico. Conforme pasa el tiempo, además se aprecia que se decolora la disolución azul inicial. Después de unos segundos se observa que sobre el cascarón de huevo que está en contacto con el ácido clorhídrico se forman pequeñas burbujas de dióxido de carbono (CO 2 ), que es uno de los productos de esta reacción. De modo que el desprendimiento de este gas es característico en las reacciones de los carbonatos con un ácido, como en el caso del carbonato de calcio (CaCO 3 ) que constituye el cascarón. Sugerencias didácticas 1. Solicite a sus alumnos que lean ante el grupo sus respuestas. Anote en el pizarrón los términos que más se repitan para saber con qué palabras asocian el tema de reacción química y retómelos cuando se defina qué es y qué sucede durante una reacción química. 2. Pida que cada equipo registre las características del clavo, de la disolución del sulfato de cobre (II), del ácido clorhídrico y del cascarón antes y después de realizar el experimento, para que analicen en qué cambiaron. 3. Indíqueles que por equipo, comparen sus respuestas de esta actividad con lo que contestaron individualmente en la segunda pregunta del cuestionario de la 171 página 156, y que registren en su cuaderno si hay o no coincidencias y de qué tipo. 4. Ayude a sus estudiantes a puntualizar en qué consiste el cambio químico que ocurre en cada ensayo: los iones cobre (Cu 2+ ) se reducen y forman cobre metálico que se deposita sobre el clavo porque es ahí donde sucede la transferencia de electrones del hierro a los cationes Cu 2+. El CaCO 3 del cascarón reacciona con el ácido clorhídrico, descomponiéndose en dióxido de carbono (que se escapa del sistema en forma de gas), agua y cloruro de calcio (que no se aprecian a simple vista por tratarse de una sal soluble en el agua y que forman una disolución incolora). Así, los procesos descritos se representan por las siguientes ecuaciones: Fe(s) + Cu 2+ (ac) Fe 3+ (ac) + Cu(s) CaCO 3 (s) + HCl (ac) CO 2 (g) + CaCl 2 (ac) + H 2 O 5. De ser posible, conserven los tubos de ensayo y su contenido para observar los cambios ocurridos después de 2 ó 3 días. Asegúrese de dejarlos en un lugar ventilado y debidamente identificados para que no sucedan accidentes. Bimestre 3
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Respuestas Página 158 Piensa y explica RM. Porque de no seguir esas indicaciones se corre el riego de que se descompongan, pues los cambios químicos que sufren se aceleran en ciertas condiciones ambientales como altas temperaturas o ambientes húmedos. RM. Porque son materiales en constante cambio y el fabricante conoce, y debe avisar al consumidor, sobre el tiempo límite de consumo en el cual sus propiedades y características aún son aceptables. RM. Porque los metales reaccionan con el oxígeno del aire y del agua, principalmente; al pintarlos se les está cubriendo con una capa protectora (polímero) que los aísla del contacto directo con esas sustancias. Dedúcelo RM. Por ejemplo la basura en descomposición, la decoloración de las hojas amarillentas que caen de los árboles, los charcos de agua que se secan, el hielo que se derrite, la ropa que se seca, etcétera. RM. De los ejemplos anteriores los dos primeros son cambios químicos y los tres últimos corresponden a cambios físicos. RM. Sí porque en todo lo que nos rodea intervienen cambios químicos. Página 159 Resuélvelo RM. La disolución del hidróxido de sodio en agua es un proceso que libera energía en forma de calor (exotérmico). Al agregar un indicador universal a esta disolución se tiñe de color azul oscuro. La dilución del HCl también es un proceso exotérmico. Al poner en contacto al HCl y el NaOH se observa un cambio de color en la disolución resultante, que dependerá si el ph final es ácido (coloración rojiza), base (coloración azul o verdosa) o neutro (coloración amarilla) y se debe al cambio de coloración del indicador universal presente. Además se registra un aumento en la temperatura de la misma, por tratarse de una reacción exotérmica. Sugerencias didácticas 1. Solicite a sus escolares que por equipo elaboren una cartulina con un mensaje para la comunidad escolar, donde ilustren lo que respondieron a las dos primeras preguntas de esta actividad, para alertar sobre la conveniencia de revisar la fecha de caducidad de los productos que consumimos. 2. Revise junto con el grupo la clasificación que hicieron de los cambios físicos y químicos, aclarándoles que se trata de una clasificación artificial que se propone para estudiar los fenómenos que nos rodean, pues en la naturaleza suceden fenómenos mucho más complejos (fisicoquímicos, bioquímicos, etcétera). 3. Al explicarles esto, retome lo que respondieron en la sección de Dedúcelo de esta página, para precisar la definición de cambio químico. 4. Pídales que lean el pie de esta figura y que mencionen más ejemplos cotidianos en los que sucedan tanto cambios físicos como cambios químicos, por ejemplo al asar carne se produce un cambio físico cuando se evapora el agua que contiene y un cambio químico durante la cocción. 5. Ayúdelos a analizar algún ejemplo, señalando de qué propiedades se habla y en qué consiste el cambio de las mismas, por ejemplo, cuando se so- pla con ayuda de un tubo de vidrio o de plástico (popote) en una disolución acuosa de cloruro de calcio (CaCl 2 ), se observa que aparece un sólido blanco que ya no es soluble en agua por lo cual se deposita en el fondo del recipiente, se trata del carbonato de calcio (CaCO 3 ) que es prácticamente insoluble en agua. 6. Solicite a un par de estudiantes que lean al grupo las características del clavo antes y después de la reacción con sulfato de cobre (II), sobre todo, si conservaron los tubos de reacción por algunos días que será cuando más notorios se apreciarán los cambios ocurridos. 7. Como ejercicio, solicite a sus alumnos que se reúnan para identificar los productos y los reactivos involucrados en las reacciones químicas que han realizado o sobre las que han leído en esta lección, para que noten las características de las sustancias antes y después de la reacción. 8. Retome la sugerencia didáctica anterior y continuando con ésta, pídales que señalen cuáles fueron las pistas visuales que les hacen suponer que en dichos cambios están involucradas reacciones químicas. 173 Bimestre 3
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Respuestas Página 160 Piensa y explica RM. El HCl reacciona con el aluminio de la lata disolviéndolo y generando hidrógeno gaseoso y cloruro de aluminio (AlCl 3 ) que se disuelve en el medio acuoso. Este proceso es exotérmico. Al evaporar el agua del sistema, se observa como residuo un sólido de color blanco que es el cloruro de aluminio que se formó como producto de la reacción. Este último paso es un cambio físico. RM. Aunque la reacción anterior puede verse como una manera de reciclar latas de aluminio, se genera un gas que en grandes cantidades y con un manejo deficiente resulta peligroso, dada su inflamabilidad cuando está mezclado con el oxígeno del aire. El control del gran aumento de temperatura en esta reacción es otro factor que elevaría considerablemente el costo de este proceso de reciclaje, haciéndolo poco viable industrialmente. Página 161 Piensa y explica RM. Se reorganizan de diferente manera; por ejemplo, en la figura a la que remite esta actividad se observa que a la izquierda de la flecha de reacción se tienen enlaces aluminio aluminio y enlaces hidrógeno cloro, mientras que a la derecha de la flecha se presentan uniones hidrógeno hidrógeno y aluminio cloro. RM. En todo cambio químico se cumple con la ley de la conservación de la materia. En el esquema que se presenta esto se comprueba al contar las esferas de cada tipo que están en ambos lados de la flecha de reacción. Sugerencias didácticas 1. Es importante que les mencione que estas reacciones ácido base (entre el HCl estomacal y los hidróxidos de aluminio o de magnesio) no desprenden tanta energía calorífica como otras reacciones de neutralización, pues se trata de la reacción entre un ácido fuerte y una base débil. 2. Aproveche esta información para preguntar a sus alumnos si padecen de acidez estomacal y qué hacen para aliviar sus molestias. Insista en la importancia de no autorecetarse y acudir oportunamente al médico. 3. Organice al grupo en cuatro equipos y pídales que elaboren un cartel para presentar sus resultados respecto a la viabilidad de reciclar latas de aluminio disolviéndolas con HCl. Sugiera que el mejor cartel se exponga en el periódico mural de la escuela. 4. Ayúdelos a dirigir sus conclusiones respecto a los resultados de esta actividad experimental, en el sentido de que han realizado un pequeño ensayo (reacción con HCl) para comprobar si el material de partida (carbonato de cobre(ii) o malaquita) sigue siendo el mismo después del calentamiento. En este caso, se está analizando si ha cambiado o no la propiedad reactividad con HCl para concluir si ha sucedido una reacción química. 5. Para hacer junto con ellos un ejercicio similar al que se propone aquí para el cloruro de aluminio (AlCl 3 ), ayúdelos a escribir una ecuación química para la reacción de descomposición térmica del CuCO 3. Recuerde utilizar un color diferente para cada elemento en el esquema que dibuje en el pizarrón para que sus alumnos identifiquen que en reactivos y productos participa el mismo número y tipo de átomos que han sufrido un reacomodo. 6. Recuérdeles que debido a ese reacomodo atómico que cambia la estructura química de las sustancias, también cambian las propiedades de las mismas. 175 Bimestre 3
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NuevoMéxico Respuestas Página 162 Dedúcelo RM. Porque pueden reaccionar las sustancias que los forman y generar productos tóxicos para la salud, por ejemplo si se mezclan limpiadores que contengan algún ácido y blanqueadores que contengan hipoclorito de sodio (NaClO) se desprende el gas cloro que es sumamente irritante. RM. Incluir en los envases leyendas que adviertan al consumidor sobre los peligros de mezclar ese producto con otros. RM. Cada alumno puede alertar a sus familiares, amigos y vecinos sobre esta cuestión. Comunícalo RM. Las reacciones que ocurren en los convertidores catalíticos son del tipo oxidorreducción. Participan sustancias como el óxido de aluminio y metales como el platino (Pt), rodio (Rh) o paladio (Pd); las reacciones químicas que suceden en este dispositivo, transforman a los gases contaminantes emitidos por los automotores en sustancias no tóxicas: nitrógeno, agua y dióxido de carbono. RM. El monóxido de nitrógeno es un gas corrosivo que reacciona con el agua de las mucosas y de los pulmones, éste forma ácidos nítrico y nitroso, también genera radicales libres que ocasionan deterioro celular. Por su parte, el amoniaco (NH 3 ) es un gas muy irritante por inhalación, ingestión o contacto con la piel. RL. Página 163 Qué opinas? Algunas de las reacciones químicas que contribuyen al efecto invernadero y a la formación de la lluvia ácida, se representan mediante las siguientes ecuaciones: H 2 O + NO 2 (l) HNO 3 (ac) H 2 O + SO 2 (l) H 2 SO 4 (ac) Sugerencias didácticas 1. Es importante que los alumnos reflexionen sobre lo que se pregunta en esta actividad, porque al tener presente que los limpiadores caseros contienen reactivos químicos y que es muy peligroso mezclarlos indiscriminadamente, pueden prevenir serios accidentes en casa. Para fomentar esta actitud de conciencia, organice una sesión de lluvia de ideas en la cual todos participen. 2. Conforme dos equipos en el grupo. Motívelos a participar en un debate en el que una sección del grupo hable respecto a las reacciones químicas que pueden considerarse como benéficas y la otra sección informe sobre aquellas reacciones químicas que no son deseables. Pida a cada equipo que argumente su postura y sus críticas, sobre todo que siempre se conserve un ambiente de respeto. 3. Mencione que la lluvia es ligeramente ácida (ph=6) porque contiene ácido carbónico (H 2 CO 3 ) formado cuando el CO 2 del aire reacciona con el agua de lluvia; cuando la atmósfera está contaminada con NO, SO 2 o NO 2, el ph de la lluvia llega a tener un valor de 2 o 3, que es similar a la acidez del jugo de limón o al vinagre comercial. 4. Pida a algunos de sus alumnos que lean ante el grupo lo que han respondido a este cuestionario para que entre todos comenten lo acertado de sus respuestas y usted haga énfasis en los aspectos más importantes de lo estudiado en esta lección. 177 Bimestre 3
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Subtema 1.2. El lenguaje de la química Competencias Aprendizajes esperados Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Capacidad de expresión Criticidad Capacidad de trabajar en equipo Manejo de información Capacidad de sociabilidad Construye modelos de compuestos con base en la representación de Lewis. Modela en forma tridimensional algunos compuestos para identificar los enlaces químicos y con ellos explica cómo se forman los nuevos en algunas reacciones químicas sencillas. Relaciona el modelo tridimensional de compuestos con su fórmula química y su valencia. Representa el cambio químico mediante una ecuación e identifica la información que contiene. Verifica la correcta expresión de la ecuación química utilizando el principio de conservación de la masa y la valencia. Predice la formación de moléculas utilizando el modelo de valencia. Los modelos y las moléculas. El enlace químico y la valencia Ecuación química. Representación del principio de conservación de la masa. Búsqueda de información. Análisis de información. Realización de inferencias. Uso de modelos. Comunicación oral y escrita. Flexibilidad de pensamiento. Creatividad. Imaginación. Actitud reflexiva. Conocimientos previos: Propiedades generales de la materia; modelos en ciencias: cinético corpuscular; nociones sobre ácidos y bases. Respuestas Página 164 RM. El lenguaje químico consta de símbolos, fórmulas y ciertas reglas que en conjunto conforman la llamada nomenclatura química. RM. Los elementos se representan por una o dos letras, la primera siempre es mayúscula y la segunda es minúscula. Por ejemplo, el nitrógeno se representa con la letra N, el carbono, con la letra C, el litio con las letras Li y el cloro, Cl. Los compuestos se representan por medio de fórmulas, por ejemplo; el carbonato de calcio, se representa con la fórmula CaCO 3. Página 165 Procesa información Pídales que se apoyen en el diagrama de la página 145 para resolver esta actividad. Sugerencias didácticas 1. Aproveche esta narración para preguntar a sus alumnos quiénes hablan otro lenguaje aparte del español, resaltando la gran riqueza que esto representa. Haga la similitud con el lenguaje químico. 2. Exhorte a sus alumnos a recordar lo visto en su curso de Ciencias II en lo que respecta a modelos moleculares, pídales que pasen al pizarrón a dibujar algunos modelos que recuerden. 3. Para ejemplificar dibuje en el pizarrón dos modelos, como el del tetracloruro de carbono (CCl 4 ); utilice diferentes colores para identificar cada uno de los átomos que forman el compuesto. El modelo de esferas y barras es muy similar al propuesto en la figura 3.11 inciso a de la página 164. En lugar del símbolo del hidrógeno se coloca el cloro. 4. Invite a tres estudiantes al pizarrón y solicíteles que con otros tres ejemplos de sustancias elaboren una tabla como la que se muestra en la página 165. Permita que den sus opiniones a sus compañeros. Ejemplos sugeridos: yodo (I 2 ), azufre (S 8 ), amoniaco (NH 3 ) y bromuro de hidrógeno (HBr). 5. Solicíteles que intercambien los esquemas elaborados en esta actividad para que los analicen y con las sugerencias en grupo cada trabajo sea enriquecido. 179 Bimestre 3
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