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PROPUESTA DIDÁCTICA

Física y Química Rafael Jiménez Prieto Pastora M.ª Torres Verdugo

Índice PROGRAMACIÓN GENERAL DEL CURSO ............................................. 3 OBJETIVOS COMPETENCIAS CLAVE CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN

PROGRAMACIÓN DE AULA ...................................................................................... 7 SOLUCIONARIO ........................................................................................................................... 69

Programaciรณn general del curso

PROGRAMACIÓN GENERAL DEL CURSO OBJETIVOS a) Comprender y utilizar el método científico para plantear y resolver situaciones reales, sean del ámbito de las

ciencias o no, aplicando los conceptos básicos estudiados para interpretar los fenómenos naturales y utilizando con propiedad el lenguaje para expresar mensajes científicos. b) Buscar, seleccionar e interpretar información científica a partir de las fuentes disponibles, incluyendo las tecnologías de la información y la comunicación. c) Reconocer el laboratorio como el lugar diseñado para el trabajo científico y conocer sus características en cuanto a material, aparatos y normas de funcionamiento. d) Definir la materia y conocer cómo se presenta en la naturaleza, explicando sus propiedades observables mediante los modelos microscópicos adecuados y clasificar los sistemas materiales, distinguiendo sus componentes y cuantificándolos, a partir de los datos necesarios. e) Conocer las ideas básicas sobre la estructura atómica de la materia, así como la sucesión de modelos que han conducido a ellas, el concepto de elemento químico y la clasificación de los elementos conocidos. f) Conocer el concepto de compuesto químico, distinguiéndolo del de mezcla, y saber explicar la diversidad de compuestos existentes a nivel microscópico recurriendo a los distintos tipos de agrupaciones de átomos. g) Comprender qué es un cambio químico, diferenciándolo de los cambios físicos, e interpretar cualitativa y cuantitativamente una ecuación química, valorando la utilidad de las reacciones químicas para obtener nuevas sustancias y la importancia del desarrollo de procesos respetuosos con el medioambiente. h) Identificar fuerzas y sus efectos en el entorno, así como conocer y utilizar adecuadamente la representación vectorial de fuerzas. Reconocer y caracterizar movimientos rectilíneos, tanto uniformes como uniformemente variados, a través de las magnitudes necesarias. i) Entender las interacciones eléctricas y magnéticas y conocer sus numerosas aplicaciones en la vida cotidiana, incidiendo especialmente en el fundamento de la corriente eléctrica, la forma en que se genera y la utilización de las fuentes energéticas para producir energía eléctrica. j) Conocer la contribución de la Física y la Química a nuestra calidad de vida y el importante papel que desempeñan para lograr un desarrollo sostenible y valorar las interacciones positivas de la ciencia con la sociedad y el medioambiente. k) Favorecer la adquisición de las competencias básicas a través de los conceptos, procedimientos y actitudes que estén en relación con las mismas en cada momento, así como potenciar tanto el trabajo autónomo como la capacidad de integrarse en un equipo de trabajo.

COMPETENCIAS CLAVE

4 Programación general del curso

La adquisición de las competencias clave es un objetivo prioritario en la etapa de Educación Secundaria Obligatoria, del que participan todas las materias y áreas de conocimiento. La asignatura de Física y Química, debido a sus características, puede y debe contribuir ampliamente al logro de este objetivo, explícitamente contemplado en esta programación y eje esencial del libro del alumno. En nuestro caso, los aspectos concretos considerados en relación con cada una de las competencias son los siguientes: 1. Comunicación lingüística • Interpretar y usar con propiedad el lenguaje específico de la Física y la Química. • Expresar correctamente razonamientos sobre fenómenos físico-químicos. • Describir y fundamentar modelos físico-químicos para explicar la realidad. • Redactar e interpretar informes científicos. • Comprender textos científicos diversos, localizando sus ideas principales y resumiéndolas con brevedad y concisión. • Exponer y debatir ideas científicas propias o procedentes de diversas fuentes de información. 2. Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología • Utilizar correctamente el lenguaje matemático para cuantificar los fenómenos físicos y químicos. • Usar con propiedad las herramientas matemáticas básicas para el trabajo científico: realización de cálculos, uso de fórmulas, resolución de ecuaciones, manejo de tablas y representación e interpretación de gráficas. • Elegir el procedimiento matemático más adecuado en cada situación. • Expresar los datos y resultados de forma correcta e inequívoca, acorde con el contexto, la precisión requerida y la finalidad que se persiga. • Desarrollar la capacidad de observación crítica y provechosa del entorno, obteniendo información útil a partir de ella. • Asumir el método científico como forma de aproximarse a la realidad para explicar los fenómenos observados. • Ser capaz de explicar o justificar determinados fenómenos cotidianos relacionados con los contenidos de la m ateria.

• Comprender el carácter tentativo y creativo de la actividad científica y extrapolarlo a situaciones del ámbito coti-

diano. • Reconocer la importancia de la Física y la Química y su repercusión en nuestra calidad de vida.

3. Competencia digital • Buscar, seleccionar, procesar y presentar información a partir de diversas fuentes y en formas variadas en relación con los fenómenos físicos y químicos. 4. Competencias sociales y cívicas • Lograr la base científica necesaria para participar de forma consciente y crítica en la sociedad tecnológicamente desarrollada en que vivimos. • Tomar conciencia de los problemas ligados a la preservación del medioambiente y de la necesidad de alcanzar un desarrollo sostenible a través de la contribución de la Física y la Química. 5. Aprender a aprender • Analizar los fenómenos físicos y químicos, buscando su justificación y tratando de identificarlos en el entorno cotidiano. • Desarrollar las capacidades de síntesis y de deducción, aplicadas a los fenómenos fisicoquímicos. • Potenciar las destrezas relacionadas con el estudio de la Física y la Química, teniendo siempre como referencia el propio método científico. • Mejorar las destrezas relacionadas con la organización adecuada de la información, mediante la realización de fichas, apuntes, esquemas, resúmenes, etc. • Representar y visualizar modelos que ayuden a comprender la estructura microscópica de la materia. 6. Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor • Desarrollar la capacidad de proponer hipótesis originales que justifiquen los fenómenos observados en el entorno y de diseñar la forma de verificarlas, de acuerdo con las fases del método científico. • Ser capaz de llevar a cabo proyectos o trabajos de campo sencillos relacionados con la Física y la Química. • Potenciar el espíritu crítico y el pensamiento original para afrontar situaciones diversas, cuestionando así los dogmas y las ideas preconcebidas. Para conseguir el desarrollo de las citadas competencias, el planteamiento didáctico parte de la consideración de que hay competencias que son inherentes a la propia asignatura de Física y Química, como son la competencia matemática y las competencias básicas en ciencia y tecnología, que, junto con la competencia lingüística, se trabajan continuamente a lo largo de cada unidad. No obstante, se abordan todas las competencias, en mayor o menor medida, mediante los siguientes aspectos: • Por un lado, se proponen secciones y apartados fijos en cada unidad, en los que se trabajan de forma específica

ciertas competencias: – «La ciencia…más cerca», en la que se trabaja sobre todo el conocimiento y la interacción con el mundo físico, relacionando los conceptos estudiados con situaciones del entorno. – «De un vistazo repasamos la unidad…», cuyo objetivo es contribuir a la adquisición de la competencia para aprender a aprender. – «Realiza un trabajo de investigación», que potencia la iniciativa personal. – «Practica PISA», «Practica con Textos», «Practica con TIC» y «Practica Aula Colaborativa», secciones finales trimestrales, cuyo trabajo se centra, sobre todo, en la mejora de las competencias en comunicación lingüística, en ciencia y tecnología y digital, así como en el sentido de iniciativa y espíritu emprendedor. • También se trabajan las competencias a través de las actividades incluidas a lo largo de la unidad y las del final de

CONTENIDOS Los contenidos de la asignatura de Física y Química 3.° ESO se distribuyen en nueve unidades, que se relacionan a continuación: 1. Las magnitudes y su medida. El laboratorio: Los orígenes de la ciencia. El método científico. Magnitudes fundamentales y derivadas. El Sistema Internacional de Unidades. La medida y el tratamiento de los datos. El laboratorio. 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular: Un universo de materia. ¿Qué es la materia? Los estados de la materia. Los cambios de estado. La teoría cinético-molecular. Las leyes de los gases. 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas: La diversidad de la materia. Clasificación de la materia. Mezclas homogéneas y heterogéneas. Las mezclas se pueden separar. Disoluciones. Solubilidad. Concentración de una disolución.

5 Programación general del curso

cada unidad, agrupadas estas últimas bajo el título de «Practica».

4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos: Una idea con 2 500 años. La teoría atómica de Dalton. El átomo por dentro. Las partículas subatómicas. Los primeros modelos: Thomson y Rutherford. El modelo de Bohr. El átomo en la actualidad. Caracterización de los átomos. Isótopos. Agrupaciones de átomos. 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica: Los oscuros siglos de la alquimia. Los elementos químicos. La clasificación de los elementos químicos. La tabla periódica de los elementos. Los compuestos químicos. Fórmulas. La masa molecular. El concepto de mol. 6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría: Las transformaciones de las sustancias. Cambios físicos y químicos. Las reacciones químicas. Ley de conservación de la masa. La ecuación química. Reacciones químicas de interés. 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos: Las fuerzas y sus efectos. Composición y descomposición de fuerzas: equilibrio. El movimiento: desplazamiento y velocidad. Movimiento rectilíneo uniforme. Movimiento rectilíneo uniformemente variado. 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica: Fenómenos eléctricos y magnéticos. Electrización. La carga eléctrica. Fuerzas electrostáticas. Ley de Coulomb. Movimiento de cargas. Imanes. Electromagnetismo. 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica: Los precedentes del circuito eléctrico. Elementos de un circuito. Magnitudes de la corriente eléctrica. Ley de Ohm. Energía y potencia de un circuito eléctrico. Efectos de la corriente eléctrica. Producción y transporte de la corriente.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Los criterios de evaluación propuestos se encuentran en relación directa con los objetivos y competencias que se pretenden conseguir. Estos son:

6 Programación general del curso

a) Describe y aplica el método científico en situaciones diversas, tanto científicas como de la vida cotidiana, utili-

zando las fuentes de información y los procesos experimentales de medida para estudiar los fenómenos observados. b) Busca e interpreta la información obtenida a partir de diversas fuentes, entre ellas las tecnologías de la información y la comunicación. c) Diseña y lleva a cabo procedimientos experimentales sencillos en el laboratorio, trabajando en equipo y atendiendo a las normas de seguridad y funcionamiento. d.1) Define con propiedad la materia, distinguiendo entre los tres estados de agregación en que puede presentarse, y aplica la teoría cinético-molecular para justificar las propiedades observadas y los cambios de estado. d.2) Clasifica los sistemas materiales y caracteriza las mezclas, especialmente las disoluciones, desde el punto de vista cualitativo y también cuantitativo, diseñando procedimientos para separar sus componentes. e.1) Justifica la estructura de la materia a nivel microscópico, utilizando los conceptos de átomo y molécula como sus partículas constituyentes, y describe los primeros modelos atómicos. e.2) Utiliza los conceptos sobre la estructura atómica para explicar los fenómenos radiactivos y sus repercusiones. e.3) Define el concepto de elemento químico. f.1) Define el concepto de compuesto químico y lo distingue de las mezclas. f.2) Utiliza la tabla periódica como fuente de información química y justifica la diversidad de compuestos existentes mediante las agrupaciones de átomos. g) Describe qué es un cambio químico y en qué se diferencia de un cambio físico; maneja la ecuación química y extrae de ella información cualitativa y cuantitativa referente a un proceso químico dado y justifica la importancia de las reacciones químicas en la naturaleza y la sociedad. h.1) Reconoce y representa fuerzas en situaciones cotidianas y es capaz de indicar sus efectos. h.2) Estudia y analiza movimientos rectilíneos uniformes y uniformemente variados y realiza cálculos utilizando las ecuaciones y/o interpretando las gráficas correspondientes. i.1) Describe las interacciones eléctricas y magnéticas y enumera algunas de sus importantes aplicaciones en la vida cotidiana. i.2) Define la corriente eléctrica y justifica cómo se produce y la importancia que tiene para sustentar nuestra calidad de vida. i.3) Caracteriza un circuito eléctrico sencillo y realiza cálculos básicos en él. j) Justifica la importancia de la Física y la Química para el progreso de nuestra sociedad sobre la base de sus múltiples aplicaciones. j.1) Muestra progresos en la adquisición de las competencias básicas en el ámbito de la Física y la Química. j.2) Desarrolla su trabajo de forma autónoma y también es capaz de integrarse de manera colaborativa en un equipo de trabajo.

Programaciรณn de aula

UNIDAD 1 Las magnitudes y su medida. El trabajo científico CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE CE.1 Reconocer e identificar las características del método científico.

8 Programación de aula

CE.2 Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

CE.3 Reconocer los materiales e instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y en el de Química; conocer y respetar las normas de seguridad y de eliminación de residuos para la protección del medioambiente.

EA.1.1 Conoce las características del saber científico y qué son las ciencias experimentales. Identifica las etapas que conforman el método científico y formula hipótesis para explicar fenómenos de nuestro entorno utilizando teorías y modelos científicos. EA.1.2 Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráﬁcos, tablas y expresiones matemáticas. EA.2.1 Conoce el concepto de magnitud y también los de medida y unidad de medida. EA.2.2 Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados. EA.2.3 Conoce qué es un instrumento de medida y cuáles son sus características principales (exactitud, precisión y resolución). EA.2.4 Sabe expresar una medida adecuadamente y cuantifica la incertidumbre en la medida y el error relativo. EA.3.1 Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado. EA.3.2 Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventivas.

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) BLOQUE I 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 28, • El método • Entender que la ciencia es un 29, 30, 31, 32, 65 científico. vasto conjunto de conocimientos (CL, CMCBCT, CD, • La medida y del medio que nos rodea, AA). el tratamiento construido con la aportación de de los datos. muchos hombres y mujeres a lo largo de los siglos y que está en continua revisión y progresión. • Conocer el método científico, sus fases principales y valorar su importancia como método de trabajo sistemático de las ciencias. Observa y aprende • Construir e interpretar gráficas (pág. 20), 21, «Y sencillas a partir de datos realiza un trabajo experimentales. de investigación» • Entender la fórmula como la (pág. 24), 52, 53, 54, expresión matemática de una ley 55, 56, 57, 58, 59, científica y adquirir un manejo básico 65 (CL, CMCBCT, de la misma para realizar cálculos. AA). 8, 9, 10, 11, 33, 65 • Magnitudes • Asimilar el concepto de magnitud (CMCBCT). básicas y en relación con la medida derivadas. y conocer las magnitudes • El Sistema fundamentales y derivadas. Internacional • Entender en qué consiste la 12, 13, 14, Observa de Unidades. medida y la necesidad de contar y aprende (pág. 16) • La medida y con una unidad de referencia. 33, 34, 35, 36, 37, el tratamiento • Conocer el Sistema Internacional 39, 40, 41, 42, 43, de los datos. de Unidades y las tablas de 44, 45, 46, 47, 48, múltiplos y submúltiplos para 49, 50, 51, 52 realizar conversiones de unidades (CMCBCT). fundamentales y derivadas. 15, 16, 51, 65 • Saber qué es la precisión de un (CMCBCT). aparato de medida y aplicar los criterios básicos para expresar el resultado de una medida de acuerdo con dicha precisión, utilizando las cifras significativas Observa y aprende adecuadas y el redondeo. (págs. 18 y 19) 17, • Conocer los conceptos de 18, 19, 20, 52, 53, incertidumbre en la medida 54, 55, 56, 65 y error relativo y la forma de (CMCBCT). calcularlos a partir de los datos. 26, 27 (CMCBCT). • El laboratorio. • Familiarizarse con el laboratorio • La ciencia ... como lugar de trabajo del más cerca. científico y con sus normas Las etiquetas de seguridad. de advertencia. • Identificar y saber la utilidad del material y los aparatos más sencillos de un laboratorio 22, 23, 24, 25, 60, de Química. 61, 62, 63, 64 (CMCBCT).

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

OBJETIVOS

CE.4 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

3, 31, 32, Y realiza un trabajo de investigación: «Datos meteorológicos» (pág. 24). (CMCBCT, CD, AA, SIEE).

• Potenciar el autoaprendizaje, la

• El método

científico. • El laboratorio.

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

EA.4.2 Participa, valora, Experiencia de gestiona y respeta el trabajo laboratorio «El individual y en equipo. material de laboratorio» (pág. 68). (CMCBCT, AA, SIEE).

COMPETENCIAS

DESCRIPTORES

COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

• Usar con propiedad la terminología relativa al método científico. • Usar con propiedad la terminología relativa al laboratorio. • Entender la información transmitida a través de un informe científico. • Localizar, resumir y expresar ideas científicas a partir de un texto. • Argumentar el propio punto de vista en un debate de contenido científico.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Manejar los conceptos de magnitud, medida y unidad. • Conocer el Sistema Internacional de Unidades y utilizarlo para realizar conversiones

de unidades.

• Expresar una medida o resultado con la resolución adecuada, usando la notación

científica y acompañándolo con la unidad correspondiente.

• Calcular la incertidumbre de la medida y el error relativo de una medida. • Realizar tablas y construir e interpretar gráficas. • Utilizar el método científico como forma idónea de aproximación a la realidad que nos

COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos

de la unidad.

• Organizar y expresar la información convenientemente. • Realizar actividades interactivas utilizando los contenidos de esta unidad.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes relativos al método científico, las magnitudes

y unidades, la medida y la expresión de resultados y el laboratorio.

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Desarrollar el espíritu crítico y el afán de conocer. • Estudiar y explicar fenómenos cotidianos aplicando el método científico.

9 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

rodea.

• Reconocer las magnitudes y los procedimientos de medida que usamos habitualmente. • Interpretar las etiquetas de advertencia que aparecen en productos comerciales.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS MOTIVACIÓN INICIAL

Para iniciar esta primera unidad, se aconseja realizar las dos actividades de presentación cuya finalidad es despertar la curiosidad del alumnado por la ciencia y conocer algunas de sus ramas de estudio.

DESARROLLO DE • Esta primera unidad ha de iniciarse incidiendo en la importancia de la ciencia y la enorme influencia LOS CONTENIDOS que ejerce en nuestras vidas en múltiples ámbitos. Dentro del método científico es conveniente detenerse en las cuatro fases principales que lo constituyen: observación, formulación de hipótesis, experimentación y elaboración de conclusiones. • El estudio de un fenómeno requiere de la medida, que nos proporciona la información cuantitativa necesaria, y de aquí surge de forma natural el concepto de magnitud, importantísimo en la ciencia. La elección tanto de las magnitudes llamadas básicas como de las unidades de medida es arbitraria, y obedece a criterios de simplicidad y/o conveniencia. En este sentido, se incidirá en el Sistema Internacional de Unidades, los múltiplos y submúltiplos y la conversión de unidades, por tratarse de procedimientos prácticos de uso constante en el estudio de las disciplinas científicas. • Es necesario que los alumnos cuenten con unas herramientas matemáticas básicas, como son el uso de la notación científica, los cálculos de proporcionalidad, el procedimiento del redondeo para aproximar una cantidad y la construcción e interpretación de gráficas lineales sencillas. • El alumnado también debe aprender a manejarse con gráficas y fórmulas, muy usuales en las ciencias experimentales. La gráfica debe interpretarse como la dependencia entre dos magnitudes obtenida a partir del estudio experimental del fenómeno de que se trate; esa dependencia se plasma de forma clara en la fórmula, que nos permite realizar cálculos sin recurrir a la medida experimental. Debe incidirse especialmente en la obtención de otras fórmulas a partir de una dada mediante el despeje. • Finalmente, será importante que conozcan el laboratorio, en general, y el de Química, en particular, además de poner de manifiesto que es el lugar en el que se lleva a cabo la experimentación, destacando las normas de seguridad. TRABAJO INDIVIDUAL

• Actividades de la unidad. • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone una actividad que requiere manejar datos

e información relacionada con el contenido desarrollado en la unidad para practicar la competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología y aprender a aprender.

TRABAJO GRUPAL

• Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone realizar la práctica sobre el material de laboratorio.

ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD

Se puede llevar a cabo mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como digital.

TAREAS DEL TRIMESTRE

Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de la sección «Practica con TIC». Finalizar el trimestre evaluando el trabajo propuesto en la sección «Practica AULA COLABORATIVA».

En esta esta sección se trabajan las competencias matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología.

EVALUACIÓN

10 Programación de aula

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 28, 29, 30, 31, 32.

EA.1.1 Conoce las características del saber científico y qué son las ciencias experimentales e identifica las etapas que lo conforman y formula hipótesis para explicar fenómenos de nuestro entorno utilizando teorías y modelos científicos.

No es capaz de identificar las etapas del método científico como metodología básica del trabajo en ciencia ni de formular hipótesis que puedan explicar fenómenos de nuestro entorno.

Le cuesta identificar las etapas del método científico en un proceso de investigación y tiene dificultades para establecer hipótesis que puedan explicar fenómenos de nuestro entorno.

Reconoce algunas de las etapas del método científico en un proceso de investigación y elabora alguna hipótesis para explicar fenómenos de nuestro entorno que se puedan contrastar.

Identifica correctamente cada una de las etapas del método científico en un proceso de investigación y propone con facilidad hipótesis que puedan explicar algunos de los fenónemos de nuestro entorno.

65, Observa y aprende (pág. 20), 21, «Y realiza un trabajo de investigación» (pág. 24), 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 65.

EA.1.2 Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráﬁcos, tablas y expresiones matemáticas.

No es capaz de registrar los datos de un experimento realizando las observaciones oportunas, analizarlos con una metodología organizada y rigurosa que le permita comunicar sus resultados de forma oral y escrita mediante gráficos y tablas.

Tiene dificultades para registrar observaciones, datos y resultados en una experiencia científica y le cuesta analizarlos y comunicarlos utilizando las herramientas matemáticas.

Registra observaciones y datos en un experimento, organiza los datos y analiza los resultados utilizando de forma correcta las herramientas matemáticas.

Registra con atención las observaciones y datos en un experimento, los organiza de forma rigurosa comunicando adecuadamente los resultados de forma oral y escrita utilizando de forma correcta las herramientas matemáticas.

8, 9, 10, 11, 35, 65.

EA.2.1 Conoce el concepto de magnitud y también el de medida y unidad de medida.

No sabe diferenciar entre información cualitativa y cuantitativa que se pueda observar en un fenómeno determinado.

Diferencia con dificultad las magnitudes básicas de las derivadas y no entiende con facilidad la necesidad de establecer unidades de medida.

Identifica propiedades de la materia que son magnitudes y la necesidad de establecer unidades de medida.

Identifica con claridad propiedades de la materia que son magnitudes y la necesidad de establecer unidades de medida.

12, 13, 14, Observa y aprende (pág. 16) 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52.

EA.2.2 Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

No sabe relacionar las magnitudes y unidades del Sistema Internacional ni manejar la notación científica para expresar resultados.

Relaciona con dificultad las magnitudes y unidades del Sistema Internacional y utiliza la notación científica para expresar resultados.

Relaciona adecuadamente las magnitudes y unidades del Sistema Internacional y escribe de forma correcta cantidades en notación científica.

Establece perfectamente las relaciones entre magnitudes y unidades del Sistema Internacional y opera correctamente en notación científica.

Puntuación

11 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

Actividades

12 Programación de aula

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

15, 16, 51, 65.

EA.2.3 Conoce qué es un instrumento de medida y cuáles son sus características principales (exactitud, precisión y resolución).

No sabe lo que es un instrumento de medida ni reconoce sus principales características.

Puede identificar alguno de los instrumentos de medida y calcular alguna de sus características como exactitud, precisión y error relativo.

Conoce los instrumentos de medida que se utilizan en el laboratorio y calcula sus características como exactitud, precisión y resolución.

Conoce todos los instrumentos de medida que se utilizan en el laboratorio y calcula perfectamente sus principales características (exactitud, precisión y resolución).

Observa y aprende (págs. 18 y 19) 17, 18, 19, 20, 52, 53, 54, 55, 56, 65.

EA.2.4 Sabe expresar una medida adecuadamente y cuantifica la incertidumbre en la medida y el error relativo.

No es capaz de expresar una medida adecuadamente ni de cuantificar la incertidumbre en la medida y el error relativo.

Le resulta difícil expresar una medida adecuadamente y cuantificar la incertidumbre en la medida y el error relativo.

Expresa alguna medida adecuadamente y cuantifica su incertidumbre y error relativo.

Expresa una medida adecuadamente y cuantifica la incertidumbre en la medida y el error relativo.

26, 27.

EA.3.1 Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado.

No es capaz de reconocer e identificar los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos en el laboratorio.

Reconoce con dificultad algunos símbolos que se utilizan habitualmente en el etiquetado de productos químicos y a veces interpreta su significado.

Identifica alguno de los símbolos que se utilizan con frecuencia en las etiquetas de productos químicos del laboratorio e indica su significado.

Identifica perfectamente los símbolos de las etiquetas de los productos químicos del laboratorio e indica sus principales características.

22, 23, 24, 25, 60, 61, 62, 63, 64.

EA.3.2 Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventivas.

No es capaz de identificar los materiales básicos de un laboratorio escolar para realizar las experiencias.

Le resulta difícil diferenciar los aparatos de medida de laboratorio e indicar cuál es su utilidad y cuál es su resolución, así como las medidas preventivas que se deben tener en cuenta.

Identifica algunos aparatos de medida del laboratorio indicando la magnitud y la resolución que tienen, así como las medidas de seguridad que se deben aplicar.

Identifica correctamente los aparatos de medida del laboratorio indicando la magnitud y la resolución que tienen, así como las medidas de seguridad que se deben aplicar.

3, 31, 32, Y realiza un trabajo de investigación: «Datos meteorológicos» (pág. 24).

EA.4.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico,

No es capaz de realizar pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico

Tiene dificultad para realizar pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio

Realiza algunos trabajos de investigación sencillos sobre algún tema objeto de estudio aplicando

Realiza con buen criterio algunos trabajos de investigación sencillos sobre algún tema objeto de estudio aplicando

Puntuación

Experiencia de laboratorio «El material de laboratorio» (pág. 68).

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

ni utilizar las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

aplicando el método científico y en utilizar las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

el método científico, y utiliza las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

correctamente el método científico, y utiliza adecuadamente las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

EA.4.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

No es capaz de participar, valorar ni gestionar el trabajo individual y en equipo.

Participa, aunque con dificultad, valora, gestiona y procura llevar a cabo el trabajo individual y en equipo.

Participa con interés, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

Participa activamente, sabe valorar, gestionar y respetar de forma positiva el trabajo individual y en equipo.

Puntuación

13 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

Actividades

UNIDAD 2 Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE CE.1 Reconocer las propiedades generales y características específicas de la materia y relacionarlas con su naturaleza y sus aplicaciones.

14 Programación de aula

CE.2 Justificar las propiedades de los diferentes estados de agregación de la materia y sus cambios de estado, a través del modelo cinético-molecular.

CE.3 Establecer las relaciones entre las variables de las que depende el estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de resultados obtenidos en, experiencias de laboratorio o simulaciones por ordenador.

EA.1.1 Conoce el concepto de materia y distingue entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias. EA.1.2 Describe la determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido y calcula su densidad, utilizando correctamente las unidades de medida. Aplica el concepto de densidad en diversas situaciones reales. EA.2.1 Caracteriza los tres estados de agregación por sus propiedades y justifica que una sustancia puede presentarse en distintos estados de agregación dependiendo de las condiciones de presión y temperatura en las que se encuentre, identificando los cambios de estado que se producen. EA.2.2 Explica las propiedades de los gases, líquidos y sólidos utilizando el modelo cinéticomolecular. EA.2.3 Describe e interpreta los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinético-molecular y lo aplica a la interpretación de fenómenos cotidianos. EA.2.4 Deduce a partir de las gráficas de calentamiento de una sustancia sus puntos de fusión y ebullición, y la identifica utilizando las tablas de datos necesarias. EA.3.1 Conoce el concepto de presión de un gas confinado y su justificación microscópica y justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinético-molecular. EA.3.2 Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinético-molecular y las leyes de los gases.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS) BLOQUE II 1, 2, 27, 28, 68 • ¿Qué es la (CL, CMCBCT). materia?

3, 4, Observa y aprende (pág. 31), 5, 6, 7, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 68 (CMCBCT).

8, 9, 10, 11, 12, 25, 26, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 68 (CMCBCT, CD).

17, 53, 54, 55, 56, 57, 58 (CMCBCT). 18, 19, 58 (AA, CMCBCT).

OBJETIVOS

• Conocer el concepto de materia

a través de sus propiedades generales (masa y volumen), así como los conceptos de sistema material, cuerpo y sustancia. • Reconocer las propiedades características de la materia y, entre ellas, manejar la densidad.

• Los estados

• Saber que la materia se presenta de la materia. en tres estados de agregación • Los cambios (sólido, líquido y gaseoso) y de estado. caracterizar cada uno de ellos • La teoría mediante sus propiedades. cinético• Identificar los cambios de estado molecular. y saber que están provocados por calentamiento o enfriamiento del sistema material. • Conocer los conceptos de punto de fusión y punto de ebullición e interpretar las gráficas de cambio de estado, poniendo de manifiesto la constancia de la temperatura durante un cambio de estado.

11, 46, 47, 48 (CMCBCT).

13, 14, 15, 16, 17, 18, Observa y aprende (pág. 37), 25, 26, 50, 51, 52, 53 (CMCBCT, CD). 20, 21, 22, 23, 24, Observa y aprende (págs. 40 y 42), 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68 (CL, CMCBCT, CD).

• La teoría

cinéticomolecular. • Las leyes de los gases. • La ciencia... más cerca. La presión atmosférica.

• Conocer los postulados de la

teoría cinético-molecular de los gases y aplicarlos para justificar las propiedades de los gases: forma variable, compresibilidad, difusión y presión y factores que influyen sobre la misma. • Saber interpretar, con ayuda de la teoría cinético-molecular, las propiedades de los otros estados de la materia, así como los cambios de estado. • Introducirse en el manejo y el significado de las leyes de Boyle, de Charles, de Gay-Lussac y de la ecuación general de los gases.

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

OBJETIVOS

CE.4. Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

Y realiza un trabajo • Las leyes de los gases. de investigación «Presión de un gas» • La densidad. (pág. 44) (CL, CMCBCT, CD,SIEE).

• Potenciar el autoaprendizaje,

EA. 4.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

Experiencia de laboratorio «Medida de densidades» (pág. 69) (CMCBCT, SIEE).

COMPETENCIAS

la autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

DESCRIPTORES

COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

• Usar con propiedad los términos relacionados con la materia y sus propiedades,

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Realizar conversiones de unidades de masa, volumen, densidad, temperatura y presión. • Interpretar y utilizar las fórmulas de la densidad y de las leyes de los gases. • Construir e interpretar gráficas de cambio de estado o correspondientes a las leyes

los estados de la materia y la teoría cinético-molecular.

• Extraer y expresar por escrito las ideas principales de una lectura científica. • Explicar y fundamentar la opinión propia sobre un planteamiento científico dado.

de los gases estudiadas.

• Identificar en el entorno los tres estados de agregación de la materia, reconociendo

sus propiedades.

relacionados con los estados de la materia, el comportamiento de los gases y los cambios de estado. • Relacionar los factores que influyen en la presión de un gas con el funcionamiento de utensilios y objetos cotidianos. • Relacionar la presión atmosférica con la meteorología y la predicción del tiempo. COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos

de la unidad.

• Organizar y expresar la información convenientemente.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes relativos a la materia, sus propiedades y estados

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Desarrollar la curiosidad y la visión científica del mundo que nos rodea. • Investigar y proponer la explicación de fenómenos relacionados con las propiedades

de agregación, los cambios de estado, la teoría cinético-molecular y las leyes de los gases. • Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas.

de la materia y sus estados de agregación.

15 Unidad 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

• Conocer los cambios de estado y enumerar ejemplos de la vida cotidiana. • Utilizar la teoría cinético-molecular para explicar fenómenos macroscópicos

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS MOTIVACIÓN INICIAL

La unidad debe iniciarse con el concepto de materia; la percepción intuitiva ha de dar paso a la definición científica, basada en las propiedades generales: masa y volumen. Es importante poner de manifiesto que la materia se presenta en porciones limitadas, a las que llamamos sistemas materiales, o cuerpos cuando tienen forma definida.

DESARROLLO DE • Las sustancias son «tipos de materia»; se profundizará más en ellas en la unidad 3. Las propiedades LOS CONTENIDOS características sirven básicamente para identificar las sustancias. Una de las más destacadas es la densidad, que se trabajará tanto desde el punto de vista conceptual como de cálculo a través de la fórmula que la define. Aquí es necesario volver a insistir en el manejo adecuado de las unidades y en los procedimientos de conversión de unidades ya vistos en la unidad 1. • El estudio de los tres estados de agregación de la materia puede partir de la experiencia directa de los alumnos, para adentrarse en las propiedades concretas que definen cada uno de ellos, y que se ilustran muy bien en el caso del agua. A partir de aquí, es inmediata la introducción de los cambios de estado; es importante resaltar la causa que los produce: el calentamiento o el enfriamiento del sistema material. Conviene destacar que la forma experimental de estudiar los cambios de estado, de acuerdo con el método científico que se vio en la unidad 1, es la obtención de una gráfica de cambio de estado, donde son claramente identificables los puntos de fusión y ebullición y se pone de manifiesto la constancia de la temperatura durante un cambio de estado. • La justificación de los estados de la materia, sus propiedades y los cambios de estado la proporciona la teoría cinético-molecular. Se trata de una teoría sencilla en sus postulados básicos, que explica de forma bastante intuitiva el comportamiento de los gases, la presión que ejercen y cómo varía esta por diversos factores, como la cantidad de gas, el volumen del contenedor y la temperatura. La teoría cinético-molecular se extiende a sólidos y líquidos, que también están formados por partículas con diferentes grados de movimiento, lo que permite finalmente justificar los cambios de estado. Estos tienen lugar cuando las partículas ganan o pierden energía por el aporte de calor al sistema o el enfriamiento del mismo, respectivamente. • El último apartado de la unidad se dedica a las leyes de los gases. El punto de partida son las gráficas; el objetivo es dejar claro las condiciones de validez de cada ley y cómo se usan en cálculos simples. La ecuación general de los gases pone en juego las tres magnitudes que caracterizan el estado de un gas, y de ella se deducen las tres leyes de los gases estudiadas. TRABAJO INDIVIDUAL

• Actividades de la unidad. • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone una actividad experimental sobre la presión

de un gas y su dependencia con la temperatura, afianzando con ello las competencias básicas en ciencia y tecnología y la de aprender a aprender.

TRABAJO GRUPAL

• Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de la práctica sobre medida de

ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD

Se puede llevar a cabo mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como digital.

TAREAS DEL TRIMESTRE

Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de la sección «Practica PISA». Finalizar el trimestre evaluando el trabajo propuesto en la sección «Practica AULA COLABORATIVA».

densidades, trabajando de este modo la competencia matemática y las competencias básicas en ciencia y tecnología.

16 Programación de aula

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD

1, 2, 27, 28, 68.

3, 4, Observa y aprende (pág. 31), 5, 6, 7, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 68.

8, 9, 10, 11, 12, 25, 26, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 68.

17, 53, 54, 55, 56, 57, 58.

Estándares de aprendizaje evaluables EA.1.1 Conoce el concepto de materia y distingue entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias. EA.1.2 Describe la determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido y calcula su densidad, utilizando correctamente las unidades de medida. Aplica el concepto de densidad en diversas situaciones reales. EA.2.1 Caracteriza los tres estados de agregación por sus propiedades y justifica que una sustancia puede presentarse en distintos estados de agregación dependiendo de las condiciones de presión y temperatura en las que se encuentre, identificando los cambios de estado que se producen. EA.2.2 Explica las propiedades de los gases, líquidos y sólidos utilizando el modelo cinéticomolecular.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Desconoce el concepto de materia y no es capaz de distinguir sus propiedades y utilizarlas para la caracterización de sustancias.

Le resulta dificil definir el concepto de materia y distinguir sus propiedades, así como usarlas para la caracterización de sustancias.

Aprendizaje bueno

Define brevemente el concepto de materia y distingue entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias. No puede Tiene Describe describir la dificultades claramente la determinación para describir la determinación experimental del determinación experimental del volumen y de la experimental volumen y de la masa de un sólido del volumen y masa de un ni calcular de la masa de sólido y calcula su densidad. No un sólido y para su densidad, sabe aplicar calcular su utilizando el concepto densidad. correctamente de densidad Aplica con las unidades de en diversas dificultad el medida. Aplica situaciones concepto de bien el concepto reales. densidad en de densidad en situaciones situaciones reales. reales. No sabe Le resulta Caracteriza caracterizar los complicado adecuadamente tres estados de caracterizar los los tres estados agregación por tres estados de de agregación sus propiedades agregación por por sus ni justificar que sus propiedades propiedades y una sustancia y justifica que justifica que una puede presentarse una sustancia sustancia puede en distintos puede presentarse en estados de presentarse en distintos agregación. distintos estados de Tampoco estados de agregación, identifica agregación, identificando los los cambios identificando los cambios de de estado que cambios de estado que se se producen. estado que se producen. producen. No consigue Encuentra Explica explicar las dificultades para correctamente propiedades de explicar las las propiedades los gases, líquidos propiedades de los gases, y sólidos de los gases, líquidos utilizando el líquidos y sólidos y sólidos modelo cinéticoutilizando el utilizando el molecular. modelo cinético- modelo cinéticomolecular. molecular.

Aprendizaje excelente Define con precisión el concepto de materia y distingue perfectamente entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias. Describe detalladamente la determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido y calcula su densidad, utilizando correctamente las unidades de medida. Aplica el concepto de densidad en diversas situaciones reales. Caracteriza detalladamente los tres estados de agregación por sus propiedades y justifica que una sustancia puede presentarse en distintos estados de agregación, identificando y explicando los cambios de estado que se producen. Consigue explicar minuciosamente las propiedades de los gases, líquidos y sólidos utilizando el modelo cinéticomolecular.

Puntuación

17 Unidad 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

Actividades

18 Programación de aula

18, 19, 58.

Estándares de aprendizaje evaluables EA.2.3 Describe e interpreta los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinéticomolecular y lo aplica a la interpretación de fenómenos cotidianos.

11, 46, 47, 48.

EA.2.4 Deduce a partir de las gráficas de calentamiento de una sustancia sus puntos de fusión y ebullición, y la identifica utilizando las tablas de datos necesarias.

13, 14, 15, 16, 17, 18, Observa y aprende (pág. 37), 25, 26, 50, 51, 52, 53.

EA.3.1 Conoce el concepto de presión de un gas confinado y su justificación microscópica y justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinéticomolecular.

20, 21, 22, 23, 24, Observa y aprende (págs. 40 y 42), 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68.

EA.3.2 Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinéticomolecular y las leyes de los gases.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

No es capaz de describir ni interpretar los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinético-molecular y ni aplicarlo a la interpretación de fenómenos cotidianos.

Tiene dificultades para describir e interpretar los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinéticomolecular y para aplicarlo a la interpretación de fenómenos cotidianos. Deduce parcialmente a partir de las gráficas de calentamiento de una sustancia sus puntos de fusión y ebullición, y le cuesta identificarla utilizando las tablas de datos necesarias. Tiene problemas para definir el concepto de presión de un gas confinado y su justificación microscópica y para justificar el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas.

Aprendizaje bueno

Describe con claridad e interpreta correctamente los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinéticomolecular y lo aplica a la interpretación de fenómenos cotidianos. No puede deducir Deduce a partir de las adecuadamente gráficas de a partir de las calentamiento de gráficas de una sustancia sus calentamiento puntos de fusión de una y ebullición, sustancia sus ni identificarla puntos de utilizando las fusión y tablas de datos ebullición, necesarias. y la identifica utilizando las tablas de datos necesarias. Desconoce el Define con concepto de claridad el presión de un gas concepto de confinado y su presión de un justificación gas confinado y microscópica y no su justificación puede justifica el microscópica y comportamiento justifica el de los gases en comportamiento situaciones de los gases en cotidianas. situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinéticomolecular. No sabe Encuentra Interpreta interpretar dificultades correctamente gráficas, tablas para interpretar gráficas, tablas de resultados y gráficas, tablas de resultados y experiencias que de resultados experiencias relacionan la y experiencias que relacionan presión, el que relacionan la presión, el volumen y la la presión, el volumen y la temperatura de un volumen y la temperatura de gas utilizando el temperatura de un gas modelo cinéticoun gas utilizando utilizando el molecular y las el modelo modelo cinéticoleyes de los cinético-molecular molecular y las gases. y las leyes de leyes de los los gases. gases.

Aprendizaje excelente Sabe describir e interpretar perfectamente los cambios de estado de la materia utilizando el modelo cinéticomolecular y lo aplica a la interpretación de fenómenos cotidianos. Deduce con acierto a partir de las gráficas de calentamiento de una sustancia sus puntos de fusión y ebullición, y la identifica utilizando las tablas de datos necesarias.

Es capaz de definir perfectamente el concepto de presión de un gas confinado y su justificación microscópica y justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinéticomolecular. Es capaz de identificar sin problemas gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinético-molecular y las leyes de los gases.

Puntuación

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Y realiza un trabajo de investigación «Presión de un gas» (pág. 44).

Le resulta imposible realizar pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Le cuesta realizar pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Realiza trabajos de investigación detallados sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Experiencia de laboratorio «Medida de densidades» (pág. 69).

EA. 4.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

No participa, valora, gestiona ni respeta el trabajo individual y en equipo.

Le cuesta valorar y gestionar el trabajo individual y en equipo y participa parcialmente en ellos.

Es participativo en el trabajo individual y en equipo y los valora, gestiona y respeta.

Comprende la importancia del trabajo individual y en equipo y los gestiona a la perfección.

Puntuación

19 Unidad 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

Actividades

UNIDAD 3 Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas CONCRECIÓN CURRICULAR

20 Programación de aula

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) BLOQUE II CE.1 Identificar EA.1.1 Distingue y clasifica 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, • Clasificación • Conocer la diversidad de la sistemas sistemas materiales de uso 18,19, 32, 33, 34, de la materia. materia y la clasificación de los materiales como cotidiano en sustancias 35, 36 y 37 (CL, • Mezclas sistemas materiales de acuerdo sustancias puras o puras y mezclas, CMCBCT, CD, SIEE). homogéneas y con sus constituyentes, tanto mezclas y valorar especificando en este último heterogéneas. a nivel macroscópico como la importancia caso si se trata de mezclas • Disoluciones. microscópico. y las aplicaciones homogéneas, heterogéneas • Solubilidad. • Diferenciar entre mezclas de mezclas de o coloides. • Concentración homogéneas (disoluciones) especial interés. de una y heterogéneas e identificar EA.1.2 Distingue entre 33, 34, 35, 36, (CL, disolución. ejemplos de uno y otro tipo elementos y compuestos, en CMCBCT, CSC, en el entorno cotidiano. el caso de una sustancia SIEE). • Caracterizar una disolución pura. Diferencia compuestos y sus componentes (disolvente y mezclas, atendiendo a la y soluto(s)) y reconocer su composición fija o variable. importancia y amplia presencia EA.1.3 Sabe qué es una 13, 14, 15, 16, 17, mediante ejemplos de la vida disolución y clasifica las 45, 46, 67 (CL, CD, real. disoluciones según los CMCBCT, SIEE). • Clasificar las disoluciones estados de agregación de según dos criterios: estado soluto y disolvente. de agregación de disolvente Reconoce ejemplos de y soluto(s) y cantidad relativa disoluciones en el entorno de soluto(s) con respecto e identifica el disolvente al disolvente. y el soluto al analizar la • Conocer el concepto de composición de mezclas solubilidad y su dependencia homogéneas de especial de la temperatura. interés. • Saber calcular la concentración EA.1.4 Realiza experiencias 18, 19, 20, 21, 22, de una disolución como sencillas de preparación de 23, 24, 25, 26, 27, porcentaje en masa, porcentaje disoluciones, describe el 28, Observa y en volumen y masa por unidad procedimiento seguido y el aprende (págs. 60, de volumen a partir de los material utilizado, determina 61, 62), 47, 48, 49, datos necesarios y cómo puede la concentración y la 50, 51, 52, 53, 54, modificarse la concentración expresa en gramos por litro 55, 56, 57, 58, 60, mediante un proceso de dilución. y en porcentaje en masa y 61, 62, 63, 64, 65, en volumen. Conoce 66, 67, Experiencia y maneja los conceptos de laboratorio de solubilidad y clasifica «Preparación de las disoluciones según disoluciones» (pág. la cantidad de soluto. 70) (CL, CMCBCT, SIEE). EA.1.5 Conoce qué es la 29, 59 (CMCBCT). dilución y realiza cálculos relativos a este importante proceso. CE.2 Proponer EA.2.1 Diseña métodos 9, 10, 11, 12, • Las mezclas • Conocer las técnicas más métodos de de separación de mezclas, Observa y aprende se pueden sencillas para la separación de separación de los tanto simples como (pág. 55), separar. los componentes de una mezcla componentes de complejas, homogéneas y 30, 31, 37, 38, 39, • La ciencia... y el fundamento de cada una mezcla. heterogéneas, según las 40, 41, 42, 43, 44, más cerca. La una de ellas. propiedades características 67 (CMCBCT, AA, destilación de las sustancias que las SIEE). fraccionada. componen, describiendo el material de laboratorio adecuado.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN CE.3 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EA.3.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones. EA.3.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS) «Y realiza un trabajo • Las mezclas de investigación», la se pueden cromatografía en separar. papel (pág. 64) (CL, • Disoluciones. CMCBCT, CD, SIEE).

OBJETIVOS • Potenciar el autoaprendizaje, la

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

Experiencia de laboratorio «Preparación de disoluciones» (pág. 70) (CMCBCT, SIEE).

COMPETENCIAS

DESCRIPTORES

COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

• Definir los distintos tipos de sistemas materiales. • Describir con precisión los métodos de separación de mezclas. • Comprender y resumir textos científicos. • Debatir sobre las ventajas e inconvenientes de algunos avances científicos.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Calcular e interpretar valores de solubilidad y concentración en disoluciones. • Construir e interpretar curvas de solubilidad. • Asimilar la clasificación de la materia y explicarla tanto desde el punto de vista

macroscópico como microscópico.

• Identificar los distintos tipos de sistemas materiales en el entorno, especialmente las

disoluciones.

• Conocer algunos procesos de separación de mezclas tanto en el medio natural como en

la industria y reconocer su importancia.

COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos de la

unidad.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes relativos a los sistemas materiales y su clasificación, la

separación de mezclas y las disoluciones.

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Desarrollar el interés por entender el mundo en que vivimos desde la perspectiva de la

COMPETENCIAS SOCIALES Y CÍVICAS (CSC)

• Reconocer la importancia de los procesos de separación en el reciclaje.

ciencia.

• Indagar en la explicación de fenómenos relacionados con los sistemas materiales, su

clasificación y su separación en sus componentes.

21 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

• Organizar y expresar la información convenientemente.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

22 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

• El punto de partida de esta unidad es la diversidad de la materia que nos rodea y la importancia

que el estudio de la materia tiene para el desarrollo tecnológico. A partir de aquí, el siguiente paso es clasificar y caracterizar los sistemas materiales basándonos en sus componentes. • Dos criterios nos conducen a la misma clasificación: la posibilidad de separar o no los componentes por procedimientos físicos y las características de las partículas microscópicas constituyentes. Ambos deben ponerse de manifiesto con claridad. DESARROLLO DE • Una vez establecida la clasificación que vamos a utilizar, es el momento de detenernos en las LOS CONTENIDOS mezclas, destacando la gran abundancia de ellas que podemos encontrar tanto en el medio natural como en nuestro entorno cotidiano. Con respecto a las mezclas, debe destacarse su característica fundamental: la composición variable, que las distingue de los compuestos. Además, debe incidirse en su clasificación en homogéneas o disoluciones y en heterogéneas, tomando como criterio la uniformidad de la mezcla. • A continuación se aborda la separación de los componentes de una mezcla. Es importante establecer con rigor el fundamento de cada técnica de separación y el tipo de mezclas a las que se aplica. Se trata, en cualquier caso, de procedimientos experimentales, por lo que es de especial interés ponerlos en práctica de forma casera o, si es posible, en el laboratorio. • La última parte de la unidad está íntegramente dedicada a las disoluciones. De ellas conviene destacar, una vez más, su composición variable, como mezclas que son. Asimismo, es importante familiarizar a los alumnos y alumnas con las nociones de disolvente y soluto. En cuanto a la clasificación de las disoluciones, la que se basa en los estados de agregación de disolvente y soluto nos muestra, sobre todo, la gran cantidad y variedad de disoluciones existentes; por otra parte, la clasificación que tiene en cuenta la cantidad de soluto presente con respecto a la de disolvente es más interesante, pues introduce el concepto de concentración de forma cualitativa, además de los de disolución diluida, concentrada y saturada. • Ya en el aspecto cuantitativo, comenzaremos por el concepto de solubilidad. Esta depende tanto del soluto y el disolvente como de la temperatura. La justificación de este hecho exige conocimientos de Química más allá del nivel de 3.º de ESO, pero sí pueden trabajarse las curvas de solubilidad, obtenidas experimentalmente, e incluso hallar en el laboratorio la solubilidad de algún soluto común en agua a distintas temperaturas. • Para terminar, el concepto de concentración y su cálculo en diferentes formas es uno de los objetivos principales de esta unidad. Como los alumnos no conocen el concepto de mol, la expresión de la concentración se limita a tres formas sencillas: porcentaje en masa, porcentaje en volumen y masa por unidad de volumen. Como siempre que se trata de efectuar cálculos y utilizar fórmulas, debe insistirse en la cuestión de las unidades y en la sustitución correcta y ordenada de los elementos de la fórmula por sus valores en cada caso. También es importante usar debidamente la densidad para expresar una cantidad de disolvente o disolución en masa o en volumen. Por otra parte, la dilución debe presentarse como un procedimiento habitual para disminuir la concentración de una disolución. Sería interesante ilustrarlo de forma práctica mediante disoluciones coloreadas. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una sencilla cromatografía en papel, para trabajar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. TRABAJO • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre preparación de GRUPAL disoluciones, incidiendo sobre la competencia matemática y las competencias básicas en ciencia y tecnología. ATENCIÓN Atender de forma personalizada a los alumnos, mediante la realización de las actividades de mejora o de A LA DIVERSIDAD ampliación, tanto en formato papel como digital. TAREAS DEL Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de la sección TRIMESTRE «Practica con TEXTOS».

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Estándares de aprendizaje evaluables EA.1.1 Distingue y clasifica sistemas materiales de uso cotidiano en sustancias puras y mezclas, especificando en este último caso si se trata de mezclas homogéneas, heterogéneas o coloides.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

No es capaz de distinguir y clasificar sistemas y materiales de uso cotidiano en sustancias puras y mezclas.

EA.1.2 Distingue entre elementos y compuestos, en el caso de una sustancia pura. Diferencia compuestos y mezclas, atendiendo a la composición fija o variable.

No consigue distinguir entre elementos y compuestos, en el caso de una sustancia pura, ni entre compuestos y mezclas, atendiendo a la composición fija o variable.

Distingue y clasifica adecuadamente sistemas materiales de uso cotidiano en sustancias puras y mezclas, especificando en este último caso si son mezclas homogéneas, heterogéneas o coloides. Distingue correctamente entre elementos y compuestos, en el caso de una sustancia pura, y entre compuestos y mezclas, atendiendo a la composición fija o variable.

Distingue, clasifica y desarrolla sistemas materiales de uso cotidiano en sustancias puras y mezclas, especificando en este último caso si son mezclas homogéneas, heterogéneas o coloides.

33, 34, 35, 36.

13, 14, 15, 16, 17, 45, 46, 67.

EA.1.3 Sabe qué es una disolución y clasifica las disoluciones según los estados de agregación de soluto y disolvente. Reconoce ejemplos de disoluciones en el entorno e identifica el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas de especial interés.

No entiende lo que es una disolución, no es capaz de clasificarlas, no reconoce ejemplos de disoluciones en el entorno y no es capaz de identificar el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas.

Le resulta complicado distinguir y clasificar sistemas materiales de uso cotidiano en sustancias puras y mezclas, especificando en este último caso si son mezclas homogéneas, heterogéneas o coloides. Encuentra dificultades para diferenciar entre elementos y compuestos, en el caso de una sustancia pura, y entre compuestos y mezclas, atendiendo a la composición fija o variable. Tiene dificultades para entender lo que es una disolución, para clasificarlas, para reconocer ejemplos de disoluciones en el entorno, para identificar el disolvente y el soluto y para analizar la composición de mezclas homogéneas.

Sabe qué es una disolución y es capaz de clasificarla según los estados de agregación de soluto y disolvente. También reconoce ejemplos de disoluciones e identifica el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas.

Define detalladamente el concepto de disolución y es capaz de clasificarlas según los estados de agregación de soluto y disolvente. Además, es capaz de reconocer ejemplos de disoluciones y deidentificar el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 18,19, 32, 33, 34, 35, 36 y 37.

Diferencia a la perfección elementos y compuestos, en el caso de una sustancia pura, y compuestos y mezclas, atendiendo a la composición fija o variable.

Puntuación

23 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

Actividades

Actividades 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, Observa y aprende (págs. 60, 61, 62), 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, Experiencia de laboratorio «Preparación de disoluciones» (pág. 70).

EA.1.5 Conoce qué es la dilución y realiza cálculos relativos a este importante proceso. 9, 10, 11, 12, EA.2.1 Diseña Observa y métodos de aprende (pág. separación de 55), 30, 31, mezclas, tanto 37, 38, 39, 40, simples como 41, 42, 43, 44, complejas, 67. homogéneas y heterogéneas, según las propiedades características de las sustancias que las componen, describiendo el material de laboratorio adecuado. «Y realiza un EA.3.1 Realiza trabajo de pequeños investigación», trabajos de la cromatogra- investigación fía en papel sobre algún tema (pág. 64). objeto de estudio aplicando el método científico, utilizando las TIC. 29, 59.

24 Programación de aula

Estándares de aprendizaje evaluables EA.1.4 Realiza experiencias sencillas de preparación de disoluciones, describe el procedimiento seguido y el material utilizado, determina la concentración y la expresa en gramos por litro y en porcentaje en masa y en volumen. Conoce y maneja los conceptos de solubilidad y clasifica las disoluciones según la cantidad de soluto.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

No consigue preparar disoluciones sencillas, ni describir el procedimiento seguido ni los materiales utilizados, ni determinar la concentración. Tampoco conoce los conceptos de solubilidad ni puede clasificar las disoluciones según la cantidad de soluto.

Le resulta complicado preparar disoluciones sencillas, describir el procedimiento seguido y los materiales utilizados y determinar la concentración. También tiene dificultades para definir los conceptos de solubilidad y para clasificar las disoluciones según la cantidad de soluto.

Desconoce qué es la dilución y es incapaz de realizar cálculos relativos a este proceso. No puede diseñar métodos de separación de mezclas según las propiedades características de las sustancias que las componen.

Sabe qué es la dilución pero le cuesta realizar cálculos relativos a este proceso. Tiene dificultades para diseñar métodos de separación de mezclas según las propiedades características de las sustancias que las componen, y para describir el material de laboratorio adecuado.

Es capaz de preparar disoluciones sencillas, de describir el procedimiento seguido y el material utilizado y de determinar la concentración y expresarla en gramos por litro y en porcentaje en masa y en volumen. Además, conoce y maneja los conceptos de solubilidad y clasifica las disoluciones según la cantidad de soluto. Sabe qué es la dilución y realiza cálculos sencillos relativos a este proceso. Es capaz de diseñar sencillos métodos de separación de mezclas según las propiedades características de las sustancias que las componen y de describir el material de laboratorio adecuado.

Domina la preparación de disoluciones y describe detalladamente el procedimiento seguido y el material utilizado, y es capaz de determinar la concentración y expresarla en gramos por litro y en porcentaje en masa y en volumen. Define con detalle los conceptos de solubilidad y clasifica perfectamente las disoluciones según la cantidad de soluto. Conoce qué es la dilución y realiza bien los cálculos relativos a este proceso.

No sabe realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Encuentra complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Realiza con gran éxito trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Desarrolla minuciosamente métodos de separación de mezclas según las propiedades características de las sustancias que las componen, y describe claramente el material de laboratorio adecuado.

Puntuación

Experiencia de laboratorio «Preparación de disoluciones» (pág. 70).

Estándares de aprendizaje evaluables EA.3.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

No consigue participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Le resulta difícil participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Puntuación

25 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

Actividades

UNIDAD 4 La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

OBJETIVOS

BLOQUE II CE.1 Reconocer que los modelos atómicos son instrumentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su utilización para la interpretación y comprensión de la estructura interna de la materia.

EA.1.1 Conoce la teoría atómica de Dalton y sus precedentes. EA.1.2 Conoce los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford y también el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario. EA.1.3 Sabe cómo y cuándo se descubrieron y describe las características (carga y masa) de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. EA.1.4 Relaciona la notación Z X con el número atómico A y el número másico, determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro. Relaciona el número atómico con el tipo de elemento químico. Conoce el concepto de masa atómica y su unidad de medida (unidad de masa atómica) y lo relaciona razonadamente con el número másico.

26 Programación de aula

EA.1.5 Conoce el concepto de configuración electrónica y es capaz de distribuir en capas los electrones de átomos ligeros. CE.2 Analizar la utilidad científica y tecnológica de los isótopos radiactivos.

1, 2, 3, 27, 28 (CL, CD, CMCBCT, AA).

• La teoría

• Saber que la materia está atómica de compuesta por átomos. Conocer Dalton. los hitos principales en el • El átomo conocimiento científico del 7, 8, 9, 10, 11, 34, por dentro. átomo (teoría atómica de Dalton, 35, 36, 37, 38, 39, Partículas descubrimiento de las partículas 40, 68 (CL, subatómicas. subatómicas, primeros modelos CMCBCT). • Los primeros de Thomson y Rutherford) modelos: y reconocer en ellos un ejemplo Thomson y de cómo la aplicación del método Rutherford. científico hace avanzar la ciencia. • Caracterización • Conocer las características de de los átomos. las tres partículas subatómicas principales (electrones, protones y neutrones) y su distribución 4, 5, 6, 12, 29, 30, en el átomo a la luz de nuestros 31, 32, 33 (CD, conocimientos actuales. CMCBCT). • Conocer la unidad de masa atómica, específica para cuantificar la masa de los átomos, así como el significado de número Observa y aprende atómico y de número másico (pág. 88), 13, 14, 41, y su relación con el número 42, 43, 44, 45, 46, de partículas del núcleo atómico. 47,48, 49, 68 (CL, • Esbozar la configuración CMCBCT). electrónica de átomos pequeños situando los electrones en capas.

15, 16, 50, 51, 68 (CMCBCT).

EA.2.1 Explica en qué 25, 26, 52, 53, 54, consiste un isótopo y 56, 57, 68 (CL, comenta aplicaciones de CMCBCT). los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos. EA.2.2 Conoce el significado 17, 55, Observa de la masa atómica y aprende (pág. 90), promedio de un elemento 68. químico y su cálculo.

• Isótopos. • La ciencia...

más cerca. Los isótopos inestables y la radiactividad.

• Saber qué son los isótopos

y qué diferencia a los isótopos de un mismo elemento químico.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN CE.3 Conocer cómo se unen los átomos para formar estructuras más complejas y explicar las propiedades de las agrupaciones resultantes.

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EA.3.1 Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación, distinguiendo entre cationes y aniones y conoce la existencia de iones poliatómicos. EA.3.2 Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente. Conoce los tres tipos de enlaces químicos, sus características y las propiedades de las sustancias a que dan lugar. CE.4 Desarrollar EA.4.1 Realiza pequeños pequeños trabajos trabajos de investigación de investigación sobre algún tema objeto de en los que se estudio aplicando el método ponga en práctica científico, y utilizando las la aplicación del TIC para la búsqueda y método científico y selección de información y la utilización de presentación de las TIC. conclusiones.

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) 18, 19, 63, 64 • Agrupaciones • Conocer las diferentes (CMCBCT). de átomos. agrupaciones de átomos que se dan en la naturaleza y sus características más relevantes y relacionarlas con los enlaces iónico, covalente y metálico.

18, 20, 21, 22, 23, 24, 58, 59, 60, 61, 62, 65, 66, 67. Experiencia de laboratorio «Identificación de tipos de sustancias» (pág. 150) (CL, CMBCT, AA, SIEE). Y realiza un trabajo de investigación «Formación de cristales iónicos» (pág. 96) (CL, CMCBCT, SIEEE).

• Potenciar el autoaprendizaje, la

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

COMPETENCIAS COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

DESCRIPTORES • Definir y utilizar con rigor los términos referidos al átomo y a la estructura microscópica

de la materia.

• Extraer y resumir por escrito las ideas principales de textos científicos diversos. • Debatir sobre la importancia de la investigación científica sobre la naturaleza

de la materia.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Conocer y usar la equivalencia entre el kilogramo y la unidad de masa atómica. • Aplicar los conceptos de número atómico y número másico. • Calcular la masa atómica promedio de un elemento. • Conocer los modelos que se han sucedido para explicar la estructura del átomo

y a visión actual que se tiene sobre él.

• Tomar como ejemplo de aplicación del método científico la sucesión de modelos sobre

el átomo y destacar la contribución de las mejoras tecnológicas al conocimiento de la estructura de la materia. • Conocer las distintas agrupaciones de átomos y las características de las sustancias a que dan lugar, reconociéndolas en el entorno cotidiano. • Saber qué son los isótopos y qué aplicaciones encuentran en ámbitos de la vida diaria. • Conocer el fenómeno de la radiactividad y algunas de sus aplicaciones más importantes.

27 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

EA.4.2 Participa, valora, Experiencia gestiona y respeta el trabajo de laboratorio individual y en equipo. «Identificación de tipos de sustancias» (pág. 150) (CBCT, SIEE).

COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos

de la unidad.

• Organizar y expresar la información convenientemente.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes sobre la estructura de la materia, el átomo,

los isótopos, las agrupaciones de átomos y la radiactividad.

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Potenciar el uso de estrategias científicas para explicar fenómenos observados a partir

del mundo microscópico.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

28 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

La unidad posee tres partes bien diferenciadas: el conocimiento del átomo como partícula fundamental constituyente de la materia; la masa del átomo y los isótopos; y la agrupación de átomos en sus distintas modalidades. DESARROLLO DE • En la primera de ellas es recomendable seguir lo que fue el devenir histórico a finales del siglo xix y LOS CONTENIDOS principios del xx, con la sucesión de descubrimientos y modelos, ejemplificando de esta forma el modus operandi del método científico. Con ello se consigue un doble objetivo: facilitar la comprensión gradual de conceptos que no son en absoluto intuitivos y poner de manifiesto la idoneidad del método científico para avanzar en el conocimiento del mundo que nos rodea. • La segunda parte es bastante práctica, una vez establecidos los conceptos de número atómico y número másico y su relación con el número de partículas presentes en el núcleo del átomo. Se trata de conceptos básicos y muy importantes en Química, por lo que deben trabajarse a fondo. El apoyo de los dibujos esquemáticos y el adecuado uso de la simbología son muy útiles en este caso. • La cuestión de los isótopos está directamente relacionada con los contenidos de la unidad 5. Aquí se aborda desde el punto de vista de las características del átomo en cuanto a su número de partículas. Debe destacarse que la existencia de isótopos es la situación habitual para la mayoría de los elementos y es interesante poner de manifiesto que la masa asignada a un elemento es, en realidad, un promedio de las masas de sus isótopos. • La última parte de la unidad se dedica a las agrupaciones de átomos, también en conexión con el tema siguiente. Se pretende introducir la existencia de agrupaciones de átomos como pauta común en la naturaleza, justificada en términos de estabilidad relativa. El estudio de las distintas agrupaciones es, sobre todo, cualitativo, y su finalidad principal es explicar la terminología que posteriormente será de uso común: molécula, ion (catión o anión), cristal (iónico, covalente y metálico), enlace, etc. La caracterización es principalmente macroscópica y fenomenológica, aunque siempre relacionada con la estructura microscópica. La introducción de los enlaces iónico, covalente y metálico es, a este nivel, bastante descriptiva, y debe ponerse en relación con las agrupaciones de átomos a que dan lugar y las propiedades de las sustancias. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia sobre cristalización de un compuesto iónico, para afianzar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. TRABAJO • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre identificación de GRUPAL tipos de sustancias, incidiendo sobre las competencias básicas en ciencia y tecnología. ATENCIÓN Se puede llevar a cabo, mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como A LA DIVERSIDAD digital. TAREAS DEL Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de las secciones TRIMESTRE «Practica PISA» y «Practica con TEXTOS».

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

1, 2, 3, 27, 28.

EA.1.1 Conoce la teoría atómica de Dalton y sus precedentes.

Desconoce la teoría atómica de Dalton y sus precedentes.

Conoce parcialmente la teoría atómica de Dalton y sus precedentes.

Conoce las bases de la teoría atómica de Dalton y de sus precedentes.

Conoce en detalle la teoría atómica de Dalton y sus precedentes.

7, 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 68.

EA.1.2 Conoce los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford y también el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario.

No conoce los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford ni el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Tampoco sabe representar el átomo a partir del número atómico y el número másico.

Conoce parcialmente los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford y el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Tiene dificultades para representar el átomo a partir del número atómico y el número másico utilizando el modelo planetario.

Conoce los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford y el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Es capaz de representar correctamente el átomo a partir del número atómico y el número másico utilizando el modelo planetario.

Conoce perfectamente los primeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford y también el modelo actual de capas electrónicas en la corteza atómica. Consigue representar detalladamente el átomo a partir del número atómico y el número másico utilizando el modelo planetario.

4, 5, 6, 12, 29, 30, 31, 32, 33.

EA.1.3 Sabe cómo y cuándo se descubrieron y describe las características (carga y masa) de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo.

Desconoce cuándo y cómo se descubrieron las partículas subatómicas básicas, y no sabe describir sus características ni su localización en el átomo.

Sabe algunos detalles sobre el descubrimiento de las partículas subatómicas básicas pero desconoce sus características y su localización en el átomo.

Conoce cuándo y cómo se descubrieron las partículas subatómicas básicas y sabe describir sus características principales y su localización en el átomo.

Sabe explicar cómo y cuándo se descubrieron las partículas subatómicas básicas y puede describir con detalle sus características y su localización en el átomo.

Observa y aprende (pág. 88), 13, 14, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47,48, 49, 68.

EA.1.4 Relaciona la notación AZ X con el número atómico y el número másico, determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro. Relaciona el número atómico con el tipo de elemento químico. Conoce

No consigue relacionar la notación AZ X con el número atómico y el número másico para determinar el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro. Tampoco relaciona el número atómico con el tipo de elemento químico

Le resulta complicado relacionar la notación AZ X con el número atómico y el número másico para determinar el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro; el número atómico con el tipo de

Sabe relacionar la notación AZ X con el número atómico y el número másico para determinar el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro; el número atómico con el tipo de elemento químico y definir

Relaciona perfectamente la notación AZ X con el número atómico y el número másico para determinar el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas en un átomo neutro; el número atómico con el tipo de elemento químico y define

Puntuación

29 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

Actividades

15, 16, 50, 51, 68.

25, 26, 52, 53, 54, 56,57, 68.

17, 55, Observa y aprende (pág. 90), 68.

30 Programación de aula

18, 19, 63, 64.

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

el concepto de masa atómica y su unidad de medida (unidad de masa atómica) y lo relaciona razonadamente con el número másico.

ni conoce el concepto de masa atómica y su unidad de medida para relacionarlo con el número másico.

elemento químico y definir el concepto de masa atómica con su unidad de medida para relacionarlo con el número másico.

el concepto de masa atómica con su unidad de medida para relacionarlo con el número másico.

detalladamente el concepto de masa atómica con su unidad de medida para relacionarlo con el número másico.

EA.1.5 Conoce el concepto de configuración electrónica y es capaz de distribuir en capas los electrones de átomos ligeros. EA.2.1 Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos.

Desconoce el concepto de configuración electrónica y no es capaz de distribuir en capas los electrones de átomos ligeros.

Tiene dificultades para definir el concepto de configuracion electrónica y para distribuir en capas los electrones de átomos ligeros. No consigue Encuentra explicar en qué dificultades consiste un para explicar en isótopo ni qué consiste un comentar isótopo y para aplicaciones de comentar los isótopos aplicaciones de radiactivos o la los isótopos problemática de radiactivos, los residuos además de para originados y las ver la soluciones para problemática de su gestión. los residuos originados y las soluciones para su gestión. EA.2.2 Conoce el Desconoce el Le cuesta definir significado de la significado de la el significado de masa atómica masa atómica la masa atómica promedio de un promedio de un promedio de un elemento químico elemento químico elemento y su cálculo. y su cálculo. químico y su cálculo. EA.3.1 Conoce y No conoce el Le resulta difícil explica el proceso proceso de explicar el de formación de formación de un proceso de un ion a partir del ion y no sabe formación de un átomo correspon- utilizar la notación ion, utilizar la diente, utilizando adecuada para su notación la notación presentación, ni adecuada para adecuada para su distingue entre su presentación, representación, cationes y distinguir entre distinguiendo aniones, ni cationes y entre cationes y conoce la aniones y ver la aniones y conoce existencia existencia la existencia de iones de iones de iones poliatómicos. poliatómicos. poliatómicos.

Define correctamente el concepto de configuración electrónica y es capaz de distribuir en capas los electrones de átomos ligeros. Explica brevemente en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, con la problemática de los residuos originados y las soluciones para su gestión.

Define con detalle el concepto de configuración electrónica y es capaz de distribuir en capas los electrones de átomos ligeros.

Conoce el siginificado de la masa atómica promedio de un elemento químico y cómo realizar su cálculo. Sabe explicar el proceso de formación de un ion, utilizar la notación adecuada para su presentación, distinguir entre cationes y aniones y conoce la existencia de iones poliatómicos.

Conoce y explica el significado de la masa atómica promedio de un elemento químico y sabe calcularla.

Explica minuciosamente en qué consiste un isótopo y las aplicaciones de los isótopos radiactivos, con la problemática de los residuos originados y las soluciones para su gestión.

Explica con detalle el proceso de formación de un ion, utiliza la notación adecuada para su presentación, distingue entre cationes y aniones y conoce la existencia de iones poliatómicos.

Puntuación

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

18, 20, 21, 22, 23, 24, 58, 59, 60, 61, 62, 65, 66, 67. Experiencia de laboratorio «Identificación de tipos de sustancias» (pág. 150).

EA.3.2 Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente. Conoce los tres tipos de enlaces químicos, sus características y las propiedades de las sustancias a las que dan lugar.

Le resulta imposible explicar cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas. Desconoce los tres tipos de enlaces químicos, sus características y las propiedades de las sustancias a las que dan lugar.

Explica parcialmente cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente. Conoce los tres tipos de enlaces químicos, sus características y las propiedades de las sustancias a las que dan lugar.

Sabe explicar minuciosamente cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente. Conoce los tres tipos de enlaces químicos, y explica sus características y las propiedades de las sustancias a las que dan lugar.

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Puede explicar correctamente cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente. Conoce los tres tipos de enlaces químicos, sus características y las propiedades de las sustancias a las que dan lugar. Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

No puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Le cuesta participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Participa con gran éxito en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

31 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

EA.4.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones. Experiencia EA.4.2 Participa, de laboratorio valora, gestiona y «Identificación respeta el trabajo de tipos de individual y en sustancias» equipo. (pág. 150). Y realiza un trabajo de investigación «Formación de cristales iónicos» (pág. 96).

Puntuación

UNIDAD 5 Elementos y compuestos. La tabla periódica CONCRECIÓN CURRICULAR

32 Programación de aula

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS) BLOQUE II CE.1 Interpretar la EA.1.1 Conoce los 7, 8, 9, 34, 36 (CL, • Los ordenación de los precedentes de la tabla CMCBCT). elementos elementos en la periódica actual y es capaz químicos. tabla periódica y de enunciar la ley periódica • La reconocer los más que le sirve de base. clasificación relevantes a partir EA.1.2 Conoce la estructura 10, 11, 12, 35, 37, de los de sus símbolos. elementos de la tabla periódica en 38, 43, 44, 45, 66 químicos. grupos o familias y períodos. (CL, CMCBCT). • La tabla Nombra algunos grupos de periódica especial interés y es capaz de los de encontrar información de elementos. un elemento dado en ella. EA.1.3 Justifica la actual 13, 14, 41, 42 ordenación de los elementos (CMCBCT). en grupos y periodos en la Tabla Periódica, basándose en la similitud de la configuración electrónica más externa de los átomos de un grupo. EA.1.4 Relaciona las 5, 6, 12, 15, 16, 39, principales propiedades de 40, 46, 47, 48, 49 metales, no metales (CMCBCT, SIEE). (especialmente metales alcalinos y halógenos) y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo (regla del octeto). CE.2 Diferenciar EA.2.1 Conoce la definición 2, 3, 4, 28, 29, 30, • Los entre átomos y de elemento químico y sabe 31, 32, 50, 51, 66 elementos moléculas, y entre nombrar algunos de los más (CMCBCT). químicos. elementos y frecuentes en el medio • Los compuestos en natural. Reconoce los compuestos sustancias de uso átomos y las moléculas que químicos. frecuente y componen sustancias de uso Fórmulas. conocido. frecuente, clasificándolas en • La masa elementos o compuestos, molecular. basándose en su expresión • El concepto química. de mol. • La ciencia... EA.2.2 Interpreta la fórmula 17, 18, Observa y más de un compuesto tanto aprende (pág. 111), cerca. Los cualitativamente como 19, 20, 21, 52, 53, elementos en cuantitativamente. Calcula 54, 55, 56, 57, 66 la naturaleza. la masa molecular o masa (CMCBCT). fórmula de un compuesto. EA.2.3 Conoce el concepto Observa y aprende de mol como unidad de (pág. 112), 22, 23, cantidad de materia y el 24, 25, Observa y número de Avogadro. Sabe aprende (pág. 114), qué es la masa molar y 26, 27, 58, 59, 60, realiza cálculos en los que 61, 62, 63, 64, 65, intervienen las tres 66 (CL, CMCBCT, magnitudes citadas. AA, CSC).

OBJETIVOS

• Conocer la ley periódica y su

justificación en términos de la configuración electrónica de los átomos. • Comprender la tabla periódica y la información que contiene. • Distinguir entre metales y no metales desde un punto de vista macroscópico. • Saber las características de algunos grupos significativos de la tabla periódica.

• Conocer el concepto de elemento

químico y el criterio para decidir si una sustancia es o no un elemento. • Conocer el concepto de compuesto químico. Comprender el significado de las fórmulas e interpretar una fórmula dada. • Conocer el concepto de mol como unidad para la medida de la cantidad de materia. • Saber qué es la masa molecular y la masa molar de un compuesto y establecer la distinción entre ambas.

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE EA.2.4 Presenta, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital. CE.3 Formular y EA.3.1 Utiliza el lenguaje nombrar químico para nombrar y compuestos formular compuestos binarios siguiendo binarios y ternarios las normas IUPAC. siguiendo las normas IUPAC.

OBJETIVOS

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 del Anexo de formulación y nomenclatura inorgánica (CMCBCT).

• Los

• Saber formular y/o nombrar

• Los

• Potenciar el autoaprendizaje, la

BLOQUE I Y realiza un trabajo de investigación «Oxidación de los metales» (pág. 116) (CL, CMCBCT, CD).

elementos químicos.

compuestos binarios, como óxidos, hidruros y sales binarias, y ternarios, como oxoácidos, hidróxidos y oxisales, siguiendo las recomendaciones más recientes de la IUPAC.

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

Experiencia de laboratorio «Reconocimiento de elementos químicos» (pág. 151) (CMCBCT, SIEE).

COMPETENCIAS COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

compuestos químicos. Fórmulas. • Anexo. Introducción a la nomenclatura y formulación inorgánicas.

DESCRIPTORES • Usar con propiedad la terminología referida a los elementos, los compuestos y la tabla

periódica.

• Comprender y expresar por escrito las ideas fundamentales de un texto científico. • Explicar y/o debatir sobre cuestiones científicas relacionadas con los contenidos

de la unidad.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Interpretar cuantitativamente una fórmula química y obtener a partir de ella la masa

COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos

molecular.

• Realizar cálculos con moles, masa y número de moléculas. • Saber que todo lo que nos rodea está formado por elementos químicos, como tales

o combinados entre sí formando compuestos, que se ordenan según sus propiedades en la tabla periódica. • Distinguir las propiedades de los metales en el entorno. • Conocer el hecho de que existen millones de compuestos químicos, cada uno de los cuales está representado por una fórmula y un nombre. • Conocer la abundancia relativa de los elementos químicos en el universo, en el medio terrestre y en los seres vivos. de la unidad.

• Organizar y expresar la información convenientemente.

33 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

CE.4 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS) 29, 33 (CMCBCT, • Los CD). elementos químicos.

APRENDER A APRENDER (AA)

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Realizar esquemas y resúmenes sobre los elementos, la tabla periódica, los

compuestos, las fórmulas, el mol y los elementos en la naturaleza.

• Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas. • Desarrollar el interés por los elementos y compuestos químicos. • Buscar la explicación de fenómenos relacionados con los elementos químicos y sus

combinaciones.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

34 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

Después de estudiar el átomo en la unidad anterior, en esta unidad se retoman los aspectos puramente químicos y se profundiza en el análisis de las sustancias puras (elementos y compuestos), tras haber trabajado las mezclas en la unidad 3. Se cierra, de este modo, el amplio bloque dedicado a la naturaleza de la materia con el tratamiento de conceptos importantísimos en Química. DESARROLLO DE • El obligado punto de partida es el concepto de elemento químico, que ya se esbozó en la unidad 3. LOS CONTENIDOS Debe ponerse de manifiesto que elemento y átomo no son lo mismo, pues el átomo es una partícula con unas ciertas características, mientras que el elemento es un tipo de materia, el más simple de todos ellos. Es interesante detenerse en la distinción entre metales y no metales, tanto por la cercanía en el entorno como por ser una de las primeras clasificaciones espontáneas de la materia. • Una vez trabajada esta primera parte, se entra en lo que podría calificarse como el grueso de la unidad. El estudio, comprensión y manejo de la tabla periódica es fundamental para los alumnos y alumnas que se inician en la Química, pues se trata de una herramienta básica para el trabajo científico, sin parangón con ninguna tabla o resumen de otras disciplinas científicas. Es necesario hacer hincapié en su importancia tanto como en la información que contiene, relativa a propiedades químicas diversas. La comprensión y justificación de la ley periódica entraña mayor dificultad para los alumnos y alumnas de este nivel, por lo que solo se introducirá en los casos más sencillos (grupos extremos de la tabla). • A continuación se abordan los compuestos y su representación mediante las fórmulas. Nuevamente nos encontramos ante un concepto esencial. Más importante que las reglas de formulación en sí es la interpretación de la información (cualitativa y cuantitativa) que contiene una fórmula: el significado de los símbolos y de los subíndices. De la fórmula, pasamos a la obtención de la masa molecular o masa fórmula, característica de cada compuesto y muy útil en los cálculos. • La última parte se dedica a otro concepto químico de gran importancia: el mol. Al ser la primera vez que los alumnos y alumnas trabajan con esta unidad de cantidad de materia, debe incidirse en varios aspectos; uno de ellos es poner de manifiesto que el mol no es una unidad de masa, sino de cantidad de materia, que son magnitudes diferentes. Otro aspecto se refiere a la correspondencia número de Avogadro-mol. Finalmente, se trabajarán los aspectos relativos al cálculo, a partir de la masa molar, obtenida a su vez de la masa molecular, estableciendo claramente la distinción entre ambas. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia sobre la oxidación de los metales, para afianzar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. TRABAJO • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre GRUPAL reconocimiento de elementos químicos, trabajando de este modo las competencias básicas en ciencia y tecnología. ATENCIÓN Se puede llevar a cabo, mediante de las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel A LA DIVERSIDAD como digital. TAREAS DEL Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de las sección TRIMESTRE «Practica con TEXTOS». Finalizar el trimestre evaluando el trabajo propuesto en la sección «Practica AULA COLABORATIVA».

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Puntuación

7, 8, 9, 34, 36.

EA.1.1 Conoce los precedentes de la tabla periódica actual y es capaz de enunciar la ley periódica que le sirve de base.

Desconoce los precedentes de la tabla periódica actual y es capaz de enunciar la ley periódica a la que sirve de base.

Conoce algunos de los precedentes de la tabla periódica actual y es capaz de enunciar parcialmente la ley periódica que le sirve de base.

Conoce los precedentes de la tabla peridódica actual y es capaz de enunciar la ley periódica que le sirve de base.

Conoce y reflexiona sobre los precedentes de la tabla periódica actual y es capaz de explicar la ley periódica que le sirve de base.

10, 11, 12, 35, 37, 38, 43, 44, 45, 66.

EA.1.2 Conoce la estructura de la tabla periódica en grupos o familias y períodos. Nombra algunos grupos de especial interés y es capaz de encontrar información de un elemento dado en ella.

No conoce la estructura de la tabla periódica y no sabe nombrar algunos grupos de especial interés ni encontrar información de un elemento en ella.

Conoce parcialmente la estructura de la tabla periódica y nombra algún grupo de especial interés. Es capaz de encontrar información de un elemento en ella.

Conoce la estructura básica de la tabla periódica y nombra algunos grupos de especial interés, además es capaz de encontrar información de un elemento en ella.

Domina la estructura de la tabla periódica y nombra algunos grupos de especial interés. También encuentra toda la información de los elementos en ella.

13, 14, 41, 42.

EA.1.3 Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica, basándose en la similitud de la configuración electrónica más externa de los átomos de un grupo.

No consigue justificar la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

Le resulta difícil justificar la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

Justifica brevemente la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica, basándose en la similitud de la configuración electrónica más externa de los átomos de un grupo.

Analiza y justifica detalladamente la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica, basándose en la similitud de la configuración electrónica más externa de los átomos de un grupo.

5, 6, 12, 15, 16, 39, 40, 46, 47, 48, 49.

EA.1.4 Relaciona las principales propiedades de metales, no metales (especialmente metales alcalinos y halógenos) y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo (regla del octeto).

No es capaz de relacionar las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones.

Encuentra dificultades para relacionar las propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

Relaciona correctamente las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

Relaciona y desarrolla las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

35 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

BLOQUE II

Actividades 2, 3, 4, 28, 29, 30, 31, 32, 50, 51, 66.

17, 18, 21, Observa y aprende (pág. 111), 19, 20, 21, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 66.

Observa y aprende (pág. 112), 22, 23, 24, 25, Observa y aprende (pág. 114), 26, 27, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66.

36 Programación de aula

29, 33.

Estándares de aprendizaje evaluables EA.2.1 Conoce la definición de elemento químico y sabe nombrar algunos de los más frecuentes en el medio natural. Reconoce los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Desconoce la definición de elemento químico y no sabe nombrar algunos de los más frecuentes en el medio natural. No puede reconocer los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, ni clasificarlas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química. No sabe interpretar la fórmula de un compuesto ni calcular su masa molecular.

Define brevemente elemento químico y nombra algunos de los más frecuentes en el medio natural. Reconoce adecuadamente los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química. Interpreta adecuadamente la fórmula de un compuesto y calcula su masa molecular.

Define detalladamente elemento químico y nombra los más frecuentes en el medio natural. Reconoce claramente los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química.

EA.2.2 Interpreta la fórmula de un compuesto tanto cualitativamente como cuantitativamente. Calcula la masa molecular o masa fórmula de un compuesto. EA.2.3 Conoce el concepto de mol como unidad de cantidad de materia y el número de Avogadro. Sabe qué es la masa molar y realiza cálculos en los que intervienen las tres magnitudes citadas. EA.2.4 Presenta, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

Conoce en parte la deficición de elemento químico y sabe nombrar algunos de los más frecuentes en el medio natural. Reconoce algunos átomos y moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química. Tiene problemas para interpretar la fórmula de un compuesto y para calcular su masa molecular.

Desconoce el concepto de mol, el número de Avogadro y la masa molar. No sabe realizar cálculos en los que intervienen esas tres magnitudes.

Conoce parcialmente el concepto de mol, el número de Avogadro y la masa molar. Le cuesta realizar cálculos en los que intervienen esas tres magnitudes.

Conoce el concepto de mol, el número de Avogadro y la masa molar. Realiza cálculos sencillos en los que intervienen esas tres magnitudes.

Conoce el concepto de mol, el número de Avogadro y la masa molar. Realiza cálculos en los que intervienen esas tres magnitudes.

No puede presentar, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

Presenta con dificultad, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

Presenta correctamente, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

Domina la presentación, mediante el uso de las TIC, de las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

Interpreta perfectamente la fórmula de un compuesto y calcula con éxito su masa molecular.

Puntuación

Actividades 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 del Anexo de formulación y nomenclatura inorgánica.

Estándares de aprendizaje evaluables EA.3.1 Utiliza el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios y ternarios siguiendo las normas IUPAC.

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

No sabe utilizar el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios y ternarios siguiendo las normas IUPAC.

Le resulta difícil utilizar el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios y ternarios siguiendo las normas IUPAC.

Utiliza bien el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios y ternarios siguiendo las normas IUPAC.

Domina el uso del lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios y ternarios siguiendo las normas IUPAC.

Puntuación

Y realiza un trabajo de investigación «Oxidación de los metales» (pág. 116).

Experiencia de laboratorio «Reconocimiento de elementos químicos» (pág. 151).

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

No puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Le cuesta participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Participa con gran éxito en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

37 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

BLOQUE I

UNIDAD 6 Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

38 Programación de aula

CE.1 Distinguir entre cambios físicos y químicos mediante la realización de experiencias sencillas que pongan de manifiesto si se forman o no nuevas sustancias. CE.2 Caracterizar las reacciones químicas como cambios de unas sustancias en otras.

CE.3 Describir a nivel molecular el proceso por el cual los reactivos se transforman en productos en términos de la teoría de colisiones. CE.4 Deducir la ley de conservación de la masa y reconocer reactivos y productos a través de experiencias sencillas en el laboratorio y/o de simulaciones por ordenador.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS) BLOQUE III 2, 3, 27, 28, 33, • Cambios (CMCBCT, CSC). físicos y químicos. • Reacciones químicas de interés.

OBJETIVOS

EA.2.1 Sabe que una reacción química es un cambio químico e identifica cuáles son los reactivos y los productos de reacciones químicas sencillas interpretando la representación esquemática de una reacción química (ecuación química ajustada). EA.2.2 Conoce los principales indicadores que acompañan a una reacción química. EA.2.3 Obtiene, a partir de una ecuación química ajustada, las distintas relaciones de estequiometría posibles, y las utiliza para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos. EA.2.4 Conoce las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. Describe las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis. EA.3.1 Representa e interpreta una reacción química a partir de la teoría atómico-molecular y la teoría de colisiones.

4, 5, 11, 12, 13, 14, Observa y aprende (pág. 129), 29, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 65 (CL, CMCBCT).

• Las

• Saber qué es una reacción

Observa y aprende (pág. 129), 32, 35 (CMCBCT).

• Las

• Conocer el mecanismo

EA.4.1 Reconoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones químicas sencillas, y comprueba experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

Observa y aprende (pág. 126), 9,10, 36, 37, 38, 39, 40, Experiencia de laboratorio «Reacciones químicas en el laboratorio» (pág. 152) (CL, CMCBCT, SIEE).

• Ley de

• Conocer la ley de conservación

EA.1.1 Distingue entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no formación de nuevas sustancias.

reacciones químicas. • La ecuación química. • Reacciones químicas de interés.

6, 30, 31 (CL, CMCBCT, CD). Observa y aprende (pág. 130), 15, 16, 17, Observa y aprende (págs. 131 y 132), 18, 19, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 65 (CL, CMCBCT). 20, 21, 22, 23, 24, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64 (CL, CMCBCT, CD, CSC).

reacciones químicas.

conservación de la masa.

• Conocer la diferencia entre los

cambios físicos y los cambios químicos e identificarlos en situaciones de la vida cotidiana.

química, conocer la denominación de las sustancias que intervienen en ella y cómo puede reconocerse a través de fenómenos asociados. • Comprender el concepto de estequiometría o proporción entre reactivos y productos en una reacción química y expresarla en moles, en masa y en volumen (cuando proceda). Manejar e interpretar las ecuaciones químicas, tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo. • Reconocer la importancia de las reacciones químicas en nuestro entorno y conocer algunas de las más destacadas (ácido-base, combustión y fotosíntesis).

microscópico general por el que trascurre una reacción química, que implica la ruptura de enlaces de los reactivos y formación de nuevos enlaces para dar los productos. de la masa en los procesos químicos y aplicarla en casos reales.

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE CE.5 Comprobar mediante experiencias sencillas de laboratorio la influencia de determinados factores en la velocidad de las reacciones químicas.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

EA.5.1 Conoce el concepto de 7, 34 (CMCBCT). velocidad de reacción y la importancia de esta magnitud tanto desde el punto de vista biológico como tecnológico. EA.5.2 Propone el desarrollo de un experimento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, justificando este efecto en términos de la teoría de colisiones.

OBJETIVOS

• Reacciones

• Conocer los factores que

• Reacciones

• Conocer la existencia de los

químicas de interés.

Y realiza un trabajo de investigación «Reacciones químicas» (pág. 136) (CMCBCT, CD, SIEE).

influyen sobre la velocidad de una reacción química y su justificación intuitiva por medio de la teoría cinético-molecular y del número de choques entre partículas.

CE.6 Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medioambiente.

EA.6.1 Conoce el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global, como es la lluvia ácida.

25, 26 (CMCBCT, CD, CEC).

EA.6.2 Propone medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

23, 61 (CMCBCT, CSC).

CE.7 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

EA.7.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Y realiza un trabajo • Reacciones de investigación químicas de «Reacciones interés. químicas» (pág. 136) (CMCBCT, CD, SIEE).

EA.7.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

Experiencia de • Las laboratorio reacciones «Reacciones químicas. químicas en el laboratorio» (pág. 152) (CMCBCT, SIEE).

químicas de interés. • La ciencia... más cerca. La lluvia ácida.

problemas medioambientales derivados de la actividad humana y relacionarlos con los procesos químicos correspondientes, tomando conciencia al respecto.

BLOQUE I • Potenciar el autoaprendizaje,

la autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

39 Unidad 6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría

EA.5.3 Conoce los factores de 7, 8, 34, 35 los que depende la velocidad (CMCBCT). de una reacción química y justifica su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinético-molecular. Interpreta situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

COMPETENCIAS

DESCRIPTORES

COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

• Manejar la terminología relacionada con las reacciones químicas. • Resumir y expresar por escrito las ideas destacadas de un texto científico dado. • Debatir sobre la interacción entre la ciencia y la sociedad.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Utilizar la ley de conservación de la masa para realizar cálculos en procesos químicos. • Realizar el ajuste de ecuaciones químicas. • Obtener las relaciones de estequiometría en una reacción química y usarlas para

calcular cantidades de reactivos o productos.

• Reconocer y distinguir los cambios físicos y químicos en el entorno. • Comprender el proceso microscópico que tiene lugar en una reacción química. • Identificar los indicadores que ponen de manifiesto una reacción química en ejemplos

reales.

• Enumerar ejemplos de reacciones rápidas y lentas en el entorno. • Reconocer la importancia de las reacciones ácido-base, de combustión y de fotosíntesis

en la naturaleza y en la vida diaria.

COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Investigar en las fuentes bibliográficas y en Internet acerca de los contenidos

de la unidad.

• Organizar y expresar la información convenientemente.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes relativos a los procesos físicos y químicos, las

COMPETENCIAS SOCIALES Y CÍVICAS (CSC)

• Comprender la importancia de algunas reacciones químicas, como la fotosíntesis, para

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Desarrollar la curiosidad acerca de los procesos químicos. • Proponer la explicación de fenómenos químicos del ámbito cotidiano.

características de las reacciones químicas, la ley de conservación de la masa, la estequiometría y algunas reacciones químicas de interés. • Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas. la vida en nuestro planeta y, por tanto, la necesidad de gestionar de forma sostenible las grandes masas boscosas y las selvas. • Tomar conciencia de los problemas medioambientales derivados de la actividad humana y relacionarlos con los procesos químicos correspondientes.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

40 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

Estamos ante una de las unidades más importantes del curso, pues en ella se aborda uno de los objetos principales de estudio de la ciencia química: las transformaciones de la materia. Por lo tanto, el obligado punto de partida es el concepto de cambio químico o reacción química, como proceso que altera la naturaleza de las sustancias que intervienen en él. Será fundamental aquí que los alumnos y alumnas comprendan la explicación microscópica de la reacción química: el reagrupamiento de los átomos. Esto permitirá posteriormente justificar la conservación de la masa y el significado de la ecuación química. DESARROLLO DE • Desde el punto de vista macroscópico, las reacciones químicas van acompañadas de una serie de LOS CONTENIDOS fenómenos característicos que deben conocerse. Estos fenómenos no deben confundirse con la propia reacción, sino que son indicadores de que está ocurriendo un cambio químico. En este sentido, conviene incidir en la presencia de dichos fenómenos en la vida cotidiana, en la que los cambios químicos se encuentran ampliamente presentes. • Otro concepto importante, que a este nivel se trata solo de forma introductoria y cualitativa, es el de velocidad de reacción. De nuevo será intuitivo recurrir a la explicación microscópica, con una breve referencia a la teoría de las colisiones, para justificar por qué la velocidad de un proceso químico depende de factores como la temperatura, la agitación o la concentración. • Uno de los conceptos fundamentales de la unidad es, sin duda, la ley de conservación de la masa, pilar básico de la Química. Entender el hecho no será difícil sobre la base de la reordenación de los átomos, los cuales no se crean ni se destruyen en la reacción. Además, es importante mostrar cómo se aplica para obtener cantidades de reactivos y/o productos en reacciones químicas reales, iniciando de este modo el camino hacia los aspectos cuantitativos de las transformaciones químicas.

DESARROLLO DE • Estos aspectos cuantitativos centran la última parte de la unidad. Todo gira en torno a la ecuación LOS CONTENIDOS química, representación exacta del proceso que tiene lugar. En ella, los alumnos y alumnas deben identificar los reactivos y los productos, el sentido del proceso y la proporción entre las sustancias que intervienen o estequiometría. Se trata de un concepto esencial en Química y, a la vez, complicado; partiendo del ajuste, que debe abordarse de forma comprensible y no como mero ejercicio numérico, la deducción razonada de las relaciones de estequiometría es el paso previo para los cálculos de cantidades, basados en la proporcionalidad existente. • Para finalizar, será conveniente ilustrar el amplio protagonismo de las reacciones químicas en la vida real con varias reacciones de interés, consideradas de forma genérica. Entre ellas, son destacables las reacciones ácido-base y las de combustión. Las primeras requerirán una breve caracterización previa de las propiedades de ácidos y bases, que, a este nivel, será únicamente fenomenológica. La mención a la fotosíntesis pretende poner de manifiesto que las reacciones químicas se encuentran en la base de la vida de nuestro planeta. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia sobre reacciones químicas en el ámbito cotidiano, para reforzar las competencias básicas en ciencia y tecnología y aprender a aprender. TRABAJO • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre reacciones GRUPAL químicas en el laboratorio, trabajando de este modo la competencia matemática y las competencias básicas en ciencia y tecnología. ATENCIÓN Se puede llevar a cabo, mediante de las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel A LA DIVERSIDAD como digital. TAREAS DEL Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de la sección TRIMESTRE «Practica con TIC». Finalizar el trimestre evaluando el trabajo propuesto en la sección «Practica AULA COLABORATIVA».

EVALUACIÓN Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Distingue correctamente entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no formación de nuevas sustancias. Sabe que una reacción química es un cambio químico

Distingue entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no formación de nuevas sustancias y sabe explicarlo. Puede explicar qué es una reacción química e identificar

BLOQUE III 2, 3, 27, 28, 33.

EA.1.1 Distingue entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no formación de nuevas sustancias.

No distingue entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana.

Le cuesta distinguir entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana.

4, 5, 11, 12, 13, 14, Observa y aprende (pág. 129), 29, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 65.

EA.2.1 Sabe que una reacción química es un cambio químico e

No sabe que una reacción química es un cambio químico y no

Le resulta difícil ver que una reacción química es un

Puntuación

41 Unidad 6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

42 Programación de aula

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

6, 30, 31.

EA.2.2 Conoce los principales indicadores que acompañan a una reacción química.

Desconoce los indicadores que acompañan a una reacción química.

Conoce parcialmente los indicadores que acompañan a una reacción química.

Conoce los indicadores básicos que acompañan a una reacción química.

Conoce con detalle los indicadores que acompañan a una reacción química.

Observa y aprende (pág. 130), 15, 16, Observa y aprende (págs. 131 y 132), 18, 19, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 65.

EA.2.3 Obtiene, a partir de una ecuación química ajustada, las distintas relaciones de estequiometría posibles, y las utiliza para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos.

No consigue obtener, a partir de una ecuación química ajustada, las distintas relaciones de estequiometría posibles, y no sabe utilizarlas para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos.

Encuentra dificultades para obtener, a partir de una ecuación química ajustada, las distintas relaciones de estequiometría posibles, y para utilizarlas para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos.

Es capaz de obtener correctamente, a partir de una ecuación química ajustada, las distintas relaciones de estequiometría posibles, y las utiliza para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos.

Domina la obtención, a partir de una ecuación química ajustada, de las distintas relaciones de estequiometría posibles, y sabe utilizarlas con éxito para realizar cálculos de cantidades de reactivos o productos.

20, 21, 22, 23, 24, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64.

EA.2.4 Conoce las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. Describe las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis.

Desconoce las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. No sabe describir las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis.

Conoce parcialmente las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. Tiene dificultades para describir las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis.

Conoce las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. Describe claramente las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis.

Sabe explicar las propiedades químicas identificativas de ácidos y bases, así como la reacción de neutralización. Describe en detalle las reacciones químicas de combustión y el proceso químico global de la fotosíntesis.

Observa y aprende (pág. 129), 32, 35.

EA.3.1 Representa e interpreta una reacción química a partir de la teoría atómicomolecular y la teoría de colisiones.

No es capaz de representar e interpretar una reacción química a partir de la teoría atómicomolecular y la teoría de colisiones.

Encuentra complicado representar e interpretar una reacción química a partir de la teoría atómicomolecular y la teoría de colisiones.

Consigue representar e interpretar correctamente una reacción química a partir de la teoría atómicomolecular y la teoría de colisiones.

Domina la representación e interpretación de reacciones químicas a partir de la teoría atómicomolecular y la teoría de colisiones.

Observa y aprende (pág. 126), 9,10, 36, 37, 38, 39, 40, Experiencia

EA.4.1 Reconoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representa-

No consigue reconocer cuáles son los reactivos y los productos a partir de la

Le resulta difícil reconocer los reactivos y los productos a partir de la

Reconoce adecuadamente cuáles son los reactivos y los productos a

Reconoce y explica cuáles son los reactivos y los productos a partir de la

Puntuación

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

de laboratorio «Reacciones químicas en el laboratorio».

ción de reacciones químicas sencillas, y comprueba experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

representación de reacciones químicas sencillas, ni comprobar experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

representación de reacciones químicas sencillas, y comprobar experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

partir de la representación de reacciones químicas sencillas, y comprobar experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

representación de reacciones químicas sencillas, y comprobar experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

7, 34.

EA.5.1 Conoce el concepto de velocidad de reacción y la importancia de esta magnitud tanto desde el punto de vista biológico como tecnológico.

Desconoce el concepto de velocidad de reacción y la importancia de esta magnitud tanto desde el punto de vista biológico como tecnológico.

Conoce parcialmente el concepto de velocidad de reacción y la importancia de esta magnitud tanto desde el punto de vista biológico como tecnológico.

Propone adecuadamente el desarrollo de un experimento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, y justifica este efecto en términos de la teoría de colisiones.

Domina el desarrollo de experimentos sencillos que permiten comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, justificando este efecto en términos de la teoría de colisiones.

Y realiza un trabajo de investigación «Reacciones químicas» (pág. 136).

EA.5.2 Propone el desarrollo de un experimento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, justificando este efecto en términos de la teoría de colisiones.

No es capaz de proponer el desarrollo de un experimiento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química.

Le resulta complicado proponer el desarrollo de un experimiento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, y justificar este efecto en términos de la teoría de colisiones.

Conoce los factores de los que depende la velocidad de una reacción química y justifica su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinéticomolecular. Es capaz de interpretar situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

Conoce bien los factores de los que depende la velocidad de una reacción química y justifica detalladamente su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinético-molecular. Interpreta con éxito situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

Puntuación

43 Unidad 6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría

Actividades

44 Programación de aula

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

7, 8, 34, 35.

EA.5.3 Conoce los factores de los que depende la velocidad de una reacción química y justifica su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinéticomolecular. Interpreta situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

Ignora los factores de los que depende la velocidad de una reacción química y no sabe justificar su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinéticomolecular. No consigue interpretar situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

Conoce alguno de los factores de los que depende la velocidad de una reacción química y le cuesta justificar su influencia mediante la teoría de las colisiones y la teoría cinéticomolecular. Tiene dificultades para interpretar situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

Conoce el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global.

Analiza el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global.

25, 26.

EA.6.1 Conoce el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global, como es la lluvia ácida.

Desconoce el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global.

Conoce en parte el origen y las consecuencias de un problema medioambiental de ámbito global.

Es capaz de proponer brevemente algunas medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

Reflexiona a fondo sobre medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, que puedan mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

23, 61.

EA.6.2 Propone medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

No es capaz de proponer medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

Propone alguna medida o actitud, a nivel individual o colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

Puntuación

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Puntuación

Y realiza un trabajo de investigación «Reacciones químicas» (pág. 136).

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Experiencia de laboratorio «Reacciones químicas en el laboratorio» (pág. 152).

EA.7.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

No puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Le cuesta participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Participa con gran éxito en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

45 Unidad 6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría

BLOQUE I

UNIDAD 7 Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE CE.1 Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento y de las deformaciones.

46 Programación de aula

CE.2 Establecer la velocidad de un cuerpo como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo invertido en recorrerlo.

EA.1.1 Define las fuerzas como causas de cambios físicos y en situaciones de la vida cotidiana, identifica las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo. EA.1.2 Identifica las cuatro características de una fuerza y las representa mediante una flecha (vector). EA.1.3 Describe la utilidad del dinamómetro para medir la fuerza elástica y registra los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el resultado experimental en unidades en el Sistema Internacional. EA.1.4 Clasifica las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia, citando ejemplos de cada tipo e identificándolas en el entorno. EA.1.5 Conoce el concepto de resultante de varias fuerzas y la calcula en casos sencillos y aplicando procedimientos geométricos. Analiza las situaciones en las que hay equilibrio de fuerzas. EA.1.6 Sabe lo que es la descomposición de fuerzas y la realiza en el caso de dos direcciones perpendiculares. EA.2.1 Define qué se entiende por movimiento y conoce las magnitudes asociadas al estudio de los movimientos: tiempo, posición, desplazamiento y velocidad. EA.2.2 Define y calcula la velocidad media partiendo de los datos adecuados y determina, experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas, la velocidad media de un cuerpo, interpretando el resultado. EA.2.3 Realiza cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) BLOQUE IV 1, 2, 23, 29, 65 (CL, • Las fuerzas • Conocer el concepto de fuerza CMCBCT). y sus efectos. y relacionar esta magnitud con • Composición sus efectos, identificando la y descomposipresencia de fuerzas en distintas ción de situaciones de la vida cotidiana. fuerzas. • Clasificar las fuerzas en fuerzas Equilibrio. de contacto y a distancia, reconociendo ejemplos de uno y otro tipo en la naturaleza. • Conocer el procedimiento utilizado para medir fuerzas, 4, 24 (CMCBCT). el instrumento necesario y su fundamento, así como las unidades usadas y sus equivalencias. 3, 25, 27 (CMCBCT). • Representar fuerzas mediante vectores, reconociendo sus cuatro características (punto de aplicación, dirección, sentido y módulo). Utilizar la representación vectorial para realizar la composición y descomposición de fuerzas, especialmente en 5, 26, 28, 29 casos de equilibrio de fuerzas. (CMCBCT).

6, 7, 9, 30, 31, 32, 33, 35, 65, Observa y aprende (pág. 164) (CL, CMCBCT).

8, 34, 36 (CMCBCT).

Observa y aprende (pág. 166) 10, 11, 37, 39, 40 (CMCBCT). Observa y aprende (pág. 167), 12, 38, 42, 65 (CMCBCT).

41, 43, 44, 65 (CMCBCT).

• El movimiento. • Saber definir el movimiento

Desplazamiento y velocidad. • Movimiento rectilíneo uniforme.

y conocer las magnitudes necesarias para la descripción de movimientos (tiempo, posición, desplazamiento, espacio recorrido, velocidad y aceleración). • Conocer el concepto de velocidad media y calcularla a partir de los datos adecuados, distinguiéndola de la velocidad instantánea.

CE.3 Diferenciar entre velocidad media e instantánea a partir de gráficas espacio/tiempo y velocidad/tiempo, y deducir el valor de la aceleración utilizando estas últimas.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

EA.3.1 Conoce las 45, 46, 53, 65 características que definen (CMCBCT). los movimientos uniformes y uniformemente variados y es capaz de identificarlos en situaciones cotidianas.

• Las

EA.3.2 Maneja e interpreta las ecuaciones de posición de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv. Relaciona dichas ecuaciones con las gráficas x-t y v-t correspondientes.

• Movimiento

Observa y aprende (págs. 168-169), 13, 14, 15, Observa y aprende (pág. 171-172), 16, 17, 18, 19, 47, 48, 49, 50, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 (CMCBCT).

EA.3.3 Deduce la velocidad Observa y aprende media e instantánea a partir (pág. 169), 14, 51, de las representaciones 52 (CMCBCT). gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo. EA.3.4 Calcula la 18, 19, 54, 55, 56, aceleración para un mruv 57, 58, 60, 61 a partir de los datos (CMCBCT). adecuados y justifica si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo. CE.4 Comprender el papel que desempeña el rozamiento en la vida cotidiana.

reacciones químicas.

OBJETIVOS • Conocer el mecanismo

microscópico general por el que trascurre una reacción química, que implica la ruptura de enlaces de los reactivos y formación de nuevos enlaces para dar los productos.

• Conocer las características de rectilíneo los movimientos rectilíneos uniforme. uniformes (mru) y uniformemente • Movimiento variados (mruv), y saber rectilíneo identificarlos en ejemplos uniformemencotidianos. te variado. • Conocer el concepto de aceleración media y saber obtenerla a partir de los datos adecuados, distinguiéndolo del de aceleración instantánea. • Manejar e interpretar las ecuaciones de posición y velocidad de un mru y de un mruv, identificando en ellas cada magnitud y utilizándolas correctamente para realizar cálculos diversos. • Obtener e interpretar las gráficas x-t y v-t de un mru y de un mruv, calculando a partir de ellas valores de velocidad, aceleración y posición y velocidad iniciales.

EA.4.1 Analiza los efectos 20, 21, 22 (CMCBCT, • La ciencia... de las fuerzas de rozamiento CSC). más cerca... y su influencia en el La fuerza de movimiento de los seres rozamiento. vivos y los vehículos.

• Saber qué es la fuerza de

rozamiento, cuál es su efecto y también su importancia en multitud de situaciones de la vida cotidiana.

BLOQUE I CE.5 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

EA.5.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Y realiza un trabajo • La fuerza de de Investigación rozamiento. «Fuerza de rozamiento» (pág. 174) (CMCBCT, SIEE).

• Potenciar el autoaprendizaje, la

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

47 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

COMPETENCIAS COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL) COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

COMPETENCIA DIGITAL (CD) APRENDER A APRENDER (AA)

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

DESCRIPTORES • Utilizar con propiedad y corrección la terminología relacionada con las fuerzas

y el movimiento.

• Completar o elaborar en su caso un breve texto de carácter científico sobre

los contenidos de la unidad. • Reconocer las fuerzas y sus efectos en el entorno. • Representar las fuerzas mediante vectores. • Identificar los distintos tipos de movimientos en situaciones cotidianas. • Realizar cálculos de posición, tiempo, velocidad y aceleración a partir de los datos adecuados en movimientos uniformes y uniformemente variados. • Construir e interpretar gráficas de posición y velocidad frente al tiempo en movimientos uniformes y uniformemente variados. • Aplicar el método científico para la resolución de situaciones diversas relacionadas con las fuerzas y el movimiento. • Utilizar la red Internet para buscar información relativa a las fuerzas y los movimientos en diferentes situaciones planteadas. • Realizar esquemas y resúmenes sobre los contenidos propios de la unidad. • Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas. • Resolver situaciones problemáticas relativas a las fuerzas y los movimientos. • Proponer hipótesis para explicar fenómenos observados en relación con los contenidos de la unidad.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

48 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

En esta unidad se abordan conceptos fundamentales de la Física clásica, como son el de fuerza y uno de sus efectos más destacados: el movimiento. El enfoque es introductorio en ambos casos, ya que el alumnado carece del bagaje matemático necesario para trabajarlos con más profundidad, lo que hará en los cursos siguientes. DESARROLLO DE • Comenzando con las fuerzas, se trata de, partiendo de la definición, estudiar algunos conceptos LOS CONTENIDOS de Estática muy elementales. Además de incidir en la medida de las fuerzas —basada en otro de sus efectos, la deformación— y recordar la clasificación de las mismas, con ejemplos del entorno cotidiano, destaca por su importancia la introducción por primera vez del carácter vectorial de la fuerza. Esto dará pie para abordar la composición y descomposición de fuerzas gráficamente, muy útiles sobre todo para analizar casos sencillos de equilibrio. • La segunda parte de la unidad está dedicada al movimiento, el cual se estudia desde el punto de vista de la Cinemática, es decir, prescindiendo por ahora de su relación con la o las fuerzas que lo producen. El punto de partida es, lógicamente, la propia definición de movimiento y el concepto importantísimo de punto de referencia, además de la definición de magnitudes como el instante y el intervalo de tiempo, la posición y el desplazamiento. Dado que los alumnos y alumnas no utilizan el cálculo vectorial, no se introduce en este curso aún el carácter vectorial de la posición, y se prescindirá del signo de esta magnitud, trabajando siempre con casos sencillos de móviles que se alejan del punto de referencia. • Otras magnitudes como la velocidad y la aceleración medias ocupan también un protagonismo destacado. Deben distinguirse de la velocidad y la aceleración instantáneas, si bien el alumnado de este nivel no puede acceder al cálculo de estas últimas. Teniendo como eje estas magnitudes, se definen el movimiento rectilíneo uniforme y el movimiento rectilíneo uniformemente variado; en este último debe insistirse sobre el significado del signo de la aceleración. • Es asimismo muy importante en esta unidad establecer el manejo correcto y la interpretación tanto de las ecuaciones de posición y velocidad como de las gráficas posición-tiempo y velocidadtiempo, y la estrecha relación entre unas y otras. Para ello, deben desarrollarse las destrezas de cálculo de las distintas magnitudes, seleccionando la ecuación adecuada para ello, y de elaboración de las gráficas, obteniendo previamente las tablas de valores necesarias. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia sobre la fuerza de rozamiento, para afianzar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. ATENCIÓN Se puede lleva a cabo, mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como A LA DIVERSIDAD digital.

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Puntuación

1, 2, 23, 29, 65.

No es capaz de definir las fuerzas como causas de cambios físicos y en situaciones de la vida cotidiana, ni de identificar las fuerzas que intervienen y relacionarlas con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

Le resulta complicado definir las fuerzas como causas de cambios físicos y en situaciones de la vida cotidiana, además de identificar las fuerzas que intervienen y relacionarlas con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

Define brevemente las fuerzas como causas de cambios físicos y en situaciones de la vida cotidiana, identifica las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

Explica las fuerzas como causas de cambios físicos y en situaciones de la vida cotidiana, analiza las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

4, 24.

EA.1.2 Identifica las cuatro características de una fuerza y las representa mediante una flecha (vector).

No consigue identificar las cuatro características de una fuerza ni representarlas mediante una flecha (vector).

Tiene dificultades para identificar las cuatro características de una fuerza y para representarlas mediante una flecha (vector).

Identifica correctamente las cuatro características de una fuerza y las representa adecuadamente mediante una flecha (vector).

Identifica las cuatro características de una fuerza y las representa perfectamente mediante una flecha (vector).

3, 25, 27.

EA.1.3 Describe la utilidad del dinamómetro para medir la fuerza elástica y registra los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el

Le resulta imposible describir la utilidad del dinamómetro y registrar los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el

Describe parcialmente la utilidad del dinamómetro y le cuesta registrar los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el resultado

Describe con claridad la utilidad del dinamómetro para medir la fuerza elástica y registra los resultados en tablas y representaciones gráficas

Analiza la utilidad del dinamómetro y es capaz de registrar a la perfección los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el resultado

49 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

BLOQUE IV

50 Programación de aula

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

resultado experimental en unidades en el Sistema Internacional.

experimental en unidades del Sistema Internacional.

expresando el resultado experimental en unidades en el Sistema Internacional.

experimental en unidades en el Sistema Internacional.

5, 26, 28, 29.

EA.1.4 Clasifica las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia, citando ejemplos de cada tipo e identificándolas en el entorno.

No consigue clasificar las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia ni dar ejemplos de cada tipo ni identificarlas en el entorno.

Encuentra dificultades para clasificar las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia y para dar ejemplos o identificarlas en el entorno.

Clasifica claramente las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia y e capaz de dar algún ejemplo de cada tipo e identificarlas en el entorno.

Sabe clasificar las fuerzas en fuerzas de contacto y a distancia y consigue citar ejemplos de cada tipo e identificarlas con el entorno.

6, 7, 9, 30, 31, 32, 33, 35, 65, Observa y aprende (pág. 164).

EA.1.5 Conoce el concepto de resultante de varias fuerzas y lo calcula en casos sencillos y aplicando procedimientos geométricos. Analiza las situaciones en las que hay equilibrio de fuerzas.

Ignora el concepto de resultante de varias fuerzas y no sabe calcularlo en casos sencillos aplicando procedimientos geométricos. Tampoco sabe analizar las situacione en las que hay equilibrio de fuerzas.

Conoce parcialmente el concepto de resultante de varias fuerzas pero le resulta difícil calcularlo en casos sencillos y aplicando procedimientos geométricos. Tiene dificultades para analizar las situaciones en las que hay equilibrio de fuerzas.

Conoce el concepto de resultante de varias fuerzas y lo calcula en casos sencillos y aplicando procedimientos geométricos. Analiza las situaciones en las que hay equilibrio de fuerzas.

Explica el concepto de resultante de varias fuerzas y lo calcula con éxito y aplicando procedimientos geométricos. Analiza a fondo las situaciones en las que hay equilibrio de fuerzas.

8, 34, 36.

EA.1.6 Sabe lo que es la descomposición de fuerzas y la realiza en el caso de dos direcciones perpendiculares.

No sabe lo que es la descomposición de fuerzas y no sabe realizarla en el caso de dos direcciones perpendiculares.

Le resulta complicado definir la descomposición de fuerzas y realizarla en el caso de dos direcciones perpendiculares.

Sabe lo que es la descomposición de fuerzas y la realiza correctamente en el caso de dos direcciones perpendiculares.

Sabe explicar lo que es la descomposición de fuerzas y la realiza perfectamente en el caso de dos direcciones perpendiculares.

Observa y aprende (pág. 166) 10, 11, 37, 39, 40.

EA.2.1 Define qué se entiende por movimiento y conoce las magnitudes asociadas al estudio de los movimientos: tiempo, posición, desplazamiento y velocidad.

No consigue definir qué se entiende por movimiento ni conoce las magnitudes asociadas al estudio de los movimientos.

Define parcialmente qué se entiende por movimiento y cuáles son las magnitudes asociadas a su estudio.

Es capaz de definir brevemente qué se entiende por movimiento y cuáles son las magnitudes asociadas a su estudio.

Puede definir en detalle qué se entiende por movimiento y cuáles son las magnitudes asociadas a su estudio.

Puntuación

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Observa y aprende (pág. 167), 12, 38, 42, 65.

EA.2.2 Define y calcula la velocidad media partiendo de los datos adecuados y determina, experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas, la velocidad media de un cuerpo, interpretando el resultado.

No es capaz de definir ni calcular la velocidad media partiendo de los datos adecuados, ni de determinar experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas la velocidad media de un cuerpo.

Tiene dificultades para definir y calcular la velocidad media partiendo de los datos adecuados, y para determinar experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas la velocidad media de un cuerpo, interpretando parcialmente el resultado.

Consigue definir y calcular la velocidad media partiendo de los datos adecuados y determinar, experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas, la velocidad media de un cuerpo, interpretando adecuadamente el resultado.

Define detalladamente y calcula la velocidad media partiendo de los datos adecuados y determina con éxito, experimentalmente o a través de aplicaciones informáticas, la velocidad media de un cuerpo, interpretando el resultado.

41, 43, 44, 65.

EA.2.3 Realiza cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

Le resulta imposible realizar cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

Encuentra dificultades para realizar cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

Realiza correctamente cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

Realiza con gran éxito cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

45, 46, 53, 65.

EA.3.1 Conoce las características que definen los movimientos uniformes y uniformemente variados y es capaz de identificarlos en situaciones cotidianas.

Desconoce las características que definen los movimientos uniformes y uniformemente variados y es incapaz de identificarlos en situaciones cotidianas.

Conoce parcialmente las características que definen los movimientos uniformes y uniformemente variados y algunas veces puede identificarlos en situaciones cotidianas.

Conoce las características que definen los movimientos uniformes y uniformemente variados y es capaz de identificarlos en situaciones cotidianas.

Conoce perfectamente las características que definen los movimientos uniformes y uniformemente variados y es capaz de identificarlos con éxito en situaciones cotidianas.

Observa y aprende (págs. 168-169), 13, 14, 15, Observa y aprende (171-172), 16, 17, 18, 19, 47, 48, 49, 50, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65.

EA.3.2 Maneja e interpreta las ecuaciones de posición de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv. Relaciona dichas ecuaciones con las gráficas x-t y v-t correspondientes.

No consigue manejar e interpretar las ecuaciones de posición de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv. Tampoco puede relacionar dichas ecuaciones con gráficas x-t y v-t correspondientes.

Le resulta difícil manejar e interpretar las ecuaciones de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv y relacionar dichas ecuaciones con las gráficas x-t y v-t correspondientes.

Es capaz de manejar e interpretar correctamente las ecuaciones de posición de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv. Además, relaciona dichas ecuaciones con las gráficas x-t y v-t correspondientes.

Es capaz de manejar e interpretar minuciosamente las ecuaciones de posición de un mru o un mruv y de velocidad en un mruv. También relaciona dichas ecuaciones con las gráficas x-t y v-t correspondientes.

Puntuación

51 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Observa y aprende (pág. 169), 14, 51, 52. (CMCBCT)

EA.3.3 Deduce la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

No es capaz de deducir la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Deduce con errores la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Deduce adecuadamente la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Deduce con éxito la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

18, 19, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61.

EA.3.4 Calcula la aceleración para un mruv a partir de los datos adecuados y justifica si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Es incapaz de calcular la aceleración para un mruv a partir de los datos adecuados y de justificar si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Calcula con dificultades la aceleración para un mruv a partir de los datos adecuados y justifica parcialmente si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Calcula correctamente la aceleración para un mruv a partir de los datos adecuados y justifica brevemente si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

Domina el cálculo de la aceleración para un mruv a partir de los datos adecuados y justifica detalladamente si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

20, 21, 22.

EA.4.1 Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

No sabe analizar los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

Tiene dificultades para analizar los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

Analiza bien los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

Analiza en profundidad los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

BLOQUE I

52 Programación de aula

Y realiza un trabajo de Investigación «Fuerza de rozamiento».

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Puntuación

UNIDAD 8 Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica CONCRECIÓN CURRICULAR ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) BLOQUE IV CE.1 Conocer los EA.1.1 Conoce el concepto 4, 32, 34, 67 • Electrización. • Conocer el fenómeno de la tipos de cargas de carga eléctrica como (CMCBCT). • La carga electrización, los procedimientos eléctricas, su magnitud física, la unidad eléctrica. para conseguirla y su explicación papel en la en que se mide y los dos • Fuerzas microscópica como exceso o constitución de la tipos de carga que existen. eléctricas. defecto de electrones. Saber qué materia y las Ley de es la carga eléctrica y en qué EA.1.2 Relaciona el 2, 3, 28, 29 características de fenómeno de la electrización (CMCBCT). Coulomb. unidad se mide en el Sistema las fuerzas que se con la carga eléctrica y Internacional, así como reconocer manifiestan entre conoce las diferentes formas los dos tipos de carga que existen. ellas. • Relacionar la fuerza eléctrica de conseguir la electrización entre dos cargas puntuales con el de un cuerpo. valor de las cargas, sus signos y la EA.1.3 Explica la relación 5, 33 (CMCBCT). distancia que las separa y calcular existente entre las cargas su valor mediante la ley de eléctricas y la constitución Coulomb. de la materia y asocia la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones. EA.1.4 Conoce la existencia 6, 7, 11, Observa y de las fuerzas eléctricas de aprende (pág. 183), atracción y repulsión entre 8, 9, 10, 35, 36, 37, cargas y relaciona 38, 39, 40, 41, 42, cualitativamente y 67 (CL, CMCBCT). cuantitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa, y establece analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica. CE.2 Interpretar EA.2.1 Conoce el concepto 12, Observa y • Fuerzas • Conocer el fenómeno de la fenómenos de campo eléctrico creado aprende (pág. 185), eléctricas. electrización, los procedimientos eléctricos mediante por una carga, así como el 13, 43, 44, 45, 46, Ley de para conseguirla y su explicación el modelo de carga de líneas de fuerza del 47, 48, 67 (CL, Coulomb. microscópica como exceso o eléctrica y valorar campo. Calcula la intensidad CMCBCT). defecto de electrones. Saber qué la importancia de del campo eléctrico creado es la carga eléctrica y en qué la electricidad en la por una sola carga. unidad se mide en el Sistema vida cotidiana. Internacional, así como reconocer EA.2.2 Justifica 30, 31, Y realiza un los dos tipos de carga que existen. razonadamente situaciones trabajo de • Conocer el concepto de campo cotidianas en las que se investigación eléctrico y su representación pongan de manifiesto «Electrización» mediante líneas de fuerza en el fenómenos relacionados con (pág. 192) (CMCBCT, caso de campos creados por una o la electricidad estática. CD). dos cargas puntuales y calcular el valor de su intensidad en un punto determinado (en campos creados por una sola carga). CE.3 Justificar EA.3.1 Reconoce fenómenos 17, 18, 54, 55, 56, • Imanes. • Reconocer el fenómeno del cualitativamente magnéticos identificando el 57, 58 (CMCBCT). • La ciencia... magnetismo y la existencia en un fenómenos imán como fuente natural más cerca... imán de dos polos inseparables. magnéticos y del magnetismo y describe El campo • Conocer el concepto de campo valorar la su acción sobre distintos magnético magnético y su representación contribución del tipos de sustancias terrestre. mediante líneas de fuerza (un solo magnetismo en el magnéticas. imán). desarrollo tecnológico.

53 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

54 Programación de aula

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS)

CE.3 Justificar cualitativamente fenómenos magnéticos y valorar la contribución del magnetismo en el desarrollo tecnológico.

17, 19, 56, 58 (CMCBCT).

EA.3.2 Conoce los polos magnéticos y describe las fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. Sabe la inexistencia de un polo magnético aislado. EA.3.3 Conoce el concepto de campo magnético y dibuja sus líneas de fuerza. EA.3.4 Conoce la existencia del campo magnético terrestre y la situación de los polos magnéticos en relación con los geográficos y construye y describe el procedimiento seguido pare ello, una brújula elemental para localizar el norte utilizando el campo magnético terrestre.

• Imanes. • La ciencia...

más cerca... El campo magnético terrestre.

• Reconocer el fenómeno del

magnetismo y la existencia en un imán de dos polos inseparables. • Conocer el concepto de campo magnético y su representación mediante líneas de fuerza (un solo imán).

20, 21, 54, 59 (CMCBCT). 26, 27 (CMCBCT).

BLOQUE V 15, 16, 52, 53 (CL, CMCBCT).

CE.4 Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial ellas.

EA.4.1 Explica la corriente • Movimiento eléctrica como cargas en de cargas. movimiento a través de un conductor y conoce la condición necesaria para que exista. EA.4.2 Distingue entre 1, 14, 16, 49, 50, 51, conductores y aislantes 53 (CMCBCT). reconociendo los principales materiales usados como tales.

CE.5 Comparar los distintos tipos de imanes, analizar su comportamiento y deducir mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto, así como su relación con la corriente eléctrica.

EA. 5.1 Conoce el experimento de Oersted y su importancia como punto de partida del Electromagnetismo. Comprueba y establece la relación entre el paso de la corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un imán. EA. 5.2 Conoce el fenómeno de la inducción electromagnética descrito por Faraday y lo aplica para describir el funcionamiento general de un generador de corriente, y, en particular, el de una dinamo y el de un motor. EA. 5.3 Diferencia entre corriente alterna y continua, identificando aparatos y dispositivos que usan una u otra en el entorno cotidiano.

BLOQUE IV 22, 60, 61, 62, 64 (CMCBCT).

23, 24, 62, 63, 64, 65 (CL, CMCBCT).

25, 62, 64, 66 (CL, CMCBCT, CD, CSC).

• Electromag-

netismo.

• Saber qué es la corriente eléctrica

y caracterizar los sistemas materiales como conductores o aislantes.

• Saber que la electricidad y el

magnetismo son fenómenos directamente relacionados, de manera que una corriente eléctrica produce un campo magnético y un campo magnético variable induce una corriente eléctrica. • Conocer la forma de generar corriente eléctrica mediante alternadores y pilas. Distinguir los dos tipos de corriente que se obtienen (alterna y continua).

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS OBJETIVOS (COMPETENCIAS) BLOQUE I

CE.6 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

EA.6.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Y realiza un trabajo de investigación «Electrización» (pág. 192) (CL, CMCBCT, CD, SIEE).

• Electromag-

netismo.

• Potenciar el autoaprendizaje, la

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

EA.6.2 Participa, valora, Experiencia de gestiona y respeta el trabajo laboratorio «Estudio individual y en equipo. de la interacción electrostática» (pág. 216) (CMCBCT, SIEE).

COMPETENCIAS COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

DESCRIPTORES • Utilizar con fluidez los términos básicos propios de la electrostática, el magnetismo

y el electromagnetismo.

• Comprender y resumir textos científicos. • Explicar y/o debatir sobre cuestiones científicas relacionadas con los contenidos

de la unidad.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Relacionar la carga con la diferencia neta entre electrones y protones de un cuerpo. • Manejar la fórmula de la ley de Coulomb y aplicarla en cálculos diversos. • Calcular la intensidad del campo eléctrico. • Relacionar el fenómeno de la electrización con el concepto de carga eléctrica. • Comprender la naturaleza y la importancia de las fuerzas eléctricas, a través del

concepto de campo eléctrico.

hay, los aparatos habituales que usan cada uno de esos tipos de corriente y distinguir entre conductores y aislantes de la corriente eléctrica. • Saber qué es un imán y qué se entiende por magnetismo y conocer sus aplicaciones más destacadas en el ámbito cotidiano. • Conocer la existencia del magnetismo terrestre, su explicación y algunas de sus aplicaciones. COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Utilizar la red Internet para buscar información relativa a los contenidos de la unidad.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes sobre la electrización y la carga eléctrica, las fuerzas

COMPETENCIAS SOCIALES Y CÍVICAS (CSC)

• Tomar conciencia acerca de la importancia de colaborar con la preservación de

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Desarrollar la curiosidad por los fenómenos relacionados con la electricidad y el

eléctricas y el campo eléctrico, los imanes y el campo magnético, la corriente eléctrica, los conductores y los aislantes, el electromagnetismo y su aplicación en la generación de corrientes, la corriente continua y alterna y el magnetismo terrestre. • Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas. medioambiente desechando las baterías usadas de la forma adecuada.

magnetismo, utilizando los conocimientos adquiridos para proponer explicaciones para dichos fenómenos.

55 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

• Conocer qué es y cómo se genera una corriente eléctrica, los dos tipos de corriente que

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS MOTIVACIÓN INICIAL

En el estudio de la Electrostática, el punto de partida es necesariamente el hecho experimental: la electrización o adquisición de carga eléctrica neta por parte de un cuerpo. Esta carga es de dos signos diferentes (positivo o negativo) según se origine por un defecto o un exceso de electrones, con respecto al cuerpo neutro. DESARROLLO DE • La presencia de cargas eléctricas se pone de manifiesto mediante la aparición de fuerzas de LOS CONTENIDOS atracción o repulsión entre cargas de distinto o igual signo. Debe incidirse en que se trata de fuerzas a distancia, lo que nos conduce al concepto de campo eléctrico. Estas fuerzas pueden cuantificarse mediante la ley de Coulomb; aparte de ejercitar la destreza en los cálculos, es esencial destacar la dependencia de la fuerza con el valor de las cargas, la distancia que las separa y el medio en que se encuentran, además de relacionar los signos con el tipo de fuerza (de atracción o repulsión). En cuanto al campo eléctrico, es importante abordar el aspecto cuantitativo, a través de la intensidad de campo, y el cualitativo, dado por el dibujo de las líneas de fuerza, que ayudará a los alumnos y alumnas a visualizar un concepto con alto grado de abstracción como es el de campo. • Una vez terminado el estudio de las cargas en reposo, el siguiente punto es el movimiento de cargas, que conocemos como corriente eléctrica, y la distinción entre materiales o cuerpos conductores y aislantes. Se trata de un aspecto más cercano a la realidad del alumnado, si bien complejo en sus fundamentos microscópicos, que debe ilustrarse en la medida de lo posible con ejemplos cotidianos. • Continúa el estudio del magnetismo. La referencia a los imanes hará esta parte más comprensible; el concepto de campo magnético se enfocará desde el punto de vista exclusivamente cualitativo, mediante las líneas de fuerza, destacando sus diferencias con respecto al campo eléctrico. • La parte final de la unidad está dedicada al Electromagnetismo. La complejidad inherente a los fenómenos electromagnéticos hace que el planteamiento sea el más simple posible, incidiendo sobre dos hechos experimentales: una corriente eléctrica produce un campo magnético y un campo magnético variable induce una corriente eléctrica. Es obligado mencionar y fundamentar dispositivos como el solenoide, el electroimán, el alternador, la dinamo y el motor. También debe describirse la diferencia entre la corriente alterna, producida en centrales eléctricas, y la corriente continua, generada por pilas y baterías. TRABAJO • Actividades de la unidad. INDIVIDUAL • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia sobre la electrización, para trabajar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. TRABAJO • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre la interacción GRUPAL electrostática, trabajando de este modo las competencias básicas en ciencia y tecnología. ATENCIÓN Se puede lleva a cabo, mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como A LA DIVERSIDAD digital. TAREAS DEL Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de la sección, TRIMESTRE «Practica con TEXTOS». Evaluar el trabajo propuesto en la sección «Practica AULA COLABORATIVA».

EVALUACIÓN

56 Programación de aula

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Puntuación

4, 32, 34, 67.

EA.1.1 Conoce el concepto de carga eléctrica como magnitud física, la unidad en que se mide y los dos tipos de carga que existen.

Ignora el concepto de carga eléctrica como magnitud física, la unidad en que se mide y los dos tipos de carga que existen.

Conoce parcialmente el concepto de carga eléctrica como magnitud física, la unidad en que se mide y los dos tipos de carga que existen.

Conoce el concepto de carga eléctrica como magnitud física, la unidad en que se mide y los dos tipos de carga que existen.

Conoce en detalle el concepto de carga eléctrica como magnitud física, la unidad en que se mide y los dos tipos de carga que existen.

2, 3, 28, 29.

EA.1.2 Relaciona el fenómeno de la electrización con la carga eléctrica y conoce las diferentes formas de conseguir la electrización de un cuerpo.

No es capaz de relacionar el fenómeno de la electrización con la carga eléctrica y de conocer las diferentes formas de conseguir la electrización de un cuerpo.

Le resulta complicado relacionar el fenómeno de la electrización con la carga eléctrica y conocer las diferentes formas de conseguir la electrización de un cuerpo.

Relaciona correctamente el fenómeno de la electrización con la carga eléctrica y conoce las diferentes formas de conseguir la electrización de un cuerpo.

Relaciona el fenómeno de la electrización con la carga eléctrica y conoce en detalle las diferentes formas de conseguir la electrización de un cuerpo.

5, 33.

EA.1.3 Explica la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asocia la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

No consigue explicar la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia ni asociar la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

Puede explicar en parte la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asociar con dificultad la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

Explica brevemente la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asocia adecuadamente la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

Es capaz de explicar la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y de asociar la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

6, 7, 11, Observa y aprende (pág. 183), 8, 9, 10, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 67.

EA.1.4 Conoce la existencia de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas y relaciona cualitativamente y cuantitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los

Desconoce la existencia de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas y no sabe relacionar cualitativamente y cuantitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los

Conoce parcialmente la existencia de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas y relaciona con dificultad cualitativamente y cuantitativamente la fuerza eléctrica

Conoce la existencia de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas y relaciona cualitativamente y cuantitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con

Conoce la existencia de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas y relaciona cualitativamente y cuantitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los

57 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

BLOQUE IV

58 Programación de aula

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables separa, y establece analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

Aprendizaje bajo separa, ni establecer analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

Aprendizaje medio

que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa, y establece algunas analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica. 12, Observa y EA.2.1 Conoce el Ignora el concepto Tiene aprende (pág. concepto de de campo dificultades 185), 13, 43, campo eléctrico eléctrico creado para definir el 44, 45, 46, 47, creado por una por una carga, así concepto de 48, 67. carga, así como el como el de líneas campo eléctrico de líneas de de fuerza del creado por una fuerza del campo. campo. No sabe carga, así como Calcula la calcular la el de líneas de intensidad del intensidad del fuerza del campo eléctrico campo eléctrico campo. Calcula creado por una creado por una con errores la sola carga. sola carga. intensidad del campo eléctrico creado por una sola carga. 30, 31, EA.2.2 Justifica No es capaz de Le resulta difícil Y realiza un razonadamente justificar justificar trabajo de situaciones situaciones situaciones investigación cotidianas en las cotidianas en las cotidianas en «Electrización» que se pongan de que se pongan de las que se (pág. 192). manifiesto manifiesto pongan de fenómenos fenómenos manifiesto relacionados con relacionados con fenómenos la electricidad la electricidad relacionados estática. estática. con la electricidad estática. 17, 18, 54, 55, EA.3.1 Reconoce No reconoce Tiene 56, 57, 58. fenómenos fenómenos dificultades magnéticos magnéticos para reconocer identificando el identificando el fenómenos imán como fuente imán como fuente magnéticos natural del natural del identificando el magnetismo magnetismo imán como y describe su y no puede fuente natural acción sobre describir su del magnetismo distintos tipos acción sobre y para describir de sustancias distintos tipos su acción sobre magnéticas. de sustancias distintos tipos magnéticas. de sustancias magnéticas. 17, 19, 56, 58. EA.3.2 Conoce No conoce los Conoce los polos polos magnéticos parcialmente magnéticos y no sabe los polos y describe las describir las magnéticos

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

su carga y la distancia que los separa, y establece correctamente analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

separa, y establece en detalle analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

Conoce el concepto de campo eléctrico creado por una carga, así como el de líneas de fuerza del campo. Calcula correctamente la intensidad del campo eléctrico creado por una sola carga.

Conoce perfectamente el concepto de campo eléctrico creado por una carga, así como el de líneas de fuerza del campo. Calcula minuciosamente la intensidad del campo eléctrico creado por una sola carga.

Justifica brevemente situaciones cotidianas en las que se pongan de manifiesto fenómenos relacionados con la electricidad estática. Reconoce adecuadamente fenómenos magnéticos identificando el imán como fuente natural del magnetismo y describe su acción sobre distintos tipos de sustancias magnéticas.

Justifica razonadamente situaciones cotidianas en las que se pongan de manifiesto fenómenos relacionados con la electricidad estática.

Conoce los polos magnéticos y describe

Conoce bien los polos magnéticos y describe extensamente las

Reconoce con gran éxito fenómenos magnéticos identificando el imán como fuente natural del magnetismo y describe su acción sobre distintos tipos de sustancias magnéticas.

Puntuación

20, 21, 54, 59.

26, 27.

15, 16, 52, 53.

1, 14, 16, 49, 50, 51, 53.

Estándares de aprendizaje evaluables fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. Sabe la inexistencia de un polo magnético aislado.

Aprendizaje bajo fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. Desconoce la inexistencia de un polo magnético aislado.

Aprendizaje medio

y describe con dificultad las fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. No sabe la inexistencia de un polo magnético aislado. EA.3.3 Conoce el Ignora el concepto Conoce en parte concepto de de campo el concepto de campo magnético magnético y no campo y dibuja sus sabe dibujar sus magnético y líneas de fuerza. líneas de fuerza. dibuja con errores sus líneas de fuerza. EA.3.4 Conoce la Desconoce la Conoce existencia del existencia del parcialmente la campo magnético campo magnético existencia del terrestre y la terrestre y la campo situación de los situación de los magnético polos magnéticos polos magnéticos terrestre y la en relación con los en relación con situación geográficos y los geográficos y de los polos construye y no puede construir magnéticos en describe el procedi- ni describir el relación con los miento seguido procedimiento geográficos para ello, una seguido para ello. y construye brújula elemental y describe con para localizar el dificultad el norte utilizando el procedimiento campo magnético seguido para terrestre. ello. BLOQUE V EA.4.1 Explica la Es incapaz de Tiene corriente eléctrica explicar la dificultades como cargas en corriente eléctrica para explicar la movimiento a como cargas en corriente través de un movimiento a eléctrica como conductor través de un cargas en y conoce conductor y movimiento a la condición desconoce la través de un necesaria para condición conductor y que exista. necesaria para conoce en parte que exista. la condición necesaria para que exista. EA.4.2 Distingue No puede Encuentra entre conductores distinguir entre complicado y aislantes conductores y distinguir entre reconociendo aislantes ni conductores los principales reconocer los y aislantes materiales principales y reconocer los usados como materiales usados principales matetales. como tales. riales usados como tales.

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

brevemente las fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. Sabe la inexistencia de un polo magnético aislado. Describe brevemente el concepto de campo magnético y dibuja sus líneas de fuerza. Conoce la existencia del campo magnético terrestre y la situación de los polos magnéticos en relación con los geográficos y construye y describe con claridad el procedimiento seguido para ello.

fuerzas existentes entre polos del mismo o de distinto nombre. Sabe la inexistencia de un polo magnético aislado.

Explica claramente la corriente eléctrica como cargas en movimiento a través de un conductor y conoce la condición necesaria para que exista.

Explica en detalle la corriente eléctrica como cargas en movimiento a través de un conductor y conoce la condición necesaria para que exista.

Distingue con claridad entre conductores y aislantes y reconoce los principales materiales usados como tales.

Distingue perfectamente entre conductores y aislantes y reconoce los materiales usados como tales.

Puntuación

Explica detalladamente el concepto de campo magnético y dibuja sus líneas de fuerza. Conoce perfectamente la existencia del campo magnético terrestre y la situación de los polos magnéticos en relación con los geográficos y construye y describe con éxito el procedimiento seguido para ello.

59 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

60 Programación de aula

BLOQUE IV 22, 60, 61, 62, 64.

Desconoce el experimento de Oersted y su importancia como punto de partida del Electromagnetismo. No consigue comprobar y establecer la relación entre el paso de la corriente eléctrica y el magnetismo ni construir un imán.

Conoce parcialmente el experimento de Oersted y su importancia como punto de partida del Electromagnetismo. Le resulta difícil comprobar y establecer la relación entre el paso de la corriente eléctrica y el magnetismo y construir un imán.

Conoce el experimento de Oersted y su importancia como punto de partida del Electromagnetismo. Comprueba y establece correctamente la relación entre el paso de la corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un imán.

Conoce el experimento de Oersted y su importancia como punto de partida del Electromagnetismo. Comprueba y establece con éxito la relación entre el paso de la corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un imán.

23, 24, 62, 63, 64, 65.

EA. 5.2 Conoce el fenómeno de la inducción electromagnética descrito por Faraday y lo aplica para describir el funcionamiento general de un generador de corriente, y, en particular, el de una dinamo y el de un motor.

No conoce el fenómeno de la inducción electromagnética descrito por Faraday y no sabe aplicarlo para describir el funcionamiento general de un generador de corriente.

Conoce parcialmente el fenómeno de la inducción electromagnética descrito por Faraday pero no sabe aplicarlo correctamente para describir el funcionamiento general de un generador de corriente.

Conoce el fenómeno de la inducción electromagnética descrito por Faraday y lo aplica para describir el funcionamiento general de un generador de corriente, y, en particular, el de una dinamo y el de un motor.

25, 62, 64, 66.

EA. 5.3 Diferencia entre corriente alterna y continua, identificando aparatos y dispositivos que usan una u otra en el entorno cotidiano.

No sabe diferenciar entre corriente alterna y continua, ni identificar aparatos y dispositivos que usen una u otra en el entorno cotidiano.

Le resulta difícil diferenciar entre corriente alterna y continua, e identificar aparatos y dispositivos que usen una u otra en el entorno cotidiano.

Diferencia correctamente entre corriente alterna y continua, y sabe identificar aparatos y dispositivos que usen una u otra en el entorno cotidiano.

Diferencia perfectamente entre corriente alterna y continua, y sabe identificar razonadamente aparatos y dispositivos que usen una u otra en el entorno cotidiano.

Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

BLOQUE I Y realiza un trabajo de investigación «Electrización» (pág. 192).

EA.6.1 Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico,

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método

Puntuación

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones. Experiencia de laboratorio «Estudio de la interacción electrostática» (pág. 216).

EA.6.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

No puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

científico y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y presentación de conclusiones.

Le cuesta participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Aprendizaje excelente

Puntuación

Participa con gran éxito en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

61 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

Actividades

UNIDAD 9 Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica CONCRECIÓN CURRICULAR CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

OBJETIVOS

62 Programación de aula

BLOQUE V CE.1 Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, así como las relaciones entre ellas.

EA.1.1 Conoce el concepto de circuito eléctrico, sus elementos más usuales, así como su representación y las dos formas de conexión (en serie y en paralelo).

2, 3, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 (CL, CMCBCT).

EA.1.2 Comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí utilizando la ley de Ohm.

Observa y aprende (pág. 200) 4, 5, 6, Observa y aprende (pág. 202), 7, 8, 9, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 47 (CL, CMCBCT).

CE.2 Comprobar los efectos de la electricidad y las relaciones entre las magnitudes eléctricas mediante el diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos sencillos, en el laboratorio o mediante aplicaciones virtuales interactivas.

EA.2.1 Realiza cálculos de resistencia equivalente en circuitos con resistencias tanto en serie como en paralelo.

11, 12, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 67 (CMCBCT).

EA.2.2 Aplica la ley de Ohm a circuitos sencillos y otros más complejos, previo cálculo de la resistencia equivalente, para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos, expresando el resultado en las unidades del Sistema Internacional.

8, 9, Observa y aprende (pág. 204), 10, Observa y aprende (pág. 205), 42, 46, 48, 49, 67 (CMCBCT).

EA.2.3 Calcula la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

Observa y aprende (pág. 206), 13, 14, Observa y aprende (pág. 207), 15, 16, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 67 (CMCBCT).

EA.2.4 Identifica los tres efectos de la corriente eléctrica (térmico, magnético y químico) en situaciones de la vida cotidiana, reconociendo su importancia tecnológica.

17, 61, 62 (CMCBCT, CD).

• Magnitudes

• Conocer las tres magnitudes

• Fuerzas

• Conocer el fenómeno de la

• Ley de Ohm. • Energía y

• Conocer la ley de Ohm,

de la corriente eléctrica. • Ley de Ohm.

eléctricas. Ley de Coulomb.

potencia de un circuito eléctrico. • Efectos de la corriente eléctrica.

básicas para el estudio de circuitos eléctricos (intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia), así como sus respectivas unidades en el Sistema Internacional.

electrización, los procedimientos para conseguirla y su explicación microscópica como exceso o defecto de electrones. Saber qué es la carga eléctrica y en qué unidad se mide en el Sistema Internacional, así como reconocer los dos tipos de carga que existen. • Conocer el concepto de campo eléctrico y su representación mediante líneas de fuerza en el caso de campos creados por una o dos cargas puntuales y calcular el valor de su intensidad en un punto determinado (en campos creados por una sola carga). interpretarla y aplicarla para el cálculo de valores de diferencia de potencial, intensidad o resistencia en circuitos simples y con resistencias asociadas en serie y en paralelo a partir de los datos necesarios. • Saber qué es la energía y la potencia de un circuito eléctrico y las unidades en que se miden en el Sistema Internacional y calcularlas a partir de los valores de las magnitudes apropiadas. • Conocer los efectos calorífico, luminoso y químico de la corriente eléctrica y algunas de sus aplicaciones tecnológicas más habituales.

CE.3 Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

CE.4 Conocer la forma en la que se genera la electricidad en los distintos tipos de centrales eléctricas, así como su transporte a los lugares de consumo.

ACTIVIDADES CONTENIDOS (COMPETENCIAS)

EA.3.1 Asocia los elementos 1 (CMCBCT). principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

• Elementos de

• Conocer las condiciones

• Producción

• Conocer cómo se produce y

• Ley de Ohm.

• Potenciar el autoaprendizaje, la

un circuito. • La ciencia... más cerca. La era del microchip.

EA.3.2 Comprende el 6, 21, 65 (CMCBCT, significado de los símbolos y CSC). abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos. EA.3.3 Identifica y 27, 28, 30, 67 representa los componentes (CMCBCT). más habituales en un circuito eléctrico: conductores, generadores, receptores y elementos de control, describiendo su correspondiente función. EA.3.4 Reconoce los componentes electrónicos básicos describiendo sus aplicaciones prácticas y la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

22, 23, 24 (CMCBCT, CD, CSC).

EA.4.1 Describe el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

18, 19, 20, 21, 63, 64, 65, 66 (CL, CMCBCT, CD, AA, CSC).

OBJETIVOS

y transporte de la corriente.

necesarias para que circule corriente por un circuito sencillo y el sentido de dicha corriente. • Reconocer las dos posibilidades de conexión de elementos en un circuito. • Reconocer los elementos más usuales que forman parte de los circuitos eléctricos, representarlos mediante sus símbolos e identificarlos en aparatos de la vida cotidiana.

distribuye la corriente eléctrica y los tipos de energía que se emplean para generarla.

BLOQUE I CE.5 Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

Y realiza un trabajo de investigación «Electroimanes» (pág. 212) (CL, CMCBCT, CD, SIEE).

EA.5.2 Participa, valora, Experiencia de gestiona y respeta el trabajo laboratorio individual y en equipo. «Montaje de circuitos eléctricos» (pág. 217) (CMCBCT, SIEE).

autonomía y la iniciativa personal mediante el análisis de datos y el uso de las nuevas tecnologías, así como la adecuada expresión y comprensión lingüística de los conceptos trabajados.

63 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

CRITERIOS ESTÁNDARES DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE

COMPETENCIAS

DESCRIPTORES

COMUNICACIÓN LINGÜÍSTICA (CL)

• Manejar la terminología relacionada con los circuitos eléctricos. • Resumir y expresar por escrito las ideas destacadas de un texto científico dado. • Debatir sobre la interacción entre la ciencia y la sociedad.

COMPETENCIA MATEMÁTICA Y COMPETENCIAS BÁSICAS EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CMCBCT)

• Realizar cálculos de resistencia equivalente en circuitos. • Utilizar la ley de Ohm para obtener el voltaje, la intensidad o la resistencia en circuitos

eléctricos.

• Calcular la energía y la potencia disipadas en un circuito. • Identificar los elementos componentes de un circuito eléctrico, especialmente en casos

reales sencillos, y saber representarlo.

• Conocer los efectos de la corriente eléctrica y sus aplicaciones en dispositivos

tecnológicos.

• Conocer cómo se produce la corriente eléctrica y cómo se transporta hasta los lugares

de consumo, incidiendo sobre todo en las transformaciones energéticas que se llevan a cabo. • Comprender la necesidad de potenciar el uso de fuentes de energía renovables. COMPETENCIA DIGITAL (CD)

• Utilizar la red Internet para buscar información relativa a los contenidos de la unidad.

APRENDER A APRENDER (AA)

• Realizar esquemas y resúmenes sobre los circuitos eléctricos, las magnitudes que

COMPETENCIAS SOCIALES Y CÍVICAS (CSC)

• Reconocer la importancia de la corriente eléctrica para nuestra calidad de vida. • Tomar conciencia de la necesidad de colaborar con la sostenibilidad de la producción

SENTIDO DE INICIATIVA Y ESPÍRITU EMPRENDEDOR (SIEE)

• Potenciar el interés hacia los fenómenos y los dispositivos que tienen que ver con los

los caracterizan, la ley de Ohm, la energía y la potencia en un circuito, los efectos de la corriente eléctrica y sus aplicaciones, la producción y el transporte de la corriente eléctrica y la electricidad en casa. • Identificar y manejar la diversidad de respuestas posibles ante una misma situación. • Trabajar en equipo de manera creativa, productiva y responsable. • Confrontar ordenada y críticamente conocimientos, informaciones y opiniones diversas.

de energía eléctrica y el ahorro energético. circuitos eléctricos y sus aplicaciones.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

64 Programación de aula

MOTIVACIÓN INICIAL

Esta unidad completa el bloque de Física, dedicado en este curso a la Electricidad, el Magnetismo y sus aplicaciones. En ella se trabaja todo lo relacionado con la corriente eléctrica, pilar fundamental de nuestro desarrollo tecnológico e industrial. DESARROLLO DE • Siguiendo el orden lógico, la primera parte de la unidad debe consagrarse a la caracterización, tanto LOS CONTENIDOS cualitativa como cuantitativa, del circuito eléctrico, la pieza básica. Así, se comenzará por la descripción y representación simbólica, para entrar de lleno en el estudio de las tres magnitudes esenciales de un circuito: la intensidad de corriente, la diferencia de potencial y la resistencia. Este estudio resulta imprescindible por dos razones: en primer lugar, se trata de tres magnitudes nuevas y, en segundo lugar, son necesarias para todo tipo de cálculos. • La ley de Ohm tendrá, en esta unidad, un protagonismo destacado, como corresponde a una de las leyes principales de la Física. Habrá que incidir, más allá de su sencillez matemática, en la interpretación física y en su utilidad como herramienta básica. La mayor dificultad es, sin duda, su aplicación a circuitos con asociación de resistencias, a través del concepto de resistencia equivalente. • Otras dos magnitudes importantes son la energía y la potencia asociadas a un circuito eléctrico; debe hacerse hincapié en las transferencias de energía que se producen en un circuito eléctrico que está funcionando: la transformación de la energía eléctrica en calor, a causa de la resistencia, y el empleo de dicha energía para producir el movimiento de las cargas. Este es el punto de partida para entender los efectos de la corriente, empezando por el calorífico y el luminoso, que comparten la misma justificación, y finalizando por el efecto químico, en el que se produce el proceso inverso del que ocurre en una pila. • El último apartado de la unidad trata sobre la producción y la distribución de electricidad, y es, evidentemente, mucho más práctico. La idea es describir la complejidad de las instalaciones necesarias a la vez que informar del coste energético que supone abastecer la demanda de electricidad del mundo desarrollado y la necesidad de potenciar el uso de energías renovables y de realizar un consumo racional, en aras de alcanzar un desarrollo sostenible.

TRABAJO INDIVIDUAL

• Actividades de la unidad. • Sección «Practica». • Sección «Y realiza un trabajo de investigación». Se propone la realización de una experiencia

TRABAJO GRUPAL ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD TAREAS DEL TRIMESTRE

sobre electroimanes, para trabajar competencias básicas en ciencia y tecnología y de aprender a aprender. • Sección «Experiencia de laboratorio». Se propone la realización de una práctica sobre montaje de circuitos eléctricos y medida de magnitudes, trabajando de este modo la competencia matemática y las competencias básicas en ciencia y tecnología. Se puede llevar a cabo, mediante las actividades de mejora o de ampliación, tanto en formato papel como digital. Al terminar el trimestre se aconseja practicar la metodología de las pruebas PISA a partir de las secciones «Practica PISA» y «Practica con TIC».

EVALUACIÓN INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Actividades de evaluación. Pruebas escritas. Plantillas de rúbrica. Cuaderno del alumno/a. Portfolio.

RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA UNIDAD Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

Puntuación

2, 3, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31.

EA.1.1 Conoce el concepto de circuito eléctrico, sus elementos más usuales, así como su representación y las dos formas de conexión (en serie y en paralelo).

Desconoce el concepto de circuito elécctrico y sus elementos más usuales, así como su representación y las dos formas de conexión.

Conoce parcialmente el concepto de circuito eléctrico y sus elementos más usuales, así como su representación y las dos formas de conexión.

Conoce el concepto de circuito eléctrico, sus elementos más usuales, así como su representación y las dos formas de conexión.

Conoce y explica el concepto de circuito eléctrico y sus elementos, así como su representación y las dos formas de conexión.

Observa y aprende (pág. 200) 4, 5, 6, Observa y aprende (pág. 202), 7, 8, 9, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 47.

EA.1.2 Comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí utilizando la ley de Ohm.

No comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y no sabe relacionarlas entre sí utilizando la ley de Ohm.

Le resulta difícil comprender el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y le cuesta relacionarlas entre sí utilizando la ley de Ohm.

Es capaz de comprender el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí utilizando la ley de Ohm.

Comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí perfectamente utilizando la ley de Ohm.

11, 12, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 67.

EA.2.1 Realiza cálculos de resistencia equivalente en circuitos con

No consigue realizar cálculos de resistencia equivalente en circuitos con

Tiene dificultades para realizar cálculos de resistencia

Realiza correctamente cálculos de resistencia equivalente en

Domina el cálculo de resistencia equivalente en circuitos con resistencias tanto

65 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

BLOQUE V

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

resistencias tanto en serie como en paralelo.

equivalente en circuitos con resistencias tanto en serie como en paralelo.

circuitos con resistencias tanto en serie como en paralelo.

en serie como en paralelo.

8, 9, Observa y aprende (pág. 204), 10, Observa y aprende (pág. 205), 42, 46, 48, 49, 67.

No sabe cómo aplicar la ley de Ohm a circuitos, previo cálculo de la resistencia equivalente, para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos.

Encuentra complicado aplicar la ley de Ohm a circuitos sencillos, previo cálculo de la resistencia equivalente, para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos.

Aplica adecuadamente la ley de Ohm a circuitos sencillos, previo cálculo de la resistencia equivalente, para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos, expresando el resultado en las unidades del Sistema Internacional.

Aplica perfectamente la ley de Ohm a circuitos sencillos y otros más complejos, previo cálculo de la resistencia equivalente, para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos, expresando el resultado en las unidades del Sistema Internacional.

Observa y aprende (pág. 206), 13, 14, Observa y aprende (pág. 207), 15, 16, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 67. 17, 61, 62.

EA.2.3 Calcula la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

No es capaz de calcular la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

Le resulta difícil calcular calcular la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

Realiza bien el cálculo de la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

Domina el cálculo de la energía disipada y la potencia desarrollada en un circuito eléctrico.

EA.2.4 Identifica los tres efectos de la corriente eléctrica (térmico, magnético y químico) en situaciones de la vida cotidiana, reconociendo su importancia tecnológica. EA.3.1 Asocia los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

No puede identificar los tres efectos de la corriente eléctrica en situaciones de la vida cotidiana, ni reconocer su importancia tecnológica.

Tiene dificultades para identificar los tres efectos de la corriente eléctrica en situaciones de la vida cotidiana, y para reconocer su importancia tecnológica. Le cuesta asociar los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

Identifica correctamente los tres efectos de la corriente eléctrica en situaciones de la vida cotidiana, reconociendo su importancia tecnológica. Asocia adecuadamente los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

Sabe identificar sin problemas los tres efectos de la corriente eléctrica en situaciones de la vida cotidiana, reconociendo y valorando su importancia tecnológica.

66 Programación de aula

Es incapaz de asociar los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

Sabe asociar a la perfección los elementos que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes de un circuito eléctrico.

Puntuación

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

6, 21, 65.

EA.3.2 Comprende el significado de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

No puede comprender el significado de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

Comprende el significado de algunos de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

Comprende el significado de la mayoría de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

Comprende el significado de prácticamente todos los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

27, 28, 30, 67.

EA.3.3 Identifica y representa los componentes más habituales en un circuito eléctrico: conductores, generadores, receptores y elementos de control, describiendo su correspondiente función.

No consigue identificar ni representar los componentes más habituales en un circuito eléctrico, ni describir su correspondiente función.

Identifica y representa algunos de los componentes más habituales en un circuito eléctrico, y describe parcialmente su función.

Puede identificar los componentes más habituales en un circuito eléctrico, describiendo su correspondiente función.

Identifica todos los componentes de un circuito eléctrico y sabe describir su función correspondiente.

22, 23, 24.

EA.3.4 Reconoce los componentes electrónicos básicos describiendo sus aplicaciones prácticas y la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

No es capaz de reconocer los componentes electrónicos básicos ni describir sus aplicaciones prácticas o la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

Reconoce algunos de los componentes electrónicos, pero no sabe describir sus aplicaciones prácticas ni comprende la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

Reconoce los componentes electrónicos básicos, describe sus aplicaciones prácticas y comprende la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

Sabe reconocer todos los componentes electrónicos y describir sus aplicaciones prácticas. Además entiende la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

18, 19, 20, 21, 63, 64, 65, 66.

Es incapaz de describir el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, ni los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

Tiene dificultades para describir el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, y para describir los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

Describe brevemente el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

Explica detalladamente el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

Puntuación

67 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

Actividades

Estándares de aprendizaje evaluables

Aprendizaje bajo

Aprendizaje medio

Aprendizaje bueno

Aprendizaje excelente

68 Programación de aula

BLOQUE I Y realiza un trabajo de investigación «Electroimanes» (pág. 212).

No consigue realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Le resulta complicado realizar pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Realiza adecuadamente pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Domina la realización de pequeños trabajos de investigación aplicando el método científico y utilizando las TIC.

Experiencia de laboratorio «Montaje de circuitos eléctricos» (pág. 217).

EA.5.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

No puede participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Le cuesta participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

Participa adecuadamente en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Participa con gran éxito en el trabajo individual y en equipo y lo valora, gestiona y respeta.

Puntuación

Solucionario

1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico Presentación

de la unidad

1. Seguro que sabes que existen muchas ramas de la ciencia. ¿Podrías recordar al menos tres, e indicar cuál es su objeto de estudio? Debido a la amplitud y complejidad de los fenómenos ob jeto de estudio de la ciencia, en la actualidad esta se divide en diferentes ramas que abarcan distintas áreas de cono cimiento, como pueden ser, entre otras: • Física: estudia los fenómenos que acontecen a nuestro alrededor, trata de explicarlos y de establecer las rela ciones matemáticas necesarias para su análisis y carac terización. • Química: estudia la materia, sus propiedades, su consti tución y su transformación. • Biología: estudia los seres vivos, su constitución, las re laciones entre ellos y con el medio natural. • Matemáticas: estudia las cantidades y establece las herramientas necesarias para el cálculo y la resolución de problemas. 2. ¿Crees que el adjetivo «cambiante» es aplicable al saber científico? Explícalo. El adjetivo cambiante sí es aplicable al saber científico, porque determinadas hipótesis o teorías aceptadas en un momento dado de la historia han resultado ser erróneas a la luz de nuevos descubrimientos u observaciones.

Desarrollo

de la unidad

70 Solucionario

3. La historia de la ciencia está plagada de descubri mientos casuales que han resultado muy relevantes, gracias a la aplicación del método científico. Por ejemplo, en 1896, el francés Antoine Henri Becquerel se dio cuenta de que un mineral de uranio con el que trabajaba en su laboratorio tenía la capacidad de ve lar unas placas fotográficas, descubriendo, de este modo, la radiactividad. Otros célebres descubri mientos, como son los rayos X o la penicilina, han sido cruciales para la Medicina. Busca información en Internet sobre estos descubrimientos casuales, y di qué científicos los llevaron a cabo, cómo tuvieron lugar, y por qué han sido tan importantes para la ciencia. El descubrimiento de los rayos X data de finales del siglo xix. En el año 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Roent gen se encontraba realizando estudios con tubos de vacío, cuando observó cómo se generaban unas radiaciones de naturaleza desconocida, capaces de atravesar materiales diversos, incluidos los tejidos humanos. Con ellos llegó a obtener la primera radiografía de la historia de la Medicina, que fue la mano de su propia esposa. En cuanto a la penicilina, fue descubierta casualmente por el bacteriólogo escocés Alexander Fleming, en 1929, al observar que una de sus placas de cultivo de bacterias se había contaminado por la presencia accidental de un hongo de la especie Penicilium, el cual causó la muerte de todas las bacterias del cultivo.

4. Define estos términos, relacionados con el método científico: a) Hipótesis: es una explicación de un fenómeno que aún no ha sido comprobado. b) Teoría: es un conjunto de hipótesis elaboradas sobre una serie de fenómenos interrelacionados. c) Ley: es una hipótesis ya validada tras un estudio experi mental del fenómeno. d) Modelo: es una representación simplificada de la reali dad. e) Experimento: es la repetición del fenómeno observado en condiciones controladas y realizando medidas. f) Fórmula: es la relación matemática entre los datos nu méricos que acompañan al fenómeno. 5. Hasta el siglo xviii se pensaba que la combustión de una sustancia se producía por la pérdida de un prin cipio llamado flogisto. Investiga en libros de Quími ca o en Internet y justifica si se trata de una hipótesis correcta. La hipótesis del flogisto para explicar la combustión se mantuvo vigente desde la época de la Alquimia hasta bien entrado el siglo xviii. Consistía en suponer que las sustancias combustibles contaban en su composición con un principio –denominado flogisto– el cual se combinaba con el aire, produciendo la combustión. La hipótesis es errónea, pues hoy sabemos que la combustión es un proceso químico en el cual el combustible se combina con el oxígeno del aire, dando lugar a la formación de óxidos y a un gran despren dimiento de energía. 6. Ordena en el tiempo estas acciones, llevadas a cabo por un científico en el transcurso de sus investiga ciones. Para hacerlo, piensa en la fase del método científico a la que corresponde cada acción: • Consulta de las fuentes de información. • Diseño de un experimento. • Formulación de una explicación teórica. • Toma de datos y resumen de las características observadas. • Contraste de los resultados. • Redacción de un informe final. • Reformulación de la hipótesis. Las diferentes acciones que lleva a cabo un científico, en orden cronológico, serán: 1. Toma de datos y resumen de las características obser vadas. 2. Consulta de las fuentes de información. 3. Formulación de una explicación teórica. 4. Diseño de un experimento. 5. Contraste de los resultados. 6. Reformulación de la hipótesis. 7. Redacción de un informe final. 7. En los medios de comunicación encontrarás artícu los e informaciones que describen investigaciones en el ámbito de la Medicina, la Biología, etc. Elige uno de estos artículos y trata de identificar en él al gunos de los apartados propios de los informes cien tíficos. Pon especial atención en los objetivos, el procedimiento de trabajo y las conclusiones finales. Respuesta libre.

9. ¿Qué magnitudes se miden con las siguientes unida des? Consulta alguna enciclopedia o en Internet, si es necesario. a) Micra: mide la longitud. b) Kilogramo: mide la masa. c) Minuto: mide el tiempo. d) Grado centígrado: mide la temperatura. e) Metro: mide la longitud. f) Voltio: mide la diferencia de potencial. g) Kilómetro por hora: mide la velocidad. h) Caloría: mide la energía. i) Centímetro cuadrado: mide el área o superficie. 10. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando tu respuesta en todos los casos. a) El minuto es la unidad básica de tiempo. Falso. La unidad básica de tiempo es el segundo. b) La masa y la longitud son dos magnitudes básicas. Verdadero. Son dos de las siete magnitudes básicas del SI. c) El Sistema Internacional de Unidades se ha defini do con las aportaciones de personas de todas las épocas y lugares. Falso. El SI es un convenio adoptado por la comunidad científica en 1960. d) La única unidad de longitud es el metro. Falso. Existen muchas unidades para expresar la longitud, como yarda o milla entre otras. El metro es la unidad de longi tud del SI. 11. Durante muchos años, un segundo se definió como 1/86 400 de la duración de un día terrestre, y el metro era la diezmillonésima parte de la distancia que se para el Polo Norte del Ecuador. Investiga las defini ciones actuales de estas unidades con ayuda de libros o de Internet. ¿Por qué crees que ha sido ne cesario cambiarlas? En la definición de una unidad se ha de buscar como referen cia la más exacta e invariable y cuyo ámbito sea el más in ternacional posible. Por ello, en la actualidad, se definen las unidades básicas de longitud y tiempo del siguiente modo: • Metro (unidad de longitud): Distancia recorrida por la luz en el vacío en una fracción de tiempo de un 1/299 792 458 de segundo. • Segundo (unidad de tiempo): Tiempo equivalente a 9 192 631 770 periodos de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. 12. Escribe estas cantidades en notación científica e in dica su orden de magnitud: a) El radio de la Tierra es de 6 370 000 metros. Radio terrestre = 6,37 · 106 m. Orden de magnitud = 106 → Millón. b) El diámetro de un átomo de hidrógeno es de 0,000000000064 metros. Diámetro atómico = 6,4 · 10–11 m. Orden de magnitud = 10–11 → Cienmilmillonésima.

c) La duración del año terrestre es de 31 536 000 se gundos. Duración de un año = 3,1536 · 107 s. Orden de magnitud = 107 → Decenas de millón. d) La capacidad de un pantano es de 850 000 000 me tros cúbicos. Capacidad de un pantano = 8,5 · 108 m3. Orden de magnitud = 108 → Centenas de millón. 13. Indica qué múltiplo o submúltiplo del metro, que es la unidad internacional de longitud, utilizarías para expresar estas medidas: a) El ancho de un libro. Centímetros. b) El grosor de una hoja de papel. Milímetros. c) La distancia de la Tierra al Sol. Gigametros. d) El diámetro de una célula. Micrómetros (micras). 14. Realiza estos cambios de unidades, utilizando la no tación científica si es necesario: a) 216 s en h. c) 200 °C en K. e) 1 600 cm3 en m3.

b) 72 km/h en m/s. d) 750 μg en g. f) 0,5 g/cm3 en kg/m3.

a) Equivalencias: 1 h = 3 600 s. 1 Tiempo = 216 s · = 0,06 h = 6 · 10–2 h 3 600 b) Equivalencias: 1 km = 1 000 m o 1 m = 0,001 km, 1 h = = 3 600 s. km 1 000 m 1 h m Velocidad = 72 · · · = 20 h 1 km 3 600 s s c) Teniendo en cuenta que: T (K) = T (°C) + 273,15. Temperatura = 200 °C + 273,15 = 473,15 K d) Equivalencias: 1 g = 1 000 000 mg = 106 mg o 1 mg = = 0,000001 g = 10–6 g. 1g Masa = 750 μg · = 0,00075 g = 7,5 · 10–4 g 1 000 000 μg e) Equivalencias: 1 m3 = 1 000 000 cm3 = 106 cm3 o 1 cm3 = = 0,000001 m3 = 10–6 m3 1 m3 Volumen = 1 600 cm3 · = 0,0016 m3 = 1,6 · 10–3 m3 1 000 000 cm3 f) Equivalencias: 1 m3 = 1 000 000 cm3 = 106 cm3, 1 kg = 1 000 g g 1 kg 1 000 000 cm3 kg Densidad = 0,5 3 · · = 500 · 3 cm 1 000 g 1 m3 m 15. ¿Cuál es la resolución de los siguientes instrumen tos de medida? a) Tu reloj de pulsera. 1 segundo. b) La balanza que mide el peso de las personas. 1 kilogramo o 1 décima de kilogramo, según el tipo. c) El cuentakilómetros de un coche. 1 decámetro (10 metros). d) El indicador de velocidad de un coche. Desde 5 hasta 0,1 km/h, dependiendo del modelo de coche. La resolución es la mínima cantidad de una magnitud que es posible medir o diferenciar con un aparato o instrumen to de medida. 16. Un nonius es un aparato que mide longitudes con una alta precisión. Con él hemos obtenido una medi da de 3,40 cm. ¿Qué resolución tiene el instrumento? ¿Cuántas cifras significativas posee la medida? Al expresar con dos cifras decimales, aunque la última sea cero, estamos indicando que el instrumento mide hasta las centésimas de la unidad indicada, que es el centímetro, por

71 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

8. ¿Cuáles de estas propiedades son magnitudes? Jus tifica tu respuesta. • Color. • Tamaño. • Dificultad. • Belleza. • Tiempo. • Calor. • Fuerza. • Volumen. Son magnitudes todas aquellas propiedades que se puedan medir y cuantificar. En este caso: tiempo, calor, volumen y fuerza.

17. Estos enunciados contienen algunos errores en lo que se refiere a la expresión de los valores de las magnitudes. ¿Eres capaz de encontrarlos? a) Un objeto ha tardado en caer 0,2. No se ha indicado la unidad de medida. b) Una habitación tiene 3,8865432790 metros de an chura. Debe expresarse el valor con una precisión acorde al instrumento de medida, que como máximo discriminará milímetros (3,886 metros de anchura). c) Un ángulo de 34,789° puede redondearse a 34,7°. La cifra posterior a 7 es superior a 5, por lo que debe redon dearse a 34,8°. 18. Redondea estos resultados para expresarlos de la forma indicada: a) 30,07 m con tres cifras significativas. 30,1 m. b) 0,00583 kg con una resolución de décimas de gra mo. 0,0058 kg = 5,8 g. 19. ¿Por qué el error de una medida no se conoce y solo se puede estimar? La razón es que el error solo puede calcularse conociendo el valor exacto de la magnitud y únicamente conocemos el valor medido. Por ello, realizamos una estimación tomando como valor exacto la media de los valores medidos. 20. Ana y Javier han medido el diámetro de una moneda con un nonius y han obtenido estos valores: 1,60 cm; 1,61 cm; 1,63 cm; 1,58 cm y 1,62 cm a) ¿Cuál es la resolución del nonius? Calcula la incer tidumbre de la medida y expresa el diámetro de la moneda adecuadamente. La resolución es de 0,01 cm. Realizamos los cálculos correspondientes: D (cm)

|D – Dmedia| (cm)

1,60

0,008

1,61

0,002

1,63

0,022

1,58

0,028

1,62

0,012

Dmedia = 1,608 cm/1,61cm

Media = 0,0144

8 10 12 14 16 18 20 Tiempo t(s)

b) La fórmula que relaciona la velocidad con el tiempo, al ser la gráfica lineal, será del tipo: y = pendiente · x En este caso quedaría: v = pendiente · t Para calcular la pendiente consideramos dos puntos consecutivos y dividimos la diferencia de velocidades entre la diferencia de los valores de tiempo de estos puntos. Obtenemos que la pendiente es: v' – v 5 m= = = 1,25 t' – t 4 Por lo tanto, la fórmula buscada es: v = 1,25 t

v = 1,25 · 30 = 37,5 m/s

D = 1,61 ± 0,01 cm

b) Halla el error relativo. ¿Crees que la medida es fiable? Justifica tu respuesta. El error relativo es el cociente entre el error absoluto y el valor promedio de las medidas; en porcentaje sería del 0,6 %, por lo tanto, en líneas generales, se trata de una medida muy fiable.

72 Solucionario

a) La gráfica velocidad frente al tiempo será:

c) Si queremos calcular la velocidad del vehículo cuando han pasado 30 segundos, sustituimos t = 30 s en la fór mula y obtenemos:

La incertidumbre de medida calculada debe tomarse con dos cifras decimales. Aplicando el redondeo, quedaría igual a 0,01, que coincide con la precisión. El resultado expresado correctamente, indicando el error será:

a) Construye una gráfica con los datos anteriores, poniendo el tiempo (t) en el eje de abscisas y la velocidad (v) en el de ordenadas. b) Propón una fórmula que relacione la velocidad con el tiempo. c) Utilízala para calcular la velocidad del coche cuando han transcurrido 30 segundos.

Velocidad v (m/s)

tanto la precisión es 0,01 cm, que equivale a las décimas de milímetro. La medida 3,40 tiene tres cifras significativas.

21. Hemos medido la velocidad de un coche en diferen tes instantes de tiempo: Velocidad (m/s)

Tiempo (s)

22. Enumera algunos aparatos de medida de volumen para líquidos que suele haber en el laboratorio. Indi ca, para cada uno de ellos, qué utilidad tiene y cuál es su resolución. En un laboratorio de Química encontramos diversos apara tos para medir el volumen de un líquido, entre los cuales destacan los siguientes: • Probeta. Es de todos los aparatos de medida de volumen el que ofrece una menor resolución, aunque es bastante cómodo en su manejo. Se llena con el líquido hasta el volumen deseado, indicado por su escala graduada. • Pipeta graduada. Permite medir y dispensar pequeñas cantidades de líquido con bastante resolución. Abierta por ambos extremos, se introduce el extremo inferior en el líquido y se llena aspirando por el otro. • Pipeta aforada. Su fundamento es similar al de la pipe ta graduada, pero no dispone de una escala, sino de una marca de aforo, por lo que solo es útil para medir un volumen fijo de líquido, aunque con bastante resolución.

23. Señala qué magnitud miden los siguientes instru mentos que podemos encontrar en el laboratorio: a) Nonius. Longitud. b) Termómetro. Temperatura. c) Polímetro. Voltaje e intensidad. d) Pipeta aforada. Volumen de un líquido. e) Granatario. Masa. f) Cronómetro. Tiempo. 24. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Por qué es importante la seguridad en el laboratorio? b) ¿Qué debemos hacer para garantizar esta seguridad cuando trabajamos en él? c) ¿Por qué existe una campana extractora de gases en algunos laboratorios? d) ¿Qué tipo de protección necesitaremos usar en ocasiones? ¿Por qué? a) Un laboratorio es un espacio de trabajo en el que se manejan instrumentos de medida y reactivos químicos que pueden ser potencialmente peligrosos. Por tanto, es necesario que existan ciertas medidas de seguridad para evitar accidentes. b) Debemos conocer y respetar las normas de seguridad del laboratorio, y atender en todo momento a las indicaciones del profesor o profesora. c) A veces se realizan experiencias que implican el despren dimiento de sustancias gaseosas irritantes o nocivas para la salud. Para evitar la inhalación de este tipo de sustan cias se recomienda su manejo en una campana extracto ra de gases. d) En ocasiones se necesita usar protecciones como guantes o gafas para preservar nuestras manos y ojos del contac to de sustancias irritantes o corrosivas. 25. Redacta un breve párrafo resumiendo qué es un la boratorio, qué contiene y su importancia para el tra bajo científico. El laboratorio es el recinto especialmente concebido, en cuanto a seguridad y equipamiento, para el trabajo cientí fico. En él encontramos los instrumentos de medida (cronó metros, balanzas, polímetros, etc.) junto con el material adecuado (vasos, buretas, probetas, pipetas, tubos de en sayo, etc.), necesarios para llevar a cabo los experimentos, que son la etapa clave del método científico.

ciencia… más cerca

26. Indica las características de estas sustancias, habi tuales en el laboratorio de Química, basándote en sus etiquetas: a) Etanol. c) Mercurio.

b) Hipoclorito de sodio d) Ácido sulfúrico.

a) Etanol: sustancia muy inflamable. b) Hipoclorito de sodio: es una sustancia corrosiva que produce irritación en ojos y piel. a) Mercurio: es muy tóxico para el medioambiente. c) Ácido sulfúrico: corrosivo para la piel y las mucosas. 27. Busca en casa o en tu entorno cotidiano tres produc tos en cuya etiqueta se incluya alguno de estos pic togramas de seguridad e interprétalos. Respuesta libre. Por ejemplo, algunos productos comercia les incluyen pictogramas de advertencia, como el pegamen to, que contiene sustancias inflamables, los disolventes y las pinturas, que también contienen sustancias inflama bles, y el agua fuerte (HCl), que es una sustancia altamen te corrosiva.

Practica 28. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos que faltan. La comunidad científica utiliza el método científico, que puede dividirse en cuatro fases. La primera es la observación, le sigue la formulación de hipótesis y la validación de estas mediante la experimentación. En la última fase, la hipótesis ya validada se convierte en ley científica y se expresa mediante una fórmula. Toda la investigación se explica en un informe, para que otros científicos la conozcan. 29. Resume las fases del método científico. ¿Por qué de cimos que el método científico es propio de las cien cias experimentales? El método científico consta de 4 fases: 1.ª Observación, que consiste en recabar información de un fenómeno. 2.ª Formulación de hipótesis, tratando de explicarlo. 3.ª Experimentación, para comprobar la validez de la misma, repitiendo el fenómeno observado en el laboratorio en condiciones controladas. 4.ª Elaboración de conclusiones, dando lugar a una ley científica a partir de la hipótesis validada. El método científico es propio de las ciencias experimenta les porque en ellas es necesario verificar las hipótesis formuladas mediante un proceso de experimentación, mi diendo y contrastando resultados teóricos con los prácticos. 30. Busca en libros o en Internet los nombres de tres científicos o científicas importantes y señala alguno de sus descubrimientos. Respuesta libre. 31. El famoso científico Louis Pasteur, descubridor de las vacunas, en cierta ocasión pronunció esta frase: «En el campo de la observación, la oportunidad solo favorece a la mente preparada». ¿Qué crees que qui so decir? A veces no basta con observar simplemente para realizar un descubrimiento, sino que hay que prestar mucha aten ción. Pero aun así, hay fenómenos tan imperceptibles que solo una adecuada preparación y formación puede ponerlos de manifiesto. A esto se refería Pasteur, pues son muchos los descubrimientos que ocurrieron de forma casual, pero pudieron ser puestos de manifiesto gracias a que algunos

73 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

• Matraz aforado. Con forma de botella de cuello alarga do, posee una marca de aforo o enrase. Permite medir con precisión un volumen fijo de líquido llenándolo hasta esa marca. Se utiliza para la preparación de disoluciones. • Bureta. Es un tubo alargado, con una escala graduada y una llave en la parte inferior. Permite dispensar poco a poco pequeñas cantidades de líquido, y conocer la cantidad total dispensada al finalizar. Se usa en las valoraciones.

científicos muy preparados supieron darse cuenta de lo que estaba ocurriendo. 32. Es un hecho conocido que los objetos de hierro ex puestos a la intemperie se oxidan con facilidad. a) Observa detenidamente diferentes objetos de hierro, oxidados o no, y toma nota de los datos que consideres oportunos sobre este fenómeno. Res puesta libre. Es fácil observar que los objetos de hierro sin pintar se oxidan con más facilidad que los pintados. Lo mismo ocurre con los que están más expuestos al aire y a la humedad. b) Elabora una hipótesis que justifique por qué los objetos de hierro se oxidan a la intemperie. Podría justificarse pensando que los objetos se oxidan por efecto del aire y de la lluvia. c) ¿Qué experimento puedes diseñar para comprobar la validez de la hipótesis? ¿Qué medidas debes realizar? Podríamos tomar unos objetos de hierro sin oxidar y exponerlos a diferentes circunstancias. Uno se guarda en un bote cerrado, otro se deja en la terraza pero resguardado de la lluvia y la humedad, y otro se sumerge en un frasco con agua. Podemos medir el tiempo trans currido desde que se inicia el experimento hasta que se oxidan estos objetos. d) A partir de las conclusiones obtenidas tras la in vestigación, ¿qué podemos hacer para evitar la oxidación rápida de los objetos de hierro? Podremos concluir que los objetos se oxidan por efecto de alguna sustancia presente en el aire: el oxígeno. También podre mos llegar a la conclusión de que la mejor forma de proteger los objetos de hierro es impedir que entren en contacto con este elemento, por ejemplo, pintándolos o recubriéndolos de una capa protectora. 33. Explica qué se entiende por magnitud, medida y uni dad. Ilustra tus definiciones con un ejemplo especí fico en cada caso. Magnitud es cualquier propiedad que se puede medir. La medida es el procedimiento por el cual se le asigna un valor a una cantidad de magnitud y la unidad es la cantidad de magnitud que se toma como referencia para medir. Por ejemplo, cuando escribimos: altura = 0,85 metros, la altura es la magnitud, el metro la unidad y la medida es la obten ción del valor con una cinta métrica. 34. Una de las últimas definiciones del SI que se ha ac tualizado es la del kilogramo. Busca esta definición en Internet y compárala con la anterior. ¿Qué obser vas? ¿Por qué crees que se ha cambiado? La nueva definición es mucho más compleja pero, a la vez, también es más exacta, ya que utiliza constantes univer sales. Esta es la razón por la que se ha cambiado.

74 Solucionario

35. De las siguientes magnitudes, indica cuáles son bá sicas y cuáles son derivadas. Completa la lista con tres ejemplos más de cada tipo. a) Longitud. b) Volumen. c) Temperatura. d) Cantidad de sustancia. e) Presión. f) Aceleración.

Son básicas la longitud, la temperatura y la cantidad de sustancia. Son derivadas el volumen, la presión y la acele ración. Otros ejemplos de magnitudes básicas son la masa, el tiempo y la intensidad de corriente. Y de magnitudes derivadas son la fuerza, la superficie y la velocidad. 36. Nombra y ordena, de mayor a menor, estos múltiplos y submúltiplos de la unidad fundamental de tiempo del Sistema Internacional: Ts, μs, Ms, ms, ks, cs. Terasegundo (Ts) > megasegundo (Ms) > kilosegundo (ks) > > centisegundo (cs) > milisegundo (ms) > microsegundo (μs). 37. Elabora una tabla de múltiplos, con sus correspon dientes equivalencias, para la unidad de cantidad de sustancia del Sistema Internacional. La tabla de múltiplos para la unidad de cantidad de sustan cia (mol) será: Múltiplos

Equivalencias

1 Pmol

1000000000000000 mol = 1015 mol

1 Tmol

1000000000000 mol = 1012 mol

1 Gmol

1000000000 mol = 109 mol

1 Mmol

1000000 mol = 106 mol

1 kmol

1000 mol = 103 mol

1 hmol

100 mol = 102 mol

1 damol

10 mol = 101 mol

38. Haz una tabla de submúltiplos, con sus correspondien tes equivalencias, para la unidad de intensidad de co rriente establecida por el Sistema Internacional. La tabla de submúltiplos para la unidad de intensidad de corriente (A, amperio) será: Submúltiplos

Equivalencias

1 dA

0,1 A = 10–1 A

1 cA

0,01 A = 10–2 A

1 mA

0,001 A = 10–3 A

1 mA

0,000001 A = 10–6 A

1 μA

0,000000001 A = 10–9 A

1 pA

0,000000000001 A = 10–12 A

1 fA

0,000000000000001 A = 10–15 A

39. Escribe en notación científica los siguientes datos, obtenidos al medir el valor de algunas magnitudes. Indica el orden de magnitud en cada caso. a) Longitud = 3,6 · 10–5 km. Orden de magnitud 10–5. b) Carga = 5 ·10–4 C. Orden de magnitud 10-4. c) Tiempo = 3,5 · 104 ms. Orden de magnitud 104. d) Masa = 1,38 · 108 g. Orden de magnitud 108. e) Volumen = 6,7 · 10–4 m3. Orden de magnitud 10–4. 40. Escribe en notación decimal los siguientes valores de ciertas medidas: a) Superficie = 0,00035 m2. b) Intensidad de corriente = 0,027 A.

41. Las ondas electromagnéticas se caracterizan por sus valores de amplitud y frecuencia. Cuanto mayor es su frecuencia, más energéticas son y por tanto más pe ligrosas para la salud. Ordena las siguientes ondas electromagnéticas de mayor a menor frecuencia (ν), medida en hertzios (Hz): a) Rayos X: ν = 1018 Hz. b) Ondas de radio AM: ν = 100 kHz. c) Rayos gamma: ν = 1010 THz. d) Luz visible: ν = 1014 Hz. e) Microondas: ν = 1011 Hz. f) Radio FM y televisión: ν = 100 MHz. g) Luz ultravioleta: ν = 1016 Hz. Rayos gamma: ν = 1022 Hz > rayos X: ν = 1018 Hz > luz ultra violeta: ν = 1016 Hz > luz visible: ν = 1014 Hz > microondas: ν = 1011 Hz > radio FM y televisión: ν = 108 Hz > ondas de radio AM: ν = 105 Hz. 42. Escribe la equivalencia entre las unidades que se indican a continuación, y di qué magnitud estamos midiendo en cada caso: Recuerda que tenemos dos formas distintas de ex presar la equivalencia entre dos unidades que miden la misma magnitud. Por ejemplo, entre kg y g, podemos escribir: 1 kg = 1 000 g 0,001 kg = 1 g

d) Longitud = 0,00062 Mm; exprésala en metros. Equivalencia: 1 Mm = 1000000 m. 1 000 000 m Longitud = 0,00062 Mm · = 620 m 1 Mm e) Intensidad luminosa = 2,56 ncd; exprésala en mi crocandelas. Equivalencia: 1 μcd = 1 000 ncd. 1 μcd Intensidad luminosa = 2,56 ncd · = 0,00256 μcd = 1 000 ncd = 2,56 · 10–3 μcd 45. Haz las siguientes conversiones de unidades deri vadas: a) Velocidad = 90 km/h; expresa este valor en metros por segundo. Equivalencias: 1 km = 1 000 m; 1 h = 3 600 s. km 1 000 m 1 h m Velocidad = 90 · · = 25 h 1 km 3 600 s s b) Concentración = 1,5 mg/mL; exprésala en gramos por litro. Equivalencias: 1 g = 1 000 mg; 1 L = 1 000 mL. mg 1g 1 000 mL g Concentración = 1,5 · · = 1,5 mL 1 000 mg 1L L c) Superficie = 600 000 m2; exprésala en kilómetros cuadrados. Equivalencia: 1 km2 = 1000000 m2. 1 km2 Superficie = 600 000 m2 · = 0,6 km2 1 000 000 m2

a) Entre m y mm → 1 m = 103 mm. Medimos longitud. b) Entre μg y mg → 1 mg = 103 μg. Medimos masa. c) Entre ks y Ms → 1 Ms = 103 ks. Medimos tiempo. d) Entre GA y kA → 1 GA = 106 kA. Medimos intensidad de corriente. e) Entre mmol y nmol → 1 mmol = 106 nmol. Medimos cantidad de sustancia. f) Entre dcd y μcd → 1 dcd = 105 μcd. Medimos intensidad luminosa. g) Entre Tm y km → 1 Tm = 109 km. Medimos longitud. h) Entre Mg y cg → 1 Mg = 108 cg. Medimos masa.

46. Convierte estas temperaturas en grados centígrados o en kelvin, según corresponda:

43. Expresa en gramos los valores de masa que tienes a continuación:

47. María está realizando un experimento en el labora torio de Química. Mide con una probeta un volumen de agua de 75 cm3 y lo coloca en un recipiente. Aña de a ese mismo recipiente 5 mL de agua medidos con una pipeta y 2 cL de agua con ayuda de una bureta. ¿Cuál es el volumen total de agua que María ha aña dido al recipiente? Expresa el resultado en litros.

a) 2,5 ng = 2,5 · 10–9 g. b) 2,5 mg = 2,5 · 10–6 g. c) 2,5 Mg = 2,5 · 106 g. d) 2,5 Gg = 2,5 · 109 g. 44. Realiza las siguientes conversiones de unidades bá sicas: a) Masa = 150 mg; exprésala en gramos. Equivalencia: 1 g = 1 000 mg. 1g Masa = 150 mg · = 0,15 g 1 000 mg b) Tiempo = 2 500 s; exprésalo en megasegundos. Equivalencia: 1 Ms = 1 000 000 s. 1Ms Tiempo = 2 500 s · = 0,0025 s = 2,5 · 10–3 s 1 000 000 s c) Intensidad de corriente = 0,0325 mA; exprésala en microamperios. Equivalencia: 1 mA = 1 000 μA. 1 000 μA Intensidad de corriente = 0,0325 mA · = 32,5 μA 1 mA

a) Temperatura normal de una persona: 36,5 °C. b) Temperatura de solidificación del dióxido de carbo no: 195 K. c) Temperatura de ebullición del agua: 100 °C. d) Temperatura en la Antártida: 223,15 K. Recordando que: T (°C) = T (K) – 273,15, la corresponden cia correcta es: a) 309,65 K. b) –77,85 °C. c) 373,15 K. d) –50 °C.

Realizamos la conversión de estos volúmenes a litros, te niendo en cuenta las equivalencias: 1L = 1 000 cm3, 1L = = 1 000 mL y 1L = = 100 cL. De acuerdo con esto: V1 = = 75 cm3 = 0,075 L; V2 = 5 mL = 0,005 L; V3 = 2 cL = 0,02 L. Vtotal = V1 + V2 + V3 = 0,1 L 48. Un satélite de telecomunicaciones gira en órbita geoestacionaria alrededor de la Tierra a una veloci dad de 11 040 km/h. Un avión supersónico puede al canzar la velocidad de 600 m/s. ¿Cuál de los dos vehículos alcanza una velocidad mayor? El avión alcanza la velocidad de 600 m/s, que en km/h será: m 1 km 3 600 s km Velocidad = 600 · · = 2 160 s 1 000 m 1 h h Comparando ambas velocidades, la velocidad del satélite es bastante mayor.

75 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

c) Tiempo = 730 000 s. d) Masa = 3 050 000 kg. e) Temperatura = 5 600 K.

49. Las distancias en el universo son enormes. Por eso, en lugar de utilizar las habituales unidades terres tres de longitud, se ha definido como unidad de lon gitud la distancia de la Tierra al Sol, a la que se denomina unidad astronómica (UA): 1 UA = = 149 600 000 000 m. ¿Cuál sería el valor de las si guientes distancias en UA? a) Distancia desde el Sol a Plutón: 6 · 109 km. 6 · 109 km · 1 UA/1,496 · 108 km = 40,1 UA b) Distancia desde el Sol a Júpiter: 7,8 · 108 km. 7,8 · 108 km · 1 UA/1,496 · 108 km = 5,2 UA c) Diámetro de la estrella Betelgeuse: 4 · 108 km. 4 · 108 km · 1 UA/1,496 · 108 km = 2,7 UA 50. Juan sale a caminar provisto de su podómetro, que, además de medir la distancia que ha recorrido, le in forma de que ha consumido 850 kilojulios, gracias al ejercicio físico realizado. Le apetece tomarse una merienda, que le aportará un total de 350 kilocalorías. a) ¿Cuál es la equivalencia entre ambas unidades de energía? Búscala en algún libro o enciclopedia. La equivalencia entre calorías y julios es: 1 cal = 4,18 J; coincide con la equivalencia entre kilocalorías y kilojulios: 1 kcal = 4,18 kJ. b) ¿Le aportará la merienda más o menos energía que la consumida durante el paseo? Expresamos las 350 kilocalorías que le aporta la merien da en kilojulios: 4,18 KJ Energía = 350 kcal · = 1 463 kJ 1 kcal Por lo tanto, la merienda le aportará más energía que la consumida durante el paseo. 51. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos que faltan. La medida nos proporciona información cuantitativa, que debe expresarse mediante una cantidad con su correspondiente unidad. Para medir utilizamos instru mentos, que se caracterizan por su resolución, que es la mínima variación del valor de la magnitud que es capaz de apreciar. Según la resolución, la medida se expresará con un determinado número de cifras signi ficativas. 52. Indica el número de cifras significativas que tienen las siguientes medidas: a) Longitud = 0,0403 km → Tres cifras significativas. b) Tiempo = 1 200 s → Dos cifras significativas. c) Intensidad de corriente = 20,3 mA → Tres cifras significativas. d) Volumen = 0,33 dm3 → Dos cifras significativas. e) Velocidad = 110 km/h → Dos cifras significativas.

76 Solucionario

53. Haz el redondeo de los siguientes resultados, de modo que queden expresados con tres cifras significativas: a) Longitud = 325,35 m. Longitud = 325 m. b) Tiempo = 0,0523 h. Tiempo = 0,0523 h. c) Cantidad de sustancia = 0,1008 mol. Cantidad de sustancia = 0,101 mol. d) Intensidad luminosa = 85,3 cd. Intensidad luminosa = = 85,3 cd. e) Temperatura = 274,67 K. Temperatura = 275 K.

54. Mide con una regla la longitud de los lados de cada uno de los siguientes prismas, calcula su volumen, y expresa el resultado correctamente redondeado: a) Un tetrabrik de leche. b) Una caja de zapatos. c) Una caja de DVD. d) Una goma de borrar. Recuerda que el volumen de un prisma regular se calcula multiplicando la longitud de sus tres lados: V=a·b·c

c b

En todos los casos mediremos con una regla cuya resolución es 0,1 cm (1 mm). Expresamos los datos en función de la resolución, y el resultado con tantas cifras significativas como los datos de partida, considerando el que menos tenga: a) 19,5 cm · 6,0 cm · 9,0 cm = 1 053 cm3. El resultado debe expresarse con 2 cifras significativas: V = 1 100 cm3. b) 16,0 cm · 30,0 cm · 9,0 cm = 4 320 cm3. El resultado debe expresarse con 2 cifras significativas: V = 4 300 cm3. c) 13,5 cm · 19,0 cm · 1,5 cm = 384,75 cm3. El resultado debe expresarse con 2 cifras significativas: V = 380 cm3. d) 2,0 cm · 3,0 cm · 1,5 cm = 9 cm3. El resultado debe expresarse con 2 cifras significativas: V = 9,0 cm3. 55. Con ayuda de una regla, mide el largo y el ancho de una hoja de papel de formato A4. ¿Cuál es la resolu ción de la regla que has utilizado? Calcula el área de la hoja de papel, multiplicando ambas cantidades, y expresa correctamente el resultado en función de las cifras significativas de las medidas. Al medir la hoja de papel, expresando la medida en centí metros, obtenemos: Largo = 29,7 cm Ancho = 21,0 cm La resolución de la regla es de 0,1 cm. El área de la hoja es: Largo × Ancho = 623,7 cm2 Como el resultado ha de expresarse como los datos, con tres cifras significativas, diremos que el área es igual a: Área = 624 cm2 56. Javier está midiendo con su cronómetro el tiempo que tarda en caer una bolita durante un experimento de Física. Su profesora le indica que debe realizar varias medidas. a) ¿Por qué es necesario repetir las medidas varias veces? Como al medir nunca obtenemos el valor exacto, es necesario repetir la medida para estimar el valor más aproximado de la misma y su correspondiente error. b) Estos son los datos que ha obtenido: 1,2 s; 1,3 s; 1,2 s; 1,0 s; 1,1 s. Calcula la incertidumbre de la medida y expresa adecuadamente el valor de la magnitud. La resolución es de 0,1 cm. Realizamos los cálculos co rrespondientes:

|t – tmedio| (s) 0,04 0,14 0,04 0,16 0,06 Media = 0,088 s

La incertidumbre de la medida calculada debe tomarse con una cifra decimal. Aplicando el redondeo quedaría igual a 0,1, que coincide con la resolución. El resultado expresado correctamente será: t = 1,2 s ± 0, 1 s c) ¿Cómo podemos saber si la medida es buena o no? Para saber si la medida es buena o no debemos calcular el error relativo. En este caso, dado que el error relativo es el cociente entre la incertidumbre de la medida y el valor promedio de las medidas, en porcentaje sería del 8,3 %, por lo tanto, se trata de una medida poco fiable, ya que este error es superior al 5 %. 57. Hemos medido el alargamiento de un muelle al col garle pesas de diferentes masas. Los resultados apa recen en la tabla: Masa (g) Alargamiento (m)

0 0

100 0,05

200 0,10

300 0,15

400 0,20

a) Construye una gráfica con los datos anteriores. Coloca la masa en el eje de abscisas y el alarga miento en el eje de ordenadas. b) ¿Cómo es la dependencia entre ambas magnitudes? ¿Qué fórmula podrías proponer para expresarla? a)

0,30

Alargamiento (m/s)

0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

100 200 300 400 500 0 b) Se trata de una dependenciaMasa lineal. (g) En este caso, la pendiente de la recta es de 0,05/100 = 5 · 10–4, por lo tanto podemos proponer la fórmula: Alargamiento = 5 · 10–4 · Masa 58. La presión (p) es una magnitud que se define como el cociente entre la fuerza aplicada (F ) y la superficie (S ) sobre la que actúa, y viene dada por la fórmula F p = . Su unidad en el Sistema Internacional es el S pascal (Pa). a) Calcula la presión ejercida por una fuerza de 10 N (newton) que actúa sobre una superficie de 4 m2. La presión será: F 10 N p= = = 2,5 Pa S 4 m2

b) Despeja la fuerza de esta fórmula y calcula la fuerza necesaria para originar una presión de 35 Pa sobre una superficie de 10 m2. De la fórmula: F p= S pasamos S al primer miembro de la igualdad y obtendre mos: p·S=F o lo que es lo mismo: F=p·S Sustituyendo obtendremos: F = 35 Pa · 10 m2 = 350 N 59. La ley de la gravitación universal es una compleja expresión que relaciona la fuerza (F ) de atracción que existe entre dos cuerpos de masas m1 y m2 sepa m ·m rados por una distancia d : F = G 1 2 2 (G es un nú d mero llamado constante de gravitación universal). De esta fórmula despeja: a) La masa m1. b) La masa m2. c) La distancia d. F · d 2 a) m1 = m2 · G F · d 2 b) m2 = m1 · G G · m1 · m2 c) d = F

√

60. En un laboratorio siempre hay unas normas de fun cionamiento que recomiendan comportarse con se riedad. ¿Por qué crees que es preciso que existan estas normas de comportamiento? En el laboratorio se suele trabajar con sustancias que, en caso de no manipularse con las debidas precauciones y medidas de seguridad, pueden suponer algún riesgo. Además, el material con el que se trabaja suele ser bas tante frágil y su rotura puede suponer tanto su pérdida, como el peligro de que las sustancias contenidas en ese momento se derramen con el consiguiente riesgo. Debido a todo esto, es necesario adoptar unas mínimas medidas de seguridad y mentalizarse de que el trabajo en el labo ratorio siempre ha de hacerse con seriedad y concentración. 61. Contesta en tu cuaderno a las siguientes preguntas relativas a un laboratorio de Química: a) ¿Qué son los reactivos químicos? Son las sustancias que se utilizan para llevar a cabo las reacciones químicas. b) ¿Cuál es la función de la campana extractora de gases? Aspirar los gases que se desprenden en ocasio nes al llevar a cabo determinados procesos químicos, evitando que sean inhalados por las personas que se encuentran en el laboratorio. c) ¿Por qué a veces hay que utilizar equipos de pro tección como gafas o guantes? Porque algunas sus tancias pueden producir irritaciones o daños sobre la piel y las mucosas. Los guantes y las gafas evitarían que estas sustancias entren en contacto accidentalmente con nuestra piel, en caso de salpicadura o derrame.

77 Unidad 1. Las magnitudes y su medida. El trabajo científico

t (s) 1,2 1,3 1,2 1,0 1,1 tmedio = 1,16 s

d) ¿Se puede encender fuego? Sí, de hecho es habitual y para ello hay en el laboratorio mecheros de gas. Pero el fuego debe encenderse con mucha precaución, nunca cerca de sustancias inflamables y prestando muchísima atención para evitar accidentes. 62. Indica qué objeto o aparato utilizarías en cada caso: a) Para contener sustancias, normalmente líquidos. Vaso de precipitados. b) Para medir volúmenes de líquidos con poca preci sión. Probeta. c) Para preparar disoluciones llenándolo hasta la marca de aforo. Matraz aforado. d) Para medir la masa de una sustancia por pesada. Balanza o granatario. e) Para medir pequeños volúmenes de líquidos con precisión. Pipeta aforada. f) Para tomar pequeñas porciones de sustancias sólidas. Espátula. 63. Clasifica los siguientes aparatos en dos grupos, di ferenciando los que son instrumentos de medida de los que no lo son. En el caso de los instrumentos de me dida, indica la magnitud para la que se emplean: a) Tubo de ensayo. b) Matraz erlenmeyer. c) Probeta. d) Balanza. e) Frasco lavador. f) Vaso de precipitados. No son aparatos de medida: a) Tubo de ensayo: es un recipiente de vidrio para contener pequeñas cantidades de líquidos. b) Matraz erlenmeyer: es un recipiente de vidrio para con tener líquidos y agitarlos con facilidad. e) Frasco lavador: es un recipiente de plástico que sirve para almacenar y adicionar agua destilada. f) Vaso de precipitados: es un vaso de vidrio que sirve para contener sustancias y adicionar líquidos. Sí son aparatos de medida: c) Probeta: mide volúmenes de líquidos con poca precisión. Por ejemplo, la probeta de 100 mL. Su precisión es de 1 mL. d) Balanza: mide el valor de la masa de una sustancia por pesada. Por ejemplo, la balanza de 0 a 300 g. Su precisión es de 0,01 g. 64. En un laboratorio de Química, la mayor parte del ma terial utilizado es de vidrio y en algunos casos de porcelana, a pesar de que ambos materiales son frá giles y se rompen con facilidad. ¿Por qué crees que se usan estos materiales y no otros, como plásticos o metales, por ejemplo?

78 Solucionario

Se suele utilizar el vidrio por dos razones fundamentales: • Porque es un material bastante resistente a la corrosión por parte de algunas sustancias químicas, como los ácidos y las bases, e inerte químicamente (no se altera por las sustancias químicas que entran en contacto con él). • Porque permite ver a su través lo que está ocurriendo en el interior del recipiente.

65. Unos técnicos de medioambiente están realizando un control de aguas para consumo, al observar una extraña proliferación de algas. Tras suponer que la causa pueda ser la presencia de un cierto contami nante químico, toman muestras y realizan la medida de su concentración, obteniendo los siguientes re sultados, expresados en μg/mL: 22,8; 26,2; 20,9; 24,3. a) ¿Qué correspondencia existe entre los pasos se guidos por estos técnicos y el método científico? b) ¿Podemos decir que la concentración es una mag nitud? Si es así, ¿de qué tipo será? ¿Por qué? c) De acuerdo con los valores medidos, ¿cuál es la resolución del instrumento de medida utilizado? d) A partir de los datos anteriores, calcula el valor medio y la incertidumbre de la medida, expresando el resultando en función de estos. e) ¿Puede considerarse precisa esta medición? ¿Por qué? f) Según la normativa establecida para aguas de consumo, la cantidad máxima de la sustancia analizada en aguas para consumo humano es de 2,38 · 10–2 g/L. Según esto, ¿qué conclusión deben extraer? a) La investigación desarrollada por estos técnicos ha co menzado con la observación de un fenómeno anómalo en el agua que controlan. Tras analizar detenidamente este fenómeno, han elaborado una hipótesis para justificar lo ocurrido y tratar de confirmar su hipótesis, realizando la determinación experimental de la cantidad de contami nantes en agua. Finalmente, han procedido a analizar los resultados y a extraer las conclusiones correspondientes. Por tanto, existe una correspondencia plena entre los pasos seguidos y el método científico. b) Sí, se trata de una magnitud, ya que se puede medir. Concretamente, es una magnitud derivada, ya que no se corresponde con ninguna de las siete magnitudes básicas del Sistema Internacional. c) El instrumento de medida utilizado tiene una resolución de décimas de las unidades de concentración en que se expresa la medida, en este caso 0,1 μg/mL. d) El valor medio de las medidas realizadas es 23,55 μg/mL. La incertidumbre de la medida es 1,7 μg/mL. Por tanto, el resultado de esta medición expresado de acuerdo con la resolución del aparato de medida es: c = 23,6 ± 1,7 μg/mL. e) El error relativo cometido en esta medida es del 7,2 %. Para que una medida se considere buena debe tener un error relativo igual o inferior al 5 %. f) Si realizamos el cambio de unidades para poder comparar, obtendremos que la concentración medida de contami nante en agua es de 23,6 mg/L, muy próxima al límite permitido en agua para consumo. Por tanto, dado el error relativo cometido en la medición, sería aconsejable repe tir la medida para certificar que el agua es apta para consumo.

Presentación

de la unidad

1. Piensa en un objeto material e indica, al menos, tres propiedades que te permitan describirlo. Los objetos materiales que encontramos a nuestro alrededor cuentan con muchas propiedades que pueden ser percibidas por los sentidos. De este modo, percibimos con el sentido de la vista su forma, tamaño o color, y con el tacto podemos per cibir la textura, forma, plasticidad, elasticidad, etc. Con el sen tido del olfato podemos percibir si tiene olor característico, con el oído si emite algún tipo de sonido y con el gusto su sabor. 2. Si afirmamos que la materia es todo lo que nos ro dea, que se puede tocar o que se puede ver, ¿qué opinión te merece? Aunque siempre podremos encontrar ejemplos de sustancias materiales que se ajusten a estas afirmaciones, y se puedan tocar o ver, no debemos considerarlo como una generalidad, ya que no todas las sustancias materiales pueden tocarse o verse (como es el caso del aire). Por tanto, concluiremos con que debemos buscar una definición para la materia que cumplan todas las sustancias.

Desarrollo

de la unidad

3. Recuerda cómo se realiza la conversión de unidades y expresa los siguientes valores de masa y volumen en las unidades que se indican: a) 0,087 kg en g. b) 0,46 m3 en cm3. c) 0,36 L en mL. d) 1230 cm3 en m3. 4 e) 2 · 10 g en kg. f) 55 mg en kg. a) Equivalencia: 1 kg = 1 000 g. 1 000 g Masa = 0,087 kg · = 87 g 1 kg b) Equivalencia: 1 m3 = 1 000 000 cm3. 1 000 000 cm3 Volumen = 0,46 m3 · = 460 000 cm3 1 m3 c) Equivalencia: 1 L = 1 000 mL. 1 000 mL Capacidad = 0,36 L · = 360 mL 1L d) Equivalencia: 1 m3 = 1 000 000 cm3. 1 m3 Volumen = 1 230 cm3 · = 0,00123 m3 = 1 000 000 cm3 = 1,23 · 10–3 m3 e) Equivalencia: 1 kg = 1 000 g. 1 kg Masa = 2 · 104 g · = 20 kg 1 000 g f) Equivalencia: 1 kg = 1 000 000 mg. 1 kg Masa = 55 mg · = 5,5 · 10–5 kg 1 000 000 mg 4. Indica detalladamente el procedimiento que sigues para medir: a) El volumen de un balón. Un balón tiene geometría esférica y su volumen se puede calcular a partir de su radio, con la fórmula: 4π · r 3 V = 3 Bastará con medir el diámetro del balón, de modo que dividiéndolo por dos tengamos el radio y podamos aplicar la fórmula anterior.

b) La masa de una bola metálica. Como se trata de una medida de masa, podríamos usar una balanza de platillos o una balanza granatario para calcular la masa. c) El volumen de aire de tu habitación. El volumen del aire contenido en la habitación será el mismo que el volumen de la habitación, por lo que mediremos su largo, ancho y alto y los multiplicaremos. d) El volumen de un guijarro. Un guijarro es una pequeña piedra de forma irregular. Para medir su volumen utiliza remos una probeta que contenga agua hasta un cierto nivel, y la sumergiremos en el agua anotando el ascenso experimentado por el líquido como consecuencia de ello, que se corresponderá con el volumen de este. 5. Calcula la densidad de las siguientes sustancias a partir de los datos que se indican e interpreta el re sultado obtenido. Exprésalo en la unidad interna cional. a) m = 0,6 kg; V = 500 cm3. b) m = 450 g; V = 2 L. c) m = 3,8 kg; V = 8 m3. En todos los casos calcularemos la densidad dividiendo la masa del objeto entre su volumen. Como queremos el re sultado en unidades del SI, es decir, en kg/m3, realizaremos antes las conversiones de unidades necesarias: a) Realizamos la conversión de cm3 a m3, teniendo en cuen ta que 1 m3 = 1 000 000 cm3. 1 m3 = 0,0005 m3 1 000 000 cm3 Masa m 0,6 kg Densidad = = = = 1 200 kg/m3 Volumen V 0,0005 m3 Esta sustancia tiene una masa de 1 200 kilogramos por cada metro cúbico de volumen. b) Realizamos la conversión de g a kg, teniendo en cuenta que 1 kg = 1 000 g. Volumen = 500 cm3 ·

1 kg = 0,45 kg 1 000 g Y la conversión de L a m3, teniendo en cuenta que 1 m3 = 1 000 L. Masa = 450 g ·

1 m3 = 0,002 m3 1 000 L Masa m 0,45 kg Densidad = = = = 225 kg/m3 Volumen V 0,002 m3 Esta sustancia tiene una masa de 225 kilogramos por cada metro cúbico de volumen. c) En este caso no es necesario realizar ninguna conversión de unidades. Volumen = 2 L ·

Masa m 3,8 kg = = = 0,475 kg/m3 Volumen V 8 m3 Esta sustancia tiene una masa de 0,475 kilogramos por cada metro cúbico de volumen. Densidad =

6. La densidad del estaño es de 7,3 g/cm3. ¿Qué masa tiene una bola de estaño de 2 cm3 de volumen? Para calcular la masa conocidos los datos de densidad y volumen de un objeto, despejamos de la fórmula de la densidad la masa y sustituimos los datos: Masa g Densidad = → m = d · V = 7,3 3 · 2 cm3 = 14,6 g Volumen cm

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2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

7. ¿Depende la densidad del tamaño del objeto? Justi fica tu respuesta. La densidad se define como la masa por unidad de volumen, y solo depende de la naturaleza del objeto, no de su tama ño. Si tenemos dos objetos del mismo material, por ejemplo hierro, pero de distinto tamaño y, en consecuencia de dis tinta masa, al dividir la masa de cada uno por su volumen obtendremos el mismo valor en ambos casos, 7,86 g/cm3, que es la densidad del hierro. 8. ¿Qué cambios de estado se dan en estas situaciones? a) Cubrimos una pizza con queso y la introducimos en el horno. Fusión: el queso de la pizza pasa de sólido a líquido. b) Al amanecer, las plantas están cubiertas de rocío. Condensación: el vapor de agua de la atmósfera pasa a estado líquido. c) Hierve un caldo de sopa. Vaporización: el agua del caldo pasa a estado gaseoso al calentarlo. d) La naftalina que usamos para conservar nuestras prendas de ropa despide un fuerte olor. Sublimación: la naftalina pasa directamente del estado sólido al ga seoso. e) Introducimos una tarrina de helado recién prepa rado en el congelador. Solidificación: el helado líquido se solidifica adquiriendo una forma definida. 9. Investiga en libros o en Internet, e indica en qué es tado de agregación se encuentran las siguientes sustancias a temperatura ambiente: hidrógeno, car bono y bromo. El estado de agregación es: • Hidrógeno: gas. • Carbono: sólido. • Bromo: líquido. 10. El punto de fusión del ciclohexano, que es un hidro carburo presente en el petróleo, es de 6,6 °C, y su punto de ebullición es de 80,7 °C. ¿En qué estado de agregación se encuentra el ciclohexano en verano? ¿Qué le puede ocurrir en un frío día de invierno? En verano la temperatura ambiente suele ser mayor de 6,6 °C y, por supuesto, menor de 80,7 °C, que son los pun tos de fusión y ebullición de esta sustancia, por lo que el ciclohexano se encontrará en estado líquido. Si el invierno es muy frío, y la temperatura baja de 6,6 °C, el ciclohexano pasará del estado líquido al sólido.

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11. Teniendo en cuenta los valores de los puntos de fu sión y de ebullición del etanol, el mercurio y la sal común, indica en qué estado se encontrará cada sustancia a la temperatura de 110 °C. El etanol se encontrará en estado gaseoso, porque 110 °C es una temperatura superior a su punto de ebullición. El mercurio se encontrará en estado líquido, porque 110 °C es una temperatura comprendida entre su punto de fusión y su punto de ebullición. La sal común se encontrará en estado sólido, a ser la tem peratura considerada inferior a su punto de fusión. 12. Teniendo en cuenta las gráficas de calentamiento y de enfriamiento del agua, contesta:

a) ¿A qué temperatura ocurre la fusión? ¿Y la solidi ficación? Ambos procesos ocurren a 0 °C, que es el punto de fusión del agua (temperatura a la que ocurre el cambio de estado de sólido a líquido y viceversa). b) ¿A qué temperatura se produce la vaporización? ¿Y la condensación? Ambos procesos ocurren a 100 °C, que es el punto de ebullición del agua (temperatura a la que ocurre el cambio de estado de líquido a gas y viceversa). c) ¿Por qué en la gráfica de calentamiento y en la de enfriamiento el punto de fusión del agua tiene el mismo valor? Porque da igual si estamos calentando o enfriando. El punto de fusión es el valor de temperatura al que tiene lugar el cambio de estado entre sólido y lí quido tanto en un sentido como en el contrario. 13. La teoría cinético-molecular es un ejemplo de la apli cación del método científico al estudio de varios fenó menos. ¿Por qué decimos que es una teoría? ¿Cuáles son los fenómenos observados que trata de explicar? La teoría cinético-molecular surge para explicar las propie dades observadas en los gases, como su capacidad para difundirse, tomar la forma del recipiente, comprimirse o ser poco densos. Es una teoría porque comprende varias hipó tesis (postulados) para explicar un conjunto de fenómenos relacionados entre sí. 14. Según la teoría cinético-molecular, ¿qué ocurre cuando se enfría un gas? ¿Y cuando se calienta? Según esta teoría, cuando se enfría un gas las partículas se mueven a menor velocidad y disminuye la temperatura. Al calentarlo ocurre lo contrario, las partículas aumentan su velocidad y la temperatura aumenta en consecuencia. 15. ¿A qué se debe la presión que ejercen los gases con tenidos en un recipiente cerrado? Indica y explica la respuesta correcta. a) A que están formados por un enorme número de partículas muy apretadas. b) A que las partículas chocan entre sí y rebotan. c) A que las partículas constituyentes se mueven a gran velocidad. d) A que las partículas chocan continuamente con las paredes del recipiente. Correcta. La presión se debe al choque de las partículas contra las paredes del reci piente, de modo que si aumenta el número de choques aumenta, en consecuencia, la presión. 16. Cuando vamos a iniciar un vuelo en avión, recibimos consejos sobre cómo debemos actuar en caso de emergencia. Por ejemplo, si ocurre por rotura del fu selaje una despresurización de la cabina en la que se sitúa el pasaje. Esto es así porque existe una gran diferencia en las condiciones de presión y tempera tura del exterior con respecto al interior del avión. Teniendo en cuenta que la mayoría de aviones comer ciales de pasajeros suelen volar a una altitud de 10 000 m, busca información en Internet sobre las con diciones atmosféricas existentes a esa altura (pre sión, temperatura, densidad del aire), y compáralos con los correspondientes en el interior de la cabina. La troposfera es la capa de la atmósfera más próxima a la superficie terrestre. En esta capa, la temperatura desciende a medida que ascendemos, al igual que ocurre con la presión

17. Basándote en la teoría cinético-molecular, justifica las siguientes propiedades de los sólidos, los líquidos y los gases. a) Un sólido no se puede comprimir. Las partículas del sólido están muy próximas ocupando posiciones fijas. Estos espacios que hay entre las partículas son tan pe queños que apenas se pueden reducir. Habría que aplicar una fuerza muy grande que provocaría la deformación o la rotura del sólido antes que la compresión. b) Un líquido no tiene una forma fija y adopta la del recipiente que lo contiene. Las partículas del líquido se mueven libremente, aunque sin perder el contacto, por lo que el líquido no tiene forma fija, y adopta la forma del recipiente que lo contiene. c) Los gases son fácilmente compresibles. Entre las partículas del gas hay un gran espacio vacío, que se puede reducir fácilmente comprimiendo el gas. d) Los sólidos tienen una forma fija. En los sólidos, las partículas están ocupando unas posiciones fijas, por lo que desde el punto de vista macroscópico, se observa cómo la forma del sólido no cambia, es fija. e) Los líquidos y los gases pueden fluir. El movimiento libre de las partículas en ambos casos permite que tanto líquidos como gases puedan fluir con facilidad. f) Un líquido posee un volumen definido y no puede comprimirse. Aunque el líquido adopte la forma del recipiente, y sus partículas se muevan con libertad, los espacios entre ellas son mínimos, por lo que un líquido no se puede comprimir. 18. La teoría cinético-molecular permite justificar cómo ocurren los cambios de estado al aumentar o dismi nuir la temperatura. Realiza un esquema que explique, de acuerdo con dicha teoría, cómo tienen lugar la con densación y la solidificación al enfriar una sustancia. Respuesta libre. Simplemente tenemos que realizar el pro ceso inverso. Partimos de un gas en el que sus partículas se mueven libremente y al azar. Enfriamos el gas, por lo que las partículas se mueven a menor velocidad manteniendo un con tacto unas con otras debido a la aparición de débiles fuerzas de atracción entre ellas. El gas ha pasado a estado líquido. Si continuamos enfriando, va disminuyendo la capacidad de movimiento, hasta que llega un momento en que las partículas ya apenas pueden moverse, ocupan unas posi ciones fijas y tan solo pueden vibrar. El líquido ha pasado a estado sólido. 19. El yodo es una sustancia que pasa directamente del estado sólido al gaseoso cuando se calienta hasta una cierta temperatura. ¿Qué nombre recibe ese cambio de estado? ¿Cómo podría explicarse, según la teoría cinético-molecular? El cambio de estado de sólido a gas se denomina sublima ción. No es un cambio de estado muy frecuente, pero son ejemplos de sustancias que dan lugar a sublimaciones la

naftalina (que al colocarla en el armario desprende un fuerte olor que impregna el ambiente) y el yodo (que al calentarlo desprende unos vapores de color violáceo). Desde el punto de vista de la teoría cinético-molecular, podríamos justificarlo diciendo que las partículas de estas sustancias, al calentarse, reciben la energía suficiente para vencer las fuerzas de atracción que las mantienen unidas en el sólido, y pasan a moverse con total libertad, sin que exista ningún tipo de fuerza de atracción entre ellas, como ocurre en el caso de los gases. 20. La ley de Boyle es experimental. La teoría cinéticomolecular, que es posterior, ¿está de acuerdo con ella? Justifica tu respuesta. Sí, la teoría cinético-molecular está plenamente de acuerdo con ella, pues según la ley de Boyle la presión y el volumen de un gas contenido en un recipiente varían de forma inver samente proporcional. Esto significa que si disminuye el volumen del recipiente que contiene el gas, aumenta la presión y viceversa. Una disminución del volumen del reci piente, provoca un aumento en el número de choques, y como consecuencia, un aumento de la presión, como establece la ley de Boyle. 21. El comportamiento de un gas a una cierta temperatu ra se rige por la fórmula p · V = 8, en unidades del SI. ¿Qué presión ejerce cuando ocupa un volumen de 250 L? ¿Qué volumen ocupa si su presión es de 20 Pa? En primer lugar expresaremos el volumen en metros cúbicos, teniendo en cuenta que: 1 m3 = 1 000 L. 1 m3 Volumen = 250 L · = 0,25 m3 1 000 L Aplicando la ley de Boyle, y despejando la presión, tendremos: 8 8 Pa · m3 p·V=8→p= = = 32 Pa V 0,25 m3 Si la presión es de 20 Pa, despejamos el volumen de la fórmula y calculamos: 8 8 Pa · m3 p·V=8→V= = = 0,4 m3 = 400 L p 20 Pa 22. A una presión determinada, un gas ocupa un volu men de 4 L a la temperatura de 150 K. Si la tempera tura aumenta a 250 K, ¿qué volumen ocupará la misma cantidad de gas? ¿En qué ley te basas para realizar el cálculo? La ley de Charles relaciona el volumen que ocupa un gas y la temperatura a la que se encuentra. Nos basaremos por tanto en esta ley para establecer una relación de proporcio nalidad entre ambas magnitudes, que nos servirá para despejar el volumen que nos piden: V1 V2 4L V = → = 2 → V2 = 6,67 L T1 T2 150 K 250 K En este caso no es necesario realizar un cambio de unidades en el volumen, puesto que se trata de un cálculo de propor cionalidad directa. 23. Según las leyes de los gases, ¿son estos enunciados verdaderos o falsos? Explica tu respuesta. a) Si la presión es constante, el producto del volumen por la temperatura no varía. Falso. Porque lo que es constante es el cociente entre el volumen y la tempera tura, de acuerdo con la ley de Charles.

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atmosférica. De este modo, a la altura de 10 000 m, a la que suelen volar los aviones comerciales, la temperatura está en torno a –40 °C, y la presión ronda los 9 mmHg (aproxi madamente la centésima parte de la presión atmosférica normal), valores muy diferentes a los del interior de la ca bina del avión, que se asemejan a las condiciones en que desarrollamos nuestra vida normalmente.

b) La ley de Charles se cumple si la presión es cons tante. Verdadero. c) La ley de Boyle establece una dependencia entre la presión y la temperatura de un gas a volumen constante. Falso. Da una dependencia entre la presión y el volumen a temperatura constante. 24. Un gas a 45 °C de temperatura está confinado en un recipiente de 1 L y ejerce una presión de 2 hPa. Cal cula el volumen del recipiente necesario para que la misma cantidad de gas enfriado a 35 °C ejerza una presión de 50 Pa. Comenzamos expresando los valores de temperatura en kelvin: T1 = 45 °C + 273,15 = 318,15 K T2 = 35 °C + 273,15 = 308,15 K Considerando que la presión p1 = 2 hPa = 200 Pa, y que la presión p2 = 50 Pa, sustituimos en la ecuación general de los gases: p1 · V1 p2 · V2 2 · 102 Pa · 1 L 50 Pa · V2 = → = → V2 = 3,87 L T1 T2 318,15 K 308,15 K

ciencia... más cerca

25. Cuando descendemos rápidamente, por ejemplo al bajar por una carretera de montaña, notamos una sen sación característica de oídos taponados. ¿Cómo ex plicas este hecho utilizando lo que sabes de la presión atmosférica? Nuestro oído es muy sensible a los cambios de presión atmosférica, de modo que, cuando descendemos desde una altitud más elevada, la presión se incrementa provocando ese efecto como consecuencia.

26. Haciendo uso de las equivalencias entre las distin tas unidades de presión, realiza las siguientes con versiones de unidades: a) 2 atm en mmHg. c) 150 000 Pa en atm.

b) 1 030 mbar en atm.

a) Equivalencia: 1 atm = 760 mmHg. 760 mmHg Presión = 2 atm · = 1 520 mmHg 1 atm b) Equivalencia: 1 atm = 1013 mbar. 1 atm Presión = 1 030 mbar · = 1,02 atm 1 013 mbar c) Equivalencia: 1 atm = 101 300 Pa. 1 atm Presión = 150 000 Pa · = 1,5 atm 101 300 Pa

Practica

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27. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes. Materia es todo lo que posee masa y volumen; la masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, mien tras que el volumen es el espacio que ocupa. La relación entre ambas magnitudes es la densidad, cuyas unidades son kg/m3 o g/cm3. 28. Explica claramente la diferencia entre: a) Materia y masa. Materia es todo aquello que posee masa y volumen, mientras que la masa, una de las pro piedades generales de la materia, es la cantidad de materia que posee un sistema material.

b) Propiedades generales y propiedades caracterís ticas. Una propiedad general es aquella que es común a todos los tipos de materia (como la masa y el volumen) y una propiedad característica es aquella que sirve para identificar una sustancia pura determinada. c) Volumen y capacidad. El volumen es el espacio ocupa do por un sistema material y la capacidad es el volumen de líquido o gas que puede llegar a contener un recipiente. 29. Hemos medido la masa de un cuerpo en una balanza, obteniendo un valor de 350 g. También hemos halla do su volumen, resultando 200 cm3. Con estos datos, realiza los cálculos necesarios para obtener la den sidad del cuerpo e interpreta el resultado obtenido. Para calcular la densidad, necesitamos datos de masa y de volumen. Como la masa viene dada en gramos y el volumen en centímetros cúbicos, podemos calcular directamente la densidad, obteniendo el resultado en estas unidades: Masa m 350 g Densidad = = = = 1,75 g/cm3 Volumen V 200 cm3 Esta sustancia tiene una masa de 1,75 gramos por cada centímetro cúbico de su volumen. 30. Realiza la conversión de unidades necesaria para ex presar los siguientes valores de densidad en g cm3: a) d1 = 50 mg/cm3. b) d2 = 700 kg/m3. c) d3 = 0,0026 kg/cm3. Teniendo en cuenta las equivalencias necesarias, realiza remos las conversiones del siguiente modo: a) Equivalencia: 1 g = 1 000 mg. mg 1g d1 = 50 3 · = 0,05 g/cm3 cm 1 000 mg b) Equivalencias: 1 kg = 1 000 g; 1 m3 = 1 000 000 cm3. kg 1 000 g 1 m3 d2 = 700 3 · · = 0,7 g/cm3 m 1 kg 1 000 000 cm3 c) Equivalencia: 1 kg = 1 000 g. kg 1 000 g d3 = 0,0026 3 · = 2,6 g/cm3 cm 1 kg 31. Ordena las densidades de estas sustancias de mayor a menor: a) Agua: dagua = 1 000 kg/m3. b) Aceite: daceite = 850 kg/m3. c) Corcho: dcorcho = 0,35 g/cm3. d) Acero: dacero = 7 900 mg/cm3. e) Mercurio: dmercurio = 13 600 mg/cm3. Para realizar la ordenación de las densidades según su valor de mayor a menor, es necesario que realicemos la conversión de unidades de modo que queden expresadas todas en las mismas unidades: a) dagua = 1 000 kg/m3. b) daceite = 850 kg/m3. c) dcorcho = 0,35 g/cm3 = 350 kg/m3. d) dacero = 7 900 mg/cm3 = 7 900 kg/m3. e) dmercurio = 13 600 mg/cm3 = 13 600 kg/m3. De acuerdo con esto, el orden correcto será: dmercurio > dacero > dagua > daceite > dcorcho 32. Teniendo en cuenta las densidades del agua, del aceite, del corcho, del acero y del mercurio, indica lo que ocurrirá al añadir: a) Agua sobre aceite. El aceite flota sobre el agua porque es menos denso.

33. Tenemos dos esferas macizas del mismo tamaño, una de hierro y otra de aluminio. El diámetro de am bas esferas es de 3 cm, mientras que su masa es di ferente, siendo de 110 g para la esfera de hierro y de 38 g para la de aluminio. Calcula la densidad de am bas esferas, y compara el resultado obtenido con los que podrás encontrar en algún libro o en Internet para el hierro y el aluminio. Recuerda que para calcular la densidad necesitas, además de la masa, el volumen del cuerpo o sistema. En el caso de una esfera, puedes calcular su volumen utilizando la fórmula matemática correspondiente: V = 4/3 πr 3 Comenzamos calculando el volumen de ambas esferas, partiendo de que su radio (la mitad del diámetro) es 1,5 cm. 4πr3 4 · 3,14 · 1,5 cm3 Volumen = = = 14,13 cm3 3 3 La densidad, calculada como el cociente entre la masa de cada esfera y su volumen, será: Masa m 110 g Densidad hierro = = = = 7,8 g/cm3 Volumen V 14,13 cm3 Masa m 38 g Densidad aluminio = = = = 2,7 g/cm3 Volumen V 14,13 cm3 Estos valores calculados coinciden con los que están tabu lados en la bibliografía para estas sustancias. 34. Una sustancia líquida tiene una densidad de 1,2 g/cm3. Si tomamos una porción de 75 cm3 de esta sustancia y la pesamos en una balanza, ¿cuál es la masa que medimos? Cuando conocemos el valor de la densidad de una sustancia y el volumen de una porción de la misma, podemos calcular la masa de esa porción despejando de la fórmula de la densidad: m = V · d → m = 75 cm3 · 1,2 g/cm3 = 90 g 35. El níquel tiene una densidad de 8,90 g/cm3: a) ¿Qué masa tiene un objeto de níquel cuyo volumen es de 38,5 cm3? b) ¿Cuál es el volumen de una esfera de níquel de masa 45 g? A partir de los datos que nos proporcionan, y despejando de la fórmula de la densidad, realizaremos los cálculos si guientes: m a) d = → m = V · d = 38,5 cm3 · 8,90 g/cm3 = 342,7 g V m m 45 g b) d = → V = = = 5,1 cm3 V d 8,90 g/cm3 36. Un objeto tiene una masa m y un volumen V. Otro ob jeto tiene doble masa que el anterior, pero su volu men es igual. ¿Qué relación guardan entre sí las densidades de ambos objetos? ¿Por qué?

La densidad es la masa por unidad de volumen de un cuer po. Si dos objetos tienen el mismo volumen, pero uno tiene doble masa que el otro, la relación entre sus densidades también será el doble. Podemos realizar la comprobación suponiendo algunos datos: Objeto 1: m = 10 g y V = 5 cm3 → d = 2 g/cm3. Objeto 2: m = 20 g y V = 5 cm3 → d = 4 g/cm3. 37. ¿Qué pesa más, un clavo de hierro o una viga de hie rro? ¿Cuál de los dos objetos tiene una mayor densi dad, el clavo o la viga? Justifica tu respuesta. Una viga de hierro pesa mucho más que un clavo de hierro; sin embargo, ambos tienen el mismo valor de densidad, pues se trata del mismo tipo de materia: hierro. La densidad es una propiedad característica que no depen de del tamaño ni de la forma. 38. Una de las sustancias más densas que existen es el platino, un metal noble cuya densidad es 21,4 g/cm3. Si tenemos un bloque de platino con un volumen de 1 L, ¿cuál es su masa? Calcúlala y te sorprenderás. Calculamos la masa del bloque de platino, considerando que 1 L = 1 000 cm3, despejando de la fórmula de la densidad: m d= →m=V·d V m = 1 000 cm3 · 21,4 g/cm3 = 21 400 g = 21,4 kg Un objeto de platino del tamaño de un brik de leche tiene una masa de ¡21,4 kilogramos! 39. Un maestro orfebre está preparando una aleación de oro y plata para restaurar un candelabro deteriorado del siglo xiv. En un crisol (que es el recipiente en el que fundirá ambos metales) coloca 77,1 g de oro y 25,6 g de plata, obteniendo finalmente una aleación cuya densidad es de 17,1 g/cm3. a) ¿Qué volumen de aleación ha obtenido el orfebre tras la fundición? Considerando que tenemos el valor de la densidad de la aleación, 17,1 g/cm3, y la masa de aleación, resultado de sumar 77,1 g de oro + 25,6 g de plata = 102,7 g, podemos calcular su volumen despejando de la fórmula de la densidad: m m 102,7 g d = → V = = = 6,01 cm3 V d 17,1 g/cm3 b) Si para realizar el trabajo necesita 4 cm3 más de esta aleación, ¿qué cantidad de cada metal tendrá que utilizar? Despejando de la fórmula de la densidad, obtendremos que los 4 cm3 de aleación se corresponden con una masa de 68,4 g, que se obtendrán mezclando 51,3 g de oro con 17,1 g de plata. Para calcular estas cantidades hemos tenido en cuenta la proporción que guardan ambos meta les en la aleación: 75 % de oro y 25 % de plata. 40. ¿Cómo podemos justificar el hecho de que una balsa de madera de 200 kg de masa flote fácilmente en el agua, mientras que una bolita de plomo de tan solo 1 g de masa se hunda con gran facilidad? Explica tu repuesta de forma razonada. No es la masa del objeto la que determina si flotará o se hundirá en el agua, ni su tamaño, sino su densidad. La balsa de madera flota porque la madera es menos densa que el agua, mientras que la bolita de plomo se hunde con facilidad por ser bastante más densa que el agua.

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b) Un trozo de corcho sobre aceite. El corcho flota sobre el aceite porque es menos denso. c) Un trozo de acero sobre mercurio. El acero flota sobre el mercurio porque es menos denso. d) Agua y una bola de acero sobre mercurio. El mercu rio se queda en el fondo y el agua sobre él. La bola de acero se hunde en el agua, por ser más densa, pero flota sobre el mercurio.

41. Los bomberos saben bien que en la extinción de un incendio de combustibles líquidos (como la gasoli na, el gasóleo o el aceite) no deben utilizar agua, pues el incendio se extendería aún más. Para este tipo de incendios se usa espuma, que aísla el fuego del oxígeno, lográndose de este modo extinguirlo. ¿Por qué no se recomienda utilizar en este tipo de incendios el agua y, sin embargo, la espuma sí está indicada? Razona tu respuesta. Estos combustibles son menos densos que el agua. Si se utiliza agua para la extinción, flotan sobre el agua y el in cendio no solo no se extingue, sino que se propaga con más facilidad. Es necesario utilizar una sustancia que aísle el fuego del oxígeno; por lo tanto, debe ser menos densa que los combustibles, como es el caso de la espuma. 42. Indica a qué estado de agregación corresponden las siguientes propiedades: a) Tiene forma fija y definida. b) No se puede compri mir. c) Se comprime con facilidad. d) Toma la forma del recipiente. e) Ocupa todo el volumen del recipien te. f) Fluye, pero no se difunde. Propiedad

Sólido Líquido Gas

Tiene forma fija y definida.

Sí

No se puede comprimir.

Sí

Se comprime con facilidad.

Sí

Toma la forma del recipiente.

Sí

Ocupa todo el volumen del recipiente.

Sí

Fluye pero no se difunde.

Sí

43. Justifica estas afirmaciones basándote en las pro piedades de cada estado de agregación: a) Un montón de arena está en estado sólido. Un montón de arena tiene una forma invariable, siempre que no actúe sobre él una fuerza que cambie su forma, y no tiene tendencia a fluir como los líquidos y los gases. b) Si se rompe el vaso, se derrama el agua. El agua fluye con facilidad, y toma la forma del recipiente. Si se rompe el recipiente, el agua fluye libremente hasta en contrar un obstáculo que la retenga. c) Un ambientador perfuma toda la habitación. El perfume, al ser un gas, tiende a ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene. En este caso, se expande con facilidad por toda la habitación. d) Podemos apretar un globo con las manos. El globo está lleno de aire, el cual, al ser un gas, se puede com primir con facilidad. e) El gas natural se transporta por una red de tuberías. Al tratarse de un gas, posee la propiedad de fluir fácilmen te por las conducciones a través de las cuales se transporta.

84 Solucionario

44. Indica el nombre que corresponda a cada uno de los cambios de estado siguientes: a) De sólido a líquido. Fusión. b) De sólido a gas. Sublimación. c) De líquido a sólido. Solidificación. d) De líquido a gas. Vaporización. e) De gas a sólido. Sublimación inversa. f) De gas a líquido. Condensación.

45. Además del sólido, líquido y gaseoso, existe un cuarto estado de la materia: el plasma. Busca infor mación en libros o en Internet, y redacta un breve párrafo sobre este estado. Además de los tres estados sólido, líquido y gaseoso, existe un cuarto estado de agregación, si bien no lo encon tramos en nuestro entorno natural. Se trata del estado de plasma, que viene a ser como un gas muy denso. El interior de las estrellas se encuentra en este estado, que, produci do de manera artificial, ha dado lugar a avances tecnológi cos como los monitores TFT o los televisores planos. Aunque poco habitual en nuestro entorno terrestre, este estado de agregación es el más frecuente en el universo. 46. Realiza los cambios de unidades que correspondan, y completa esta tabla en tu cuaderno con los datos que faltan. Recuerda que es habitual tener que rea lizar este tipo de conversiones de unidades de tem peratura entre la escala Celsius y la escala Kelvin, para lo cual debemos tener en cuenta que: T (K) = T (°C) + 273,15 Utilizamos las conversiones de temperaturas entre kelvin y grados centígrados: T (°C) = T (K) – 273,15 T (K) = T (°C) + 273,15 Punto de fusión T (°C) T (K)

Punto de ebullición T (°C) T (K)

–272,2

0,95

–269

4,18

273,15

100

373,15

Acetona

–94,95

178,2

329,15

Platino

1 768

Sustancia Helio Agua

2 041,15 3 824,85

4 098

47. El punto de fusión del aluminio es de 660 °C y su pun to de ebullición 2 450 °C. a) ¿En qué estado se encontrará una pieza de aluminio que se haya calentado hasta 665 °C? En estado líqui do, porque esta temperatura es intermedia entre el punto de fusión y el punto de ebullición. b) ¿En qué estado estará dicha pieza si solo la calen tamos hasta 660 °C? Se encontrará cambiando de es tado sólido a líquido (veremos ambas fases). c) ¿Puede el aluminio pasar al estado gaseoso? ¿Qué debería ocurrir para que sucediese esto? Sí, puede. Para ello se debe calentar hasta una temperatura de 2 450 °C o superior, que es su punto de ebullición. 48. Observa esta gráfica y contesta a las siguientes pre guntas: Temperatura (°C)

Líquido 217 °C

Tiempo (min)

49. Fíjate en esta gráfica de cambio de estado corres pondiente al mercurio. Temperatura (°C) 357 °C

–38,4 °C 5

20 25 Tiempo (min)

a) ¿Cuáles son los puntos de fusión y de ebullición del mercurio? Esta es una gráfica de calentamiento en la que la primera zona horizontal corresponde al punto de fusión (–38,4 °C) y la segunda zona horizontal marca el punto de ebullición (357 °C). b) ¿En qué estado se encontrará el mercurio a la temperatura de 360 °C? ¿Por qué? Se encontrará en estado gaseoso, porque esta tempera tura es superior al punto de ebullición. c) Si enfriamos el mercurio hasta la temperatura de 35 grados bajo cero, ¿en qué estado se encontrará? Se encontrará en estado líquido, porque para que solidifi que habrá que enfriarlo hasta, al menos, 38,4 °C bajo cero.

está cerrado, el gas se difundirá, saliendo del mismo, y no podremos medir ningún valor de presión. 53. Explica, sirviéndote de la teoría cinético-molecular de los gases, por qué al disminuir el volumen de un gas en un recipiente aumenta la presión. Al disminuir el volumen del recipiente, las partículas se mueven en un espacio menor y chocan con más frecuencia contra las paredes, por lo que aumenta la presión. 54. Indica, utilizando la teoría cinético-molecular, la dife rencia entre: a) Un sólido y un líquido. En un sólido las partículas apenas pueden moverse, vibrando alrededor de una po sición fija. Las fuerzas de atracción son grandes. En el caso de un líquido, las partículas se mueven con libertad, aunque sin perder el contacto, pues, aunque débiles, existen fuerzas de atracción entre ellas. b) Un líquido y un gas. El gas se diferencia del líquido en que entre sus partículas no hay fuerzas de atracción, ni tampoco están en contacto, pues hay grandes distancias entre unas y otras. ¿Qué tienen en común los tres estados de agregación según esta teoría? La materia en los tres estados de agregación está formada por partículas que se mueven en mayor o menor medida. 55. Explica: a) ¿Por qué un sólido tiene forma fija y definida y un líquido no? En un sólido, las partículas ocupan unas posiciones fijas, que le confieren una forma fija y defini da. Y, en un líquido, las partículas pueden moverse con libertad, sin perder el contacto entre ellas, por lo que no tienen forma fija, sino que adquieren la del recipiente que los contiene. b) ¿Por qué un líquido no se puede comprimir y un gas sí? Las partículas del líquido están en contacto unas con otras y no hay apenas distancias entre ellas, no así en el gas, entre cuyas partículas hay mayores distancias, de forma que, al comprimirlo, se reducen estas distancias. 56. Los siguientes enunciados son parcialmente inco rrectos. Busca los errores y corrígelos:

Las partículas del gas se mueven continuamente y en todas direcciones, por tanto, tienden a ocupar todo el espacio del recipiente y se difunden con facilidad.

a) Todas las sustancias están formadas por partículas. En los sólidos las partículas no se mueven, al contrario de lo que sucede en los líquidos y los gases, donde tienen una gran capacidad de movi miento. En los sólidos las partículas pueden moverse, pero muy poco, pues solo pueden vibrar. b) Las partículas de un gas solo chocan contra las pa redes del recipiente que las contienen. Las partículas del gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente. c) Las partículas tienden a moverse más rápidamen te a medida que disminuye la temperatura. Al calen tar el gas y aumentar la temperatura, las partículas se mueven con mayor velocidad.

52. ¿Puede ejercer presión un gas que no esté contenido en un recipiente cerrado? Justifica tu respuesta.

57. ¿Por qué se dilata un sólido al calentarlo? Explica este hecho recurriendo a la teoría cinético-molecular.

La presión de un gas es el resultado del elevadísimo núme ro de colisiones de las partículas que lo forman con las paredes del recipiente que lo contiene; si el recipiente no

Al calentar el sólido las partículas vibran con más intensi dad, aumentando ligeramente la distancia de separación entre ellas, dando lugar a la dilatación del sólido.

50. Explica, utilizando la teoría cinético-molecular, por qué los gases se pueden comprimir. Entre las partículas del gas existe espacio vacío que es posible reducir al comprimir el gas. El mismo número de partículas se moverá en un espacio menor. 51. ¿Cómo justifica la teoría cinético-molecular que los gases se difunden y tienden a ocupar todo el espacio del recipiente que los contiene?

85 Unidad 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

a) ¿Se trata de una gráfica de cambio de estado? Explícalo. Sí, porque se muestra la variación de tempe ratura de una sustancia con respecto al tiempo, y apare ce una zona horizontal que indica que se produce un cambio de estado. b) ¿Qué proceso está teniendo lugar, calentamiento o enfriamiento? ¿Por qué? Se está produciendo un enfriamiento, porque la temperatura disminuye a medida que pasa el tiempo. c) ¿Se ha producido algún cambio de estado? En caso afirmativo, indica cuál y la temperatura a la que ocurrió. Se ha producido un cambio de estado de líquido a sólido (solidificación) a la temperatura de 217 °C.

58. Utiliza la teoría cinético-molecular para explicar cómo tiene lugar la solidificación a nivel microscópico. En un líquido, las partículas pueden moverse libremente pero mantienen el contacto entre ellas. Al calentar el líqui do las partículas tienden a moverse más rápidamente y, al enfriarlo, tienden a moverse más lentamente. De este modo, al disminuir la velocidad de las partículas, a medida que enfriamos, aumenta la posibilidad de que se establezcan ciertas fuerzas de atracción entre ellas que las obliguen a permanecer en posiciones fijas, restringiendo su capacidad de movimiento únicamente a la vibración. El líquido pasa a estado sólido y se produce la solidificación. 59. Enuncia las tres leyes de los gases y escribe sus fór mulas matemáticas, indicando qué magnitudes y constantes aparecen en cada una de ellas. • Ley de Boyle: A temperatura constante, el producto del volumen que ocupa un gas por la presión a la que se encuentra es constante: p·V=k Las magnitudes que aparecen en esta ley son la presión y el volumen del gas y k es la constante de proporciona lidad, cuyas unidades en el SI son: Pa · m3. • Ley de Charles: A presión constante, el cociente entre el volumen que ocupa un gas y su temperatura es constante: V =k T Las magnitudes que aparecen en esta ley son el volumen y la temperatura del gas y k es la constante de propor cionalidad, cuyas unidades en el SI son: m3/K. • Ley de Gay-Lussac: A volumen constante, el cociente entre la presión a la que se encuentra un gas y su tem peratura es constante: p =k T Las magnitudes que aparecen en esta ley son la presión y la temperatura del gas y k es la constante de propor cionalidad, cuyas unidades en el SI son: Pa/K. 60. ¿Cómo es la dependencia entre la presión y el volu men de un gas a temperatura constante? Basándote en esta dependencia, indica si estas afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando tu respuesta en cada caso:

86 Solucionario

a) Si la presión se reduce a la mitad, el volumen también. b) Si la presión se incrementa al triple de su valor, el volumen disminuye a su tercera parte. c) Si el volumen aumenta, la presión se reduce en la misma proporción. La dependencia es de proporcionalidad inversa. a) Falso. Si la presión se reduce a la mitad, el volumen aumenta al doble. b) Verdadero. c) Verdadero. 61. Según la ley de Gay-Lussac, la presión de un gas a volumen constante es directamente proporcional a su temperatura. ¿Qué ocurre si la temperatura de un gas que se encuentra a 1000 Pa de presión se tri plica? Según la ley de Gay-Lussac, la presión también se triplica rá, y valdrá 3 000 Pa.

62. Un gas, que se encuentra a una presión de 2,026 · 105 Pa y una temperatura de 300,15 K, ocupa un volumen de 2 500 cm3. Si, manteniendo la temperatura constante, se comprime hasta un volumen de 9,5 10–4 m3, ¿qué presión ejercerá sobre el recipiente? Justifica tu respuesta indicando la ley en la que te has basado para el cálculo. El gas inicialmente se encuentra en condiciones de presión y volumen dadas por p1 = 2,026 · 105 Pa y V1 = 2 500 cm3 = = 2,5 · 10-3 m3. Dado que se mantiene la temperatura constante, aplicare mos la ley de Boyle para calcular la presión ejercida al variar el volumen. p1 · V1 = p2 · V2 ⇒ 2,026 · 105 Pa · 2,5 · 10-3 m3 = p2 · 9,5·10-4 m3 p2 = 533 157,9 Pa 63. Justifica, mediante la teoría cinético-molecular, las leyes de Boyle y de Gay-Lussac. • Ley de Boyle: según esta ley, al disminuir el volumen que ocupa el gas, a temperatura constante, aumenta la pre sión. Esto es debido a que la disminución del espacio en el que se mueven las partículas provoca que aumente el número de choques contra las paredes del recipiente y, en consecuencia, la presión. • Ley de Gay-Lussac: esta ley nos dice que al aumentar la temperatura de un gas, manteniendo su volumen cons tante, aumenta la presión. Se explica considerando que, al calentar, las partículas del gas se mueven más rápida mente, aumentando la frecuencia de sus choques contra las paredes del recipiente, lo que provoca un incremento de la presión. 64. Escribe la expresión que representa la ecuación ge neral de los gases. Indica qué variables aparecen en ella, y despeja cada una de las tres magnitudes (pre sión, volumen y temperatura) a partir de la fórmula matemática de la ecuación. La ecuación general de los gases relaciona la presión, el volumen y la temperatura a la que se encuentra un gas. Esta ecuación tiene la siguiente expresión matemática, donde k es una constante que depende de la cantidad de gas: p·V =k T Despejando cada una de las tres variables, se obtienen las siguientes expresiones: k·T k·T p·V p= V = T = V p k 65. Justifica en cada caso, aplicando la ecuación gene ral de los gases, las siguientes situaciones: a) Un gas triplica su presión y también su temperatu ra. ¿Qué sucedería con el volumen que ocupa? De acuerdo con la ecuación general de los gases, si p2 = 3 p1 y T2 = 3 T1, tendremos: p1 · V1 p2 · V2 p1 · V1 3p1 · V2 = ⇒ = ⇒ T1 T2 T1 3T1 p · V · 3T1 V2 = 1 1 = V1 T1 · 3P1 Por tanto, en este caso, el volumen no se modifica.

p1 · V1 p2 · V2 p1 · V1 p1/2 · 4V1 = ⇒ = ⇒ T1 T2 T1 T2 p /2 · 4V1 · T1 T2 = 1 = 2T1 p1 · V1 En estas condiciones, la temperatura se duplica. 66. Explica cómo se obtiene la ley de Boyle a partir de la ecuación general de los gases. ¿Tiene la misma expresión esta ley para una misma cantidad de un gas a dos temperaturas diferentes? La ley de Boyle puede obtenerse a partir de la ecuación general de los gases simplemente manteniendo la tempe ratura constante. De este modo, si T1 = T2 = T: p1 · V1 p2 · V2 p ·V p ·V = ⇒ 1 1= 2 2⇒ T1 T2 T T ⇒ p1 · V1 = p2 · V2 = Constante Como la temperatura forma parte de la constante, la expre sión de esta ley no es la misma para una misma cantidad de gas a dos temperaturas diferentes, pues será distinta la constante. 67. Una cierta cantidad de gas se encuentra en el inte rior de un recipiente de 2 L provisto de un pistón mó vil, un manómetro y un termómetro. El manómetro marca 200 Pa y el termómetro indica una temperatu ra de 10 °C. Si se hace bajar el pistón para reducir el volumen a 800 cm3 y se calienta el gas hasta 25 °C, ¿qué presión marcará el manómetro en estas nuevas condiciones? Comenzamos expresando los valores de temperatura en kelvin, y los volúmenes en litros: T1 = 10 °C + 273,15 = 283,15 K T2 = 25 °C + 273,15 = 298,15 K V1 = 2 L, V2 = 800 cm3 = 0,8 L Considerando que la presión p1 = 200 Pa, sustituimos en la ecuación general de los gases: p1 · V1 p2 · V2 200 Pa · 2L p2 · 0,8 L = ⇒ = ⇒ p2 = 526,5 Pa T1 T2 283,15 K 298,15 K 68. El nitrógeno (N2), que es el gas más abundante en el aire, tiene numerosas aplicaciones. En su estado ga

seoso y a temperatura ambiente, se suele utilizar en el envasado de alimentos para crear una atmósfera inerte, que favorece su conservación. En estado lí quido se usa para la conservación de muestras bio lógicas a muy baja temperatura. Su punto de fusión es de 63,14 K, su punto de ebullición de 77,35 K, y su densidad, a una presión atmosférica normal de 101 300 Pa y una temperatura de 25 °C, es de 1,25 kg/m3. De acuerdo con esto, contesta: a) ¿Podemos considerar al nitrógeno como un ejemplo de sustancia material? Si es así, explica por qué. Sí, porque materia es todo aquello que posee masa y volumen, independientemente de su estado de agrega ción. b) ¿Hasta qué temperatura, expresada en grados Celsius o centígrados, debe enfriarse este gas para que se encuentre en estado líquido? Se debe enfriar hasta su punto de ebullición, que es igual a 77,35 K = = –195,8 °C. c) En un recipiente de 5 L de capacidad, a la presión atmosférica normal y a la temperatura de 25 °C, se ha depositado una cierta cantidad de nitrógeno. De acuerdo con los datos, ¿de qué cantidad se trata? Teniendo en cuenta que la densidad de este gas en esas condiciones es d = 1,25 kg/m3, y que un volumen de 5 L = = 5 000 cm3 equivale a 5 · 10-3 m3, la cantidad de gas en este recipiente es de 6,25 · 10-3 kg = 6,25 g. d) A esa temperatura, el nitrógeno se encuentra en estado gaseoso. ¿Qué puedes decir sobre sus partículas, aplicando los postulados de la teoría cinético-molecular? Podemos decir que sus partículas se mueven continua mente y al azar, chocando entre ellas y con las paredes del recipiente. Los choques de esas partículas sobre la pared del recipiente son los causantes de la presión ejercida por el gas. e) Si el recipiente anterior se calienta hasta una temperatura de 40 °C, manteniendo el volumen fijo, ¿cuál será ahora la presión que el gas ejerce sobre sus paredes? Indica la ley en que te basas para realizar el cálculo. Expresando los valores de temperatura en kelvin: T1 = 25 °C + 273,15 = 298,15 K T2 = 40 °C + 273,15 = 313,15 K Y aplicando la ley de Gay-Lussac (p1/T1 = p2/T2), para una presión inicial de 101 300 Pa obtenemos que la presión final obtenida al variar la temperatura es de P2 = 106 396,3 Pa.

87 Unidad 2. Los estados de la materia. La teoría cinético-molecular

b) Otro gas aumenta su volumen al cuádruple y dis minuye su presión a la mitad. ¿Qué ocurre con su temperatura? Si ahora p2 = p1 / 2 y V2 = 4 V1, tendremos:

3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas Presentación

de la unidad

1. Cita dos ejemplos de materiales que posean estas características: dureza, ligereza, brillo, flexibilidad. Son ejemplos de materiales que poseen estas características: • Dureza: diamante, acero. • Ligereza: corcho, espuma. • Brillo: plata, aluminio. • Flexibilidad: cartón, tela. 2. Considera las siguientes sustancias: plata, azúcar, aire, petróleo, acero y agua. ¿Cómo las clasificarías y qué criterio utilizarías para ello? Son varios los criterios a los que se puede recurrir para clasificar las sustancias propuestas, y todos son válidos siempre que se utilice alguna propiedad común. De este modo, y teniendo en cuenta lo aprendido con anterioridad, podrían clasificarse en función de su estado de agregación en sólidos (si tienen forma fija y definida), líquidos (si tienen forma variable pero no se pueden comprimir) y gases (si tienen forma variable y se pueden comprimir). Así tenemos: • Sólidos: plata, azúcar y acero. • Líquidos: petróleo y agua. • Gas: aire.

Desarrollo

c) Compuesto y mezcla homogénea. Un compuesto es una sustancia formada por partículas iguales, mientras que en una mezcla homogénea hay di ferentes tipos de partículas, aunque no son distinguibles. d) Sustancia pura y compuesto. Una sustancia pura está formada por partículas idénticas. Un compuesto es una sustancia pura en la que cada una de sus partículas está formada, a su vez, por la unión de diferentes tipos de átomos. 5. Corrige los errores que ha cometido un alumno de 3.º de ESO en este resumen: «Hay varios tipos de sustancias. Las más sencillas son las sustancias puras; dentro de ellas tenemos los elementos, formados por átomos iguales, y los com puestos, constituidos por partículas iguales formadas por átomos diferzentes. Otro tipo de sustancias son las mezclas, que pueden ser homogéneas si sus componentes no se pueden ver y heterogéneas si sus componentes sí se pueden distinguir». 6. Teniendo en cuenta las características de las mez clas heterogéneas y homogéneas, busca tres ejem plos de cada una de ellas en los siguientes entornos cotidianos, indicando en cada caso cuáles son los componentes y en qué te basas para clasificarlas: a) Una playa. b) Una farmacia. c) Un supermercado. a)

de la unidad

Ejemplos

3. Entramos en una cocina y encontramos estos siste mas materiales: a) Agua mineral. b) Sal. c) Azúcar. d) Leche. e) Mantel. f) Zumo de naranja. g) Papel de aluminio. h) Vinagre. i) Detergente. j) Papel de cocina. k) Cobre. l) Acero inoxidable. ¿Puedes indicar si se trata de sustancias puras o mezclas? En el caso de las mezclas, especi fica sus componentes buscando información en una enciclopedia o en Internet. • Son sustancias puras: la sal, el azúcar, el papel de alu minio y el cobre. • Son mezclas: – Agua mineral: agua con sales minerales disueltas. – Leche: solución acuosa de azúcares, proteínas y grasas de origen animal. – Mantel: la tela es una mezcla de fibras y tintes. – Zumo de naranja: agua, vitamina C, azúcares, pulpa, etc. – Vinagre: agua, ácido acético y aromas. – Cristal: sílice, carbonato de calcio y carbonato de sodio. – Detergente: tensoactivos, agua, aromas, etcétera. – Papel de cocina: fibras de celulosa, lignina, tintes, etc. – Acero inoxidable: hierro con pequeñas cantidades de carbono y cromo.

Mezclas homogéneas

88 Solucionario

Agua de mar.

Nitrógeno, Agua oxígeno con sales disueltas. Componentes y otros gases.

Agua mineral. Agua con pequeñas cantidades de sales disueltas.

Mezclas heterogéneas Ejemplos

Arena.

Pequeños granos Componentes de sílice y otros minerales. b)

Rocas.

Montón de conchas.

Mezcla de minerales cristaliza dos.

Restos de conchas de distin tas espe cies.

Mezclas homogéneas Ejemplos

Jarabe.

Agua y principios Componentes activos.

Pastillas eferves centes.

Alcohol desinfec tante.

Principios activos y excipien tes.

Alcohol etílico y agua.

Mezclas heterogéneas

4. Explica la diferencia que existe entre: a) Elemento y mezcla. Un elemento es una sustancia formada por partículas idénticas, mientras que en una mezcla encontramos di ferentes tipos de partículas. b) Mezcla homogénea y mezcla heterogénea. En la mezcla homogénea no es posible distinguir sus componentes, ni siquiera al microscopio, mientras que en la mezcla heterogénea sí.

Aire.

Ejemplos

Sobres antigripa les.

Diferentes principios Componentes activos en polvo.

Suspen sión.

Cápsulas.

Polvo sólido no soluble y agua.

Principios activos en polvo en un envol torio.

Mezclas homogéneas Ejemplos

Refresco.

Agua, dióxido de Componentes carbono, azúcares y aditivos.

Zumos.

Colonia.

Agua, Agua, jugos, azú alcohol y car y colo perfumes. rantes.

Mezclas heterogéneas Ejemplos

Preparado Alimento de paella. de pája ros.

Macedo nia.

Marisco, Semillas Diferentes verduras y de diferen frutas en Componentes caldo. tes tipos. almíbar troceadas. Las mezclas homogéneas son aquellas en las que no podemos distinguir los componentes y las mezclas hete rogéneas son aquellas en las que sí podemos distinguir sus componentes. 7. Indica si estas afirmaciones son correctas o no, jus tificando tu respuesta en cada caso: a) Una mezcla presenta siempre un aspecto no uni forme. Falso. Las mezclas homogéneas presentan un aspecto uniforme. Las heterogéneas no. b) Las mezclas son muy comunes en la naturaleza. Correcto. La mayoría de sistemas materiales en la natu raleza son mezclas de distintas sustancias. c) Es posible conseguir distintas mezclas a partir de los mismos componentes. Correcto. En una mezcla sus componentes pueden combinarse en distintas proporcio nes. Esto las distingue de los compuestos, en los que sus componentes siempre se combinan en la misma propor ción.

10. ¿Puede servir la destilación para separar dos líqui dos inmiscibles? ¿Qué inconvenientes tiene frente a la decantación? Podría servir, pues al calentar la mezcla el líquido de menor punto de ebullición se vaporizaría primero y condensaría en el refrigerante separándose del otro componente; pero este método es lento y requiere un montaje instrumental com plejo, lo cual es innecesario pudiendo usar la decantación, que separa directa y fácilmente ambos líquidos inmiscibles en una sola operación. 11. Diseña tú la separación de una mezcla de agua sala da y aceite. Explica lo que ocurre y lo que se va ob teniendo en cada paso. Inicialmente podemos observar dos fases líquidas in miscibles, una formada por el agua salada y otra por el aceite. La mezcla es heterogénea y el aceite queda arri ba al ser menos denso; las podemos separar mediante una decantación. El agua salada es a su vez una mezcla homogénea de un sólido (sal) en un líquido (agua). Los podemos separar mediante una cristalización. Tras la misma, el agua se evapora y queda la sal formando pe queños cristales. 12. El azufre es un sólido de color amarillo insoluble en agua. Teniendo en cuenta este dato, ¿cómo puedes separar una mezcla sólida de azufre y sal? Primero echamos la mezcla de azufre y sal en agua, obte niendo una disolución homogénea del agua con la sal, por un lado, y azufre sólido, por otro. A continuación podemos separar el azufre por filtración. El azufre, por ser insoluble en agua, quedaría retenido en el papel de filtro. Y la sal la podemos separar del agua por cristalización. 13. Teniendo en cuenta la composición del acero y de las bebidas refrescantes, contesta:

Se trata de una mezcla, porque está formada por al menos dos componentes, el líquido transparente y el sólido rojo que se ha depositado en el fondo. Tras reposar comproba mos que la mezcla es heterogénea porque es posible dis tinguir sus componentes.

a) ¿Por qué sabemos que se trata de disoluciones? Porque en todos los casos se trata de mezclas homogé neas (no es posible distinguir sus componentes). b) En el caso del acero, ¿cuál es el disolvente y cuál el soluto? El acero es una mezcla homogénea de hierro con pequeñas cantidades de carbono. Como el hierro es el componente mayoritario será el disolvente; el carbono es el soluto al estar en menor cantidad. c) ¿Tienen las disoluciones anteriores siempre la misma composición o esta es variable? La compo sición de cualquier disolución, como las anteriores, es siempre variable, pues una de las características de cualquier mezcla es la posibilidad de poder variar la proporción de sus componentes.

9. ¿Pueden usarse la filtración y la decantación para separar mezclas homogéneas? Justifica tu res puesta.

14. Identifica los componentes de las siguientes disolu ciones e indica cuáles son los disolventes y cuáles los solutos:

La filtración y la decantación son métodos válidos para mezclas heterogéneas. Las mezclas homogéneas, como el agua salada, el alcohol desinfectante o el petróleo, no se pueden separar mediante una filtración, pues no se aprecia ningún componente sólido con un tamaño de partícula su ficiente como para quedar retenido en un filtro, ni tampoco por decantación, pues es necesario que existan dos fases líquidas perfectamente distinguibles.

a) Cada litro de agua del mar contiene entre 33 g y 37 g de sales. b) Cada kilogramo de oro de 18 quilates contiene 750 g de oro y 250 g de plata. c) En 100 mL de alcohol desinfectante hay 96 mL de alcohol y 4 mL de agua. d) El gas natural es gas metano con algo de etano, propano y butano.

8. Ayer llegó a nuestro laboratorio una sustancia des conocida; se trataba de un líquido rojo oscuro no transparente, de apariencia uniforme. Esta mañana hemos observado en el vaso un sólido rojo en el fon do y un líquido rosado transparente. ¿Qué tipo de sustancia será? Razona tu respuesta.

89 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

Disolución a)

Agua de mar.

Disolvente Agua.

Oro.

Soluto Cloruro de sodio y otras sales.

Oro de 18 quilates.

Alcohol desin Alcohol etílico Agua. fectante. (etanol).

Gas natural.

Metano.

Plata.

Etano, propa no y butano.

15. El agua es, con diferencia, el compuesto más abun dante de la corteza terrestre, de la que constituye prácticamente el 70 %. Su importancia es indudable; además de modelar el relieve, regular el clima y constituir el medio en el que viven un enorme número de especies, es un componente esencial para los se res vivos, ya que casi la totalidad de los procesos biológicos vitales tienen lugar en el seno de disolu ciones acuosas. Busca información en Internet sobre las propiedades físico-químicas del agua, recopilan do algunos datos importantes como sus valores de punto de fusión y de ebullición, su densidad y cómo es, desde el punto de vista microscópico, su molécu la. Con toda esta información, explica por qué el agua puede considerarse un disolvente universal. El agua es uno de los mejores disolventes, debido a las siguientes características que posee: • Un amplio intervalo de temperaturas (de 0 a 100 °C) en el que se encuentra en estado líquido. • Una densidad más alta que la del hielo; eso permite que este flote sobre el agua, posibilitando la continuidad de los procesos físico-químicos que sustentan la vida inclu so en las zonas más frías del planeta. • Una molécula polar, es decir, que presenta cargas nega tivas y positivas en distintas zonas, que interacciona fácilmente con gran cantidad de especies químicas di versas, haciendo que se disuelvan. 16. ¿Puedes afirmar que un refresco es una disolución en la que hay un disolvente líquido y varios solutos en diferentes estados de agregación? Explícalo con siderando como ejemplo un refresco de cola. Sí, lo podemos afirmar. Por ejemplo, en un refresco de cola, el disolvente es el agua (líquido) y los solutos son azúcares (sólidos), dióxido de carbono (gas) y aditivos.

90 Solucionario

17. Redacta un texto en el que aparezcan obligatoria mente estos términos: disolución, homogénea, disol vente, soluto, saturada, concentrada, diluida, sobresaturada. ¡No olvides leerlo antes de dar por finalizado el ejercicio!

tenga 180 g de cloruro de potasio por litro de agua? ¿Qué aspecto tendría la mezcla de 1 L de agua y 250 g de cloruro de potasio? Se considerará una disolución concentrada, ya que hay una cantidad importante de soluto disuelto en relación a la cantidad de disolvente. Si añadimos 250 g de cloruro de potasio a 1 litro de agua, solo se disolverán 238 g, como corresponde a una disolución saturada de esta sustancia, y quedarán en el fondo sin disolver 12 g de cloruro de po tasio. 19. ¿Qué diferencia una disolución de un coloide? Jus tifica el motivo por el cual los aerosoles no pueden considerarse verdaderas disoluciones, sino disper siones coloidales, e indica cuál sería la fase disper sa y cuál la fase dispersante en este caso. La diferencia es el tamaño de las partículas dispersas. En un coloide, estas partículas alcanzan un tamaño de hasta 200 nm, lo que le confiere a la mezcla propiedades diferen tes de las que poseen las disoluciones. En el caso de los aerosoles, se trata de coloides formados por gotitas o pe queñas partículas de sólidos (fase dispersa) suspendidas en el aire (fase dispersante). 20. Queremos preparar una disolución concentrada de azúcar en agua en el mínimo tiempo posible. Tenien do en cuenta el modo en que ocurre la disolución a escala microscópica, ¿qué se te ocurre para hacer el proceso más rápido? Justifica tu propuesta. Para disolver más rápido el azúcar (soluto) en el agua (di solvente) podemos agitar la disolución. Al agitar, favorece mos el contacto entre las partículas del disolvente y las del soluto y desplazamos al seno del líquido las partículas de azúcar que ya han sido disueltas y rodeadas por las de di solvente. 21. Indica los factores de los que depende la solubilidad y explica cuál es la influencia de la temperatura. La solubilidad depende de la naturaleza del soluto y del disolvente considerados y de la temperatura. En este último caso, por lo general, a medida que aumenta la temperatura aumenta la solubilidad, si se trata de un sólido que se di suelve en un líquido. No es así para un gas que se disuelve en un líquido, ya que en estos casos disminuye la solubilidad a medida que aumenta la temperatura. 22. Si comparamos el cloruro de sodio y el nitrato de po tasio, ¿cuál es más soluble a una temperatura de 20 °C? ¿Se mantiene el mismo orden de solubilida des a 60 °C? ¿A qué puede ser debido?

Respuesta libre. Por ejemplo: una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, en la cual el componen te mayoritario recibe el nombre de disolvente y el que está en menor cantidad se denomina soluto. Las disoluciones, aten diendo a la cantidad de soluto y de disolvente, pueden clasi ficarse en diluidas, concentradas, saturadas y sobresaturadas.

Si comparamos los valores de solubilidad a 20 °C para estas sustancias, veremos que la solubilidad del cloruro de sodio es mayor que la del nitrato de potasio. En cambio, a una temperatura de 60 °C, la solubilidad del nitrato de potasio es mayor que la del cloruro de sodio. No se mantiene el orden de solubilidad, porque la temperatura influye de forma diferente para cada uno de estos solutos, en función de su naturaleza.

18. Una disolución saturada de cloruro de potasio con tiene 238 g de esta sustancia disueltos en 1 L de agua. ¿Cómo se clasificará una disolución que con

23. Construye curvas de solubilidad para el cloruro de sodio, la sacarosa y el nitrato de potasio. ¿Qué con clusiones pueden deducirse de dichas curvas?

b) Los datos son el volumen de soluto y de disolución; por lo tanto, calculamos el porcentaje en volumen:

Solubilidad (mg/100 g) 300 200 150 100

KNO3

NaCI

50 60 70 Temperatura (°C)

Podemos extraer las siguientes conclusiones: • A todas las temperaturas, la sustancia más soluble es la sacarosa. • En todos los casos, la solubilidad aumenta con la tempe ratura. No obstante, para el cloruro de sodio, la solubili dad apenas varía con la temperatura. 24. La solubilidad de una sustancia A en agua es el do ble que la solubilidad de otra sustancia B, conside radas ambas a una temperatura de 20 °C. ¿Puedes afirmar que si mezclamos estas sustancias con agua la cantidad de A que se disuelve es el doble que la que se disolverá de B? Al ser el valor de solubilidad el doble, podemos afirmar que en la misma cantidad de disolvente, y a la temperatura de 20 °C, es posible disolver doble cantidad de A que de B. 25. La solubilidad de una sustancia A en etanol a 18 °C es 32. ¿Qué significa este dato? ¿Qué ocurre si mez clamos 15 g de esta sustancia con 150 g de etanol a esa misma temperatura? Significa que, a 18 °C de temperatura, es posible disolver como máximo 32 g de sustancia A por cada 100 g de etanol. La sustancia A se disolverá por completo en etanol en las cantidades indicadas. 26. Calcula la concentración como porcentaje en masa de las disoluciones obtenidas a partir de la mezcla de: a) 72 g de azúcar y 288 g de agua. b) 25 g de sal y 375 g de agua. c) 75 mg de cloruro de potasio y 150 g de agua. Masa de soluto 72 g a) % Masa = · 100 = · 100 = Masa de disolución 360 g = 20% b) % Masa =

Masa de soluto 25 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 400 g

= 6,25% c) % Masa =

Masa de soluto 0,075 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 150,075 g

= 0,05%

a) 15 g de soluto; 45 g de disolvente. b) 8 mL de soluto; 200 mL de disolución. c) 4,8 g de soluto; 3 L de disolución. a) Los datos son la masa de soluto y de disolvente, por lo que calculamos el porcentaje en masa: Masa de soluto 15 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 60 g = 25%

Masa de soluto 4,8 g = = 1,6 g/L Volumen de disolución 3 L

28. Explica los pasos que seguirías para: a) Preparar una disolución diluida a partir de una saturada. Añadiendo más disolvente conseguiremos obtener una disolución diluida. b) Obtener una disolución saturada a partir de una concentrada. En este caso es necesario que eliminemos parte del disolvente evaporándolo, o bien que añadamos más soluto hasta la cantidad máxima que es posible di solver según su valor de solubilidad. 29. Se ha preparado una disolución a partir de 15 g de sal y 3 L de agua. Teniendo en cuenta la densidad del agua (1 g/cm3) y considerando que el volumen final es prácticamente el mismo que el de agua, calcula su concentración de dos formas distintas. Si añadi mos otro litro de agua, ¿cuál es la concentración ahora? ¿Es menor o mayor? Como la densidad del agua es 1 g/cm3, y el volumen de agua añadido es 3 L (3 000 cm3), la masa de agua añadida a la disolución es 3 000 g (3 kg). En consecuencia, podemos decir que la masa de disolución (soluto + disolvente) es de 3 015 g. La concentración, calculada de ambas formas, será: % Masa =

Masa de soluto 15 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 3 015 g = 0,5%

Masa de soluto 15 g = = 5 g/L Volumen de disolución 3 L Si añadimos otro litro de agua la concentración ahora será: C=

% Masa =

Masa de soluto 15 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 4 015 g = 0,37%

Masa de soluto 15 g = = 3,75 g/L Volumen de disolución 4 L Al aumentar el volumen de disolvente la concentración disminuye. Hemos realizado una dilución. C=

27. Calcula la concentración de estas disoluciones, de acuerdo con los datos siguientes:

% Masa =

Volumen de soluto · 100 = Volumen de disolución 8 mL = · 100 = 4% 200 mL c) Los datos son la masa de soluto y el volumen de disolu ción; por lo que calculamos la masa por unidad de volu men: % Volumen =

Sacarosa

ciencia… más cerca

30. ¿En qué se parece la destilación fraccionada a la destilación simple? ¿En qué se diferencian ambas técnicas de destilación? La destilación fraccionada se parece a la destilación simple en que ambas se usan para la separación de los componen tes de una mezcla de sustancias líquidas teniendo en cuenta sus puntos de ebullición, vaporizándolas y conden sándolas posteriormente por separado. La diferencia fun damental es que la destilación simple obtiene las sustancias secuencialmente, una tras otra, por lo que solo se puede

91 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

250

utilizar para mezclas sencillas de pocos componentes. En el caso de la destilación fraccionada, es posible separar simultáneamente una gran cantidad de compuestos, por lo que se usa para mezclas muy complejas y a escala industrial. 31. ¿Por qué la destilación simple no sirve para separar los componentes del petróleo? Ten en cuenta la composición del petróleo, sus características y que una refinería puede llegar a procesar más de 500 to neladas de petróleo a la hora. Son muchas las sustancias que forman parte del petróleo, por lo que su separación mediante una destilación simple sería muy lenta y costosa. Además, la cantidad de petróleo que es necesario procesar en un determinado intervalo de tiempo para que el proceso sea rentable desaconseja tam bién la destilación simple.

Practica 32. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes. La materia puede clasificarse en sustancias puras y mezclas. Las primeras se dividen a su vez, en elemen tos y compuestos, y se caracterizan por contener partículas idénticas. Las segundas están formadas por partículas diferentes y pueden ser heterogéneas u ho mogéneas. En estas últimas es imposible distinguir sus componentes y reciben también el nombre de disolu ciones. Una característica fundamental de las mezclas es que sus componentes pueden estar en proporcio nes variables. 33. Define los siguientes términos: a) Elemento: sustancia pura en la que sus partículas están formadas por un solo tipo de átomos. b) Mezcla heterogénea: mezcla en la que es posible distinguir sus componentes fácilmente. c) Sustancia pura: sustancia cuyas partículas son iguales. 34. Observa estas representaciones microscópicas de sustancias e indica, en cada caso y de manera razo nada, si se trata de un elemento, un compuesto o una mezcla. Recuerda que el criterio para diferenciar elementos, compuestos y mezclas a nivel microscópico consis te en ver si la sustancia está formada o no por el mismo tipo de partículas y si estas contienen o no átomos iguales. a

92 Solucionario

a) Compuesto, porque todas sus partículas son iguales y están formadas por distintos tipos de átomos. b) Mezcla, porque está formada por diferentes tipos de partículas. 35. Para cada grupo de sustancias (elementos, com puestos, mezclas homogéneas y mezclas heterogé neas), responde: a) ¿Son iguales sus partículas constituyentes? b) ¿Se pueden distinguir sus componentes a simple vista?

c) ¿Pueden dar lugar a varias sustancias mediante procesos físicos? d) ¿Pueden dar lugar a varias sustancias mediante procesos químicos? a

Elementos

Sí

Compuestos

Sí

Mezclas homogéneas

Sí

Mezclas heterogéneas

A veces

Sí

36. Clasifica las siguientes sustancias en puras o mez clas; en el segundo caso, distingue entre homogé neas y heterogéneas. Consulta una enciclopedia o Internet si lo necesitas. a) Arcilla. Es una mezcla heterogénea. b) Agua destilada. Es una sustancia pura. c) Vinagre. Es una mezcla homogénea (disolución). d) Bronce. Es una mezcla homogénea (aleación). 37. Explica la diferencia entre: a) Decantación y destilación. La decantación es un método útil para separar dos líquidos que forman una mezcla heterogénea, mientras que la destilación separa dos líquidos que forman una mezcla homogénea. b) Centrifugación y filtración. La centrifugación y la fil tración se usan para una mezcla heterogénea de un sólido en un líquido. En la filtración, el sólido es retenido en un filtro, mientras que en la centrifugación queda depositado en el fondo al hacer girar la mezcla a gran velocidad. c) Filtración y tamizado. Ambos son métodos de separa ción para mezclas heterogéneas, pero el primero se usa para mezclas de sólidos y líquidos, mientras que el se gundo es para separar mezclas de sólidos de distintos tamaños de grano o partícula. 38. ¿Qué utilidad tiene la separación magnética en los procesos de reciclaje de basuras? ¿Te parece impor tante esta contribución a la preservación del me dioambiente? Los componentes metálicos que se utilizan en la fabricación de utensilios para nuestra vida cotidiana suelen contener grandes cantidades de hierro en su composición. Estas aleaciones de hierro pueden ser recuperadas una vez que el utensilio del que forman parte ya no tiene ninguna utili dad, y pueden usarse para la obtención de nuevos objetos metálicos. Para ello, en las cadenas de reciclaje se utilizan potentes electroimanes que recuperan de la basura todos estos objetos metálicos, con el fin de enviarlos a las plantas de tratamiento donde se convertirán en nueva materia prima para la fabricación de materiales nuevos. 39. Indica en qué tipo de mezclas están indicados los siguientes procesos de separación: a) Decantación. Mezcla heterogénea de dos líquidos in miscibles. b) Destilación. Mezcla homogénea de dos líquidos con distinto punto de ebullición. c) Cristalización. Mezcla homogénea de un sólido y un líquido. d) Filtración. Mezcla heterogénea de un sólido y un líquido.

40. Indica qué método físico es el más adecuado para separar los componentes de estas mezclas:

rio (BaSO4), nitrato de sodio (NaNO3) y tetracloruro de carbono (CCl4):

a) Residuos de agua en gasolina. Decantación. b) Arena y grava. Tamizado. c) Partículas de hierro y polvos de talco. Separación magnética.

• El agua y el tetracloruro de carbono (más denso) son sustancias líquidas incoloras no miscibles. • El sulfato de bario es insoluble en ambos disol ventes. • El nitrato de sodio solo es soluble en agua.

a) La extracción de sal en las salinas. Cristalización: el agua se evapora y queda la sal. b) La eliminación de partículas en el aceite usado. Filtración: las partículas quedan en el filtro. c) La obtención de combustibles a partir del petróleo. Destilación fraccionada: se calienta la mezcla y las sus tancias se separan en función de su temperatura de ebullición. d) La retención de las partículas de polvo y polen en una mascarilla. Filtración: las partículas de polvo y polen quedan en la mascarilla, que actúa de filtro. 42. Diseña un procedimiento para separar los compo nentes de las siguientes mezclas mediante procesos físicos: a) Agua, gasolina y gasóleo. Inicialmente observamos dos fases líquidas, una más densa (agua) y otra menos densa (gasolina + gasóleo). Se emplea la decantación para separar ambas fases. Posteriormente, se emplea la destilación para separar la gasolina del gasóleo, pues forman una mezcla homogénea de dos líquidos de distin to punto de ebullición. La gasolina, al tener un punto de ebullición menor, se vaporiza antes que el gasóleo, reco giéndose en un vaso de precipitados. b) Virutas de aluminio, agua y etanol. En este caso, se observa una fase sólida (aluminio) y una fase líquida (agua + etanol). Al ser una mezcla heterogénea en la que una de las sustancias es sólida, se emplea la filtración para separar las virutas de aluminio. El etanol se separa del agua mediante una destilación, y se vaporiza primero al tener un punto de ebullición inferior a esta. 43. Para investigar una sustancia desconocida realiza mos el siguiente procedimiento: • En primer lugar nos fijamos en su aspecto. A simple vista solo observamos una fase líquida. • Sobre esta sustancia líquida llevamos a cabo una filtración y una destilación, y únicamente obtene mos el líquido inicial. • Tras un proceso químico denominado electrólisis obtenemos dos sustancias diferentes a partir de la muestra. ¿Se trata de una sustancia pura (elemento o com puesto) o de una mezcla (homogénea o heterogénea)? Explícalo. Se trata de una sustancia pura, porque por los métodos fí sicos aplicados solo obtuvimos la misma sustancia. Es un compuesto porque por el método químico de la electrólisis obtuvimos dos sustancias diferentes. Es el agua. 44. A partir de la información que se te proporciona, di seña con detalle un procedimiento para separar los componentes de una mezcla de agua, sulfato de ba

Observaríamos tres fases en el recipiente: una líquida compuesta por tetracloruro de carbono más densa, otra lí quida formada por una mezcla homogénea de agua y nitra to de sodio, y una sólida de sulfato de bario en el fondo. Se usa la filtración para separar el sulfato de bario de ambos líquidos. Tras esto, mediante una decantación, se separa el tetracloruro de carbono de la mezcla de agua y nitrato de potasio, que finalmente, mediante una cristaliza ción, se separa quedando el componente sólido formando pequeños cristales. 45. Pon tres ejemplos de mezclas que puedas considerar disoluciones y otros tres ejemplos de mezclas que no lo sean. Justifica tu respuesta en cada caso, expli cando el criterio que has usado para clasificarlas. Respuesta libre. Si se trata de una mezcla homogénea, en la que no se pueden distinguir sus componentes, estaremos frente a una disolución. En el caso de que sus componentes puedan distinguirse fácilmente no será una disolución. Por ejemplo, son disoluciones el agua del mar, la orina o el aire, y no son disoluciones el barro, una roca o una salsa. 46. Copia y completa este texto en tu cuaderno sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes. Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias en una proporción variable. Se denomina disolvente al componente mayoritario. La concentración expresa la cantidad relativa de soluto que hay disuel to con respecto al disolvente, y, según su valor, la di solución puede ser diluida, concentrada o saturada. 47. ¿Qué dato necesitas conocer para poder preparar una disolución saturada de una sustancia a una de terminada temperatura? Justifica tu respuesta y ex plica cómo prepararías esa disolución. Necesitamos conocer la solubilidad del soluto en el disol vente que se vaya a utilizar, a la temperatura a la que se va a preparar la disolución. Pesaríamos la cantidad exacta de soluto y de disolvente, y se mezclarían formando directa mente la disolución saturada que se desea preparar. 48. En una empresa que fabrica y embotella bebidas re frescantes saben bien que la solubilidad de los ga ses como el dióxido de carbono (CO2) en agua es menor a medida que aumenta la temperatura. De acuerdo con esto: a) ¿En qué condiciones de temperatura crees que se carbonatarán los refrescos antes de envasarlos? Deben realizar la carbonatación de la bebida en frío. Cuan to menor sea la temperatura a la que se realiza la mezcla, mejor se disolverá el gas dióxido de carbono en la bebida. b) ¿Por qué cuando se calienta una lata de refresco, su contenido se derrama bruscamente al abrirla? Al calentarse la bebida contenida en la lata, parte del gas

93 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

41. ¿Qué métodos de separación de mezclas se usan en estos procesos? Razona tus respuestas.

ya no se disuelve y tiende a aumentar la presión en el interior del envase. Al abrir la lata, como consecuencia de la presión en su interior, se derrama bruscamente el contenido. 49. En la tabla se recogen datos de solubilidad del oxí geno (O2) en agua a diferentes temperaturas. Temperatura (°C)

Solubilidad (mg/100 g)

1,42

1,23

1,09

0,98

0,81

0,70

Dibuja la curva de solubilidad correspondiente a este gas y responde razonadamente a estas cuestiones: a) ¿Cómo varía la solubilidad en agua del oxígeno con la temperatura? b) ¿Cómo podría afectar a la vida acuática en una charca un calentamiento del agua debido a la ac ción de los rayos del sol en verano? Solubilidad (mg/100g) 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0

30 35 40 Temperatura (°C)

a) La solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. b) Al ser mayor la temperatura del agua, sería menor la cantidad de oxígeno disuelta, lo que dificultaría la super vivencia de seres vivos en la charca. 50. A 25 °C hemos mezclado 30 g de una sustancia con 200 g de agua, de los cuales se han disuelto 18 g y han quedado 12 g sin disolver. a) Haz un dibujo y re fleja en él los datos. b) ¿Puedes decir que esta sus tancia no es soluble en agua? c) ¿Puedes calcular la solubilidad de esta sustancia en agua a 25 °C? En caso afirmativo, explica cómo lo has hecho e inter preta el resultado. a) 18 g de sustancia disueltos en 200 g de agua

94 Solucionario

12 g de sustancia sin disolver

b) No, simplemente podemos decir que para esta sustancia solo podemos disolver 18 g por cada 200 g de agua. c) Sí, se puede deducir que la solubilidad de esta sustancia es 9. Significa que es posible disolver 9 g de la misma por cada 100 g de agua, que es el disolvente.

51. Observa la siguiente curva de solubilidad. Solubilidad 150 100 50 0

50 60 Temperatura (°C)

a) Hemos preparado una disolución de esta sustancia en agua a 50 °C, mezclando 280 g de soluto con 200 g de agua. ¿Se tratará de una disolución satu rada? La solubilidad a 50 °C es 150. Significa que por cada 100 g de agua es posible disolver 150 g de soluto y, por tanto, en 200 g de agua se podrán disolver como máximo 300 g de sustancia. La disolución preparada es concentrada porque se ha añadido la cantidad máxima que es posible disolver. b) Enfriamos la disolución anterior hasta la tempera tura de 40 °C. ¿Qué ocurre? Al enfriar la disolución hasta la temperatura de 40 °C, la solubilidad desciende a 100. Si ahora en 100 g de agua es posible disolver 100 g de sustancia, en 200 g se podrán disolver como máximo 200 g de la misma. Por tanto, al enfriar, se depositarán en el fondo 80 g de sustancia que no se disuelven. 52. Interpreta los siguientes resultados, obtenidos al calcular la concentración de varias disoluciones: a) Disolución de sal en agua al 18 %. Hay disueltos 18 g de sal por cada 100 g de disolución. b) Disolución de hidróxido de potasio (KOH) en agua de concentración 20 g/L. Hay disueltos 20 g de hidróxi do de potasio por cada litro de disolución. c) Una bebida tiene una concentración de alcohol etílico del 75 % en volumen. Por cada 100 mL de be bida, hay disueltos 75 mL de alcohol etílico. d) En un jarabe, la concentración de principio activo es 0,5 mg/mL. Hay disueltos 0,5 mg de principio activo por cada mililitro de jarabe. 53. Calcula la concentración de estas disoluciones en porcentaje en masa y en masa por unidad de volu men a partir de los datos de esta tabla: Disolución 1 Disolución 2 Disolución 3

Masa de soluto Masa de disolvente Volumen de disolución

10 g

1,02 kg

250 mg

490 g

24,48 kg

2,25 g

625 mL

25 L

2 dL

• Disolución 1: % Masa =

Masa de soluto 10 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 500 g = 2%

Masa de soluto 10 g = = 16 g/L Volumen de disolución 0,625 L

• Disolución 2: % Masa =

Masa de soluto 1,02 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 25,5 g = 4%

Masa de soluto 1 020 g = = 40,8 g/L Volumen de disolución 25 L

• Disolución 3: % Masa =

Masa de soluto 0,25 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 2,5 g = 10%

Masa de soluto 0,25 g = = 1,25 g/L Volumen de disolución 0,2 L

54. Se ha preparado una disolución disolviendo 15 g de yoduro de potasio (KI) en 245 g de agua, con lo que ha resultado un volumen final de 250 mL. Calcula la concentración en porcentaje en masa y en masa por unidad de volumen para esta disolución. % Masa =

Masa de soluto 15 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 260 g = 5,77%

Masa de soluto 15 g = = 60 g/L Volumen de disolución 0,25 L

55. Una disolución de nitrato de potasio (KNO3) en agua tiene una concentración en masa del 8 %: a) ¿Qué información aporta este dato? Indica que por cada 100 g de disolución hay disueltos 8 g de soluto (nitrato de potasio). b) ¿Qué cantidad de nitrato de potasio habrá disuelto en un recipiente que contenga 0,5 kg de esta diso lución? Aplicando la proporcionalidad, en 0,5 kg = 500 g de disolución habrá disueltos 40 g de soluto. 56. Disponemos de medio litro de una disolución de al cohol etílico y agua de concentración igual al 20,5 % en volumen, cuyos componentes pretendemos sepa rar mediante una destilación. ¿Qué volumen de alco hol se obtendrá tras este proceso? En esta disolución hay disueltos 20,5 mL de alcohol por cada 100 mL de disolución. De acuerdo con esto, en 0,5 L = 500 mL de disolución habrá 102,5 mL de alcohol. 57. Se ha preparado una disolución de cloruro de litio (LiCl) de concentración igual a 15 g/L. ¿Qué volumen de esta disolución, expresado en mililitros, debemos tomar para que contenga disueltos 6 g de esta sus tancia? Recuerda que, si la concentración de una di solución viene dada en masa por unidad de volumen, conociendo dicha concentración puedes despejar el volumen de disolución o la masa de la fórmula: C = Masa de soluto/Volumen de disolución Debemos tomar 400 mL de esta disolución. El cálculo sería el siguiente: C = m/V ⇒ V = m/C = 6 g/15 g/L = 0,4 L = 400 mL 58. Estudiando los envases y la publicidad de algunos productos que habitualmente se encuentran en el mercado, hemos encontrado las siguientes expre siones. Explica cada una de ellas e interpreta su sig nificado. a) Detergente concentrado. Indica que la cantidad de sustancia activa incluida en el producto es bastante alta,

en relación a la cantidad de disolvente que se ha adicio nado al producto. b) Diluir antes de usar. Antes de utilizar el producto es necesario añadir más disolvente para disminuir la con centración del mismo. c) Soluble en agua. Por sus características, la sustancia se disuelve en agua con facilidad. 59. Explica la diferencia entre: a) Solubilidad y tanto por ciento en masa. La solubilidad expresa la cantidad máxima de soluto que es posible disolver en 100 g de disolvente, mientras que el porcen taje en masa expresa la cantidad de soluto que hay di suelto por cada 100 g de disolución. Para una misma mezcla soluto-disolvente, la solubilidad a una tempera tura dada solo tiene un valor, mientras que el porcentaje en masa puede variar en función de las cantidades rela tivas de soluto y disolvente mezcladas. b) Disolver y diluir. Disolver supone mezclar un soluto con un disolvente hasta que ambos formen una mezcla ho mogénea, mientras que diluir implica añadir más disol vente a una disolución ya preparada para disminuir su concentración. 60. Luis ha comprado agua embotellada, y curioseando en la etiqueta del envase, lee lo siguiente: bicarbo natos: 127 mg/L; calcio: 36 mg/L; magnesio: 8 mg/L; sodio: 11 mg/L. ¿Qué cantidad total de calcio y magnesio toma Luis diariamente si bebe 1,5 litros de agua? La concentración de sales en el agua viene expresada como concentración en masa por unidad de volumen. De acuerdo con los datos proporcionados, en 1,5 litros de esta agua mineral hay disueltos 54 mg de calcio y 12 mg de magnesio, que corresponden a la cantidad ingerida diariamente de estas sales. 61. Una disolución cuyo volumen es 250 cm3 contiene disueltos 12 g de sulfato de hierro(II) y 26 g de nitrato de sodio: a) Calcula la concentración en masa por unidad de vo lumen (g/L) de cada soluto en la disolución anterior e interpreta el resultado. b) Calcula la cantidad de ambas sales que habrá disuelta en esos 60 cm3 de disolución. c) Añadimos agua a la porción anterior, hasta un volumen final de 500 mL. ¿Cuáles son las concen traciones ahora? a) Sulfato de hierro(II): Masa de soluto 12 g = = 48 g/L Volumen de disolución 0,250 L Nitrato de sodio: C=

Masa de soluto 26 g = = 104 g/L Volumen de disolución 0,250 L A partir de los valores obtenidos, para las diferentes concentraciones, podemos afirmar que hay disueltos 48 g de sulfato de hierro(II) y 104 g de nitrato de sodio por cada litro de disolución. b) En 60 cm3 de disolución habrá disueltos 2,88 g de sulfato de hierro(II) y 6,24 g de nitrato de sodio. C=

95 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

c) Al añadir agua, el volumen final pasa a ser 500 mL = 0,5 L. En estas condiciones la concentración de cada soluto será: Sulfato de hierro(II): C = Masa de soluto/Volumen de disolución = = 2, 88 g/0,5 L = 5,76 g/L Nitrato de sodio: C = Masa de soluto/Volumen de disolución = = 6, 24 g/0,5 L = 12,48 g/L 62. La concentración media de vitamina C en un zumo de naranja natural es del 0,052 %, mientras que en un kiwi es del 0,1 %. Sabiendo que la cantidad diaria recomendada (C.D.R.) de vitamina C para una perso na de 15 años en adelante es de 60 mg/día, ¿qué can tidad de zumo de naranja deberá tomar un adulto para satisfacer sus necesidades de vitamina C? ¿Y si prefiere consumir kiwi? El kiwi tiene una concentración mayor (0,1 g de vitamina C por cada 100 g de kiwi frente al zumo de naranja, que solo contiene 0,052 g de vitamina C por cada 100 g de zumo). Para ingerir 60 mg de vitamina C la persona debe consumir 115,4 g de zumo de naranja o 60 g de kiwi. 63. Una marca de leche muestra esta información nutri cional en el envase, correspondiente a 100 mL: pro teínas: 3,10 g; hidratos de carbono: 4,6 g; grasas: 3,5 g. a) Calcula la concentración de cada nutriente en g/L e interpreta el resultado. Proteínas: C=

Masa de soluto 3,1 g = = 31 g/L Volumen de disolución 0,1 L

Hidratos de carbono: C=

Masa de soluto 4,6 g = = 46 g/L Volumen de disolución 0,1 L

Grasas: C=

Masa de soluto 3,5 g = = 35 g/L Volumen de disolución 0,1 L

Es decir, en un litro de leche hay 31 g de proteínas, 46 g de hidratos de carbono y 35 g de grasas. b) ¿Qué cantidad en gramos de cada uno de los principios nutritivos ingiere una persona que toma 625 mL de esta leche al día? Si toma 625 mL de leche, ingiere 19,4 g de proteínas, 28,8 g de hidratos de carbono y 21,9 g de grasas. 64. Un abono comercial para plantas contiene 160 g de óxido de potasio (K2O) por cada 2 L de disolución. Sa biendo que la densidad del producto es de 1,05 g/cm3, calcula la concentración en masa por unidad de vo lumen y en porcentaje en masa.

96 Solucionario

Como la densidad del producto es 1,05 g/cm3 y el volumen de la disolución 2 L, la masa de la disolución es: 2000 cm3 · 1,05 g/cm3 = 2100 g La masa de soluto es 160 g. Por tanto: • Concentración en masa por unidad de volumen: C=

Masa de soluto 160 g = = 80 g/L Volumen de disolución 2 L

• Porcentaje en masa: % Masa =

Masa de soluto 160 g · 100 = · 100 = Masa de disolución 2 100 g = 7,62%

65. En el laboratorio tenemos tres disoluciones de clo ruro de hidrógeno en matraces de 250 mL, de con centraciones: Disolución 1: 5 %. Disolución 2: 10 g/L. Disolución 3: 15 mg/L. a) Halla la masa en gramos de ácido que hay en cada disolución. ¿Necesitas algún dato adicional? En el caso de que sea así, indica cuál. • En la disolución 1 necesitamos conocer la masa de diso lución (o la densidad de la disolución para poder calcu larla) para poder averiguar la masa de soluto, es decir, de ácido. • En la disolución 2 hay 2,5 g de cloruro de hidrógeno. • En la disolución 3 hay 3,75 mg de ácido. b) Mezclamos las disoluciones 2 y 3 en un matraz de 1 L. ¿Qué concentración tiene la nueva disolución así obtenida? Al realizar la mezcla y enrasar, el volumen final de disolución es de 1 L y la masa de soluto es: 2,5 g + 0,00375 g = 2,504 g La concentración de la nueva disolución es prácticamen te 2,5 g/L. 66. Lee con atención la siguiente información, extraída del prospecto de un jarabe: «100 mL del preparado contienen 50 mg del principio activo. La posología recomendada es de 0,25 mg por kilogramo de peso corporal y día». a) ¿Qué cantidad del principio activo debe tomar un niño de 15 kg de peso al día? El niño debe ingerir un total de 0,25 · 15 = 3,75 mg de principio activo. b) ¿Cuántos mililitros del jarabe debe ingerir, si va a hacer una toma por la mañana y otra por la noche? Deberá tomar 3,75 mL de jarabe en cada toma, ya que el total debe ser de 7,5 mL. 67. En una sesión de prácticas de laboratorio, unos es tudiantes reciben una muestra que contiene una mezcla heterogénea de sulfato de cobre(II) (CuSO4) y sílice (SiO2), ambos en estado sólido. Deben separar primero el sulfato de cobre(II), para después prepa rar con esta sustancia una disolución en agua que contenga 1,4 g de soluto en un volumen final de diso lución de 250 mL. Sabiendo que la solubilidad del sulfato de cobre(II) en agua es de 19 a 25 °C y que la sílice, por su parte, es insoluble en este disolvente, contesta: a) ¿Qué aspecto tendrá la mezcla inicial? ¿Por qué? Se observará una mezcla heterogénea de dos sustancias sólidas. Ambas, de aspecto cristalino, se distinguen por la diferencia de color de los pequeños cristales (son azules los de sulfato de cobre(II)). b) ¿Qué significa que la solubilidad del sulfato de cobre(II) en agua es 19? ¿Y que la sílice es insolu ble? Significa que es posible disolver, como máximo, 19 g de sulfato de cobre(II) por cada 100 de agua. La sílice, al ser insoluble, no se disuelve en agua. c) ¿Cómo se podrían obtener por separado ambos compuestos? Diseña y explica el procedimiento

disolución obtenida tiene una concentración de 5,6 g/L, expresada como masa por unidad de volumen. e) Si, finalmente, toman una porción de 50 mL de la disolución, y la diluyen añadiéndole 200 mL de agua, ¿cuál será la concentración de la nueva di solución así preparada? En una porción de 50 mL de esta disolución hay disueltos 5,6 g/L · 0,05 L = 0,28 g de sulfato de cobre(II). Si aumentamos la cantidad de disol vente añadiendo más agua hasta un volumen final de disolución de 250 mL = 0,25 L, la concentración de la nueva disolución obtenida tras la dilución sera: C = 0,28 g/0,25 L = 1,12 g/L.

97 Unidad 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas

que deberán seguir. Aprovechando la diferencia de solubilidades, podemos añadir agua a la mezcla para que se disuelva el sulfato de cobre(II). Al quedar en el fondo la sílice, que es insoluble en agua, podemos separarla filtrando la mezcla. Para finalizar, realizamos una crista lización del líquido filtrado, evaporando el agua, y recu perando el sulfato de cobre(II) en estado sólido en forma de pequeños cristales. d) Una vez separado el sulfato de cobre(II) y prepara da la disolución, ¿qué concentración tendrá dicha disolución? Si tomamos 1,4 g del sulfato de cobre(II) obtenido, y lo disolvemos en 250 mL = 0,25 L de agua, la

Actividades trimestrales El

material de laboratorio

1. De los diferentes aparatos que has manejado para medir longitudes, ¿cuál es el que tiene una resolu ción mayor? ¿Por qué? El nonius es el que tiene una resolución mayor, pues es capaz de apreciar hasta las dé cimas de milímetro. 2. ¿Por qué crees que en el laboratorio de Química hay tantos aparatos para la medida del volumen de un líquido? Se debe a que la medida de volúmenes de líqui dos es una operación muy frecuente en el laboratorio y se da en distintas condiciones, según las circunstancias. Hay veces en que nos interesa un volumen aproximado, otras veces hemos de medirlo con exactitud o, en ocasiones, el volumen que debemos medir es muy grande y otras veces pequeño. 3. ¿Qué diferencia existe entre volumen y capacidad? ¿Se utilizan las mismas unidades en cada caso? El volumen es el espacio ocupado por un cuerpo o sistema material; la materia, por tanto, posee siempre volumen. En cambio, la capacidad es el volumen de líquido o gas que puede contener un recipiente. Sí, ambas magnitudes se miden con las mismas unidades.

Medida

de densidades

1. Compara la densidad de los trozos de piedra con la calculada para el agua. ¿Qué sustancia es más den sa? ¿Por qué se hunde la piedra en el agua? La piedra es más densa que el agua, y esa es la razón por la cual la piedra se hunde en el agua. 2. A pesar de que son de distinto tamaño y de que su masa también es diferente, todos los trozos de pie dra tienen la misma densidad. ¿Por qué? Porque la densidad no depende del tamaño, ni de la forma del objeto, solo depende de su naturaleza. En el caso de la piedra, con independencia del trozo, es el mismo tipo de materia y, por tanto, tiene el mismo valor de densidad. 3. ¿Por qué has medido el volumen de la piedra su mergiéndola en agua? Porque la forma de la piedra es irregular. Para medir el volumen de un sólido irregular lo sumergimos en un líquido y realizamos la medida de la di ferencia de nivel alcanzado por el líquido antes y después.

98 Solucionario

Preparación

de disoluciones

1. ¿Por qué debe lavarse el material antes de prepa rar cada nueva disolución? Porque puede que queden restos de suciedad o impurezas en el material. La correcta limpieza del material en el laboratorio es una operación previa siempre necesaria. 2. ¿Es necesario anotar siempre la cantidad exacta que hemos pesado? ¿Por qué? Todos los datos obtenidos durante el proceso deben quedar registrados. En este caso, la cantidad exacta medida en la balanza no tiene por qué

coincidir exactamente con la cantidad teórica que se de seaba pesar. 3. ¿Qué disolución es más concentrada? ¿Cuál contie ne mayor cantidad de soluto? ¿Existe relación entre ambas magnitudes? La concentración teórica de las di soluciones preparadas es: • Cloruro de sodio en agua: C = 10 g/L. • Azúcar en agua: C = 18 g/L. • Sulfato de cobre(II) en agua: C = 1,2 g/L. La más concentrada es la disolución de azúcar en agua. También es la que tiene mayor cantidad de soluto. Como el volumen de disolución es el mismo en los tres casos, será más concentrada la que tiene mayor cantidad de soluto disuelto. 4. Enumera el material de laboratorio utilizado en esta práctica e indica cuál ha sido su uso. • Balanza: se ha utilizado para pesar la cantidad de soluto, cogiéndolo con ayuda de la espátula. • Matraz aforado: es un aparato de medida de volumen que se ha usado para preparar la disolución, mezclando el soluto con agua que añadimos con ayuda del frasco la vador. • Vaso de precipitados: ha sido útil para disolver el soluto con un poco de agua antes de añadirlo al matraz.

Practica

pisa

Pregunta 1 Después de buscar la información, Carlos y Andrés analizan la causa del fenómeno de la gota fría. Expli ca qué factor es el que realmente desencadena este fenómeno meteorológico: a) La gran cantidad de humedad del aire caliente en las zonas costeras. b) La presencia del aire frío a gran altura. c) El fuerte contraste de las temperaturas entre el aire húmedo superficial y el aire que se encuentra a gran altura. d) La gran altura de las nubes formadas, que hace que estén muy frías. Opción c. Pregunta 2 La presencia de una borrasca es uno de los factores que influye en la formación de una gota fría. Desde el punto de vista de la Física, indica qué es una borrasca. a) Es un frente frío. b) Es el fenómeno atmosférico que causa fuertes lluvias. c) Es un anticiclón. d) Es una zona de bajas presiones. Opción d. Pregunta 3 Los cambios de estado del agua desempeñan un importante papel en la meteorología. Es el llamado ciclo del agua, verdadero eje de la vida en nuestro planeta. Describe los cambios de estado que tienen lugar durante la formación de la gota fría mediante un esquema.

Pregunta 4 Indica en qué grado estás de acuerdo o no con las siguientes afirmaciones. Utiliza una escala de va loración del 1 al 4, teniendo en cuenta que el 1 es que estás totalmente de acuerdo y el 4, totalmente en desacuerdo. Justifica brevemente tu respuesta. a) El estudio científico de la atmósfera terrestre es muy importante. b) La prevención de catástrofes naturales Respuesta libre. Lo adecuado es responder 1 en ambos casos. Pregunta 5 La gota fría puede ocasionar lluvias torrenciales que pueden descargar más de 200 litros por metro cua drado en pocas horas. Queremos construir un pluvió metro casero, en forma de depósito cilíndrico, para medir la cantidad de lluvia caída. Razona si la altura alcanzada por el agua en el pluviómetro depende de la superficie de la base del depósito. La altura alcanzada es independiente de la superficie de la base. Si la base es menor, entrará menos volumen de agua en el pluviómetro y la altura será la misma que si la base es mayor, en cuyo caso entrará más agua en el pluviómetro. Si, por ejemplo, han caído 200 L/m2, en un pluviómetro de base 1 m2 entrarían 200 L de agua y la altura alcanzada sería de 0,2 m (20 cm); en un pluviómetro de superficie la mitad, entrarían 100 L de agua y la altura, por tanto, sería la misma (0,1 m3 : 0,5 m2 = 0,2 m). Pregunta 6 El fenómeno meteorológico de la gota fría es típico de las zonas costeras mediterráneas y además está ligado a la llegada del otoño. ¿Por qué no se da un fenómeno similar en las zonas interiores durante la misma época del año? Razona la respuesta correcta. a) Porque el aire en altura es también cálido en las zonas de interior. b) Porque el aire caliente que asciende no es lo sufi cientemente húmedo en las zonas de interior. c) Porque no hay movimientos de aire, al no generar se vientos por la diferencia de temperatura. d) Porque el aire caliente y el frío se mezclan más despacio y gradualmente en las zonas de interior. Opción b.

Practica

con textos

Consumo de analgésicos ¿Cómo ha evolucionado el consumo de este tipo de fár macos en el periodo que se muestra? ¿A qué puede ser debido? ¿Qué unidad se utiliza en la gráfica para cono cer el consumo? Según se observa en la gráfica, el consumo de analgésicos ha aumentado progresivamente en el periodo que se muestra, comprendido entre los años 1996 a 2006, llegando incluso a duplicarse. Las causas de este aumento pueden ser variadas, y pueden estar asociadas tanto al aumento de la población, por un lado, como al incremento del número de especialidades

farmacéuticas que incluyen estos principios activos en sus formulaciones, como a la tendencia a la automedicación. La estimación del consumo de analgésicos se ha realizado consi derando como unidad de medida la Dosis Diaria Definida (DDD), establecida por la OMS, por cada 1 000 habitantes y día, que viene a indicar en términos relativos el número de personas que están tomando estos medicamentos de acuerdo con la posolo gía prescrita. Redacta en un párrafo qué son los analgésicos antipiré ticos y para qué dolencias se utilizan. Los analgésicos son fármacos o principios activos específica mente desarrollados para el tratamiento del dolor en sus dife rentes manifestaciones; si además poseen propiedades antipi réticas, permiten controlar la fiebre. De entre los más habituales, se pueden nombrar el paracetamol, el ácido acetil salicílico o el ibuprofeno. ¿Te parece útil la información que se muestra en la grá fica? ¿Crees que puede servir para extraer alguna con clusión sobre el tema? Comenta tu opinión frente a tus compañeros. Respuesta libre. Los sistemas materiales En la información anterior aparecen algunos términos destacados, como disolución, mezcla homogénea o aleación. ¿Cuál es la relación que existe entre ellos? ¿Qué ejemplos se citan? Las disoluciones son sistemas materiales de aspecto uniforme, formados por varios componentes mezclados homogéneamente. En consecuencia, el término homogénea hace referencia al tipo de mezcla que da lugar a una disolución. Por otra parte, el tér mino aleación se corresponde con un tipo específico de mezcla homogénea entre dos o más metales. Los ejemplos citados son el agua mineral y el oro de 18 quilates. Utiliza esta información para escribir una definición cla ra y concisa de disolución. Cita ejemplos. De acuerdo con la información anterior, se puede definir una disolución como una mezcla homogénea de dos o más sustancias que presenta un aspecto uniforme, es decir, en la que sus componentes son indistinguibles. Son ejemplos el agua del mar o el alcohol desinfectante. En nuestro entorno hay numerosos productos para distintos usos que son disoluciones. Comenta con tus compañeros algunos ejemplos, identificando los com ponentes en cada caso. Respuesta libre. Los Puntos SIGRE en España De acuerdo con el texto anterior, ¿qué es un Punto SI GRE? ¿Dónde se encuentran los Puntos SIGRE? ¿Qué tipo de productos pueden depositar los consumidores en es tos contenedores? Los puntos SIGRE constituyen un sistema de recogida selectiva de restos de medicamentos de origen doméstico, es decir, de medicamentos inservibles, bien sea porque hayamos finalizado el tratamiento, o porque hayan caducado. Consisten en conte nedores específicos que se localizan en las farmacias colabo radoras. En estos contenedores se puede depositar cualquier tipo de medicamento para que sea adecuadamente tratado por entidades especializadas.

99 Actividades trimestrales

Respuesta libre. El esquema debe contener los cambios de vaporización (o evaporación) y condensación.

Redacta un párrafo con los objetivos y finalidades de la red de Puntos SIGRE. El sistema SIGRE de recogida selectiva de medicamentos per sigue, por un lado, reducir los perjuicios medioambientales que ocasiona el arrojar estos medicamentos a la basura convencio nal, y por otro, evitar la acumulación innecesaria de fármacos en nuestros hogares. Un aspecto importante de este programa es la difusión entre la ciudadanía. Comenta con tus compañeros la im portancia de que dicha difusión sea máxima. Respuesta libre. 1. Observa nuevamente la gráfica de consumo de anal gésicos antipiréticos a lo largo de la década 19962006 y la tendencia que muestra. ¿Cómo relacionas este hecho con los objetivos del programa SIGRE? En la gráfica se muestra una tendencia al aumento en el consumo de medicamentos. El sistema de recogida selectiva SIGRE establece como uno de sus objetivos conseguir que la mayor parte de esos medicamentos sean desechados ade cuadamente cuando resulten inservibles, por lo que se hace cada vez más necesaria su generalización. Además también persigue el uso racional de los medicamentos, por lo que está especialmente indicado si el consumo de estos se dispara. 2. Como has visto, los analgésicos se pueden presen tar en formulaciones muy diversas. Elabora una tabla con las diferentes posibilidades, e indica si en cada caso se podrían considerar ejemplos o no de disolu ciones, justificando con claridad tu respuesta. Algunas formulaciones en las que se presentan los analgé sicos son los comprimidos convencionales, comprimidos efervescentes, jarabes o soluciones inyectables, entre otros. En todos los casos pueden considerarse disoluciones, siempre y cuando la mezcla de sus componentes sea homo génea (presente una sola fase). 3. Con respecto al consumo de medicamentos, se le está dando mucha importancia tanto al uso racional como al tratamiento adecuado de sus residuos. ¿Te parece justificado? Explícalo.

100 Solucionario

Respuesta libre.

Practica

con tic

Me planteo la situación ¿Qué instrumentos de medida de longitudes solemos manejar? ¿Son apropiados para la medida del circuito que debes realizar? Normalmente, en nuestro ámbito doméstico solemos utilizar como instrumentos de medida de longitudes la cinta métrica o flexómetro, y la regla. Para la medida que se quiere realizar, ninguno de estos aparatos es adecuado, pues se trata de una longitud bastante grande. ¿Qué es un telémetro? ¿Y un odómetro? ¿Para qué se utilizan? ¿Son adecuados para este caso? Un telémetro es un dispositivo capaz de calcular la distancia entre dos puntos, situándolo en uno de ellos y apuntando ha cia el otro. Pueden ser ópticos, ultrasónicos o láseres. Se utiliza para medir la distancia entre puntos no muy distantes cuando la medida directa es difícil. En este caso, no sería el instrumen to indicado. El odómetro es un instrumento equipado con una rueda que se utiliza para medir la distancia recorrida al despla zarlo sobre el terreno de un punto a otro. En nuestro caso sería el más adecuado, si recorremos el circuito realizando la medición con este aparato. En ocasiones, puede ser útil algún método indirecto de medida si no se requiere mucha exactitud. ¿Sabes que es un podómetro? El podómetro es un instrumento que, acoplado a la cintura, re gistra el número de pasos que recorre una persona al caminar. Si se le indica la distancia media equivalente a cada paso, el aparato es capaz de calcular la distancia recorrida por esta persona en su desplazamiento. Un flexómetro es una cinta métrica, pero hay muchos modelos. ¿Habría alguno que pudiera ser válido? Los flexómetros reciben esta denominación porque son cintas métricas flexibles y enrollables. Aunque los hay de muchos tipos, los más habituales pueden medir longitudes comprendidas entre dos y diez metros, y no serían adecuados para la medida de nuestro circuito. Si disponemos de una cinta métrica de 50 o 100 m, se podría utilizar, aunque hay otros medios más apro piados para realizar la medida.

Presentación

de la unidad

1. Heráclito de Éfeso, Parménides de Elea y Tales de Mileto son algunos filósofos que vivieron en la Gre cia clásica. Utiliza enciclopedias o Internet para en contrar información relativa a cómo pensaban que estaba formada la materia. Heráclito de Éfeso postulaba que el fuego era el principio de todas las cosas, pues estas cambian continuamente; Parménides de Elea, por el contrario, pensaba que la mate ria era parte de un ser inmutable, perfecto y eterno; en cuanto a Tales de Mileto, indicó que el agua era el principio fundamental del que estaba hecha la materia.

Desarrollo

de la unidad

2. Responde a las siguientes cuestiones basándote en la teoría atómica de Dalton: a) ¿Pueden dos elementos distintos estar formados por átomos iguales? De acuerdo con el segundo pos tulado de la teoría atómica, todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades, y los átomos de elementos diferentes poseen distintas masa y propiedades. Por tanto, no puede haber dos ele mentos diferentes para los cuales sus átomos sean iguales. b) Los átomos de un elemento, ¿cambiarán su natura leza al sufrir un proceso físico o químico? Según el tercero de los postulados, los átomos pueden combinar se para formar compuestos químicos. Este tipo de proce sos son procesos químicos, y en ellos los átomos, que son indivisibles e indestructibles en virtud del primer postulado, mantienen su naturaleza, por lo que la res puesta es no. c) ¿Es posible la combinación de dos átomos de un elemento con un solo átomo de otro elemento? Según la teoría de Dalton, la combinación entre los átomos se da lugar en una proporción de números ente ros sencillos. De este modo, sí se pueden combinar dos átomos de un elemento con un átomo de otro elemento, pues la combinación es de 2:1, es decir, de números enteros sencillos. d) ¿Pueden combinarse un átomo de un elemento y medio átomo de otro elemento? No, pueden combi narse átomos completos en cualquier proporción de nú meros enteros sencillos, pero no medio átomo. 3. ¿Qué tienen en común el atomismo de Demócrito y la teoría atómica de Dalton? ¿Qué diferencia hay entre una teoría filosófica (como por ejemplo el atomismo griego) y una teoría científica? Demócrito afirmó que la materia está formada por átomos, partículas indivisibles y eternas; Dalton tomó ese concepto como centro de su teoría. La diferencia entre la filosofía y la ciencia radica en la experimentación; Dalton postuló su teoría atómica para dar justificación a una serie de leyes sobre la materia que se habían descubierto en el siglo xviii, mientras que Demócrito se limitó a especular, dejando de lado los fenómenos observados.

4. Escribe dos características relevantes de cada una de las tres partículas subatómicas que podemos en contrar en el átomo. • Electrones: partículas de masa muy pequeña. Tienen carga negativa. • Protones: partículas de masa grande, en comparación con un electrón. Tienen carga positiva. • Neutrones: partículas de masa muy similar a la de un protón. No tienen carga, es decir, son neutros. 5. Contesta las siguientes cuestiones relativas a las partículas subatómicas: a) ¿Tienen cabida las partículas subatómicas en la teoría atómica de Dalton? No, porque según la teoría de Dalton, el átomo es indivisible e indestructible, por tanto, no puede estar formado por otras partículas más pequeñas. b) ¿Cómo se sabe que los rayos catódicos están for mados por partículas negativas? Si se colocan unas placas cargadas eléctricamente, una positiva y otra ne gativa, y se hace pasar el haz de electrones (es decir, los rayos catódicos) entre ellas, se desviará hacia la placa positiva, dado que los electrones son negativos y las cargas de signo contrario se atraen. c) ¿Por qué se tardó tanto en descubrir el neutrón? Porque las partículas cargadas eléctricamente son más fáciles de detectar, pero no así las que no tienen carga. Como los neutrones no tienen carga tardaron mucho más en descubrirse. 6. Utiliza los datos de carga y masa del electrón y del protón y calcula: a) El número de electrones necesarios para tener una masa de 10 g. Para calcularlo dividiremos este va lor entre la masa de un electrón. Pero como el dato de masa del electrón lo tenemos expresado en kilogramos, realizaremos el cálculo escribiendo estos 10 gramos en kilogramos, que corresponden exactamente a 0,01 kg: 0,01 kg N.º de electrones = = 9,110 · 10–31 kg = 1,1 · 1028 electrones Necesitaremos aproximadamente 1028 electrones, es de cir, necesitaremos unos diez mil cuatrillones de electrones (10000000000000000000000000000 electrones). b) La carga de un protón expresada en microculom bios. La carga del protón es 1,602 · 10–19 C. Si queremos su carga en microculombios, realizaremos una conversión de unidades: Equivalencia: 1 C = 106 μC ó 1 μC = 10–6 C. 106 μC Carga = 1,602 · 10–19 C · 1 C = 1,602 · 10–13 μC 7. Un modelo es una simplificación de la realidad que tiene como fin explicar ciertos fenómenos. ¿Por qué crees que es necesario un modelo del átomo? Se debe a la complejidad que entraña el mundo subatómi co, en el que están implicadas gran número de partículas diferentes y también hay que tener en cuenta las interac ciones entre ellas. Debido al tamaño de estas partículas y a la naturaleza de estas interacciones, las leyes que rigen el comportamiento de los objetos macroscópicos no tienen aplicación en el ámbito subatómico.

101 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

8. Para ser considerado como válido, un modelo debe justificar los hechos experimentales que se obser van. ¿Está de acuerdo el modelo de Thomson con la existencia de electrones, protones y neutrones den tro del átomo? El modelo de Thomson está plenamente de acuerdo con la existencia de los electrones, pues ya los consideró como partículas de carga negativa que se encuentran incrustadas en el átomo. Pero en el modelo de Thomson no tienen ca bida ni los protones ni los neutrones, por lo tanto, no es coherente con su existencia, de ahí que poco tiempo des pués el modelo fuese reemplazado por otros más adecuados.

La comparación es acertada, tanto, que al modelo de Rutherford también se le ha denominado modelo planetario. En el Sistema Solar, el Sol se encuentra estático en el centro y los planetas giran a su alrededor describiendo ór bitas. En el caso del modelo de Rutherford, el núcleo posi tivo está estático en el centro del átomo, y los electrones (negativos) giran a su alrededor describiendo órbitas.

El CERN (European Organization for Nuclear Research) es el mayor centro de investigación sobre el átomo que existe en la actualidad. Localizado en la frontera entre Francia y Suiza, en él trabajan cientos de investigadores de todo el mundo. Sus instalaciones están dedicadas a la investigación en Física de Partículas, y comprenden varios aceleradores de partículas, como el LHC (Gran Colisionador de Hadro nes), de unos 27 kilómetros de circunferencia, en el que se hacen colisionar haces de protones para estudiar las rup turas que se producen tras las colisiones. Por tanto, en el CERN se investigan las partículas fundamentales constitu yentes del átomo. Entre los descubrimientos más recientes llevados a cabo, destaca la demostración de la existencia del denominado «Bosón de Higgs».

10. Resume las características de los siguientes mode los del átomo:

13. El número atómico de un átomo neutro es Z = 14. Con testa razonadamente las siguientes cuestiones:

a) Modelo de Thomson. Fue el primero de los tres mode los estudiados, y consideraba el átomo como compacto y macizo, con los electrones incrustados. En el modelo de Thomson los electrones están fijos y no pueden mo verse. b) Modelo de Rutherford. A raíz de su experiencia, con sideró que el átomo tenía una parte central pequeña y positiva llamada núcleo, y que los electrones giran a su alrededor a grandes velocidades. En el modelo de Ruther ford, el átomo está prácticamente hueco, y los electrones se mueven a gran velocidad. c) Modelo de Bohr. Mantiene la distribución de las partí culas postulada por Rutherford, pero introduce las órbitas permitidas y la forma en que los electrones pasan de unas a otras intercambiando energía.

a) ¿Podemos conocer el valor de su masa atómica? En caso afirmativo, calcula cuál sería. No. Para conocer la masa atómica de este átomo necesitamos saber cuál es su número másico. El número atómico solo nos dice el número de protones que tiene en el núcleo. b) ¿Cuántos electrones posee en su corteza? Al tra tarse de un átomo neutro, su número de protones y de electrones es el mismo. Por tanto, como tiene 14 pro tones en el núcleo, posee también 14 electrones en la corteza. c) ¿Podemos saber de qué átomo se trata? En caso afirmativo, indícalo. Sí, basta consultar la tabla perió dica para saber que se trata de un átomo de silicio (Si), que es el elemento de número atómico 14. d) ¿Qué dato adicional necesitaríamos para conocer el número de neutrones de su núcleo? Si queremos saber el número de neutrones, debemos conocer también el número másico (A) de este átomo, y podremos averi guarlo calculando la diferencia entre este y el número atómico (Z):

9. Se ha dicho que el átomo de Rutherford es como un «Sistema Solar en miniatura». ¿Te parece acertada esta comparación? Explica tu respuesta.

11. ¿Verdadero o falso? Justifica tu respuesta atendien do a la concepción actual del átomo:

102 Solucionario

desarrollan en los conocidos como aceleradores de partículas, entre los cuales destaca por su impor tancia el que se ubica en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN). Busca información en Internet sobre este importante centro internacio nal de investigación, relativa a su localización, los aceleradores de partículas que alberga y las inves tigaciones que se vienen desarrollando con esta so fisticada tecnología.

a) El núcleo de un átomo es neutro. Falso. El núcleo del átomo es positivo y contiene los protones y los neutrones. b) Los electrones giran a gran velocidad en torno al núcleo. Verdadero. Y se distribuyen en capas concéntricas. c) La corteza del átomo está cargada negativamente. Verdadero. Porque contiene los electrones que son ne gativos. d) Los electrones pueden colocarse a cualquier dis tancia del núcleo. Falso. Se distribuyen en unas capas concéntricas a unas determinadas distancias del núcleo. e) El número de protones de un átomo es igual a su número de electrones. Verdadero. Pues el átomo es eléctricamente neutro. 12. El descubrimiento de la existencia de partículas constituyentes de los átomos, a finales del siglo xix, supone el nacimiento de un nuevo campo de investi gación: la Física atómica o nuclear. En la actualidad, las investigaciones más activas de este campo se

Número de neutrones = A – Z 14. El número atómico de un átomo es 30 y su número másico es 66. Considerando que se trata de un átomo neutro, indica cuántos protones, neutrones y electro nes tiene y haz un dibujo esquemático de él. ¿Po drías decir de qué elemento se trata? A partir de su número atómico (Z = 30), podemos decir que: • Tiene 30 protones en el núcleo. • Se trata de un átomo de zinc (Zn) (elemento de número atómico 30). A partir de su número másico (A = 66) podemos decir que: • La suma de protones y neutrones es 66. • El número de neutrones es 36. Lo calculamos como la diferencia entre A y Z, es decir, 66 – 30.

30 e– 66 30

30 p+ 36 n

Zn →

15. Indica si es necesario recurrir al modelo del átomo en capas para explicar los siguientes fenómenos: a) La neutralidad de los átomos. No, pues la neutralidad se explica considerando que existe igual número de partículas positivas (protones) que negativas (electrones). b) Las propiedades químicas de los elementos. Sí, debe recurrirse al modelo de capas, pues el comportamiento químico de un elemento viene dado por el número y la distribución de sus electrones. Son los electrones de la última capa los que determinan las propiedades químicas del elemento. 16. A partir del número atómico, y teniendo en cuenta la capacidad de cada capa, escribe la configuración electrónica de los siguientes átomos: a) Carbono, C (Z = 6). Capa K: 2 e–. Capa L: 4 e–. b) Azufre, S (Z = 16). Capa K: 2 e–. Capa L: 8 e–. Capa M: 6e–. c) Magnesio, Mg (Z = 12). Capa K: 2 e–. Capa L: 8 e–. Capa M: 2 e–. 17. El cloro posee dos isótopos naturales: el cloro-35 y el cloro-37, con abundancias del 75,53 % y 24,47 %, 37 respectivamente, que se representan 35 17Cl y 17Cl. a) ¿Qué tienen en común ambos isótopos? ¿En qué se diferencian? Teniendo en cuenta el significado de los números atómico y másico, podemos escribir la siguien te interpretación: 35 17Cl: Z = 17; A = 35. Tiene 17 protones y 35 – 17 = = 18 neutrones en el núcleo. 37 17Cl: Z = 17; A = 37. Tiene 17 protones y 37 – 17 = = 20 neutrones en el núcleo. Por lo tanto, tienen en común el número de protones del núcleo (el que hace que ambos sean átomos del mismo elemento, cloro) y se diferencian en el número de neutrones. b) Halla la masa atómica que se debe asignar al elemento cloro. Hacemos el cálculo, considerando la abundancia de cada isótopo: 75,53 24,47 + 37 u · = 100 100 = 35,49 u

Masa atómica Cl = 35 u ·

18. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Por qué se forman enlaces entre los átomos? En la Naturaleza, es muy habitual que los átomos se unan entre sí para formar compuestos químicos. Esto ocurre espontáneamente, porque la combinación de los átomos es más estable que los átomos por separado. b) ¿Cuáles son los tres tipos de enlaces que se pueden formar? Son el enlace iónico, el enlace covalente y el enlace metálico. c) ¿Qué diferencia existe entre un ion monoatómico y un átomo? La diferencia radica en la carga; el ion

posee carga (positiva o negativa), como resultado de la descompensación entre el número de protones de su núcleo y el de electrones de la corteza. Sin embargo, el átomo es eléctricamente neutro. Un ejemplo es el átomo de sodio (Na) y el catión sodio (Na+). 19. Indica la carga de los siguientes iones. ¿Son aniones o cationes?: a) Ion potasio (K+). +1, catión. b) Ion sulfato (SO2–). –2, anión. c) Ion yoduro(I–). –1, anión. d) Ion plomo (Pb2+). +2, catión. 20. El fluoruro de sodio es una sustancia formada por cationes Na+ y aniones F–. a) ¿Qué tipo de enlace existe entre sus partículas? Como la sustancia está formada por iones, el enlace es de tipo iónico, por la atracción electrostática entre ellos. b) ¿Qué encontraremos en una disolución de fluoruro de sodio en agua? En una disolución de fluoruro de sodio encontraremos, por tanto, iones sodio e iones fluoruro libres, rodeados de partículas de agua. c) ¿En qué estado de agregación encontraremos al fluoruro de sodio a temperatura ambiente? Las sustancias iónicas son sólidos cristalinos, por lo tanto se encontrará en estado sólido. 21. Cuando los átomos de hidrógeno (H) y de cloro (Cl) se ponen en contacto forman rápidamente moléculas biatómicas de cloruro de hidrógeno (HCl). Represen ta mediante un dibujo esquemático el enlace que se forma. ¿De qué tipo es? Entre el átomo de hidrógeno y el de cloro se forma un en lace de tipo covalente, en el cual se comparte una pareja de electrones entre ambos átomos. H

CI H

22. Compara las características de las sustancias ióni cas con las de las sustancias covalentes e ilustra la comparación con dos sustancias —una de cada tipo— cuyas propiedades conozcas. Las sustancias iónicas tienen propiedades que las diferen cian de las sustancias covalentes. Así, las sustancias ióni cas son sólidos con altos puntos de fusión, su aspecto es cristalino, y son frágiles y solubles en agua. Es el caso de la sal común (cloruro de sodio), que además de ser cristali na y soluble en agua, tiene un punto de fusión superior a los 800 °C. Las sustancias covalentes pueden presentarse en los tres estados de agregación, dado que sus puntos de fusión suelen ser, por lo general, bajos, y no suelen ser solubles en agua. De este modo, son sustancias covalentes tanto el dióxido de carbono (es un gas), como el aceite (es un líquido), o el diamante (cristal covalente). Este último, aunque es un sólido con alto punto de fusión y tiene aspec to cristalino, no es soluble en agua.

103 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

• Como el átomo es neutro, tiene igual número de electro nes que de protones. El número de electrones es 30.

23. Contesta a estas cuestiones relativas al enlace me tálico: a) ¿De qué está formada la red estructural de un metal? Está formada por cationes de los átomos del metal en cuestión. b) ¿Dónde se encuentran los electrones procedentes de los átomos del metal? Se sitúan entre los cationes y son compartidos por todos los átomos de la red. c) ¿En qué se parece el enlace metálico al iónico? En ambos casos se trata de una red tridimensional de iones de gran estabilidad. d) ¿En qué se diferencian? Las sustancias iónicas están constituidas por iones de distinto signo, unidos por fuer zas eléctricas de atracción; en el caso de los metales, los iones son iguales y del mismo signo y los electrones están distribuidos entre ellos. 24. Explica la relación que existe entre el hecho de que los metales sean buenos conductores de la corriente eléctrica y el tipo de enlace que poseen. La corriente eléctrica consiste en un desplazamiento de cargas eléctricas a lo largo de un conductor. Los electrones de los metales tienen movilidad, por las propias caracterís ticas del enlace metálico, por lo que dicho desplazamiento se realiza con suma facilidad.

ciencia… más cerca

25. En las desintegraciones radiactivas tienen lugar tres tipos de emisiones bien diferenciadas. ¿Cuáles son sus nombres y sus características? En los procesos radiactivos hay tres tipos de emisiones diferentes: • Emisión alfa (α): consiste en la emisión de partículas positivas a gran velocidad, llamadas alfa, cada una de las cuales está formada por la unión de dos protones (p+) y dos neutrones (n). También se conocen como núcleos de helio ionizados. • Emisión beta (β): son emisiones de haces de electro nes (e–). • Emisión gamma (γ): son radiaciones muy energéticas y penetrantes, realmente peligrosas porque atravie san con gran facilidad los tejidos orgánicos, y tienen un gran poder destructivo sobre las células dada su alta energía.

104 Solucionario

26. Utiliza libros, revistas o Internet para investigar so bre el centro de almacenamiento de residuos radiac tivos sólidos de El Cabril. Elabora un breve texto con información sobre su ubicación y el uso que tiene actualmente. El centro de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad de El Cabril se encuentra situado en el término municipal de Hornachuelos (Córdoba), en una zona geológicamente estable que aprovecha una antigua mina de uranio. El centro comenzó a funcionar oficialmente en 1975 e inauguró sus instalaciones actua les en 1992. Se prevé que estará lleno en el año 2030. Los residuos, procedentes de centrales nucleares, hospitales e instalaciones de investigación de toda España, se al macenan en bidones de hormigón resistentes a los terre motos.

Practica 27. Redacta un párrafo resumen sobre la teoría atómica de Dalton, en el que aparezcan, al menos, los si guientes términos: Materia. Átomos. Indestructibles. Combinan. Números enteros. Compuestos. Respuesta libre. Puede ser: Según Dalton, la materia está formada por átomos, que son indivisibles e indestructibles, los cuales se combinan entre sí en unas proporciones dadas por números enteros para formar compuestos. 28. Indica, de acuerdo con la teoría atómica de Dal ton, si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Los átomos son pequeñas partículas indestructi bles. Verdadero. Según la teoría de Dalton los átomos son partículas indestructibles e indivisibles. b) Los átomos de un mismo elemento tienen siempre la misma masa, pero sus propiedades dependen de la zona donde se encuentran. Falso. Dalton dice que los átomos de un mismo elemento tienen siempre la misma masa y las mismas propiedades, independiente mente de su procedencia. c) Los átomos se combinan en cualquier proporción. Falso. Según Dalton, la proporción en que se combinan viene dada por una relación de números enteros sencillos. 29. Ordena cronológicamente los siguientes aconteci mientos, indicando la fecha aproximada en la que sucedieron: • Se descubre el neutrón. • Se enuncia la teoría atómica de Dalton. • Se descubren los rayos canales. • Se inventan los tubos de rayos catódicos. • Se descubre el electrón. 1.º Principios del siglo xix (Hacia 1800) → Se enuncia la teoría atómica de Dalton. 2.º 1875 → Se inventan los tubos de rayos catódicos. 3.º 1886 → Se descubren los rayos canales. 4.º 1897 → Se descubre el electrón. 5.º 1932 → Se descubre el neutrón. 30. Indica el nombre de la partícula que corresponda en cada caso: a) Su masa es igual a 9,110 · 10–31 kg. Electrón. b) Tiene una carga positiva igual a 1,602 · 10–19 C. Protón. c) Su masa es algo mayor que la de un protón. Neutrón. d) No tiene carga eléctrica. Neutrón. e) Tiene una carga negativa igual a –1,602 · 10–19 C. Electrón. 31. Cuando la carga es pequeña, es habitual expresarla en miliculombios o microculombios. Realiza las si guientes conversiones de carga: a) q1 = 3 500 mC. Exprésala en culombios. Escribimos la equivalencia entre miliculombios y culombios: 1 C = 1 000 mC q1 = 3 500 mC ·

1C = 3,5 C 1 000 mC

1 C = 1000000 μC (106 μC) q2 = 3,7 · 104 μC ·

1C = 0,037 C 1 000 000 μC

c) q3 = 2,5 · 10–6 C. Exprésala en microculombios. Es cribimos la equivalencia entre microculombios y culom bios: 1 C = 1 000 000 μC (106 μC) q3 = 2,5 · 10–6 C ·

106 μC = 2,5 μC 1C

d) q4 = 6,8 · 104 mC. Exprésala en microculombios. Escribimos la equivalencia entre miliculombios y micro culombios: 1 μC = 10–3 mC q4 = 6,8 · 104 mC ·

1 μC = 6,8 · 107 μC 10–3 mC

32. Explica las semejanzas y diferencias entre: a) El electrón y el protón. El electrón y el protón son partículas del átomo y ambas tienen carga eléctrica del mismo valor y signo contrario. Se diferencian en su masa (el electrón es mucho menos pesado que el protón) y en el signo de su carga (que es negativa para el electrón y positiva para el protón). Además, el electrón se encuen tra en movimiento en la corteza y el protón está estáti co en el núcleo. b) El protón y el neutrón. Un protón y un neutrón son partículas del átomo, de gran masa y se encuentran en el núcleo. Se diferencian en que el protón posee carga eléctrica positiva y el neutrón no posee carga. 33. Busca y corrige el error en las siguientes afirma ciones: a) El electrón es una partícula de masa muy pequeña que tiene carga eléctrica positiva. El electrón es una partícula muy pequeña, pero tiene carga negativa. b) Un protón es mucho mayor en masa que un neutrón, y aproximadamente igual que un electrón. Un protón y un neutrón tienen aproximadamente la misma masa, y en ambos casos su masa es bastante mayor que la de un electrón. c) El neutrón tiene la misma carga que el electrón, pero de signo contrario. Es el protón el que tiene la misma carga que un electrón pero de signo contrario. d) Los electrones y los protones se repelen por que tienen cargas de signo contrario. Electrones y protones se atraen, porque tienen cargas de signo contrario.

35. Copia y completa este párrafo en tu cuaderno, susti tuyendo los símbolos  por los términos correspon dientes. En su modelo atómico, Thomson imaginó el átomo como una esfera compacta de carga positiva, en la cual se encuentran incrustados los electrones de carga ne gativa, siendo el conjunto neutro. 36. Explica la diferencia existente entre los modelos de Thomson y de Rutherford. ¿Hay algo que tengan en común ambos modelos? Son bastante diferentes entre sí. Thomson considera el átomo compacto y Rutheford hueco; en el modelo de Thom son los electrones no se pueden mover, porque están in crustados, y en el de Rutherford se mueven a gran velocidad girando alrededor del núcleo. Ambos modelos tienen algo en común, y es que consideran el átomo neutro. Para ello, distinguen, además de los elec trones negativos, una parte positiva que compensa su carga, que en el caso del modelo de Rutherford es pequeña y se denomina núcleo, y en el modelo de Thomson es gran de y ocupa toda la extensión del átomo macizo. 37. Indica si las siguientes afirmaciones corresponden al modelo de Thomson, al de Rutherford, al de Bohr o a varios de ellos: a) El átomo es una esfera compacta. Modelo de Thomson. b) Los electrones giran en ciertas órbitas permitidas. Modelo de Bohr. c) El núcleo es muy pequeño en comparación con el átomo. Modelos de Rutherford y de Bohr. d) Los electrones se encuentran incrustados. Modelo de Thomson. e) El átomo es eléctricamente neutro. Los tres modelos consideran el átomo neutro en su conjunto. 38. Describe, según el modelo actual, las partes que tie ne un átomo y las partículas que podemos encontrar en cada una de ellas. El átomo tiene dos partes bien diferenciadas: un núcleo central en el que se encuentran los protones y neutrones, que es muy pequeño y que tiene carga neta positiva, y una corte za formada por los electrones negativos girando alrededor del núcleo, distribuidos en ciertas capas o niveles de energía. 39. Si todos los átomos tienen un núcleo y una corteza, y están constituidos por las mismas partículas, ¿qué es lo que realmente diferencia a unos átomos de otros? Todos los átomos tienen un núcleo con protones y con neutrones, y una corteza con electrones. La diferencia entre unos y otros es el número de electrones, protones y neutro nes que poseen.

34. ¿Cuál es la primera evidencia experimental que in dica la necesidad de elaborar un modelo para el áto mo? ¿De qué época histórica estamos hablando?

40. Resume en un párrafo la evolución que ha seguido el concepto de átomo desde Dalton hasta nuestros días. Básate en las características de los modelos que se han ido sucediendo.

Hablamos de finales del siglo xix, cuando se descubre el electrón (1897). Se constata la existencia del átomo y de las partículas subatómicas, por lo que surge la necesidad de elaborar un modelo que justifique los hechos experimen tales, y ayude a comprender la distribución de estas partí culas en el átomo.

Dalton postuló unos átomos pequeños e indivisibles, distin tos en sus masas y propiedades, de cuya combinación resul taban los compuestos conocidos. Posteriormente se descu brieron las partículas subatómicas. Primero fue el electrón, partícula con carga negativa; a raíz de su descubrimiento, Thomson imaginó un átomo compacto y neutro, donde los

105 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

b) q2 = 3,7 · 104 μC. Exprésala en culombios. Escribimos la equivalencia entre microculombios y culombios:

electrones se incrustaban en una esfera de carga positiva. Rutherford se basó en la experimentación para deducir que el átomo debía ser hueco, con un pequeño núcleo positivo central y una corteza formada por los electrones en movi miento circular en torno a él. El descubrimiento del protón primero y del neutrón después ha permitido conocer que el núcleo atómico está formado por esas partículas; además, hoy sabemos que los electrones de la corteza se encuentran a determinadas distancias fijas del núcleo y que se distribu yen, por lo tanto, en capas o niveles de energía. 41. ¿Por qué necesitamos una nueva unidad para medir la masa de los átomos? Defínela y escribe su equivalencia con la unidad del Sistema Internacional para la masa. La masa del átomo y de las partículas subatómicas es tan pequeña, que para expresarla utilizando la unidad de masa del Sistema Internacional (kilogramo) se utilizan números de orden de magnitud muy pequeño. Por ello, se suele ex presar la masa del átomo en unidades de masa atómica (u). Esta nueva unidad se define como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono que posee 6 protones, 6 electrones y 6 neutrones. La equivalencia entre la unidad de masa atómica y el kilo gramo es: 1 u = 1,6606 · 10–27 kg 42. Explica la relación que existe entre el número ató mico, el número másico y el número de protones, electrones y neutrones de un átomo. El número atómico, que se simboliza con la letra Z, indica el número de protones que posee el átomo en el núcleo, que coincide con el número de electrones en los átomos neutros. El número másico (simbolizado con la letra A), indica el nú mero total de partículas que contiene el núcleo del átomo, es decir, indica la suma de protones y neutrones del átomo. 43. Un átomo posee número atómico 13 y número másico 27. Considerando que se trata de un átomo neutro, indica cuántos protones, neutrones y electrones tie ne, y haz un dibujo esquemático de él. ¿De qué ele mento se trata? A partir de su número atómico (Z = 13) podemos decir que: • Tiene 13 protones en el núcleo. • Se trata de un átomo de aluminio, Al, elemento de nú mero atómico 13. A partir de su número másico (A = 27) podemos decir que: • La suma de protones y neutrones es 27. • El número de neutrones es 14. Lo calculamos como la diferencia entre A y Z, es decir, 27 – 13 = 14. • Como el átomo es neutro, tiene igual número de electro nes que de protones. El número de electrones es 13. 13 e– 27

106 Solucionario

Al →

13 p+ 14 n

44. Responde a las siguientes cuestiones, justificando tus respuestas: a) ¿Puede un átomo tener el número másico menor que el número atómico? No. Como el número másico

es la suma de protones y neutrones, y el número atómico indica los protones, como mínimo el número másico po dría ser igual al número atómico, en el caso de que el átomo no tuviese ningún neutrón. b) ¿Puede un átomo tener el número másico igual que el número atómico? Teóricamente sí, pues ocurriría siempre y cuando el átomo no tuviese ningún neutrón. Pero la realidad es que solo ocurre para el átomo de hi drógeno. 45. Un átomo tiene 35 protones y 45 neutrones en el nú cleo. ¿Qué número atómico y qué número másico co rresponden a este átomo? ¿De qué elemento se trata? Su número atómico viene dado por el número de protones: Z = 35. Su número másico es la suma de protones y neutro nes: A = 35 + 45 = 80. Si consultamos la tabla periódica, comprobamos que el elemento de número atómico 35 es el bromo (Br). 46. Dados los siguientes átomos, indica su número ató mico y su número másico, e identifica de qué ele mento se trata. Escribe el símbolo del elemento, indicando sobre él los números atómico y másico. a)

10 e– 10 p+ 12 n

18 e–

50 e– 50 p+ 70 n

18 p+ 17 n

a) Tiene 10 protones → su número atómico es Z = 10. La suma de protones y neutrones es 22 → su número másico es A = 22. El elemento de número atómico 10 es el neón (Ne). Su representación será → 22 10Ne. b) Tiene 18 protones → su número atómico es Z = 18. La suma de protones y neutrones es 35 → su número másico es A = 35. El elemento de número atómico 18 es el argón (Ar). Su representación será → 35 18Ar. c) Tiene 50 protones → su número atómico es Z = 50. La suma de protones y neutrones es 120 → su número másico es A = 120. El elemento de número atómico 50 es el estaño (Sn). Su representación será → 120 50Sn. 47. Elabora, a partir de los datos que se indican, una tabla en la que aparezcan los números atómico y másico, y el número de protones, neutrones y electrones que po seen cada uno de los siguientes átomos neutros. Utiliza como referencia este ejemplo, en el cual se indican los datos solicitados para un átomo de flúor dado por 199F: 51 56 107 131 138 200 Na, 31 15P, 23V, 26Fe, 47Ag, 53I, 56Ba, 80Hg:

23 11

19 9

Elemento

e–

Flúor

Elemento

N.º atómico (Z)

Protones (p+)

Electrones (e–)

N.º másico (A)

Neutrones (n)

Sodio

Fósforo

Vanadio

Hierro

Plata

107

Yodo

131

Bario

138

Mercurio

200

120

31 15 51 23 56 26

107 47 131 53 138 56 200 80

48. Realiza las siguientes conversiones de unidades de masa: a) Un átomo de cloro tiene una masa de 37 u. Expresa su masa en kilogramos. b) La masa de un átomo de carbono es de 1,9927 · 10–26 kg. Expresa su masa en u. Escribimos la equivalencia entre kilogramos y unidades de masa atómica: 1 u = 1,6606 · 10–27 kg 1,6606 · 10–27 kg = 6,1442 · 10–26 kg 1u 1u b) m = 1,9927 · 10–26 kg · = 12 u 1,6606 · 10–27 kg a) m = 37 u ·

49. ¿Cuál es la masa aproximada de los siguientes áto mos, expresada en unidades de masa atómica (u)? a)

28 e– 28 p+ 32 n

69 e– 69 p+ 100 n

51. Escribe la configuración electrónica de estos átomos: a) Boro (Z = 5): Capa K → 2 e– ; Capa L → 3 e– b) Nitrógeno (Z = 7): Capa K → 2 e– ; Capa L → 5 e– c) Neón, Ne (Z = 10): Capa K → 2 e–; Capa L → 8 e–. d) Aluminio (Z = 13): Capa K → 2 e– ; Capa L → 8 e– ; Capa M → 3 e– 52. Escribe y completa este párrafo en tu cuaderno, sus tituyendo los símbolos  por los términos correspon dientes. Los isótopos son átomos que tienen el mismo núme ro atómico pero distinto número másico, o lo que es igual, son átomos que tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. 53. Las siguientes representaciones corresponden a áto mos de elementos imaginarios (X), para los cuales se indican sus números atómico y másico. Di cuáles de ellos son isótopos entre sí, justificando tu respuesta:

44 e–

122 115 122 a) 115 50X b) 50X c) 115 X d) 70X Son isótopos los átomos de los apartados a) y b), pues tienen el mismo número de protones, es decir, tienen el mismo número atómico (50).

44 p+ 56 n

54. Explica las semejanzas y diferencias que presentan entre sí estas parejas de átomos:

La masa de un átomo viene dada, en u, por su número de protones y neutrones, es decir, por su número másico. Por ello, en los casos que nos ocupan, tendremos: a) 28 + 32 = 60 u. b) 69 + 100 = 169 u. c) 44 + 56 = 100 u. 50. La configuración electrónica de un átomo es la si guiente: capa K → 2 e–; capa L → 8 e– ; capa M → 5 e–. a) ¿Cuántos electrones posee en total? Sumamos todos los electrones de las tres capas: 2 + 8 + 5 = 15 electrones. b) ¿Cuál será su número atómico? Como el átomo es neutro, el número de protones ha de ser también 15. Por lo tanto, Z = 15. c) ¿De qué átomo se trata? Consulta la tabla periódi ca. Es un átomo de fósforo.

140 a) 136 58Ce y 58Ce. Se trata de dos isótopos del cerio (Z = 58). Se diferencian en el número de neutrones de sus núcleos (78 y 82 respectivamente). 92 b) 90 40Zr y 40Zr. Al igual que en el caso anterior, los átomos tienen en común el número de protones o número atómi co (Z = 40), que hace que sean isótopos del circonio. Se diferencian en el número de neutrones que poseen (50 y 52, respectivamente). 136 c) 124 54Xe y 54Xe. La semejanza es el número atómico (Z = 54) y la diferencia es su número másico y, por lo tanto, el de neutrones (70 y 82). Son isótopos del xenón.

55. Calcula la masa atómica que correspondería a la plata, sabiendo que posee dos isótopos naturales: la plata-107 y la plata-109, con abundancias de 48,16 % y de 51,84 %, respectivamente. El procedimiento consiste en calcular una media ponderada de las masas atómicas de los isótopos que tiene el elemen

107 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

23 11

to en cuestión. Para ello, se multiplican dichas masas por el decimal correspondiente al porcentaje de abundancia y se suman los productos. En el caso de la plata, con los datos que nos dan, tendríamos: Masa atómica Ag = 107 u ·

48,16 51,84 + 109 u · = 108,04 u 100 100

56. Indica si las siguientes afirmaciones son correctas o no: a) Los isótopos son átomos de distinto número mási co. Correcta. Se diferencian en su número de neutrones y poseen los mismos protones. b) Si dos elementos tienen el mismo número másico pero distinto número atómico, son isótopos. No correcta. El número atómico debe ser el mismo. c) Dalton se equivocó cuando afirmó que todos los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades. Correcta. Los isótopos son átomos del mismo elemento y de distinta masa. d) Para que dos átomos sean isótopos han de tener el mismo número de neutrones. No correcta. Es exacta mente al contrario: el número de neutrones ha de ser distinto e igual número de protones. 57. Observa la tabla y di en cada caso de qué elemento se trata. Escribe su representación e indica los pro tones y neutrones que tiene cada elemento. ¿Cuáles son isótopos entre sí? A. Potasio, K, 19 protones y 20 neutrones. B. Silicio, Si, 14 protones y 14 neutrones. C. Argón, Ar, 18 protones y 22 neutrones. D. Potasio, K, 19 protones y 21 neutrones. E. Silicio, Si, 14 protones y 15 neutrones. 39 19 28 14 40 18 40 19 29 14

Son isótopos A, y D del potasio y B y E del silicio. 58. Elige entre los términos que siguen el que mejor se relaciona con cada apartado: macromolécula, cris tal, enlace, anión, molécula. a) Unión entre átomos. Enlace. b) Agrupación independiente de dos o más átomos. Molécula. c) Átomo con carga eléctrica negativa. Anión. d) Sólido con forma geométrica. Cristal. e) Molécula formada por miles de átomos. Macromo lécula. 59. Resume las características del enlace iónico y del enlace covalente, y pon ejemplos de sustancias que posean estos tipos de enlaces.

108 Solucionario

El enlace iónico se forma por la atracción eléctrica entre iones de signo contrario. Una sustancia iónica es el cloruro de sodio o sal común. El enlace covalente, en cambio, se forma por compartición de electrones; una sustancia cova lente es el agua. 60. ¿Por qué se agrupan los átomos? Haz un esquema en el que aparezcan las distintas formas de agrupación de átomos que conoces, señalando, para cada una de ellas, el tipo de enlace que le corresponde. La razón es que al agruparse ganan estabilidad con respec to a los átomos por separado. Las distintas formas de agrupación estudiadas son:

• Moléculas: formadas por la unión de dos o más átomos, dando como resultado una entidad neutra independiente. Los átomos se unen mediante enlaces covalentes. • Iones: presentan carga eléctrica. – Cationes: Tienen carga positiva. – Aniones: Tienen carga negativa. • Sustancias iónicas: formadas por una red de iones de distinto signo. Se unen mediante enlaces iónicos. • Metales: formados por una red de cationes entre los cuales se encuentran los electrones desprendidos para formar los cationes. Se unen mediante enlaces metálicos. 61. Indica las diferencias y las semejanzas entre: a) Macromolécula y metal. Se parecen en que están formados, en ambos casos, por un elevado número de átomos y/o iones; se diferencian en sus propiedades y en el aspecto del sólido al que dan lugar. b) Ion y catión. Ambos tienen carga eléctrica neta, pero el ion puede tener carga tanto positiva como negativa, mientras que el catión posee carga positiva. c) Molécula y anión. Tanto uno como otro son agrupacio nes de átomos, pero la molécula es neutra, mientras que el anión posee carga eléctrica negativa. 62. Explica las características del enlace metálico y re laciónalas con las propiedades que presentan los metales. Los metales presentan brillo metálico, altos puntos de fusión y conducen muy bien la electricidad. En el enlace metálico hay una nube de electrones que tienen libertad para mover se por el cristal. Por esta razón los metales conducen muy bien la electricidad y el calor. La red iónica es muy estable, lo que explica los altos puntos de fusión. 63. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué partícula se obtiene cuando un átomo neutro pierde electrones? Si pierde electrones quedará con una carga positiva neta y será un catión. b) ¿En qué se transforma un átomo neutro cuando gana electrones? Si gana electrones la carga neta será esta vez negativa y se convertirá en un anión. c) Si conocemos el número de protones y de electro nes de un átomo, ¿cómo podemos saber si se trata de un ion o de un átomo neutro? Si los dos números son iguales el átomo es neutro; si son diferentes, tendre mos un ion. 64. ¿En qué se convierten estos átomos? Explícalo y rea liza un dibujo que lo ilustre. a) O (Z = 8), cuando gana dos electrones. El n.º atómico del oxígeno es 8. Esto indica que tiene 8 protones en el núcleo y 8 electrones en la corteza. Cuando el oxígeno gana 2 electrones, deja de ser neutro y se convierte en un anión óxido O2–, con carga negativa –2. b) Br (Z = 35), cuando queda con 36 electrones. El n.º atómico del bromo es 35. Esto indica que tiene 35 proto nes en el núcleo y 35 electrones en la corteza. Cuando el bromo se queda con 36 electrones, es porque ha ganado un electrón con respecto a los que tenía inicialmente. Por tanto, deja de ser neutro, y se ha convertido en un anión bromuro Br –, con carga negativa –1. c) K (Z = 19), cuando pierde un electrón. El n.º atómico del potasio es 19. Esto indica que tiene 19 protones en

65. Las sustancias iónicas y los metales son eléctrica mente neutros. ¿Cómo es esto posible si están forma dos por iones, que poseen carga eléctrica? Justifícalo en ambos casos. En ambos casos, se compensan las cargas de distinto signo, dando lugar a un conjunto eléctricamente neutro. Por ejem plo, el cloruro sódico está formado por el mismo número de aniones cloruro (Cl–) y de cationes sodio (Na+). Si se trata de un metal las cargas de los cationes se compensan con las de los electrones que se encuentran entre ellos. 66. Lola está estudiando en el laboratorio tres sustan cias desconocidas, para las cuales observa: a) La sustancia A, de aspecto cristalino, se disuelve en agua. b) La sustancia B es un líquido que tiene un punto de ebullición de 56 ºC. c) La sustancia C es un sólido brillante. ¿Podrá identificar de qué tipo de sustancia se trata en cada caso? Si es así, elabora unos indicadores que pueda utilizar como referencia. La sustancia A debe ser una sustancia iónica por sus pro piedades. La sustancia B será un líquido formado por mo léculas. En cuanto al sólido C, sus propiedades se corres ponden con las de un metal. Como indicadores, si la sustancia es cristalina, frágil, y soluble en agua, es de tipo iónico, mientras que si posee brillo metálico y es buena conductora de la electricidad, es metálica. En caso de no corresponder a ninguna de las anteriores, será covalente. 67. El carbono sólido se presenta en la naturaleza for mando dos sustancias diferentes: grafito y diamante. Utiliza la bibliografía o conéctate a Internet para re solver estas cuestiones: a) ¿Se trata de sustancias cristalinas? Sí, son sustan cias cristalinas, aunque la disposición de sus átomos es diferente y también el aspecto de los dos cristales. b) ¿Qué tipo de enlace poseen estas sutancias? Ambas sustancias poseen un enlace covalente, dado que sus características físicas se corresponden con las propieda des de este tipo de compuestos. c) ¿Cuál es la diferencia entre las dos sustancias, puesto que su composición es la misma? La diferen cia radica en la ordenación diferente de los átomos de C. d) Indica dos propiedades relevantes del grafito y otras dos del diamante que los diferencie y rela ciónalas con las aplicaciones tecnológicas de estas sustancias. El grafito es de color oscuro y se separa fácilmente en láminas (es exfoliable), lo que se aprovecha para fabricar las minas de los lápices. El dia mante es un cristal transparente y muy duro, al que se le asigna el 10 (máximo) en la escala de dureza. Se utiliza para fabricar herramientas de corte de otros materiales más blandos, como el vidrio y en joyería. 68. Unos arqueólogos han encontrado unas muestras or gánicas de momias cuya antigüedad se sospecha que pueda ser de varios miles de años. Para compro bar su hipótesis, han solicitado que se les realice la

prueba del carbono-14 (146C), cuyos resultados han determinado que la presencia de este isótopo en las momias se ha reducido a la cuarta parte del valor inicial de referencia. Teniendo en cuenta que el car bono presenta dos isótopos estables en la naturale za, —el carbono-12 (126C), con una abundancia del 98,93%, y el carbono-13 (136C), cuya abundancia es de 1,07%— y un isótopo inestable, el carbono-14, en una proporción insignificante y con un periodo de semidesintegración radiactiva de unos 5 700 años, contesta: a) ¿Qué tienen en común estos tres isótopos del car bono? ¿En qué se diferencian? Los tres isótopos co rresponden a átomos de carbono, que poseen 6 protones en el núcleo, y 6 electrones en la corteza. La diferencia está en su número de neutrones, que es de 6 para el isótopo carbono-12, 7 en el caso del isótopo carbono-13 y 8 si se trata del isótopo carbono-14. b) ¿Cómo debemos imaginar, de acuerdo con el mo delo atómico de Bohr, un átomo neutro del isótopo carbono-12? Debemos imaginar este átomo con un núcleo central, pequeño y positivo, compuesto por 6 protones y 6 neutrones, alrededor del cual giran 6 elec trones formando la corteza. Estos 6 electrones se distri buyen en capas concéntricas, situándose dos en el primer nivel K, y 4 en el segundo nivel L. c) A partir de los datos indicados, ¿podemos saber los valores de número atómico, número másico y de masa de estos tres isótopos? Elabora una tabla en la que queden reflejados estos datos, junto con la abundancia relativa de cada uno. A partir de los datos que nos dan podemos saber el número atómico de los tres isótopos, que en este caso es 6, y el número másico, que es 12, 13 o 14 según el isótopo de que se trate. La masa de cada uno de estos átomos viene dada por el número másico, en unidades de masa atómica. N.º Isótopo atómico (Z)

N.º másico (A)

Masa atómica (u)

Abundancia (%)

98,93

1,07

Insignificante

12 6 13 6 14 6

d) Utilizando los datos de la tabla anterior, calcula la masa atómica que corresponde al elemento carbo no, expresando el resultado con cuatro cifras significativas. La masa atómica será: 98,93 1,07 + 13 u · = 12,01 u 100 100 e) Teniendo en cuenta que el periodo de semidesin tegración radiactiva indica el tiempo que tarda en reducirse a la mitad la cantidad de un isótopo inestable en una muestra, ¿cuál será la antigüedad estimada de las momias? La cantidad de isótopo carbono-14 se ha reducido a la cuar ta parte. Como en un primer periodo de 5 700 años la proporción se redujo a la mitad, y que en otros 5 700 años el carbono restante vuelve a reducirse a la mitad, trans currido este tiempo podemos decir que ya solo queda la cuarta parte del carbono-14 inicial. Por tanto, la antigüe dad estimada de las momias es de 11 400 años. Masa atómica C = 12 u ·

109 Unidad 4. La estructura de la materia. Agrupaciones de átomos

el núcleo y 19 electrones en la corteza. Cuando el potasio pierde un electrón, deja de ser neutro, y se convierte en un catión potasio K+, con carga positiva +1.

5. Elementos y compuestos. La tabla periódica Presentación

de la unidad

1. El sabio persa Jabir ibn-Hayyan, conocido por el nombre de Geber, es quizás el más famoso alquimis ta de la Antigüedad. Busca en la bibliografía o en Internet información sobre su vida y sus descubri mientos. Nació en Persia en el año 721. Considerado un gran alqui mista árabe, estudió medicina en Arabia y llegó a ser mé dico en la corte del califa Harún Al Raschid. De entre sus aportaciones más importantes destaca la creencia de que la combinación adecuada de los 4 elementos clásicos (aire, agua, tierra y fuego) produciría azufre y mercurio, los cuales, a su vez, al combinarse junto con algún metal, como por ejemplo el plomo, permitirían obtener otros metales dife rentes al de partida, teoría en la que se basaban los alqui mistas de la Edad Media para tratar de obtener la transmu tación de los metales en oro.

Desarrollo

de la unidad

2. ¿Por qué afirmamos que Robert Boyle introdujo el concepto moderno de elemento químico? El criterio de Boyle fue si la sustancia podía descomponer se o no en otras más simples, el cual coincide totalmente con el que mantenemos en la actualidad. Además, ahora sabemos que los elementos están formados por partículas iguales constituidas por átomos idénticos. 3. En la época de Boyle se conocía poco más de una decena de elementos químicos, mientras que actual mente sabemos de la existencia de más de cien. ¿A qué crees que se debe que se haya tardado tanto en descubrirlos? El descubrimiento de los elementos químicos está directa mente relacionado con el desarrollo de nuevos métodos de descomposición de las sustancias a que dan lugar cuando se combinan. En definitiva, los elementos químicos no suelen encontrarse como tales en la naturaleza, y es nece sario desarrollar ciertos procesos químicos para poder ob tenerlos, que, en los primeros tiempos de la Química, eran escasos y rudimentarios.

110 Solucionario

4. ¿Verdadero o falso? Justifica tu respuesta. a) El oxígeno es un elemento porque es una sustancia pura. Falso. El oxígeno ciertamente es un elemento, pero lo es porque a partir de él no pueden obtenerse otras sustancias diferentes mediante ningún proceso químico. b) Algunos elementos se presentan en la naturaleza sin combinar. Verdadero. Ciertos elementos como al gunos metales y algunos gases se pueden encontrar como tales en la naturaleza. c) Los elementos se encuentran en estado gaseoso. Falso. Algunos elementos se encuentran en estado ga seoso, pero otros pueden encontrarse en estado líquido o sólido. d) Un elemento está formado por un mismo tipo de átomos. Verdadero. Una de las características que per miten identificar como tal a un elemento químico es que está formado por un solo tipo de átomos.

5. A nuestro laboratorio ha llegado una sustancia des conocida. Es un líquido plateado que conduce bien la electricidad y que no se descompone en otras sus tancias más simples al someterlo a procesos quími cos. ¿De qué tipo de sustancia se trata? Para empezar diremos que se trata de un elemento químico, pues no se descompone en otras sustancias más simples al someterlo a diversos procesos químicos. Pero conside rando que presenta un aspecto plateado, podemos pensar que se trata de un metal, por su brillo metálico y porque además conduce la electricidad. Al ser líquido, podríamos pensar incluso que se trate de mercurio, aunque habría que investigar algo más para asegurar que no se trata de galio o de cesio. 6. Indica si las siguientes propiedades corresponden a los metales, a los no metales o a ambos. Explica tus respuestas. a) Formación de compuestos con los no metales. Los metales y los no metales se combinan con elementos no metálicos, por lo que esta propiedad corresponde a am bos. b) Alto punto de fusión y dureza elevada. Corresponde a los metales, que por lo general, tienen altos puntos de fusión y dureza elevada, aunque hay excepciones. c) Brillo metálico. Sin duda es una propiedad caracterís tica de una sustancia metálica. d) Poca conductividad eléctrica. Aunque hay sustancias no metálicas que conducen la electricidad, en general esta propiedad es atribuible a los no metales. e) Ductilidad y maleabilidad. Los metales son muy dúctiles y maleables, permitiendo obtener a partir de ellos hilos y láminas, moldeándolos sin que pierdan sus pro piedades físicas ni químicas. 7. A lo largo del siglo xix se produjeron varios intentos de clasificación de los elementos químicos conoci dos hasta esa fecha, destacando por su importancia las clasificaciones de Doberëiner, Newlands y, fi nalmente, las de Mendeleiev y Meyer. No obstante, no fueron las únicas clasificaciones publicadas en esa época, ya que hubo algunas bastante curiosas que igualmente ponían de manifiesto la periodicidad en las propiedades de los elementos químicos cono cidos. Busca información en Internet sobre la clasificación de los elementos químicos propuesta por AlexandreEmile Béguyer de Chancourtois. Elabora una ficha con datos sobre su autor, la fecha en que se publicó, el nombre con el que se conoce la clasificación propuesta y en qué consistía dicha clasificación. Alexander-Émile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) fue un geólogo francés que ideó un sistema de clasificación de los elementos químicos conocidos en su época. Su idea era encontrar un método para sistematizar el estudio de los minerales, que era su campo de trabajo; se le ocurrió ordenar los elementos químicos en orden creciente de sus masas atómicas y disponerlos según una hélice enrollada sobre un cilindro. Con esta disposición, observó que los elementos de propiedades similares se encontraban en la misma vertical. Su clasificación, aunque fue la primera en utilizar el criterio de las masas atómicas, pasó inadvertida, debido sobre todo a la dificultad de imprimir un modelo para su uso y estudio.

Antes de que Mendeleiev y Meyer publicaran su clasifica ción de los elementos químicos, se habían propuesto otras clasificaciones como son: • Tríadas. Desarrollada en 1817 por el químico J. Döberei ner, formaba grupos de tres elementos con similares propiedades químicas, a los que denominaba tríadas. • Ley de las octavas. Ya en 1864, J. Newlands ordenó los elementos según sus masas atómicas y los agrupaba en grupos de 7 elementos según la similitud de sus propie dades. 9. ¿En qué consiste la ley periódica? ¿Cuál fue el gran acierto de Mendeleiev al elaborar su tabla? La ley periódica establece que las propiedades de los ele mentos químicos se repiten periódicamente al disponerlos en orden creciente de sus números atómicos. La repetición de las propiedades de los elementos de un mismo grupo se debe a la distribución de los electrones del último nivel ocupado, que es similar para todos los elementos del grupo. El gran acierto de Mendeleiev fue anteponer la periodicidad de las propiedades al estricto orden de masas atómicas y también suponer que había elementos aún por descubrir que encajarían en los sitios que quedaban una vez colocados los elementos en los lugares que les correspondían de acuerdo con sus propiedades. 10. ¿Qué es una familia (o grupo) de elementos quími cos? ¿Cuántos grupos hay en la tabla periódica? ¿Qué es un periodo? ¿Cuántos componen la tabla? Se conoce como familia o grupo cada columna de elemen tos químicos de la tabla periódica, denominados así porque todos ellos tienen propiedades químicas similares. Hay 18 grupos, numerados correlativamente. Un periodo, en cambio, es cada una de las filas de la tabla periódica. Hay 7 periodos en total. 11. Contesta a estas cuestiones, relativas a la tabla pe riódica: a) ¿Cuántos no metales existen? Hay 17 elementos no metálicos recogidos en la tabla periódica. b) ¿Dónde se sitúan los semimetales? ¿Cuáles son? Se sitúan entre los metales (a la izquierda de la tabla periódica) y los no metales (a la derecha de la tabla pe riódica). Son el boro (B), el silicio (Si), el germanio (Ge), el arsénico (As), el antimonio (Sb), el teluro (Te) y el as tato (At). c) ¿Cuántos elementos contiene el sexto periodo? El sexto periodo contiene 32 elementos, considerando que deben incluirse en él los lantánidos, que aparecen en la parte inferior. 12. Usando la tabla periódica, indica: a) El nombre y el símbolo de los semimetales. Son los elementos que se sitúan en una franja entre los metales y los no metales: boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), ar sénico (As), antimonio, teluro (Te) y astato (At). b) El nombre y el símbolo de dos lantánidos. Respues ta libre. Se indicarán dos elementos de los comprendidos entre el cerio (Ce) y el lutecio (Lu).

c) ¿Qué tipo de elemento son el fósforo y el cloro? Ambos son elementos no metálicos. d) ¿Cuál es y dónde se sitúa el elemento de número atómico 42? El elemento de número atómico 42 es el molibdeno, de símbolo Mo. Se trata de un elemento metálico (metal de transición), cuya masa a tómica es 95,9 u, y su densidad 10 200 kg/m3. 13. Cuando descendemos en un grupo de la tabla perió dica, el tamaño de los átomos aumenta. ¿Qué expli cación podemos dar a este hecho, teniendo en cuenta la forma en que se llenan las capas de elec trones? Justifica tu respuesta usando como ejemplo el grupo de los metales alcalinos. Cuando consideramos los elementos de un mismo grupo de la tabla, observamos que se repite la configuración electró nica más externa y que, al pasar de cada uno al siguiente, nos encontramos colocando los últimos electrones en capas cada vez más alejadas del núcleo. Eso hace que el tamaño del átomo sea cada vez mayor. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno posee 1 electrón en la capa K, mientras que el átomo de litio posee la capa K completa con dos electrones y un electrón en la capa L, por lo tanto es un átomo de mayor tamaño. 14. La tabla periódica, publicada en 1869, es anterior al conocimiento de la estructura interna del átomo, que data de principios del siglo xx. ¿Cómo se explica esta circunstancia? La tabla se propuso sobre la observación de la similitud entre las propiedades de los elementos químicos; la ley periódica es, por tanto, una ley experimental. El conocimien to de la estructura interna del átomo no es necesario para enunciar la ley periódica, aunque sí nos permite justificarla. 15. ¿En qué se diferencian y en qué se parecen los me tales alcalinos y los halógenos? Indica qué elemen tos integran cada grupo y dónde se sitúan en la tabla periódica. El grupo de los metales alcalinos es el grupo 1 de la tabla periódica, constituido por el litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr). El grupo 17 correspon de a los halógenos, y lo forman el flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo(I) y astato (At). Ambos grupos tienen en común el estar formados por ele mentos muy reactivos, y se diferencian en sus propiedades, como por ejemplo, el brillo metálico que presentan los metales alcalinos frente a los halógenos, o la capacidad de conducir la electricidad. Además, es significativo, en lo que respecta a la configuración electrónica de estos elementos, que todos los metales alcalinos tienen un solo electrón en su último nivel ocupado, frente a los halógenos, caracteri zados porque a todos les falta un solo electrón para com pletar su último nivel ocupado. 16. ¿Por qué reciben el nombre de gases nobles los ele mentos del grupo 18 de la tabla periódica? Resume sus características más importantes. Los gases nobles se denominan así porque son elementos inertes, es decir, que no reaccionan químicamente con otros elementos químicos para formar compuestos (salvo muy raras excepciones en condiciones forzadas). Se presentan en estado gaseoso y tienen todos sus niveles electrónicos ocupados completos.

111 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

8. Relaciona cuáles fueron las clasificaciones más destacadas de los elementos químicos anteriores a las de Mendeleiev y Meyer. Indica, para cada una, su autor y en qué se basaba la clasificación.

17. La molécula de peróxido de hidrógeno está formada por 2 átomos de hidrógeno y 2 átomos de oxígeno. ¿Cuál será su fórmula? H2O2. 18. Interpreta las fórmulas de los siguientes compues tos, indicando los elementos que los forman y la pro porción en que se combinan. a) Ácido acético: CH3COOH. Está formado por hidrógeno (H), carbono (C) y oxígeno (O). Cada molécula está forma da por 4 átomos de hidrógeno, 2 átomos de carbono y 2 átomos de oxígeno. b) Bromuro de potasio: KBr. Está formado por potasio (K) y bromo (Br). La proporción relativa de átomos será: 1 átomo de potasio y 1 átomo de bromo. c) Sulfato de calcio: CaSO4. Está formado por calcio (Ca), azufre (S) y oxígeno (O). La proporción relativa de átomos será: 1 átomo de calcio, 1 átomo de azufre y 4 átomos de oxígeno. d) Cloruro de amonio: NH4Cl. Está formado por nitrógeno (N), hidrógeno (H) y cloro (Cl). La proporción relativa de átomos será: 1 átomo de nitrógeno, 4 átomos de hidró geno y 1 átomo de cloro. 19. Calcula la masa molecular del ácido nítrico (HNO3) y del carbonato de sodio (NaCO3). Consulta la tabla pe riódica para obtener los valores de masa atómica necesarios. • HNO3 Masas atómicas: H = 1 u; N = 14 u; O = 16 u. Masa molecular HNO3 = 1 átomo H · 1 u + 1 átomo N · 14 u + 3 átomos O · 16 u = 63 u. • Na2CO3 Masas atómicas: Na = 23 u; C = 12 u; O = 16 u. Masa molecular Na2CO3 = 2 átomos Na · 23 u + 1 átomo C · 12 u + 3 átomos O · 16 u = 106 u. 20. La molécula de etano está formada por carbono e hidrógeno, y su masa molecular es de 30 u. Teniendo en cuenta las masas atómicas del carbono y el hi drógeno recogidas en la tabla periódica, ¿cuál de estas fórmulas le correspondería a este compuesto? a) C3H6 b) C2H6 c) C2H5

112 Solucionario

Si calculamos las masas moleculares de los compuestos que aparecen relacionados, obtenemos: a) Masa molecular C3H6 = 3 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u = 42 u. b) Masa molecular C2H6 = 2 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u = 30 u. c) Masa molecular C2H5 = 2 átomos C · 12 u + 5 átomos H · 1 u = 29 u. El etano es el compuesto de fórmula C2H6. 21. ¿Por qué hablamos de masa fórmula, en lugar de masa molecular, en el caso de los compuestos ióni cos? Recuerda cómo es el enlace iónico. La razón es que en este tipo de compuestos no existen moléculas, que son agrupaciones características del enlace covalente. Por tanto, la fórmula representa la proporción relativa de cada elemento en el compuesto, y es más co rrecto hablar de masa fórmula.

22. ¿Qué magnitud mide exactamente el mol? ¿Por qué el número de Avogadro tiene un valor tan grande? El mol es la unidad fundamental del Sistema Internacional para la cantidad de materia. Para tener un mol de cualquier sustancia se requiere un número de Avogadro (6,022 · 1023) de partículas, que es tan grande porque se utiliza para in dicar cantidades de moléculas y átomos, que son extrema damente pequeños. 23. Utilizando la definición de mol, calcula: a) El número de partículas que equivalen a 4 moles. 6,022 · 1023 partículas = 2,4088 · 1024 partículas 1 mol b) Los moles que equivalen a 2,7099 · 1024 partículas. 4 mol ·

1 mol = 4,5 mol 6,022 · 1023 partículas c) Los moles equivalentes a 3,011 · 1023 partículas. 2,7099 · 1024 partículas ·

1 mol = 0,5 mol 6,022 · 1023 partículas d) Las partículas contenidas en 0,3 moles. 3,011 · 1023 partículas ·

0,3 mol ·

6,022 · 1023 partículas = 1,8066 · 1023 partículas 1 mol

24. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica tu respuesta: a) El mol es una unidad de masa, múltiplo del gramo. Falso. El mol es una unidad de cantidad de materia, una de las siete magnitudes fundamentales del S.I. diferen te de la masa, que es otra de estas siete magnitudes. b) Un mol de átomos de hidrógeno tiene menos masa que un mol de átomos de oxígeno. Verdadero. En ambos casos tenemos 1 mol de átomos, o sea, tenemos 6,022 · 1023 átomos, pero con la diferencia de que cada átomo de hidrógeno tiene una masa de 1u, frente a un átomo de oxígeno que tiene una masa de 16 u, por lo que el mol de átomos de hidrógeno tiene en su conjunto una masa menor. c) La masa molar y la masa molecular se representan mediante el mismo número, aunque son magnitudes diferentes. Verdadero. Numéricamente ambas magni tudes se corresponden y tienen el mismo valor para una determinada sustancia, pero su significado es completa mente diferente. 25. Realiza un esquema para el dióxido de manganeso (MnO2), en el que aparezca la relación entre su masa molecular, su masa molar y el número de Avogadro. Calcula previamente la masa molecular del MnO2, consultando en la tabla periódica los datos nece sarios. MnO2 → Masa molecular MnO2 = 86,9 u → → Masa molar MnO2 = 86,9 g/mol 86,9 g MnO2 ↔ 1 mol MnO2 ↔ ↔ 6,022 · 1023 moléculas MnO2 26. Una botella de oxígeno contiene 935 g de este gas. Sabiendo que la fórmula del oxígeno elemental es O2, ¿cuántos moles de oxígeno hay en la botella? ¿Cuántas moléculas hay en el recipiente? ¿Cuántos átomos?

masa m = Masa molar M

m 935 g = = 29,2 mol O2 M g 32 mol

Si queremos calcular el número de moléculas que hay en el recipiente, debemos recurrir a la relación dada por el nú mero de Avogadro: 1 mol O2 = 6,022 · 1023 moléculas O2. 6,022 · 1023 moléculas N.º moléculas O2 = 29,2 mol O2 · = 1 mol 02 = 1,7584 · 1025 moléculas 02 Finalmente, sabiendo que cada molécula está formada por 2 átomos de oxígeno unidos, diremos que en el recipiente hay un total de: N.º átomos O2 = 1,7584 · 1025 moléculas O2 ·

2 átomos 0 = 1 molécula O2

= 3,5168 · 1025 átomos 0

El número de moles de CO en los 45 mg de este compues to será: n=

El número de moléculas de CO en los 45 mg de este compuesto (1,6 · 10–3 mol de CO) será: 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol CO = 9,6352 · 1020 moléculas CO

N.º moléculas CO = 1,6 · 10–3 mol CO ·

d) 8 mg de metano (CH4). Masa molecular CH4 = 16 u. Masa molar CH4 = 16 g/mol. El número de moles de CH4 en los 8 mg (0,008 g) de este compuesto es: n=

6,022 · 1023 moléculas = 1 mol CH4 = 3,011 · 1020 moléculas CH4

N.º moléculas CH4 = 5 · 10–4 mol CH4 ·

e) 225 g de nitrógeno gaseoso (N2). Masa molecular N2 = 28 u. Masa molar N2 = 28 g/mol. El número de moles de N2 en los 225 g de este compues to es:

6,022 · 1023 moléculas = 1 mol H2O = 1,8066 · 1022 moléculas H2O

N.º moléculas H2O = 0,03 mol H2O ·

b) 5,5 g de dihidruro de berilio (BeH2). Masa molecular BeH2 = 11 u. Masa molar BeH2 = 11 g/mol. El número de moles de BeH2 en los 5,5 g de este com puesto será: n=

m 5,5 g = = 0,5 mol BeH2 M g 11 mol

El número de moléculas de BeH2 en los 5,5 g de este compuesto (0,5 mol de BeH2) será: 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol BeH2 = 3,011 · 1023 moléculas BeH2

N.º moléculas BeH2 = 0,5 mol BeH2 ·

c) 45 mg de monóxido de carbono (CO). Masa molecular CO = 28 u. Masa molar CO = 28 g/mol.

m 225 g = = 8,06 mol N2 M g 28 mol

Y el número de moléculas de N2 en los 225 g de este compuesto (8,06 mol de N2) será: 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol N2 = 4,8537 · 1024 moléculas N2

m 0,54 g = = 0,03 mol H2O M g 18 mol

Y, el número de moléculas de H2O en los 0,54 g de este compuesto (0,03 mol de H2O) será:

m 0,008 g = = 5 · 10–4 mol CH4 M g 16 mol

Y el número de moléculas de CH4 en los 8 mg de este compuesto (5 · 10-4 mol de CH4) será:

27. Calcula el número de moles y de partículas conteni dos en: a) 0,54 g de agua (H2O). Masa molecular H2O = 18 u; masa molar H2O = 18 g/mol. Por lo tanto, el número de moles de H2O en los 0,54 g de este compuesto será:

m 0,045 g = = 1,6 · 10–3 mol CO M g 28 mol

N.º moléculas N2 = 8,06 mol N2 ·

ciencia… más cerca

28. Uno de los principales elementos constituyentes de los seres vivos es el carbono. ¿Por qué crees que el petróleo o el gas natural están formados por molécu las cuyo principal constituyente es también el car bono? El petróleo y el carbón proceden de la degradación de los restos de organismos vivos durante un cierto periodo de la historia geológica de la Tierra. En estos procesos de des composición se forman hidrocarburos, que son compuestos cuyos componentes básicos son el carbono y el hidrógeno, y en algunos el nitrógeno o el oxígeno, constituyentes elementales de la materia viva de la que proceden. Esta mezcla de hidrocarburos dan lugar al gas natural (cuando sus moléculas son pequeñas, de hasta 4 átomos de carbo no) y al petróleo (formado por hidrocarburos cuyas molécu las cuentan con muchos átomos de carbono). 29. El sodio y el potasio son elementos de gran impor tancia para nuestro organismo. Busca información sobre ambos y sobre los alimentos ricos en sodio y potasio.

113 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

Comenzamos calculando la masa molecular del oxígeno, para así conocer el valor de su masa molar. Sabiendo que la masa atómica del oxígeno (O) es 16 u, escribimos: Masa molecular O2 = 2 átomos O · 16 u = 32 u (cada molé cula de oxígeno tiene una masa de 32 u). Por tanto, la masa molar del oxígeno gaseoso (O2) es = 32 g/mol (por cada 32 g de O2 tenemos 1 mol O2). El número de moles de O2 que hay en la botella se calcula a partir de los 935 g que hay contenidos en su interior, utilizando la expresión:

Tanto el sodio como el potasio tienen un papel importantí simo en el equilibrio entre el medio extracelular e intrace lular. Debe existir además un equilibrio entre ambos, pues el exceso de sodio conduce a la hipertensión arterial y la retención de líquidos en los tejidos. El sodio participa en la regulación de las funciones de la membrana celular, y en la absorción de azúcares y aminoácidos, además de la excita ción y contracción muscular. Su carencia continuada puede originar apatía, mareos y descenso de la tensión arterial. Se encuentra en alimentos como los frutos secos (avellanas, cacahuetes, nueces), las legumbres, las hortalizas, los ce reales y sus derivados y la fruta. Además, el consumo de sal común (cloruro de sodio) aporta una importante cantidad de sodio a la dieta. El potasio participa también en la regu lación de la presión osmótica y en la contracción muscular. La carencia continuada de potasio puede producir atrofia muscular, descenso de la tensión arterial y falta de apetito. Son alimentos ricos en potasio pescados como la caballa, el salmón o la trucha, las carnes, las frutas en general, como el melón, el plátano, el kiwi, etc., las verduras y las hortali zas, como las espinacas y las patatas sobre todo, y legum bres, como las habas.

Practica 30. ¿Qué es un elemento químico? ¿Qué procedimiento debemos seguir para averiguar si una sustancia es un elemento o no? Un elemento químico es una sustancia a partir de la cual no pueden obtenerse otras diferentes ni por métodos quí micos ni por métodos físicos, y que está formada por un solo tipo de átomos. Para saber si una sustancia es un elemento o no tenemos que ver si se puede descomponer en otras más sencillas. Si puede, no es un elemento. 31. Indica cuáles de las siguientes sustancias pueden considerarse elementos, justificando tu respuesta:

114 Solucionario

a) Gas hidrógeno: su molécula está formada por la unión de dos átomos de hidrógeno (H2). b) Fluorita: mineral formado por una red cristalina de cationes calcio y aniones flúor. c) Hierro: metal formado por la unión de millones de átomos de hierro. d) Carbonato de calcio: al calentarlo a alta tempera tura produce oxígeno y cal viva (óxido de calcio). De las sustancias relacionadas pueden considerarse ele mentos: a) Gas hidrógeno, porque está formada por un solo tipo de átomos (H), que se combinan formado moléculas biató micas. c) Hierro, porque en una pieza de hierro solo encontraremos átomos de hierro (Fe). Y no son elementos las siguientes sustancias: b) Fluorita, porque en su red cristalina encontraremos ca tiones y aniones procedentes de dos tipos de átomos, calcio (Ca) y flúor (F). d) Carbonato de calcio, porque da lugar a sustancias dife rentes mediante un proceso químico de descomposición. 32. ¿Cuáles son las características más relevantes en las que te puedes basar para identificar con facili dad un elemento metálico? Pon un ejemplo.

De entre todas las características, identifican un metal con facilidad su brillo metálico y su capacidad para conducir la electricidad y el calor. Sirve como ejemplo cualquier metal: oro, plata, hierro, aluminio... 33. Los metales, ya sea en estado puro o en sus aleacio nes, tienen diversas aplicaciones en función de sus propiedades. Ayudándote de libros o de Internet, identifica objetos de tu entorno cotidiano que con tengan o estén elaborados con alguno de los si guientes metales, e indica cuál de sus propiedades nos resulta útil en cada caso: a) Cromo. b) Oro. c) Aluminio.

d) Platino. e) Cobre. f) Plata

Algunas de las aplicaciones de estos metales son: a) Cromo: se utiliza para revestimiento de piezas como griferías por su característico brillo metálico. b) Oro: por su resistencia a la oxidación, su escasa abun dancia y su brillo dorado se utiliza para joyería, recubri mientos dorados (pan de oro) y fabricación de piezas y circuitos muy sofisticados. c) Aluminio: es ligero y resistente mecánicamente y a la oxidación. Se utiliza en la fabricación de estructuras para viviendas (cierres, etc), y de carrocerías para diversos vehículos, por ejemplo bicicletas. d) Platino: es muy resistente a la oxidación. Se usa en la boratorios químicos y en la industria para procesos quí micos, y también en joyería por su alto valor económico. e) Cobre: es buen conductor de la electricidad y abundante. Se usa en la fabricación de cables conductores. f) Plata: es un metal de amplio uso en joyería; también se utiliza para fabricar películas fotográficas. 34. ¿En qué se basaba la clasificación de los elementos químicos propuesta por Mendeleiev y Lothar Meyer? ¿Cómo es posible que, si solo se conocían 63 ele mentos, la tabla de Mendeleiev siguiera siendo váli da a medida que se descubrían nuevos elementos? La tabla de Mendeleiev y Meyer se basaba en la ordenación de los elementos según aumentaba su masa atómica y, teniendo en cuenta las propiedades químicas similares que presentaban algunos, se disponían en varias filas por su semejanza. El acierto de Mendeleiev consistió en predecir la existencia de algunos elementos que aún no habían sido descubiertos, pero para los que se reservó el correspondien te hueco, lo cual permitió que al descubrirse estos nuevos elementos, la clasificación siguiese siendo válida. 35. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustituyen do los símbolos  por los términos correspondientes: La tabla periódica se divide en grupos y periodos. Los elementos que se encuentran en la misma fila perte necen al mismo periodo, y hay un total de 7, frente a 18 grupos, formados por los elementos que se encuen tran dispuestos en cada columna de la tabla periódica, que comparten las mismas propiedades químicas. 36. ¿Qué criterio se utiliza actualmente para ordenar los elementos químicos? Enuncia la ley periódica y des cribe la estructura que tiene la tabla periódica actual. Actualmente se utiliza como criterio de ordenación de los elementos su número atómico, de modo que se colocan en

37. Escribe el nombre y el símbolo de todos los elemen tos del tercer periodo, y clasifícalos según su carác ter metálico. De los elementos del tercer periodo, o sea, de la tercera fila de la tabla periódica, son metales el sodio (Na), el magne sio (Mg) y el aluminio (Al); por su parte, son no metales el fósforo (P), el azufre (S), el cloro (Cl) y el argón (Ar). El silicio (Si) es un metaloide o semimetal. 38. Corrige los siguientes enunciados incorrectos: a) El cromo se encuentra en el tercer periodo de la tabla periódica. El cromo se encuentra en el cuarto periodo de la tabla periódica. b) Nitrógeno, fósforo y selenio son tres elementos del grupo 15 de la tabla periódica. Nitrógeno y fósforo son dos elementos del grupo 15, y el selenio pertenece al grupo 16 de la tabla periódica. c) El sodio es el elemento químico de número atómi co 23. El sodio es el elemento químico de número ató mico 11. d) A medida que descendemos en un grupo, disminu ye la masa y el número atómico de los elementos. A medida que descendemos en un grupo, aumentan la masa y el número atómico de los elementos. 39. Si te fijas con detalle en cualquier periodo de la ta bla periódica, podrás deducir que el carácter metá lico de los elementos disminuye a medida que nos desplazamos de izquierda a derecha. a) ¿En qué observación nos basamos para llegar a esta conclusión? Fíjate, por ejemplo, en el cuarto periodo. Si observamos el cuarto periodo de la tabla periódica vemos que los elementos metálicos se sitúan a la izquierda y los no metálicos a la derecha, por lo que podemos deducir que el carácter metálico de los elemen tos en un periodo disminuye de izquierda a derecha. b) Analiza nuevamente la tabla periódica y deduce cómo varía el carácter metálico al bajar en un grupo. Justifícalo, tomando como ejemplos los grupos 14 y 15 de la tabla. De un modo similar obser vamos en los grupos de la parte derecha que los elemen tos no metálicos se sitúan en la parte alta y, los metálicos, en la parte baja (p. ej. grupos 14 ó 15); por lo que puede deducirse que el carácter metálico aumenta al descender en el grupo.

b) C, Sn, Pb, As. Son elementos del grupo 14, excepto el arsénico, que es un semimetal que pertenece al 15, y, como en un grupo el carácter metálico aumenta al des cender en el mismo, el orden será: Pb > Sn > As > C. 41. ¿Cuál es la justificación real de la ley periódica? Ilústralo tomando como ejemplo dos elementos que pertenezcan a un mismo grupo. La justificación de la ley periódica es la repetición de la configuración electrónica externa a medida que se llenan las capas de la corteza. Por ejemplo, el sodio tiene 1 electrón en su capa más externa (la capa L) y el potasio, pertene ciente al mismo grupo, también tiene 1 electrón en su capa más externa (la capa M). 42. Escribe la configuración electrónica del oxígeno y del azufre, buscando previamente en la tabla perió dica sus números atómicos. ¿Por qué se encuentran ambos elementos en el mismo grupo? Recuerda que la configuración electrónica de un átomo es la distribución de sus electrones en las distintas capas de la corteza atómica. Estas capas pueden albergar diferente número de electrones: 2 en la capa K, 8 en la capa L, 18 en la capa M, etc. Ambos elementos se encuentran en el mismo grupo por la similitud de sus propiedades químicas, la cual se debe a que poseen la misma distribución de electrones en su últi ma capa. El oxígeno posee 2 electrones en su capa K y 6 en su capa L; el azufre tiene 2 electrones en su capa K, 8 elec trones en su capa L y 6 electrones en su capa M. 43. Escribe el nombre y el símbolo de los elementos del segundo grupo de la tabla periódica. ¿Cómo se deno mina esta familia de elementos? Los elementos del segundo grupo de la tabla periódica son los metales alcalinotérreos: berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra). 44. Relaciona cada elemento con el grupo al que perte nece: calcio, cesio, flúor, selenio y argón. • Calcio → Metales alcalinotérreos. • Cesio → Metales alcalinos. • Flúor → Halógenos. • Selenio → Anfígenos. • Argón → Gases nobles. 45. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando tu respuesta en cada caso:

40. Ordena los siguientes elementos de mayor a menor carácter metálico. Explica tu respuesta:

a) El K y el Rb son dos elementos del mismo grupo. Verdadero. Ambos pertenecen al grupo 1. b) Se conocen cinco gases nobles. Falso. Se conocen 6 gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn). c) El Zn pertenece al grupo de los halógenos. Falso. El Zn pertenece al grupo 12, y es un metal de transición. d) Todos los elementos del mismo grupo tienen idén ticas propiedades y sus átomos son iguales en tamaño. Falso. Los elementos del mismo grupo tienen las mismas propiedades químicas. Su tamaño no es el mismo. Aumenta al descender en el grupo.

a) Cu, K, Ti, Fe. Pertenecen al mismo periodo (el 4.º). Como el carácter metálico disminuye de izquierda a derecha, el orden será: K > Ti > Fe > Cu.

46. Los metales alcalinos no se usan como tales en la fabricación de estructuras metálicas ni como con ductores eléctricos. ¿Por qué crees que esos meta

115 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

orden creciente del mismo y, teniendo en cuenta sus propie dades químicas, se hacen corresponder en la misma colum na o grupo los que presentan semejanza en las mismas. La ley periódica establece que «las propiedades de los elementos se repiten periódicamente al disponerlos en orden creciente de sus números atómicos». Actualmente, en la tabla periódica los elementos se disponen en filas, a las que denominamos periodos, y en columnas, a las que se denomina grupos o familias. Los elementos de una mis ma columna son los que tienen las propiedades químicas similares.

les no son adecuados para tales aplicaciones tecnológicas?

• Es un oligoelemento esencial para que la glándula tiroides fabrique la hormona del crecimiento. → I.

Los metales alcalinos son blandos y tienen puntos de fusión muy bajos. Pero, sobre todo, se oxidan con extrema facilidad, dando lugar a reacciones, en ocasiones, violentas y peligro sas, por lo que no se podrán utilizar para este tipo de apli caciones.

50. ¿Qué es un compuesto químico? Pon algún ejemplo. ¿Cómo podemos diferenciar un elemento de un com puesto químico?

47. Los elementos de los grupos 1 y 17 de la tabla perió dica son los de mayor reactividad química. a) ¿A qué grupos nos estamos refiriendo? ¿Qué ele mentos los componen? Nos referimos a los metales alcalinos (grupo 1, formado por: Li, Na, K, Rb, Cs y Fr) y a los halógenos (grupo 17, formado por: F, Cl, Br, I y At). b) ¿Qué justificación puede darse a la alta reactividad de estos elementos? Son altamente reactivos debido a su configuración electrónica. Un elemento tiende a ganar o perder electrones con la finalidad de quedar con sus niveles ocupados completos, asemejándose de este modo a los gases nobles, que son muy estables. En el caso de los metales alcalinos, como tienen un solo elec trón en su último nivel, lo pierden con facilidad y, en el caso de los halógenos, como solo les falta un electrón para completar los ocho electrones en su último nivel, tienden a ganarlo con facilidad, lo cual confiere a ambos grupos una gran reactividad química. 48. En un laboratorio se han investigado ciertos elemen tos que pertenecen a uno de estos tres grupos: meta les alcalinos, halógenos o gases nobles. A partir de sus propiedades, trata de identificar en qué grupo está cada uno de ellos: Elemento

Propiedades

Elemento gaseoso a temperatura ambiente y muy reactivo.

Es un buen conductor de la electri cidad, pero reacciona con gran faci lidad.

Tiene una gran tendencia a formar un catión al perder un electrón.

Es un gas inerte que no reacciona químicamente.

Es un sólido cuyos átomos tienen una gran tendencia a ganar un electrón.

A: halógeno; B: metal alcalino; C: metal alcalino; D: gas noble; E: halógeno.

116 Solucionario

49. Se han seleccionado algunas de las muchas aplica ciones para las que se pueden usar los elementos F, Cl, Br y I. Realiza una investigación al respecto y re laciona cada elemento con su aplicación: • Tiene un gran poder desinfectante y decolorante, por lo que se usa mucho para procesos de blanqueo de materiales. → Cl. • Es muy utilizado en los procesos de obtención de compuestos para agricultura, como insecticidas y fungicidas. → Br. • Es necesario en los tratamientos dentales y resul ta fundamental para fabricar teflón. → F.

Un compuesto es una sustancia pura a partir de la cual pueden obtenerse otras diferentes por procesos químicos y que está formada por varios tipos de átomos. Son ejemplos el agua (H2O) o el trihidruro de hierro (FeH3). Si disponemos de su fórmula, basta con observar si están formados por un solo tipo de átomos o por varios tipos. Si hemos de hacerlo experimentalmente, deberemos someter los a procedimientos químicos, y en el caso de que se ob tengan varias sustancias diferentes estaremos ante un compuesto químico. 51. Ya sabes que en la naturaleza hay poco más de cien elementos químicos. ¿Cómo podrías justificar, en tonces, que se conozcan millones de compuestos químicos, con gran diversidad de propiedades? Los elementos químicos se combinan entre sí dando lugar a una gran diversidad de compuestos químicos, tanto de tipo iónico como de tipo covalente, como vimos en la unidad anterior. Las posibilidades de combinación son enormes, por lo que el número de compuestos conocidos es también enorme. 52. Responde brevemente: a) ¿Cuál es el significado de la fórmula de un com puesto químico? La fórmula indica los elementos que forman un compuesto y la proporción de sus átomos en el mismo. b) ¿Qué indican los subíndices en una fórmula quími ca? Los subíndices, que son los números pequeños que se colocan a cada símbolo, indican el número de átomos de ese elemento que forma parte de una molécula del compuesto en cuestión o la proporción entre los átomos que lo forman, si no es un compuesto molecular. c) ¿Qué es una fórmula desarrollada? La fórmula de sarrollada es una representación detallada de la dispo sición de todos los átomos que forman parte de la molé cula, indicando las uniones o enlaces que se establecen entre ellos. 53. Dados los siguientes compuestos químicos, inter preta sus fórmulas, indicando cuáles son los ele mentos que los componen y la proporción entre sus átomos en el compuesto: a) Cr2O3 (trióxido de dicromo). En este compuesto, por cada dos átomos de cromo (Cr) hay tres átomos de oxí geno (O). b) SiO2 (dióxido de silicio o sílice). En este compuesto, por cada átomo de silicio (Si) hay dos átomos de oxígeno (O). c) SnCl4 (tetracloruro de estaño). En este compuesto, por cada átomo de estaño (Sn) hay 4 átomos de cloro (Cl). d) HClO4 (ácido perclórico). En este compuesto, por cada átomo de cloro (Cl) hay un átomo de hidrógeno (H) y 4 átomos de oxígeno (O). e) Ca(OH)2 (dihidróxido de calcio). En este compuesto, por cada átomo de calcio (Ca) hay dos átomos de oxíge no (O) y dos átomos de hidrógeno (H).

a) Dióxido de carbono (CO2). Masas atómicas: m (C) = = 12 u; m (O) = 16 u. Masa molecular CO2 = 1 átomo C · 12 u + 2 átomos O · 16 u = 44 u. b) Ácido sulfúrico (H2SO4). Masas atómicas: m (H) = 1 u; m (S) = 32,1 u; m (O) = 16 u. Masa molecular H2SO4 = = 2 átomos H · 1 u + 1 átomo S · 32,1 u + 4 átomos O · 16 u = 98,1 u. c) Etanol (C2H6O). Masas atómicas: m (C) = 12 u; m (H) = = 1 u; m (O) = 16 u. Masa molecular C2H6O = 2 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u + 1 átomo O · 16 u = 46 u. d) Trinitrotolueno (C7H5O6N3). Masas atómicas: m (C) = 12 u; m (H) = 1 u; m (O) = 16 u; m (N) = 14 u. Masa mole cular C7H5O6N3 = 7 átomos C · 12 u + 5 átomos H · 1 u + + 6 átomos O · 16 u + 3 átomos N · 14 u = 227 u. 55. A partir de las masas atómicas del carbono, hidróge no y oxígeno, calcula la masa molecular de los si guientes compuestos: a) Formaldehído, CH2O. 1 C, 2 H, 1 O; 30 u. b) Glicol, C2H6O2. 2 C, 6 H, 2 O; 62 u. c) Glicerina, C3H8O3. 3 C, 8 H, 3 O; 92 u. d) Vitamina C, C6H8O6. 6 C, 8 H, 6 O; 176 u. e) Ácido oleico, C18H34O2. 18 C, 34 H, 2 O; 282 u. 56. La clorofila es una macromolécula imprescindible para la fotosíntesis, cuya fórmula es C54H70O5N4Mg. Indica cuántos átomos de cada elemento hay en la molécula y cuál es el número total de átomos en ella. Calcula la masa molecular de la clorofila. La clorofila es una macromolécula formada por: • 54 átomos de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 70 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. • 5 átomos de oxígeno → masa atómica (O) = 16 u. • 4 átomos de nitrógeno → masa atómica (N) = 14 u. • 1 átomo de magnesio → masa atómica (Mg) = 24,3 u. Por lo tanto, la masa molecular de la clorofila = 54 · 12 u + + 70 · 1 u + 5 · 16 u + 4 · 14 u + 1 · 24,3 u = 878,3 u. Es decir, cada molécula de clorofila tiene una masa de 878,3 unidades de masa atómica. 57. La sacarosa, que es el azúcar de consumo cotidiano, es un compuesto de fórmula C12H22O11. Sabiendo esto: a) Calcula la masa molecular de la sacarosa. Cada molécula de sacarosa está formada por: • 12 átomos de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 22 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. • 11 átomos de oxígeno → masa atómica (O) = 16 u. Por lo tanto, la masa molecular de la sacarosa = 12 · 12 u + 22 · 1 u + 11 · 16 u = 342 u. Es decir, cada molécula de sacarosa tiene una masa de 342 unidades de masa atómica. b) Considerando la relación de equivalencia existen te entre la unidad de masa atómica y el kilogramo (que puedes consultar en tu libro o en Internet), expresa la masa de esta molécula en kilogramos. Considerando la relación de equivalencia: 1 u = = 1,6606 · · 10–27 kg, obtenemos: msacarosa = 342 u ·

1,6606 · 10–27 kg = 5,6793 · 10–25 kg 1u

c) ¿Cuántas moléculas de sacarosa hay en 1 kg de azúcar? Sabiendo que la masa de una molécula de sa carosa es 5,6793·10–25 kg, podemos calcular el número de moléculas de este azúcar en 1 kg mediante el siguien te cociente: N.º de moléculas sacarosa =

1 kg 5,6793 · 10 –23

kg molécula

= 1,7608 · 1024 moléculas 58. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustituyen do los símbolos  por los términos correspondientes: Dado un compuesto, si conocemos su masa molecular, conocemos también su masa molar, que indica los gramos de sustancia que corresponden a 1 mol y, por tanto, a 6,022 · 1023 partículas. Este número de partí culas que hay por cada mol de sustancia se conoce en Química como número de Avogadro. 59. Un recipiente contiene 0,35 moles de gas butano (C4H10). Calcula, utilizando la definición de mol, cuán tas moléculas de butano contiene ese recipiente. Según la definición, por cada mol de sustancia hay 6,022 · · 1023 partículas de sustancia, en este caso, moléculas de butano. El número de moléculas de gas butano en 0,35 moles se puede calcular aplicando una relación de proporcionalidad: 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol = 2,1077 · 1023 moléculas de butano 0,35 mol ·

60. Para los siguientes compuestos, calcula su masa molecular y su masa molar, e interpreta el resultado que obtengas en cada caso: a) Fenol (C6H6O). Cada molécula está formada por: • 6 átomos de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 6 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. • 1 átomo de oxígeno → masa atómica (O) = 16 u. Masa molecular C6H6O = 6 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u + 1 átomo O · 16 u = 94 u. Masa molar C6H6O = 94 g/mol → Por lo tanto, por cada 94 g de fenol tenemos 1 mol de fenol. b) Ácido fórmico (CH2O2). Cada molécula está formada por: • 1 átomo de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 2 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. • 2 átomos de oxígeno → masa atómica (O) = 16 u. Masa molecular CH2O2 = 1 átomo C · 12 u + 2 átomos H · 1 u + 2 átomo O · 16 u = 46 u. Masa molar CH2O2 = 46 g/mol → Por lo tanto, por cada 46 g de ácido fórmico tenemos 1 mol de ácido fórmico. c) Etano (C2H6). Cada molécula está formada por: • 2 átomos de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 6 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. Masa molecular C2H6 = 2 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u = 30 u. Masa molar C2H6 = 30 g/mol → Por lo tanto, por cada 30 g de etano tenemos 1 mol de etano. d) Acetaldehído (C2H6O). Cada molécula está formada por: • 2 átomos de carbono → masa atómica (C) = 12 u. • 6 átomos de hidrógeno → masa atómica (H) = 1 u. • 1 átomo de oxígeno → masa atómica (O) = 16 u. Masa molecular C2H6O = 2 átomos C · 12 u + 6 átomos H · 1 u + 1 átomo O · 16 u = 46 u

117 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

54. Calcula la masa molecular de cada una de las si guientes sustancias a partir de sus fórmulas:

Masa molar C2H6O = 46 g/mol → Por lo tanto, por cada 46 g de acetaldehído tenemos 1 mol de acetaldehído. 61. Realiza los cálculos necesarios e indica en tu cua derno el valor de cada símbolo : a) En un frasco tenemos 0,5 moles de etanol (alcohol desinfectante), o lo que es igual, 3,011 · 1023 molé culas de etanol. 6,022 · 1023 moléculas 0,5 mol · = 1 mol = 3,011 · 1023 moléculas de etanol

Y, con este dato, calculamos el número de moles empleando la relación: m 400,4 g n= = = 4 mol CaCO3 M g 100,1 mol 64. Observa estos dos recipientes y, sin necesidad de rea lizar cálculos, contesta a las siguientes cuestiones: a)

PCl3 6 moles

b) Un trozo de cobre contiene 1,5055 · 1024 átomos de cobre, que equivalen a 2,5 moles de este metal. 1 mol = 6,022 · 1023 átomos = 2,5 mol de cobre

1,5055 · 1024 átomos ·

c) En una botella hay 15 moles de agua, por lo que contiene 9,033 · 1024 moléculas de esta sustancia. 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol = 9,033 · 1024 moléculas de agua 15 mol ·

62. Luis y Ana se han marchado en su coche a pasar el día en la playa. En el trayecto que han realizado han consumido cierta cantidad de gasolina, cuya com bustión ha expulsado a la atmósfera una cantidad de 2 728 g de dióxido de carbono (CO2). a) Calcula la masa molecular y la masa molar del CO2. Masa molecular CO2 = 1 átomo C · 12 u + 2 átomos O · 16 u = 44 u. Masa molar CO2 = 44 g/mol. b) Halla el número de moles de este gas que nuestros amigos han expulsado a la atmósfera, contribuyen do de este modo a incrementar el efecto inverna dero. El número de moles de CO2 expulsado a la atmós fera ha sido: n=

m 2 728 g = = 62 mol CO2 M g 44 mol

c) ¿Cuántas moléculas de CO2 habrían dejado de expulsar a la atmósfera si hubiesen hecho el tra yecto en bicicleta? El número de moléculas de este gas contenidas en esos 62 mol será: 1 mol CO2 = 6,022·1023 moléculas CO2 62 mol ·

6,022 · 1023 moléculas = 3,734 · 1025 moléculas 1 mol de CO

PCl5 6 moles

a) ¿En cuál de los dos recipientes hay un mayor nú mero de moléculas? b) ¿Cuál de los dos recipientes contiene un mayor número de átomos de fósforo? ¿Y de cloro? Justifica en cada caso tu respuesta y comprueba tus conclusiones haciendo los cálculos correspondientes. a) En ambos recipientes hay el mismo número de moléculas, dado que en ambos hay el mismo número de moles y, por cada mol siempre hay 6,022 · 1023 moléculas (el número de Avogadro); da igual el compuesto del que se trate. b) En ambos compuestos hay 1 átomo de fósforo por molé cula. De acuerdo con esto, si en ambos recipientes hay el mismo número de moléculas, también podremos afir mar que hay el mismo número de átomos de fósforo. Respecto al cloro, cada molécula del segundo recipiente contiene 5 átomos de cloro frente a 3 átomos que con tienen las moléculas del recipiente A, por lo que en el segundo recipiente hay un número mayor de átomos de cloro que en el primero, recordando que en los dos reci pientes hay el mismo número de moléculas en total. 65. Realiza los cálculos necesarios y completa el si guiente esquema sustituyendo los símbolos  por las cantidades adecuadas: Contiene 12,5 kg de gas butano (C4H10), es decir, 12 500 g de gas. La masa de una molécula de butano es 58 u.

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63. El mármol está compuesto fundamentalmente por carbonato de calcio (CaCO3). Si suponemos que todo el mármol es carbonato de calcio, ¿cuántos moles de este compuesto hay en un trozo de 400,4 g de mármol? Calcularemos en primer lugar la masa molar del carbonato de calcio a partir de su masa molecular: Masas atómicas: m (Ca) = 40,1 u; m (C) = 12 u y m (O) = = 16 u. Masa molecular CaCO3 = 100,1 u. Masa molar CaCO3 = 100,1 g/mol.

La masa molar del gas butano es 58 g/mol. Por cada 58 g tenemos 1 mol de gas y, por tanto, 6,022 · 1023 moléculas de C4H10. En la bombona hay 215,5 moles de gas butano (C4H10). y, por tanto, hay 1,2977 · 1026 moléculas de butano (C4H10).

m 12 500 g = = 215,5 mol de butano M g 58 mol

• Y finalizamos con el número de moléculas: 6,022 · 10 moléculas = 1 mol = 1,2977 · 1026 moléculas de butano

N.º de moleculas = 215,5 mol ·

66. En la farmacia encontramos gran variedad de medi camentos para el tratamiento de dolencias y enfer medades. Uno de los más demandados es la aspirina en sus distintas presentaciones, por sus propieda des analgésicas, es decir, para el tratamiento del do lor. El principio activo de este medicamento es el ácido acetilsalicílico, cuya fórmula molecular es C9H8O4. Considerando que un comprimido de aspirina contiene 500 mg de este principio activo, responde: a) ¿Es el ácido acetilsalicílico un elemento o un compuesto químico? Justifica tu respuesta. Se trata un compuesto, ya que, como indica su fórmula, está formado por la combinación de varios elementos quími cos, como son el carbono, el oxígeno y el hidrógeno. b) ¿Qué información podemos deducir a partir de la fórmula del ácido acetilsalicílico? La fórmula de este compuesto es C9H8O4. De esta fórmula se deduce que cada molécula está formada por 9 átomos de carbono, 8 átomos de hidrógeno y 4 átomos de oxígeno. c) ¿A qué grupos y periodos de la tabla periódica pertenecen los elementos que forman el ácido

acetilsalicílico? ¿Se trata de metales o de no me tales? Estos tres elementos son no metálicos. El carbo no pertenece al grupo 14, el hidrógeno al grupo 1 y el oxígeno al grupo 16. d) Consulta la tabla periódica para recopilar los datos que necesites y calcula la masa molecular del ácido acetilsalicílico. Interpreta su significado. Para calcular la masa molecular es necesario disponer de la masa atómica de cada elemento de este compues to, que es 12 u para el carbono, 1 u para el hidrógeno y 16 u para el oxígeno: Masa molecular C9H8O4 = 9 átomos C · · 12 u + 8 átomos H · 1 u + 4 átomos O · 16 u = 180 u. Significa que cada molécula tiene una masa de 180 unidades de masa atómica. e) ¿Cuántos moles de ácido acetilsalicílico hay en cada comprimido? El número de moles ácido salicílico en un comprimido que contiene 500 mg de este compues to es: n=

m 0,5 g = = 2,78 · 10–3 mol C9H8O4 M g 180 mol

f) ¿Cuál es el valor de la masa molar del ácido ace tilsalicílico? Indica cómo lo obtienes, y cuál es el significado de esta magnitud. La masa molar del ácido salicílico es 180 g/mol. Se obtiene a partir de la masa molecular, cambiando las unidades, y significa que por cada 180 g de esta sustancia tenemos 1 mol de la misma. g) Calcula cuántas moléculas de ácido acetilsalicí lico ingerimos si nos tomamos un comprimido. El número de moléculas de ácido salicílico en 500 mg (2,78 · 10-3 mol) de este compuesto es: 6,022 · 1023 moléculas = 1 mol = 1,6741 · 1021 moléculas

2,78 · 10–3 mol ·

119 Unidad 5. Elementos y compuestos. La tabla periódica

Debemos realizar los siguientes cálculos: • Expresamos los 12,5 kg en g, o sea, 12 500 g de gas. • Calculamos la masa de una molécula de butano (C4H10): Masa molecular C4H10 = 4 átomos C · 12 u + 10 átomos H · 1 u = 58 u. • Calculamos el número de moles de gas que hay en la bombona. Masa molar C4H10 = 58 g/mol

6. Las reacciones químicas. Introducción a la estequiometría Presentación

de la unidad

1. En el siglo xvii, la teoría del «flogisto» proponía una explicación para el fenómeno de la combustión. Busca información sobre esta teoría e indica si era correcta o no. ¿Qué famoso químico francés fue uno de sus grandes detractores? Según la teoría del flogisto, los cuerpos, al quemarse, desprendían una sustancia que recibía ese mismo nombre (el flogisto). Lavoisier, que fue un gran detractor de esta teoría, propuso que, en realidad, durante la combustión una cierta cantidad de aire se combina y queda fijada a la sustancia que se está quemando.

Desarrollo

de la unidad

2. ¿Qué tipo de cambios se dan en estas situaciones de la vida cotidiana? a) Aplastamos una bola de plastilina. Cambio físico porque no cambia la sustancia, solo lo hace su forma. b) Obtenemos hidrógeno y oxígeno por electrólisis del agua. Es un cambio químico. Se obtienen dos sus tancias diferentes a partir del agua, hidrógeno y oxígeno. c) Se extrae aceite de las aceitunas en una almazara. Se trata de un cambio físico, porque no cambian las sus tancias implicadas, aceite y pulpa. El proceso de extracción del aceite es un proceso mecánico, consistente simplemen te en triturar las aceitunas y separar el aceite de la pulpa. d) La gasolina se quema en el motor de un coche. Es un proceso químico, porque al quemar la gasolina se obtienen a partir de esta varias sustancias de naturaleza completamente diferente, como dióxido de carbono y vapor de agua, principalmente. 3. Busca un ejemplo de proceso físico y otro de proce so químico que tengan lugar en la cocina y explica por qué los clasificas de una u otra manera. Respuesta libre. Un ejemplo de proceso físico en la cocina es la separación de los componentes de una mezcla, como ha cemos cuando filtramos el aceite tras utilizarlo para freír un rebozado. En cambio, es un ejemplo de proceso químico la combustión del gas al encender una hornilla o un calentador, o la transformación que tiene lugar en un huevo al cocerlo. 4. En el caso de la oxidación del hierro, ¿cuáles son los reactivos? ¿Cuál es el producto de la reacción? Los reactivos son el hierro y el oxígeno, sustancias que tenemos inicialmente. Los productos son las sustancias que tenemos finalizada la reacción; en este caso el producto es el trióxido de dihierro.

120 Solucionario

5. Indica si estos enunciados son correctos. En el caso de que alguno no lo sea, escribe la afirmación co rrecta en su lugar: a) Un cambio químico y una reacción química son lo mismo. Correcto. Normalmente los cambios químicos reciben el nombre de reacciones químicas. b) Los productos son las sustancias que se transfor man en una reacción química. Falso. Las sustancias que se transforman son los reactivos.

c) Una reacción ocurre por reordenación de los áto mos de los reactivos. Correcto. Al reordenarse los átomos se obtienen los productos, sustancias diferentes a las iniciales. d) Los reactivos de una reacción química deben ser compuestos y no elementos. Falso. Los reactivos pueden ser tanto elementos como compuestos. 6. Aunque es un acto cotidiano con el que estamos fa miliarizados, quizás no te has llegado a preguntar por qué, cuando ponemos una pastilla efervescente en un vaso con agua, inmediatamente comienza a disolverse, desprendiendo gran cantidad de burbu jas. Sin duda, se trata de un proceso químico puesto de manifiesto por el desprendimiento espontáneo de gases. Busca información en Internet sobre los excipientes que lleva cualquier pastilla efervescente y que pro ducen el desprendimiento de gas al entrar en contac to con el agua. Identifica cuál es el gas que se des prende, e indica la reacción química que tiene lugar, señalando cuáles son los reactivos y los productos de la misma. La composición de una pastilla efervescente incluye, además de los principios activos farmacológicos que co rrespondan, una serie de excipientes cuya finalidad es que su consumo sea más agradable (aromatizantes y edul corantes) y también provocar la efervescencia al contac to con el agua. Para que ocurra la efervescencia, la pasti lla contiene ácido cítrico y bicarbonato de sodio. Al entrar en contacto con el agua, el ácido cítrico se disuelve y provoca la descomposición del bicarbonato de sodio, que desprende como consecuencia gas dióxido de carbono. La reacción química de este proceso podría representarse del siguiente modo: Ácido cítrico + Bicarbonato de sodio → → Citrato de sodio + Dióxido de carbono + Agua 7. ¿Por qué es importante la velocidad de una reacción química? ¿De qué factores depende? La velocidad de una reacción química es importante en muchos casos. Hay ejemplos de la vida cotidiana; como cuando queremos que el carbón de la barbacoa se consuma lentamente para que dure más. Pero donde cobra gran im portancia es en la industria, dado que disminuir el tiempo que tarda en culminarse la reacción puede suponer una reducción considerable del coste de fabricación. Para lo grarlo se tiene en cuenta que la velocidad de las reacciones depende de la temperatura, la agitación, el estado de agregación de los reactivos y su concentración, entre otros factores. 8. Teniendo en cuenta los factores de los que depende la velocidad de una reacción química, explica estas afirmaciones: a) Una pastilla efervescente se disuelve antes si está troceada que si no lo está. Al trocear la pastilla au mentamos la superficie de contacto entre los reactivos y, en consecuencia, favorecemos un aumento en el nú mero de colisiones por unidad de tiempo. b) La fermentación de la leche se produce rápidamen te un día de verano. Un día de verano la temperatura

9. ¿Desde cuándo se conoce la ley de conservación de la masa? Enuncia esta ley y explícala basándote en la estructura microscópica de la materia. Se conoce desde 1789 (s. xviii), y viene a decir que «en toda reacción química la masa total de las sustancias reaccionantes es igual a la masa total de los productos de la reacción». Desde el punto de vista microscópico, se justifica diciendo que el número de átomos de cada elemen to que componen las sustancias que reaccionan ha de ser igual al número de átomos de cada elemento que forman los productos, porque durante el proceso químico lo que ocurre es una reorganización de estos átomos dando lugar a sustancias diferentes. 10. La reacción entre el benceno y el hidrógeno da lugar al ciclohexano. En una planta industrial se han obte nido 120 toneladas de ciclohexano a partir de 112 to neladas de benceno. ¿Qué cantidad de hidrógeno ha sido necesario utilizar? Explica en qué ley has basa do el cálculo. La reacción es:

Benceno + Hidrógeno → Ciclohexano 112 toneladas + x toneladas → 120 toneladas

Se habrán utilizado 8 toneladas, pues ha de cumplirse la ley de conservación de la masa (112 toneladas benceno + + x toneladas hidrógeno = 120 toneladas ciclohexano). 11. Cada ecuación química representa un p roceso quími co determinado. Contesta las siguientes cuestiones: a) ¿Dónde aparecen los reactivos y los productos? Los reactivos se colocan a la izquierda y los productos a la derecha. b) ¿Cuándo se dice que una ecuación química está ajustada? Está ajustada cuando el número de átomos de cada tipo es el mismo en los reactivos que en los productos. c) ¿Por qué una ecuación química sin ajustar no cumple la ley de conservación de la masa? Porque al realizar el recuento de átomos hay diferente número en los reactivos y en los productos de alguno(s) de ellos. Esto hace que la masa sea distinta antes y después de la reacción. d) ¿Qué información nos proporciona una ecuación química ajustada? Nos indica las sustancias que par ticipan en la reacción y también la proporción entre las moléculas que reaccionan.

12. Explica si está ajustada la ecuación química que re presenta la descomposición del carbonato de cal cio: En caso afirmativo, escribe otras dos ecuaciones químicas válidas para esta reacción. CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) Sí, está ajustada, pues tenemos igual número de átomos de Ca, de C y de O en los reactivos y en los productos. Otras ecuaciones químicas válidas para la misma reacción podrían ser estas, en las que se han multiplicado todos los coefi cientes estequiométricos por dos o por diez, respectivamente: 2 CaCO3 (s) → 2 CaO (s) + 2 CO2 (g) 10 CaCO3 (s) → 10 CaO (s) + 10 CO2 (g) 13. Para representar el proceso químico que tiene lugar entre el benceno y el hidrógeno, nos han dado la si guiente ecuación química: C6H6 (l) + 3 H2 (g) → C6H12 (l) ¿Está ajustada? Interpreta la información cualitativa y cuantitativa que nos proporciona. Sí; si hacemos recuento de los átomos en los reactivos te nemos en total 6 átomos de carbono y 12 de hidrógeno, que son los mismos que hay en los productos. La interpretación sería: el benceno y el hidrógeno reaccionan para producir ciclohexano y, por cada molécula de benceno que reacciona con tres moléculas de hidrógeno, se forma una molécula de ciclohexano. 14. Ajusta las ecuaciones químicas correspondientes a estos procesos: a) El metano (CH4, gas) y el oxígeno (O2, gas) reaccio nan y producen dióxido de carbono (CO2, gas) y vapor de agua (H2O, gas). CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) El metano y el oxígeno reaccionan y forman dióxido de carbono y vapor de agua, de modo que, por cada molé cula de metano que reacciona con dos moléculas de oxígeno, se forman una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua. b) El zinc (Zn, sólido) reacciona con el cloruro de hi drógeno (HCl, en disolución) y se forman dicloruro de zinc (ZnCl2, en disolución) e hidrógeno (H2, gas). Zn (s) + 2 HCl (ac) → ZnCl2 (ac) + H2 (g) El zinc metálico y el cloruro de hidrógeno reaccionan para formar dicloruro de zinc e hidrógeno, de modo que por cada átomo de zinc que reacciona con una molécula de cloruro de hidrógeno se forma una molécula de dicloruro de zinc y una de hidrógeno gaseoso. c) El carbono (C, sólido) reacciona con el oxígeno (O2, gas) y produce monóxido de carbono (CO, gas). 2 C (s) + O2 (g) → 2 CO (g) El carbono reacciona con el oxígeno gaseoso para formar monóxido de carbono, de modo que por cada dos átomos de carbono que reaccionan con una molécula de oxígeno se forman dos moléculas de dióxido de carbono. 15. Ajusta la reacción entre el monóxido de carbono (CO, gas) y el oxígeno (O2, gas) para dar dióxido de carbono (CO2, gas). Obtén todas las relaciones de es tequiometría posibles.

121 Unidad 6. Las reacciones químicas.Introducción a la estequiometría

ambiente es superior a la de un día de invierno y, por tanto, se favorece el proceso porque aumenta la agitación de las partículas y, en consecuencia, las colisiones. c) Para quitar una mancha hemos necesitado lejía concentrada. Al utilizar lejía concentrada hemos aumentado el número de partículas de hipoclorito de sodio (lejía), y por tanto favorecemos de este modo la reacción. d) Una chispa provoca una explosión de gas. La chispa provoca un aumento repentino de la temperatura en el lugar en que se produce. Como consecuencia, las par tículas del gas aumentan su velocidad y colisionan en tre ellas con mayor intensidad, provocando una reacción química en cadena.

El monóxido de carbono reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono, de modo que, por cada 2 moléculas de monóxido de carbono que reaccionan con 1 molécula de oxígeno, se forman dos moléculas de dióxido de carbono. La ecuación ajustada, con sus relaciones de estequiome tría, es: 2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g) En moles: 2 mol CO + 1 mol O2 → 2 mol CO2 En masa: 56 g CO + 32 g O2 → 88 g CO2 En volumen: 2 L CO + 1 L O2 → 2 L CO2 16. Halla las relaciones de estequiometría en moles, en masa y en volumen para la reacción entre el dióxido de azufre (SO2) y el oxígeno (O2) que produce triói do de azufre (SO3). La reacción ajustada, con sus relaciones de estequiometría es: 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) En moles: 2 mol SO2 + 1 mol O2 → 2 mol SO3. En masa: 128,2 g SO2 + 32 g O2 → 160,2 g SO3. En volumen: 2 L SO2 + 1 L O2 → 2 L SO3. 17. El carbono reacciona químicamente con el oxígeno al calentarlo y forma dióxido de carbono, de acuerdo con la siguiente relación de estequiometría en masa: Carbono + Oxígeno → Dióxido de carbono 12 g 32 g 44 g ¿Qué cantidad de oxígeno se necesita para producir 5,5 g de dióxido de carbono, de acuerdo con este pro ceso? ¿Cuánto carbono se consume? A partir de la relación de estequiometría en masa se puede plantear la correspondiente relación de proporcionalidad: Masa de oxígeno = 5,5 g dióxido de carbono · 8 g oxígeno = =4g 11 g dióxido de carbono Masa de carbono = 5,5 g dióxido de carbono · 34 g de carbono = = 1,5 g 11 g dióxido de carbono Para obtener 5,5 g de dióxido de carbono es necesario que reaccionen 1,5 g de carbono con 4 g de oxígeno. Se obser va que se cumple la ley de Lavoisier, pues 1,5 g de carbo no + 4 g de oxígeno es igual a 5,5 g de dióxido de carbono. 18. Basándote en las relaciones de estequiometría ade cuadas correspondientes a la reacción que tiene lu gar entre el dióxido de azufre (SO2) y el oxígeno (O2) para dar trióxido de azufre (SO3), calcula: a) La masa en gramos de trióxido de azufre que se obtiene a partir de 35 g de oxígeno. b) El volumen (en litros) de dióxido de azufre necesa rio para consumir 6 L de oxígeno. ¿Qué volumen de producto se obtendrá? c) Los moles de dióxido de azufre y de oxígeno nece sarios para formar 7 moles de trióxido de azufre.

122 Solucionario

Planteando la correspondiente proporcionalidad, a partir de la relación de estequiometría, se obtiene: 35 g O2 · 160,2 g SO3 a) m (SO3) = = 175,2 g SO3 32 g O2 b) V (SO2) =

6 L O2 · 2 L SO2 = 12 L SO2 1 L O2

6 L O2 · 2 L SO3 V (SO3) = = 12 L SO3 1 L O2

7 mol SO3 · 2 mol SO2 = 7 mol SO2 2 mol SO3 7 mol SO3 · 1 mol SO2 n (O2) = = 3,5 mol O2 2 mol SO3 c) n (SO2) =

19. El etano es un hidrocarburo que arde en presencia de oxígeno, dando lugar a dióxido de carbono y agua. Al llevar a cabo la reacción en un recipiente cerrado, se observa que 15 g de etano reaccionan con 28 g de oxígeno y producen 27 g de agua. a) ¿Qué cantidad de dióxido de carbono se habrá generado? ¿En qué ley te basas para calcularla? Según la ley de Lavoisier, la masa de reactivos ha de ser igual a la masa de los productos de la reacción. De acuerdo con esto: 15 g de etano + 28 g de oxígeno = = x g de dióxido de carbono + 27 g de agua Resolviendo, se obtiene que se producen 16 g de dióxido de carbono. b) ¿Qué relación de estequiometría podemos obtener a partir de los datos? ¿Cuál es su significado? De acuerdo con estos datos, se obtiene la relación de este quiometría en masa, según la cual por cada 15 g de etano que reaccionan con 28 g de oxígeno se forman 16 g de dióxido de carbono y 27 g de agua. c) Escribe otras tres relaciones de estequiometría en masa válidas para esta reacción. Respuesta libre. Se obtienen relaciones de estequiometría en masa válidas multiplicando o dividiendo las cantidades por el mismo número, manteniendo así la proporción. Por ejemplo: 7,5 g de etano + 14 g de oxígeno → → 8 g de dióxido de carbono + 13,5 g de agua 30 g de etano + 56 g de oxígeno → → 32 g de dióxido de carbono + 54 g de agua. 20. Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Cómo se puede distinguir un ácido de una base? Los ácidos y las bases son sustancias corrosivas, que reaccionan mutuamente entre sí. Las diferencias entre ambos son que los ácidos tienen sabor ácido y las bases sabor amargo, los ácidos colorean de rojo el tornasol y las bases de azul y los ácidos reaccionan químicamente con los metales y el mármol. b) ¿Qué productos se obtienen en una reacción ácidobase? En cualquier reacción ácido-base los productos son una sal y agua. c) ¿Qué es un indicador? Un indicador ácido-base es una sustancia que cambia de color en presencia de un ácido o de una base. De este modo podemos utilizar el indica dor para identificar el carácter ácido o básico de una sustancia dada. 21. Investiga en tu libro de Biología y Geología o en la red Internet la composición del jugo gástrico y la función que tiene en la digestión. El jugo gástrico está compuesto en una gran parte por cloruro de hidrógeno, que, al ser una sustancia notablemen te ácida, ayuda a disgregar los alimentos para favorecer la absorción de los nutrientes. 22. ¿Por qué es importante la reacción de combustión? Redacta tu respuesta en un párrafo de al menos tres líneas.

23. ¿Cuáles son los reactivos iniciales de la fotosínte sis? ¿Y los productos finales? Teniendo en cuenta la ecuación química que representa la fotosíntesis: ¿por qué es esencial mantener intactos los bosques y las selvas de la Tierra? En la fotosíntesis son reactivos el dióxido de carbono at mosférico y el agua, además de ciertas sales minerales. Debido al proceso, estos reactivos se transforman, dando lugar a biomoléculas (glucosa, almidón, lípidos, proteínas…) y oxígeno, que son los productos. El oxígeno que se produce es liberado por las plantas a la atmósfera, reponiendo el que se consume en otros procesos, como la respiración de los seres vivos, manteniendo así un equilibrio en la cantidad de oxígeno en la naturaleza. De ahí la importancia de mantener las masas boscosas en la naturaleza. 24. Para obtener la energía que necesitamos, en nuestro cuerpo tiene lugar la llamada «combustión de los hi dratos de carbono». Consulta en la bibliografía o en Internet las características de este proceso químico e indica en qué se parece a la combustión que has estudiado. La combustión de los hidratos de carbono es un complejo conjunto de reacciones, cuya ecuación global es la combi nación de estos y el oxígeno del aire para dar dióxido de carbono y vapor de agua, además de energía. El dióxido de carbono es liberado en la respiración y, la energía es aprovechada por nuestro organismo.

ciencia… más cerca

25. El proceso que origina la lluvia ácida, ¿es de tipo fí sico o químico? Justifica tu respuesta. Es un proceso químico, porque se obtienen, en las distintas fases, sustancias de naturaleza completamente diferente a las iniciales. Del azufre y el oxígeno se obtienen dióxido de azufre, trióxido de azufre y ácido sulfúrico. 26. Hace ya tiempo que los científicos relacionaron el mal de la piedra, que produce el deterioro progresivo de monumentos y edificios históricos con el proble ma de la lluvia ácida. Investiga en algún libro o en Internet y explica la relación que existe entre ambos fenómenos. La relación entre ambos fenómenos viene dada por el hecho de que los ácidos atacan a los minerales que contienen carbonatos, disgregándolos. La mayoría de los monumentos están realizados con piedra caliza, por lo que son bastante sensibles al deterioro químico por parte de los ácidos.

Practica 27. Explica la diferencia entre un proceso físico y un proceso químico, ilustrando la explicación con un ejemplo de cada uno de ellos. En un proceso físico, como es la fusión del hielo para dar agua líquida, no cambia la naturaleza de las sustancias,

mientras que en un proceso químico, como es la combustión, sí cambian las sustancias implicadas. 28. De los siguientes fenómenos, indica los que corres ponden a un cambio físico y los que son cambios químicos. Justifica en cada caso la elección: a) Una persona sube por una escalera mecánica. Se ha producido un cambio de posición. Es un cambio físico. b) Hace frío y el agua del patio se congela. No cambia la naturaleza de la sustancia, que sigue siendo agua. Es un cambio físico. c) Un pendiente de plata se ha ennegrecido después de varios años. Se ha producido un cambio químico, pues se ha formado un compuesto de plata. d) Hemos cocido un huevo. Se ha producido un cambio en la naturaleza de las sustancias involucradas, pues la proteína del huevo se ha desnaturalizado. Es un cambio químico. 29. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes: Una reacción es un proceso de tipo químico, en el cual cambia la naturaleza de las sustancias, de modo que a partir de unas sustancias iniciales denominadas reactivos se obtienen otras completamente diferentes, llamadas productos. 30. ¿Qué se entiende por reacción química? ¿Qué fenó menos nos indican que está ocurriendo una reacción química? Una reacción química es un proceso en el cual cambian las sustancias, y se pone de manifiesto cuando se producen cam bios de color o de temperatura bruscos e inesperados, apa recen sustancias sólidas (precipitados) o se desprenden gases. 31. ¿Son correctos estos enunciados? En caso afirmati vo, justifica tu respuesta; en caso negativo, sustitú yelos por los enunciados adecuados: a) Al añadir colorante al caldo del arroz, se produce una reacción química, pues se da un cambio de color. No es correcto. El cambio de color no es inespe rado. Al añadir colorante al caldo de arroz, no se ha producido ninguna reacción química, pues el cambio de color es ocasionado por el colorante. b) La transformación del petróleo en plástico ocurre mediante reacciones químicas. Correcto. Se obtienen sustancias de naturaleza completamente diferente. c) Al hervir el agua tiene lugar un proceso físico, aunque se desprenda vapor. Correcto. Se desprende vapor de agua, pero hemos calentado previamente. d) Mientras arde una cerilla ocurre un proceso físico. No es correcto. Al arder se producen sustancias nuevas de naturaleza diferente, se desprenden gases y se pro duce un gran aumento de la temperatura. Cuando encen demos una cerilla, tiene lugar un proceso químico. 32. ¿Qué ocurre a nivel microscópico durante una reac ción química? ¿Por qué cambian las sustancias que participan en la reacción? Tiene lugar un reordenamiento de los átomos que componen las diferentes sustancias, lo cual origina nuevas sustancias distintas a las iniciales.

123 Unidad 6. Las reacciones químicas.Introducción a la estequiometría

La reacción de combustión produce, además de dióxido de carbono y vapor de agua, una gran cantidad de calor, que aprovechamos para múltiples usos, como puede ser cale facción, calentamiento de alimentos en la cocina, o produc ción de energía eléctrica en las centrales térmicas, entre otros.

33. Una empresa de bebidas refrescantes hace diversas operaciones de tratamiento del agua que utiliza y de preparación del producto, previas al envasado. De los siguientes procesos que se llevan a cabo, indi ca los que son de tipo físico y los que son de tipo químico, justificando tus respuestas: a) Se filtra el agua para eliminar posibles partículas en suspensión. Físico. Partículas y agua siguen conser vando su naturaleza, pero por separado. b) Se añaden sustancias que se combinan con el calcio y lo retienen, para regular su concentración. Químico. Se producen nuevas sustancias en las que el calcio ha quedado retenido químicamente. c) Se añade cloro para eliminar posibles organismos patógenos. Químico. La interacción del cloro con los microorganismos es de tipo químico. d) Se elimina el cloro haciendo pasar el agua por unos filtros de carbón activo. Químico. Al reaccionar el cloro con el carbón pierde sus propiedades. e) Se mezcla el agua con un jarabe de azúcar, aromas y colorantes. Físico. Tendremos las mismas sustancias pero mezcladas. f) Se carbonata el agua con gas dióxido de carbono a alta presión y baja temperatura. Físico. De este modo se disuelve gas CO2 en el agua, pero siguen siendo las mismas sustancias. 34. ¿Qué es la velocidad de reacción? Indica cuáles de las siguientes operaciones aumentan la velocidad de reacción: a) Calentar los reactivos. b) Añadir más cantidad de reactivos. c) Concentrar los reactivos. d) Utilizar un recipiente más pequeño. La velocidad de reacción es la rapidez con la que ocurre la transformación de reactivos en productos. Se incrementa la velocidad de reacción en todos los casos excepto el últi mo (d), dado que, aunque se utilice un recipiente más pe queño, el factor que influye es la concentración de las sustancias que participan como reactivos (un recipiente más pequeño implica menos cantidad de todo, pero no necesa riamente una mayor concentración).

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35. Las reacciones en fase gaseosa suelen ser más rá pidas que en fase líquida, y estas, a su vez, más rápi das que en fase sólida. ¿Cómo podrías explicar este hecho experimental?Recuerda los postulados de la teoría cinético-molecular sobre el comportamiento de un gas a escala microscópica, y la justificación de esta teoría sobre las propiedades de los líquidos y los sólidos. De gas a sólido disminuye la capacidad de movimiento de las partículas y, en consecuencia, el número de colisiones entre estas. Si la reacción química requiere de las colisiones entre las partículas de los reactivos para que suceda, es lógico que las reacciones entre gases sean más rápidas que las reacciones entre sólidos. No obstante, debe recordarse que hay más factores que influyen, por lo que puede haber excepciones. 36. Elabora una explicación sobre la ley de conservación de la masa y redáctala en un párrafo. ¿Se cumple siempre esta ley en todas las reaciones químicas?

La ley de conservación de la masa establece que la masa total de las sustancias reaccionantes ha de ser igual a la masa total de los productos de la reacción. De este modo, cuando se hacen reaccionar gas butano y oxígeno (133 g en total), la cantidad de dióxido de carbono y de vapor de agua que se obtiene ha de ser igual a la de los reactivos iniciales (también 133 g en total). Esta ley se cumple en todas las reacciones químicas. 37. Una sustancia A reacciona químicamente con otra B para formar una nueva sustancia C, de naturaleza di ferente. Se sabe que cuando 25 g de A reaccionan con cierta cantidad de B se forman 110 g de C. ¿Cuál es la cantidad de B que se ha consumido en este pro ceso? Justifícalo, indicando la ley o las leyes en las que has basado tu razonamiento. Para que la masa total de reactivos sea igual a la de pro ductos, como establece la ley de Lavoisier, se han tenido que consumir 85 gramos de B (25 g A + 85 g B = 110 g C). 38. Halla, teniendo en cuenta la ley de Lavoisier, las cantidades de reactivos y productos que faltan, refe ridas a la reacción de formación del agua: Hidrógeno + Oxígeno → Agua a) 10 g + 80 g → 90 g b) 25 g + 200 g → 225 g c) 0,2 g + 1,6 g → 1,8 g 39. Para comprobar la ley de conservación de la masa, Isabel ha disuelto una pastilla efervescente de 2 g en un vaso que contiene 200 g de agua, pero al pesar el contenido total del vaso tras la disolución ha obteni do 200,5 g. Su conclusión ha sido que esta reacción no cumple la ley. ¿Es correcta la conclusión de Isa bel? Explicalo. La conclusión no es correcta. Isabel debe tener en cuenta que se ha desprendido un gas, concretamente dióxido de carbono, que es un producto de la reacción y que debe contabilizarse al calcular la masa de los productos. De acuerdo con los datos, en esta reacción se habrán despren dido 1,5 g de este gas. 40. ¿Verdadero o falso? Justifica tu respuesta. a) Lavoisier descubrió que los reactivos se consumen en una reacción. Falso. Lavoisier descubrió que la masa total de reactivos y de productos es la misma. b) La ley de conservación de la masa se explica a nivel microscópico. Verdadero. Al considerar que lo que ocurre es un reagrupamiento de átomos. c) La conservación de la masa depende de la cantidad de reactivos que pongamos inicialmente. Falso. La masa siempre se conserva. Si ponemos más cantidad de alguno de los reactivos, sobrará y quedará una parte sin reaccionar. d) Las cantidades de productos obtenidas en una reacción son las mismas que las de reactivos. Verdadero. Siempre que consideremos cantidad total de reactivos y de productos. 41. ¿Qué es una ecuación química? Escribe un ejemplo e indica el significado de lo que aparece en ella. Es una representación simbólica de un proceso químico, en la que se indican las sustancias que participan mediante

H2 (g) + O2 (g) → H2O (g) 42. En las siguientes ecuaciones químicas, indica cuá les son los reactivos y cuáles los productos, y en qué estado de agregación se encuentran: a) HgO (s) → Hg (l) + O2 (g) Óxido de mercurio Mercurio Oxígeno Reactivo: óxido de mercurio (sólido). Productos: mercurio (líquido) y oxígeno (gas). b) Ca (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (ac) + H2 (g) Calcio Agua Hidróxido de calcio Hidrógeno Reactivos: calcio (sólido) y agua (líquida). Productos: hi dróxido de calcio (disolución acuosa) e hidrógeno (gas). c) H2O2 (l) → H2O (l) + O2 (g) Agua oxigenada Agua Oxígeno Reactivo: agua oxigenada (líquida). Productos: agua (lí quida) y oxígeno (gas). 43. Una de las siguientes ecuaciones químicas no es co rrecta, pues la reacción que indica no podría tener lugar de la forma representada. Identifícala y señala el error: a) C (s) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l) b) HCl (ac) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + H2O (l) c) C12H22O11 (s) → C (s) + H2O (l) La primera es incorrecta, pues aparece en los productos el elemento hidrógeno (H), que no se encuentra formando parte de ninguno de los reactivos iniciales. 44. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué condiciones deben cumplirse para considerar que una ecuación química está ajustada? Deben aparecer indicados los coeficientes estequiométricos, de tal forma que el número de átomos de cada tipo en reac tivos y productos sea el mismo. b) ¿Cómo puedes comprobar si una ecuación está ajustada o no? Contamos el número de átomos de cada elemento en reactivos y productos y, debe ser el mismo para todos los elementos que haya. c) ¿En qué ley científica te basas para llevar a cabo el ajuste de las ecuaciones químicas? En la ley de Lavoisier. 45. Comprueba si las siguientes ecuaciones químicas están ajustadas o no: a) Al (s) + N2 (g)→ 2 AlN (s). No está ajustada. Reactivos: 1 átomo de Al y 2 átomos de N. Productos: 2 átomos de Al y 2 átomos de N. b) CaCO3 (s) + 2 HCl (ac) → CaCl2 (ac) + CO2 (g) + H2O (l). Está ajustada. Reactivos: 1 átomo de Ca, 1 átomo de C, 3 átomos de O, 2 átomos de H y 2 átomos de Cl. Produc tos: 1 átomo de Ca, 1 de C, 3 átomos de O, 2 átomos de H y 2 átomos de Cl. c) KI (ac) + Pb(NO3)2 (ac) → PbI2 (s) + 2 KNO3 (ac). No está ajustada. Reactivos: 1 átomo de K, 1 átomo de I, 1 átomo de Pb, 2 átomos de N y 6 átomos de O. Productos:

2 átomos de K, 2 átomos de I, 1 átomo de Pb, 2 átomos de N y 6 átomos de O. d) C8H16 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H2O (g). No está ajustada. Reactivos: 8 átomos de C, 16 átomos de H y 26 átomos de O. Productos: 8 átomos de C, 20 átomos de H y 26 átomos de O. 46. Indica el coeficiente estequiométrico que falta en cada una de las siguientes ecuaciones químicas para considerarlas ajustadas: a) 2 Na (s) + 2 H2O (l) → 2 NaOH (ac) + H2 (g) b) Zn(OH)2 (s) + H2SO4 (ac) → ZnSO4 (ac) + 2 H2O (l) c) 3 Fe (s) + 4 H2O (g) → Fe3O4 (s) + 4 H2 (g) d) C5H12 (g) + 8 O2 (g) → 5 CO2 (g) + 6 H2O (g) 47. Ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) b) 4 Al (s) + 3 O2 (g) → 2 Al2O3 (s) c) 2 AgO (s) → 2 Ag (s) + O2 (g) d) C2H4 (g) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 2 H2O (g) e) Mg (s) + 2 HCl (ac) → MgCl2 (ac) + H2 (g) f) 2 PbO2 (s) → 2 PbO (s) + O2 (g) 48. Ajusta estas ecuaciones químicas: a) 2 Cu(NO3)2 (s) → 2 CuO (s) + 4 NO2 (g) + O2 (g) b) C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) c) 2 C10H22 (g) + 31 O2 (g) → 20 CO2 (g) + 22 H2O (g) d) 3 Ca(OH)2 (ac) + 2 H3PO4 (ac) → Ca3(PO4)2 (s) + + 6 H2O (l) 49. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué se entiende por relación de estequiometría con independencia de la forma en que está expre sada? Es la proporción en que se encuentran los reacti vos y los productos en una reacción química. b) ¿Es única para una misma reacción? No, una misma reacción puede tener infinitas relaciones de estequiome tría de cada tipo, pues pueden variarse las cantidades manteniendo la proporción. c) ¿Qué utilidad tiene conocer las relaciones de es tequiometría? Al conocer las relaciones de estequio metría es posible realizar cálculos sobre las cantidades relativas de sustancias que reaccionan o se producen. 50. La reacción entre el hidrógeno y el oxígeno da lugar a vapor de agua. Escribe la ecuación química co rrespondiente a este proceso, ajústala e indica las relaciones de estequiometría en moles, en masa y en volumen que pueden obtenerse a partir de ella. La reacción ajustada, con sus relaciones de estequiome tría es: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) En moles: 2 mol H2 + 1 mol O2 → 2 mol H2O. En masa: 4 g H2 + 32 g O2 → 36 g H2O. En volumen: 2 L H2 + 1 L O2 → 2 L H2O. 51. ¿Qué tipos de cálculos podemos realizar con una ecuación química ajustada? Indica tres relaciones de estequiometría posibles para la ecuación: C2H4 (g) + 3 O2 (g) + 2 CO2 (g) + 2 H2O (g) Podemos obtener sus relaciones de estequiometría en moles y en masa a partir de las masas molares de cada una

125 Unidad 6. Las reacciones químicas.Introducción a la estequiometría

sus fórmulas químicas y el estado físico en que se encuen tran, separando reactivos y productos con una flecha. Un ejemplo es la ecuación que representa la reacción de for mación del agua, que indica que el hidrógeno gaseoso re acciona con el oxígeno gaseoso y forman agua, también en estado gaseoso:

de las sustancias implicadas en la reacción. Con estas re laciones de estequiometría podemos predecir las cantidades de reactivos que se necesitan, o de productos que se forman, a partir de una cantidad dada de alguna de las sustancias que participan en la reacción. Las relaciones de estequiometría para la reacción indica da son: C2H4 (g) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 2 H2O (g) En moles: 1 mol C2H4 + 3 mol O2 → 2 mol CO2 + 2 mol H2O. En masa: 28 g C2H4 + 96 g O2 → 88 g CO2 + 36 g H2O. En volumen: 1 L C2H4 + 3 L O2 → 2 L CO2 + 2 L H2O. 52. El agua puede descomponerse mediante un proceso químico denominado electrólisis, en el cual se cum ple esta relación de estequiometría:

Agua → Hidrógeno + Oxígeno 9 g 1 g 8g

Si se descomponen industrialmente 25 480 kg de agua, ¿qué cantidades de hidrógeno y de oxígeno se obten drán de la descomposición? La relación de estequiometría puede expresarse en cual quiera de las unidades de masa, por ejemplo kg, de modo que 9 kg de agua dan lugar a 1 kg de hidrógeno y 8 kg de oxígeno. De acuerdo con esto se puede plantear la corres pondiente relación de proporcionalidad: 25 480 kg agua · 1 kg hidrógeno = 9 kg agua = 2 831 kg de hidrógeno

Masa de hidrógeno =

25 480 kg agua · 8 kg oxígeno = 9 kg agua = 22 649 kg de oxígeno

Masa de oxígeno =

Se observa que se cumple la ley de Lavoisier, porque 2 831 kg de hidrógeno + 22 649 kg de oxígeno es igual a 25 480 kg de agua. 53. Cuando no se requieren temperaturas altas, en el la boratorio se utilizan mecheros que funcionan que mando etanol (alcohol etílico), de acuerdo con la siguiente reacción, para la que se da la relación de estequiometría: Etanol + Oxígeno → Dióxido de carbono + Vapor de agua 46 g 96 g 88 g 54 g Si llenas el mechero con 250 mL de etanol, cuya den sidad es 0,79 g/cm3: a) ¿Qué cantidad de etanol, en gramos, has colocado en el mechero? En el mechero hay 197,5 g de etanol: m = V · d = 250 mL · 0,79 g/mL = 197,5 g b) ¿Cuánto oxígeno necesitas para quemar comple tamente ese etanol? Se necesitan 412,2 g de oxígeno:

126 Solucionario

m (oxígeno) =

197,5 g etanol · 96 g oxígeno = 412,2 g 46 g etanol

c) ¿Qué cantidad de dióxido de carbono se habrá formado tras el proceso, una vez consumido todo el etanol? Se producirán 377,8 g de dióxido de carbono: m (CO2) =

197,5 g etanol · 88 g CO2 = 377,8 g 46 g etanol

54. La reacción entre el ácido sulfúrico (H2SO4) y el hi dróxido de sodio (NaOH) en disolución da lugar a sulfato de sodio (Na2SO4) disuelto y agua. Escribe la ecuación química, ajústala y calcula: a) Los moles de hidróxido de sodio para que reaccio nen completamente con 5 moles de ácido sulfúrico. b) La masa de sulfato de sodio obtenida a partir de 20 g de ácido. La ecuación ajustada es: H2SO4 (ac) + 2 NaOH (ac) → Na2SO4 (ac) + 2 H2O (l) a) Se necesitan 10 moles de NaOH: 5 mol H2SO4 · 2 mol NaOH 10 mol NaOH 1 mol H2SO4 b) Para hacer este cálculo, obtendremos primero la relación de estequiometría en masa: n=

H2SO4 (ac) + 2 NaOH (ac) → Na2SO4(ac) + 2 H2O (l) 98 g + 80 g → 142 g + 36 g Aplicando una relación de proporcionalidad, calculamos que se obtendrán 28,98 g de sulfato de sodio. m=

20 g H2SO4 · 142 g Na2SO4 = 28,98 g Na2SO4 98 g H2SO4

55. Considera la reacción de combustión entre el etanol y el oxígeno. Teniendo en cuenta que la fórmula del etanol es C2H6O, obtén una relación de estequiome tría en masa correspondiente a este proceso. Re cuerda que lo primero que debes hacer es escribir la ecuación química del proceso, ajustarla e interpre tarla. Para calcular la relación de estequiometría en masa ten en cuenta, para cada sustancia, que: Masa (g) = N.º moles · Masa molar (g/mol) La ecuación ajustada es: C2H6O (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (g) La relación de estequiometría se obtiene multiplicando, para cada sustancia, el número de moles (indicado por el coefi ciente estequiométrico) por su masa molar: m (C2H6O) = 1 mol · 46 g/mol = 46 g m (O2) = 3 mol · 32 g/mol = 96 g m (CO2) = 2 mol · 44 g/mol = 88 g m (H2O) = 3 mol · 18 g/mol = 54 g Es decir: 46 g etanol + 96 g oxígeno → 88 g dióxido de carbono + 54 g de agua 56. En la reacción entre el hidrógeno y el cloro para dar cloruro de hidrógeno (cloruro de hidrógeno): H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) a) ¿Qué relaciones de estequiometría puedes esta blecer? Pueden escribirse tres relaciones: En moles: 1 mol hidrógeno + 1 mol cloro → 2 mol ác. clorhídrico. En masa: 2 g hidrógeno + 71 g cloro → 73 g ác. clorhí drico. En volumen: 1 L hidrógeno + 1 L cloro → 2 L ác. clorhí drico. b) Calcula el volumen de hidrógeno necesario para obtener 5 L de ácido. Se necesitarán 2,5 L de hidróge no (2 500 cm3). ya que la proporción es 1:2.

n (Cl2) =

4 mol H2 · 1 mol Cl2 = 4 mol Cl2 1 mol H2

57. Una reacción de formación es aquella en la que se obtiene un compuesto a partir de los elementos que lo constituyen. Ajusta las siguientes reacciones de formación y calcula, en todos los casos, los moles de los elementos de los que debemos partir para ob tener 10 moles de producto: a) Ca (s) + O2 (g) → CaO (s) b) N2 (g) + O2 (g) → N2O3 (g) c) P (s) + H2 (g) → PH3 (g) d) Al (s) + O2 (g) → Al2O3 (s) Una vez ajustada cada reacción, escribiremos la relación de estequiometría en moles y haremos los cálculos, aplicando los correspondientes factores de proporcionalidad. a) 2 Ca (s) + O2 (g) → 2 CaO (s) 2 mol 1 mol 2 mol 10 mol CaO · 2 mol Ca = 10 mol Ca 2 mol CaO 10 mol CaO · 1 mol O2 n (O2) = = 5 mol O2 2 mol CaO

n (Ca) =

b) 2 N2 (g) + 3 O2 (g) → 2 N2O3 (g) 2 mol 3 mol 2 mol 10 mol N2O3 · 2 mol N2 = 10 mol N2 2 mol N2O3 10 mol N2O3 · 3 mol O2 n (O2) = = 15 mol O2 2 mol N2O3

n (N2) =

c) 2 P (s) + 3 H2 (g) → 2 PH3 (g) 2 mol 3 mol 2 mol 10 mol PH3 · 2 mol P = 10 mol P 2 mol PH3 10 mol PH3 · 3 mol H2 n (H2) = = 15 mol H2 2 mol PH3 n (P) =

d) 4 Al (s) + 3 O2(g) → 2 Al2O3 (s) 4 mol 3 mol 2 mol n (Al) =

10 mol Al2O3 · 4 mol Al = 20 mol Al 2 mol Al2O3

n (O2) =

10 mol Al2O3 · 3 mol O2 = 15 mol O2 2 mol N2O3

58. ¿Qué propiedades características y diferenciadas tienen los ácidos y las bases? ¿Cómo los distingues en el laboratorio? Pon tres ejemplos de sustancias ácidas y tres de sustancias básicas que sean habi tuales en nuestro entorno. Los ácidos son sustancias corrosivas que atacan a los me tales y al mármol, mientras que las bases son sustancias corrosivas, de tacto jabonoso, que reaccionan con los ácidos. En el laboratorio se reconocen mediante indicadores. Por ejemplo, los ácidos dan una coloración roja a la tintura de tornasol, mientras que las bases dan coloración azul. Son ácidos los zumos de cítricos, el vinagre y los refrescos de cola, y bases la lejía, la leche o el bicarbonato de sodio.

59. ¿Qué tipo de sustancias intervienen en una reacción de neutralización? Escribe un ejemplo. Como reactivos, un ácido y una base, y como productos, una sal y agua. Por ejemplo: HCl (ac) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + H2O (l) Cloruro de hidrógeno e hidróxido sódico forman cloruro de sodio y agua. 60. ¿Qué color mostrará el papel indicador al entrar en contacto con estas sustancias? a) Zumo de naranja. Color rojizo, porque contiene un ácido, concretamente el ácido cítrico. b) Jarabe antiácido para el estómago. Color azulado, pues es una sustancia básica, que contrarresta la acidez de estómago. c) Detergente líquido con lejía. Color azul, pues la lejía es una sustancia fuertemente básica. d) Aliño para ensalada. Color rojizo, pues normalmente este tipo de aliños contienen vinagre, que es un ácido. 61. Comenta el siguiente párrafo: «El proceso de la foto síntesis está en la base de la vida de este planeta, tal y como la conocemos. Es necesario, pues, desarro llar una conciencia colectiva en favor de la preser vación del medio natural y de los ecosistemas vegetales». Las plantas producen oxígeno mediante la fotosíntesis, que es liberado a la atmósfera. Del oxígeno dependen todos los organismos aeróbicos que habitan el planeta, entre los cuales nos encontramos nosotros, y por tanto, la reposición de este gas es fundamental para la vida. Además, las pro pias plantas son la base de la cadena trófica, pues sirven de alimento a muchos animales, que a su vez, son el ali mento de otros. Para preservar los ecosistemas vegetales es necesario de sarrollar una conciencia colectiva en favor de su protección, de la que todos debemos formar parte y participar activa mente. 62. Explica en qué consiste una reacción de combustión y por qué es importante. Como ejemmplo indica cuál sería la reacción de combustión del gas propano (C3H8). Es una reacción en la cual una sustancia, llamada combus tible, reacciona químicamente con el oxígeno y produce dióxido de carbono y vapor de agua, liberando gran cantidad de energía. Esta energía es aprovechada en múltiples pro cesos y aplicaciones, de ahí la importancia de estas reac ciones. En el caso del gas propano, la reacción ajustada es: C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) 63. De acuerdo con los reactivos implicados, ¿qué dife rencias y semejanzas hay entre las reacciones de combustión y las reacciones de formación de los óxidos, como la oxidación del hierro? En ambos casos se trata de reacciones en las que intervie ne el oxígeno como reactivo. Sin embargo, hay dos grandes diferencias: • Las reacciones de combustión dan dos productos de reac ción, mientras que las de formación solo producen el óxido.

127 Unidad 6. Las reacciones químicas.Introducción a la estequiometría

c) ¿Cuántos moles de cloro se requieren para que reaccionen completamente 8 g de hidrógeno? Partimos de que 8 g de hidrógeno equivalen a 4 mol de hidrógeno (pues cada mol de hidrógeno tiene una masa de 2 g). Por lo tanto, se necesitarán:

• Las reacciones de combustión son muy rápidas y liberan gran cantidad de energía. 64. Cuando se introduce una cerilla ardiendo en un tubo de ensayo termina por apagarse espontáneamente después de unos segundos. Teniendo en cuenta que el dióxido de carbono (CO2) es más denso que el aire, ¿puedes dar una explicación a este hecho experi mental? Recuerda que cuando la cerilla arde, está teniendo lugar una reacción de combustión. El interior del tubo se va llenando con dióxido de carbono que, al ser más denso que el oxígeno, desplaza a este últi mo. La ausencia de oxígeno en el tubo impide que pueda continuar la reacción, y la cerilla acaba apagándose. 65. La pirita es un mineral de aspecto dorado que crista liza formando cristales cúbicos, y cuya composición química viene dada fundamentalmente por disulfuro de hierro (FeS2). Este mineral, muy abundante en la naturaleza, es de gran interés para la industria quí mica, ya que a partir de él se obtiene el ácido sulfú rico, que constituye la base de numerosos procesos industriales. En la planta de procesado se somete a la pirita a una tostación, que consiste en calentarla a alta temperatura, ante lo cual reacciona química mente con el oxígeno atmosférico, produciendo trió xido de dihierro y dióxido de azufre, según la reacción: FeS2 (s) + O2 (g) → Fe2O3 (s) + SO2 (g) Este dióxido de azufre se transforma, en etapas pos teriores, en ácido sulfúrico. Según lo anterior, res ponde:

128 Solucionario

a) En este proceso, ¿cuáles son los reactivos y los productos? Ajusta la ecuación química y escribe la relación de estequiometría en moles. Se trata de un proceso químico, porque se obtienen nuevas sus tancias diferentes a las iniciales. Los reactivos de este

proceso son el disulfuro de hierro (FeS2) y el oxígeno (O2), mientras que los productos son el trióxido de dihierro (Fe2O3) y el dióxido de azufre (SO2). La ecuación ajustada, con su relación de estequiometría en moles, es: 4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) → 2 Fe2O3 (s) + 8 SO2 (g) 4 mol + 11 mol → 2 mol + 8 mol b) ¿Cuál es la masa molar de cada sustancia? Utiliza esta magnitud para obtener la relación de estequio metría en masa de la reacción. La masa molar de cada sustancia es: • M (FeS2) = 120 g/mol. • M (O2) = 32 g/mol. • M (Fe2O3) = 159,6 g/mol. • M (SO2) = 64,1 g/mol. Con estos datos se calcula la siguiente relación de este quiometría en masa: 4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) → 2 Fe2O3 (s) + 8 SO2 (g) 480 g + 352 g → 319,2 g + 512,8 g c) De acuerdo con la relación de estequiometría an terior, ¿qué cantidad de trióxido de dihierro y de dióxido de azufre se obtendría a partir de cada tonelada de disulfuro de hierro procesada? Aplicando las correspondientes relaciones de proporcio nalidad a partir de la relación de estequiometría de esta reacción se obtiene que se producen 0,665 toneladas de trióxido de dihierro y 1,068 toneladas de dióxido de azufre. d) Debido a las impurezas del mineral, en realidad el proceso se desarrolla con un rendimiento del 91 %. En este caso, ¿qué cantidad de dióxido de azufre se obtiene por tonelada de pirita procesada? Ex presa esta cantidad en masa y en moles. Si el ren dimiento de la reacción es del 91 %, la cantidad de dió xido de azufre que se obtiene realmente es de 0,972 toneladas.

1. Escribe el nombre o la fórmula, según sea el caso, de los siguientes óxidos: Fórmula a) SiO2 b) Ag2O c) Al2O3 d) HgO e) BeO f) Sb2O5 g) Ni2O3 h) K2O i) SO3

Nomenclatura sistemática

Notación de Stock

Dióxido de silicio. Óxido de diplata. Trióxido de dialuminio. Óxido de mercurio. Óxido de berilio. Pentaóxido de dian timonio. Trióxido de diníquel. Óxido de dipotasio. Trióxido de azufre.

Óxido de silicio. Óxido de plata. Óxido de aluminio. Óxido de mercurio(II). Óxido de berilio. Óxido de antimonio(V). Óxido de níquel(III). Óxido de potasio. Óxido de azufre(VI).

2. Escribe el nombre o la fórmula, según sea el caso, de los siguientes hidruros: Fórmula a) b) c) d) e) f) g) h) i)

NiH2 ZnH2 CdH2 AgH KH SnH2 CoH3 MgH2 HgH2

j) RbH k) HI l) PbH2

Nomenclatura sistemática

Notación de Stock

Dihidruro de níquel. Dihidruro de zinc. Dihidruro de cadmio. Hidruro de plata. Hidruro de potasio. Dihidruro de estaño. Trihidruro de cobalto. Dihidruro de magnesio. Dihidruro de mercurio.

Hidruro de níquel(II). Hidruro de zinc. Hidruro de cadmio. Hidruro de plata. Hidruro de potasio. Hidruro de estaño(II). Hidruro de cobalto(III). Hidruro de magnesio. Hidruro de mercurio(II). Hidruro de rubidio. Hidruro de rubidio. Yoduro de hidrógeno. Yoduro de hidrógeno. Dihidruro de plomo. Hidruro de plomo(II).

3. Escribe el nombre o la fórmula, según sea el caso, de las siguientes sales binarias: Fórmula a) NiF2 b) Ca3N2 c) FeCl3 d) e) f) g) h) i)

AgCl KI NaBr CrI3 Na2Se PbSe2

j) CuS

Nomenclatura sistemática

Notación de Stock

Difluoruro de níquel. Dinitruro de tricalcio. Tricloruro de hierro. Cloruro de plata. Yoduro de potasio. Bromuro de sodio. Triyoduro de cromo. Seleniuro de disodio. Diseleniuro de plomo. Sulfuro de cobre.

Fluoruro de níquel(II). Nitruro de calcio. Cloruro de hierro(III). Cloruro de plata. Yoduro de potasio. Bromuro de sodio. Yoduro de cromo(III). Seleniuro de sodio. Seleniuro de plomo(IV). Sulfuro de cobre(II).

Fórmula k) Ca2C l) K2S m) BaBr2 n) ZnS ñ) MgF2

Nomenclatura sistemática

Notación de Stock

Carburo de dicalcio. Sulfuro de dipotasio. Dibromuro de bario. Sulfuro de zinc. Difluoruro de mag nesio.

Carburo de calcio. Sulfuro de potasio. Bromuro de bario. Sulfuro de zinc. Fluoruro de magnesio.

4. Indica, en cada caso, el tipo de compuesto que re presenta la fórmula que aparece y los nombres que le corresponden, de acuerdo con las reglas de no menclatura estudiadas: Fórmula a) P2O3 b) SrI2 c) LiH d) Na2S e) Mn2O7 f) HgBr2 g) CuH2 h) BeO i) HCl

Nomenclatura sistemática

Notación de Stock

Trióxido de difósforo. Diyoduro de estroncio. Hidruro de litio. Sulfuro de disodio. Heptaóxido de dimanganeso. Dibromuro de mercurio. Dihidruro de cobre. Óxido de berilio. Cloruro de hidrógeno.

Óxido de fósforo(III). Yoduro de estroncio. Hidruro de litio. Sulfuro de sodio. Óxido de manganeso(VII). Bromuro de mercurio(II). Hidruro de cobre(II). Óxido de berilio. Cloruro de hidrógeno.

5. ¿Cuál es la fórmula que se corresponde con cada uno de los nombres que se relacionan a continua ción? Escríbela e indica el tipo de compuesto de que se trata en cada caso. a) Dicloruro de calcio. Sal binaria, CaCl2. b) Óxido de azufre(IV). Óxido, SO2. c) Cloruro de estaño(II). Sal binaria, SnCl2. d) Dihidruro de estroncio. Hidruro metálico, SrH2. e) Óxido de bario. Óxido, BaO. f) Hidruro de estaño(IV). Hidruro metálico, SnH4. g) Fluoruro de hidrógeno. Hidruro no metálico, HF. h) Trisulfuro de dialuminio. Sal binaria, Al2S3. 6. Escribe el nombre o la fórmula, según sea el caso, de los siguientes hidróxidos: Fórmula a) Ni(OH)2

Nomenclatura sistemática

Dihidróxido de níquel. b) Fe(OH)3 Trihidróxido de hierro. c) Hg(OH)2 Dihidróxido de mercurio. d) Zn(OH)2 Dihidróxido de zinc. e) LiOH Hidróxido de litio. f) Ga(OH)3 Trihidróxido de galio. g) AgOH Hidróxido de plata. h) Mg(OH)2 Dihidróxido de magnesio. i) KOH Hidróxido de potasio.

Notación de Stock Hidróxido de níquel(II). Hidróxido de hierro(III). Hidróxido de mercurio(II). Hidróxido de zinc. Hidróxido de litio. Hidróxido de galio. Hidróxido de plata. Hidróxido de magnesio. Hidróxido de potasio.

129 Unidad Anexo. Introducción a la nomenclatura y formulación inorgánica

Anexo. Introducción a la nomenclatura y formulación inorgánica

Fórmula

Nomenclatura sistemática

j) Co(OH)2 Dihidróxido de cobalto. k) CuOH Hidróxido de cobre. l) Cr(OH)3 Trihidróxido de cromo.

Notación de Stock Hidróxido de cobalto(II). Hidróxido de cobre(II). Hidróxido de cromo(III).

7. Escribe el nombre o la fórmula, según sea el caso, de los siguientes oxoácidos: Fórmula a) H3PO4 b) H2SiO3 c) HBrO3 d) HBrO e) HIO2 f) HIO4 g) H3BO3 h) H3SbO4 i) H2SeO3 j) H3PO3 k) H3AsO4 l) HBrO2

Nomenclatura tradicional

Nomenclatura sistemática

Ácido fosfórico.

Trihidroxidooxido fósforo. Ácido silícico. Dihidroxidooxido silicio. Ácido brómico. Hidroxidodioxido bromo. Ácido hipobromoso. Hidroxidobromo. Ácido yodoso. Hidroxidooxido yodo. Ácido peryódico. Hidroxidotrioxido yodo. Ácido bórico. Trihidroxidoboro. Ácido antimónico. Trihidroxidooxi doantimonio. Ácido selenioso. Dihidroxidooxido selenio. Ácido fosforoso. Trihidroxidofósforo. Ácido arsénico. Trihidroxidooxido arsénico. Ácido bromoso. Hidroxidooxido bromo.

8. Escribe el nombre de las siguientes sales: Fórmula a) Li2SO4 b) FePO4 c) NaIO4 d) KClO2 e) CaCO3 f) CuBrO3 g) NaNO2 h) NiSO3

130 Solucionario

i) AlPO3 j) CoSiO3 k) AgNO3 l) KAsO2

Nomenclatura tradicional

Notación sistemática

Sulfato de litio.

Tetraoxidosulfato de dilitio. Fosfato Tetraoxidofosfato de hierro(III). de hierro. Peryodato de sodio. Tatraoxidoyodato de sodio. Clorito de potasio. Dioxidoclorato de potasio. Carbonato Trioxidocarbonato de calcio. de calcio. Bromato Trioxidobromato de cobre(I). de cobre. Nitrito de sodio. Dioxidonitrato de sodio. Sulfito de níquel(II). Trioxidosulfato de níquel. Fosfito de aluminio. Trioxidofosfato de aluminio. Silicato de cobalto(II). Nitrato de plata.

Trioxidosilicato de cobalto. Trioxidonitrato de plata. Arsenito de potasio. Dioxidoarseniato de potasio.

9. En cada grupo de fórmulas hay una que no es correc ta. Indica de cuál se trata. a) Ácidos: HClO2; H2Cr2O7; HSO4; H3PO3. No es correcta la fórmula HSO4. Si el número de oxidación del azufre (S) es +6 y el del oxígeno (O) es –2, debe haber dos hidróge nos (H) con número de oxidación +1 para que el compues to sea neutro. La fórmula correcta será H2SO4. b) Oxisales: CaSiO3; MgCr2O7; FeSO4; Na2ClO3. No es correcta la fórmula Na2ClO3. Si el cloro (Cl) tiene número de oxidación +5 y el oxígeno (O) –2, debe haber un áto mo de sodio (Na) con número de oxidación +1 para que el compuesto sea neutro. La fórmula correcta será NaClO3. 10. Indica para cada compuesto el nombre o los nom bres que le corresponden según las nomenclaturas recomendadas para los compuestos inorgánicos.

Fórmula

Nomenclatura sistemática

a) Sn(OH)2 Dihidróxido de estaño. b) NaH Hidruro de sodio. c) NaBr Bromuro de sodio. d) HClO4 Hidroxidotrioxido cloro. e) Hg2SO4 Tetraoxidosulfato de dimercurio. f) Mn2O3 Trióxido de dimanganeso. g) HBr Bromuro de hidrógeno. h) MgCO3 Trioxidocarbonato de magnesio. i) Ca(OH)2 Dihidróxido de calcio. j) FeCl2 Dicloruro de hierro. k) Na2O l) HNO2 m) Ca3P2 n) Au2O3 ñ) Pb(OH)2 o) CoSO3 p) CuH q) BaH2 r) CuClO3 s) Al2S3 t) H2SeO4 u) NiO v) CuI x) Ni(OH)3 y) PbO2

Óxido de disodio. Hidroxidooxidoni trógeno. Difosfuro de tricalcio. Trióxido de dioro. Dihidróxido de plomo. Trioxidosulfato de cobalto. Hidruro de cobre. Dihidruro de bario. Trioxidoclorato de cobre. Trisulfuro de dialuminio. Dihidroxidodioxido selenio. Óxido de níquel. Yoduro de cobre. Trihidróxido de níquel. Dióxido de plomo.

Notación de Stock/ Nomenclatura tradicional Hidróxido de estaño(II). Hidruro de sodio. Bromuro de sodio. Ácido perclórico. Sulfato de mercurio(II). Óxido de manganeso(III). Ácido bromhídrico. Carbonato de magnesio. Hidróxido de calcio. Cloruro de hierro(II). Óxido de sodio. Ácido nitroso. Fosfuro de calcio. Óxido de oro(III). Hidróxido de plomo(II). Sulfito de cobalto(II). Hidruro de cobre(I). Hidruro de bario. Clorato de cobre(I). Sulfuro de aluminio. Ácido selénico. Óxido de níquel(II). Yoduro de cobre(I). Hidróxido de níquel(III). Óxido de plomo(IV).

Identificación

de tipos

de sustancias

1. ¿Puede una sustancia cristalina encontrarse en estado gaseoso? ¿Por qué? Un cristal es, por defini ción, un sólido con una forma geométrica determinada; por lo tanto, no puede encontrarse un cristal gaseoso. Sí es posible que una sustancia que en estado sólido es un cristal, se convierta en un gas al elevar la temperatura lo suficiente. 2. Resume algunas características observables a simple vista que diferencian a los metales de otras sustancias que no lo son. A simple vista, los metales poseen un brillo característico (que recibe el nombre de brillo metálico); otras características observables son la du reza, la resistencia mecánica, la maleabilidad (formación de láminas) o la ductilidad (formación de hilos). 3. ¿Qué función cumple la bombilla en los circuitos que hemos construido? La bombilla nos sirve para comprobar el paso de la corriente eléctrica; si se enciende, significa que está pasando corriente y la sustancia es conductora; si no se enciende, no hay paso de corriente y la sustancia es un aislante.

Reconocimiento

de elementos

químicos

1. ¿En qué se basa el reconocimiento de cada elemento en esta práctica? ¿Te parece un buen método experi mental? El reconocimiento se basa en el color de la llama que emite el elemento en cuestión. Se trata de un método rápido, sencillo y bastante específico para reconocer la pre sencia de ciertos elementos en un compuesto. 2. ¿Cuál es la función del alambre? ¿Por qué crees que debe ser de acero o de níquel? La función del alambre es la de servir de soporte. Debe ser de acero o de níquel para que no produzca su propia llama coloreada que inter feriría con el color correspondiente al elemento que esta mos analizando.

Reacciones

químicas en el laboratorio

1. ¿Qué evidencias experimentales existen de que se han producido reacciones químicas? Ajusta las ecuaciones químicas de las dos primeras reaccio nes e interprétalas en términos de moles. En la prime ra reacción tiene lugar el desprendimiento de gases de manera espontánea y se produce un incremento de la tem peratura sin haber calentado previamente. En la segunda y la tercera reacciones aparecen sustancias sólidas (precipitados) al mezclar las distintas disoluciones de reactivos y se producen evidentes cambios de color (el precipitado de la reacción 2 es blanco grisáceo y el de la reacción 3 es amarillo). • Reacción 1: Zn (s) + 2 HCl (ac) → ZnCl2 (ac) + H2 (g)

NaCl (ac) + AgNO3 (ac) → AgCl (s) + NaNO3 (ac) Por cada mol de cloruro de sodio que reacciona con un mol de nitrato de plata se producen un mol de cloruro de plata y un mol de nitrato de sodio. 2. ¿Por qué deben realizarse de forma cuidadosa las medidas para verificar la ley de conservación de la masa? Es imprescindible hacerlo así, ya que es la forma de comprobar que se obtiene la misma masa de productos que la que había de reactivos antes de la reacción.

Practico

pisa

Pregunta 1 De las afirmaciones siguientes, justifica la que des cribe de forma más completa el concepto de radiac tividad: a) Algunos isótopos de ciertos elementos químicos son inestables y sufren transformaciones espontáneas. b) Algunos elementos químicos son inestables y se desintegran emitiendo partículas y energía. c) Ciertos elementos químicos se desintegran de forma espontánea. d) Algunos isótopos de ciertos elementos químicos son inestables, y sufren transformaciones espon táneas en las que emiten partículas y energía. Opción d. Pregunta 2 En la imagen del texto se muestra la desintegración radiactiva del núcleo de un isótopo del uranio, el 235 92U. En estas desintegraciones radiactivas tiene lugar la emisión de partículas α (alfa) y β (beta), además de radiación γ (gamma). De las siguientes características, explica la que describe el elemento obtenido tras este proceso: a) El elemento no cambia, pues solo habrá perdido algunos electrones. b) Se obtiene otro elemento distinto al inicial al per der electrones. c) Se obtiene otro elemento distinto al inicial al cam biar su número de protones. d) El elemento no cambia, aunque habrá perdido al gunos protones de su núcleo. Opción c. Pregunta 3 En los residuos radiactivos de alta actividad que producen las centrales nucleares se encuentran varios elementos radiactivos, como por ejemplo el plutonio-239. La vida media de este isótopo —el tiempo que tarda en reducirse su concentración a la mitad— es de 24 400 años. De acuerdo con este dato, calcula cuánto tardaría en reducirse la cantidad de plutonio-239 a la octava parte de su valor inicial. En 24 400 años se habrá reducido a la mitad. Por tanto, en 48 800 años se ha reducido a la cuarta parte, y en 73 200 años se reducirá a la octava parte de su valor inicial.

131 Actividades trimestrales

Actividades trimestrales

Por cada mol de zinc que reacciona con dos moles de cloruro de hidrógeno se producen un mol de dicloruro de zinc y un mol de hidrógeno. • Reacción 2:

Pregunta 4 Indica en tu cuaderno en qué grado estás de acuerdo o no con las siguientes afirmaciones, considerando una escala del 1 al 4*. a) La radiactividad, aunque peligrosa, es necesaria para mantener nuestra calidad de vida. b) El accidente de Fukushima nos debe hacer reflexio nar sobre la seguridad de las centrales nucleares. *1: Totalmente de acuerdo. 4: Totalmente en desacuerdo.

Respuesta libre. Pregunta 5 La radioterapia es un tratamiento utilizado habitual mente en medicina para combatir ciertos tipos de cáncer. Se basa en el hecho de que la radiactividad destruye células y tejidos, tanto los sanos como los afectados por un proceso canceroso. Las personas sometidas a este tratamiento ven alterada en gran medida su vida cotidiana. Redacta un breve texto sobre las consecuencias que pueden tener estos efectos en las actividades coti dianas de las personas afectadas. Respuesta libre. Pregunta 6 Según se cita en el artículo de prensa sobre el accidente de Fukushima, el nivel de peligrosidad alcanzado se situó en una categoría 4, definida por las siguientes consecuencias de alcance lo cal según la Escala Internacional de Accidentes Nucleares(INES): • Impacto sobre las personas o el medioambiente. Liberación menor de material radiactivo que puede requerir, aunque de forma poco probable, la apli cación de medidas de contraposición. Al menos una muerte por radiación. • Daños en los obstáculos radiológicos y el control. Combustible fundido o dañado y liberación de cantidades significativas de radiación con proba bilidad de exposición pública. Explica qué precauciones crees que deberían adop tarse en un primer momento ante un accidente de este tipo respecto a las personas y al medioambien te. Respecto a las personas, equiparlas de los medios necesa rios para su protección radiológica y proceder a su evacua ción inmediata. Respecto al medioambiente, el aislamiento de la zona y la contención del material radiactivo para evitar su diseminación por el entorno.

Practica

con textos

132 Solucionario

Nanotecnología: trabajando a escala atómica Teniendo en cuenta la escala a la que trabaja la nanotecnología, ¿por qué se dice en el texto que se manipulan los átomos individualmente? Recuerda cuál es el tamaño de un átomo. El tamaño de un átomo es del orden de 10–10 m. Conside rando que, según la escala de múltiplos y submúltiplos del

Sistema Internacional de Unidades un nanómetro equivale a 10–9 m, y que la nanotecnología trabaja en ese orden de magnitud, podemos decir que esta tecnología se aplica a nivel atómico, manipulando los átomos que conforman los materiales. La nanotecnología es una ciencia multidisciplinar. ¿Qué relación puede tener con la Física y la Quími ca? Explícalo redactando un breve párrafo. Considerando que el objetivo de la nanotecnología es dise ñar y producir materiales con nuevas propiedades, y con unas características mejoradas respecto a los materiales actuales que posibilitan nuevas aplicaciones tecnológicas, podemos establecer una relación directa entre esta ciencia multidisciplinar con la Química, partiendo del hecho de que esta última se ocupa del estudio de la materia, siendo uno de sus principales campos de investigación actual la bús queda de nuevos materiales. Por su parte, la Física estudia las propiedades mecánicas de estos materiales y sus posi bles aplicaciones tecnológicas. Observa los porcentajes de la ilustración. ¿Te pare cen unos datos lógicos, considerando las caracte rísticas de los países que aparecen? Coméntalo con tus compañeros y compañeras. Respuesta libre. Fíjate en los extractos anteriores de noticias sobre nanotecnología. ¿En qué campos tiene aplicación esta disciplina científica? La nanotecnología tiene aplicación en muchos campos. Los extractos de noticias que se ilustran muestran, por ejemplo, diversas aplicaciones en campos como el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos o la preservación de la salud. Selecciona alguna de las noticias que aparecen y redacta un par de líneas más, tratando de completar la información. Respuesta libre. Tanto en Internet como en radio, televisión y prensa son abundantes las noticias sobre nanotecnología. ¿Qué papel crees que desempeñan los medios de co municación en relación con la difusión científica? Discútelo con tus compañeros y compañeras. Respuesta libre. ¿De qué elemento químico está hecho el grafeno? ¿A qué material se piensa que puede sustituir y para qué usos? El elemento constituyente del grafeno es el carbono. Da lugar a un material muy fuerte y flexible y que se perfila como el sustituto del silicio para la fabricación de nuevos chips y computadoras, tal y como se apunta en el texto. Resume en un breve párrafo en qué consiste el mé todo de producción de grafeno desarrollado en la Universidad de Illinois y qué ventajas aporta. La obtención del grafeno es un proceso complejo. No obs tante, en la Universidad de Illinois han conseguido desarro llar un proceso que simplifica los existentes hasta el mo mento, consistente en convertir el dióxido de carbono en grafeno quemando magnesio metálico puro en hielo seco.

En el artículo anterior puedes ver reflejado el méto do científico. Identifica las etapas de este método con ayuda de tus compañeros y compañeras en la investigación descrita. Solución: La lectura de este artículo nos muestra varios aspectos clave del método científico. Así, tal y como reco nocen los propios investigadores que han protagonizado el descubrimiento, sus investigaciones estaban dirigidas en otro sentido (producir nanotubos de carbono), pero la ob servación adecuada de los resultados obtenidos en sus ensayos dio lugar este importante avance. Las fases de elaboración y contrastación de sus hipótesis fueron desa rrolladas en sus laboratorios de la Universidad de Illinois, y finalmente, una vez validado el hecho, se elabora un infor me de conclusiones y se difunde a toda la comunidad científica a través de publicaciones especializadas y de divulgación. ¿Qué relación te parece que existe entre la nano tecnología y la obtención del grafeno? Justifícalo basándote en los textos que has leído. La nanotecnología persigue la búsqueda de nuevos mate riales a partir de estructuras atómicas novedosas; el grafe no, por su parte, es un material de reciente desarrollo cuyas excepcionales propiedades y futuras aplicaciones están directamente relacionadas con la estructura de la red bidi mensional de átomos de carbono que lo forman. En conse cuencia, de este modo se establece una relación directa entre grafeno y nanotecnología. Diseña y realiza un esquema en el que aparezcan qué es la nanotecnología, cuáles son algunas de sus aplicaciones y que, como ejemplo, se ilustre con el caso del grafeno. Partiendo de que la nanotecnología es la ciencia multidis ciplinar que se ocupa de la manipulación y desarrollo de nuevos materiales a nivel microscópico para el desarrollo de futuras aplicaciones tecnológicas, se puede indicar que entre sus campos de aplicación se encuentran, por ejemplo, la propia investigación científica, el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos, así como el desarrollo de nue vos materiales conductores o aislantes eléctricos y la fabri cación de microprocesadores (a partir de grafeno) con me jores prestaciones que los actuales. «Los avances científicos abren posibilidades ilimi tadas para el futuro». ¿Estás de acuerdo con esta afirmación? Argumenta tu punto de vista. Respuesta libre.

Practica

con tic

Me planteo la situación ¿Qué ácido es el más utilizado en la industria quími ca? ¿Qué otros ácidos y bases son comunes en los procesos industriales? El ácido más utilizado en la industria química es, con dife rencia, el ácido sulfúrico, que participa en numerosos pro cesos de síntesis química. Otros ácidos relevantes por su importancia industrial son el cloruro de hidrógeno y el ácido nítrico, en la industria de síntesis, además del ácido cítrico y el ácido fosfórico para la industria alimentaria. En cuanto a las bases, destacan el amoníaco, el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio. ¿Qué alimentos tienen propiedades ácidas o bási cas? ¿Qué papel desempeñan los ácidos y las bases como aditivos alimentarios? Ciertos alimentos muestran propiedades ácidas o básicas, resultado de los componentes que los integran. Así, por ejemplo, el zumo de los cítricos, como la naranja, el limón o el pomelo, es ácido, ya que contiene ácido cítrico en su composición, al igual que el vinagre, que contiene ácido acético. Otros alimentos, en cambio, son alcalinos, ya que su pH se sitúa por encima de 7. Es el caso, por ejemplo, de los derivados de la soja. Como aditivos, sirven fundamen talmente para regular la acidez. ¿Qué fluidos de nuestro organismo presentan carac terísticas ácidas o básicas? ¿Cuál es la composición del jugo gástrico y qué relación tiene con la acidez de estómago? ¿Cómo se puede contrarrestar el ex ceso de acidez? En nuestro organismo podemos encontrar algunos fluidos ácidos, como es el caso del sudor o la saliva, y otros alca linos, como es el suero sanguíneo, las lágrimas o la orina, entre otros. El jugo gástrico es un ejemplo de fluido fuerte mente ácido, ya que contiene en su composición cloruro de hidrógeno, que permite la disgregación de los alimentos. En ocasiones, un exceso de este ácido en el estómago provoca hiperacidez, que se puede contrarrestar tomando antiácidos, que son fármacos que contienen una base en su composición para neutralizar el exceso de ácido estomacal. ¿Qué ejemplos de ácidos y bases encontramos en la na turaleza? ¿Son ácidos o básicos los venenos de la abeja y de la avispa? ¿Dónde se encuentra el ácido fórmico? En la naturaleza también es frecuente encontrar sustancias ácidas o alcalinas. Un ejemplo lo constituyen muchos ve nenos de plantas y animales, como es el veneno de la avispa, que es alcalino, o el de la abeja, que es de carácter ácido. Otros ejemplos son las ortigas y las hormigas rojas, que contienen ácido fórmico, sustancia que produce escozor cuando entra en contacto con la piel.

133 Actividades trimestrales

Según se indica por parte de los descubridores de este método, este proceso cuenta entre sus ventajas el ser, además de sencillo, ecológico.

7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos Presentación

de la unidad

1. Un motorista baja por una pendiente. Intenta describir algunas de las fuerzas implicadas en el descenso, se ñalando qué o quién las ejerce y qué efecto producen. En el caso de un motorista que baja por una pendiente, son varias las fuerzas que se pueden citar, como por ejemplo la fuerza que ejerce el motor para que se muevan las ruedas, o la que ejercen las ruedas sobre el suelo, que ocasionan el desplazamiento del vehículo. Otros ejemplos son la fuerza gravitatoria que actúa sobre el conjunto del piloto y su vehículo, o la de rozamiento con el aire, entre otras.

Desarrollo

de la unidad

2. ¿Cuáles son los efectos producidos por las fuerzas? Descríbelos, ilustrando tu respuesta con algunos ejemplos de la vida cotidiana. Las fuerzas pueden producir dos efectos sobre un sistema físico: cambios en su estado de reposo o de movimiento y deformaciones. Así, por ejemplo, si un objeto que se en cuentra en reposo de repente comienza a moverse, se debe a que sobre él actúa una fuerza que provoca dicho movi miento, o si un coche que circula a una cierta velocidad frena, este cambio de su movimiento es debido a una fuerza de rozamiento que tiende a disminuir su velocidad. Por otra parte, cuando modelamos una bola de plastilina, o presionamos una pelota de tenis, la deformación que se produce en ambos casos es debida a la acción de las fuer zas que actúan sobre estos sistemas materiales. 3. Expresa los siguientes valores de fuerza en las uni dades que se indican en cada caso:

5. Escribe ejemplos de fuerzas con las siguientes ca racterísticas: a) Fuerza a distancia de baja intensidad. Son fuerzas a distancia aquellas en las que no hay contacto directo entre los sistemas implicados. Un ejemplo de este tipo de fuerzas es la fuerza gravitatoria. Su intensidad, ade más, no es muy alta, en comparación con las fuerzas electromagnéticas, que siendo también fuerzas a distan cia, son, por lo general, bastante más intensas. b) Fuerza de contacto de alta intensidad. Son ejemplos de fuerzas de contacto de alta intensidad algunas fuer zas de rozamiento. Se ponen de manifiesto cuando entran en contacto dos superficies que deslizan la una sobre la otra, y en ocasiones son tan intensas que se produce gran desprendimiento de energía en forma de calor. 6. Define qué se entiende por fuerza resultante y por composición de fuerzas. ¿Con qué finalidad calcula mos la resultante de varias fuerzas? La fuerza resultante es aquella cuyo efecto es equivalente al de un conjunto de fuerzas que actúan sobre un sistema, es decir, si sustituimos las fuerzas que actúan simultá neamente sobre el sistema por una sola, su resultante, el efecto que tiene lugar es el mismo. La fuerza resultante se determina mediante un procedimien to denominado composición de fuerzas, que, en el caso de dos fuerzas de distinta dirección, se realiza de forma gráfica. Conocer esta resultante es algo muy útil, porque simplifica bastante los cálculos que realizamos para determinar las consecuencias de la acción de las fuerzas sobre el sistema. 7. Halla la resultante en los siguientes casos, indican do su módulo y su sentido:

a) 490 N en kp. b) 30 000 dina en N. c) 10 kp en dinas.

Teniendo en cuenta las correspondientes relaciones de equivalencia entre las unidades de fuerza, según las cuales 1 kp = 9,8 N y 1 N = 105 dina, tendremos: 1 kp a) F = 490 N · = 50 kp 9,8 N

1N b) F = 30 000 dina · 5 = 0,3 N 10 dina c) F = 10 kp ·

9,8 N 10 dina · = 9,8 · 106 dina 1 kp 1N 5

4. Contesta a las siguientes cuestiones:

134 Solucionario

aplicando la fuerza y, en muchos casos, determina los efectos de la fuerza.

a) ¿Por qué representamos las fuerzas mediante fle chas o vectores? El efecto que la acción de una fuerza tiene sobre un sistema no solo depende de la intensidad con que actúa, sino también del punto del sistema en el que se aplique, y de su dirección y sentido. Para poder indicar todos estos aspectos se utilizan los vectores, que mediante flechas nos permiten visualizar de una forma sencilla cómo está actuando una fuerza sobre un sistema. b) ¿Qué es la dirección de una fuerza? La dirección es la línea recta sobre la que se sitúa el vector que repre senta dicha fuerza. c) ¿Qué importancia tiene conocer el punto de apli cación de una fuerza? Es importante porque nos per mite saber el punto exacto del sistema en el que se está

F1 = 20 N

F1= 34 N

F2 = 5 Kp

F 2 = 10 Kp

F3= 6,4 · 106 dina

a) Se trata de dos fuerzas concurrentes de la misma direc ción (horizontal) y sentido contrario, de valores F2 = 5 kp = = 49 N y F1 = 20 N. Tomando como sentido positivo hacia la derecha, el valor de la resultante será: FR = F2 – F1 = 49 N – 20 N = 29 N b) En este caso tenemos tres fuerzas concurrentes, de va lores F2 = 10 kp = 98 N, F1 = 34 N y F3 = 6,4 · 106 dina = = 64 N. Por tanto, tendremos: FR = F2 – F1 – F3 = 98 N – 34 N – 64 N = 0 8. Dibuja una fuerza horizontal y dos direcciones con currentes con ella que formen 60° entre sí. Halla geométricamente las componentes de la fuerza que has trazado en las dos direcciones anteriores. Trazamos un vector que represente una fuerza, y dos líneas que, pasando por su punto de aplicación, formen un ángulo de 60° entre sí. A continuación trazamos sendas paralelas a estas líneas que pasen por el origen de la fuerza inicial, para

F⃗1 F⃗R F⃗2

9. Indica las fuerzas que actúan sobre una maleta que sostenemos y dibújalas esquemáticamente. ¿Existe equilibrio en este ejemplo? Explícalo. Sobre cualquier cuerpo u objeto material actúa la fuerza gravitatoria (o peso) que lo atrae verticalmente hacia la superficie terrestre. Por otra parte, para evitar la caída de la maleta bajo la acción de esta fuerza gravitatoria o peso, se ejerce con la mano sobre ella una fuerza de sustentación, de igual valor pero sentido contrario. En consecuencia, am bas fuerzas se compensan dando lugar a una resultante igual a cero, y la maleta se encuentra en equilibrio.

12. Todo sistema que se desplaza en un intervalo de tiempo posee un cierto valor de velocidad, que será tanto mayor cuanto mayor sea, a su vez, el despla zamiento efectuado por unidad de tiempo. Busca información en Internet para elaborar una tabla com parativa con algunos valores de velocidad de distin tos objetos, personas y animales. Puedes incluir, por ejemplo, el récord olímpico de velocidad en la dis tancia de 100 m, la velocidad máxima de un guepar do y la de un caracol, la que alcanzan un tren de alta velocidad y un trasbordador espacial, o las del soni do y la luz. Expresa estos valores de velocidad tanto en metros por segundo como en kilómetros por hora. v (km/h)

v (m/s)

Récord 100 m lisos

37,5

10,4

Guepardo

115

31,9

Caracol

0,05

0,014

Despegue avión

250

69,4

Sonido (en aire)

1 224

340

1,08 · 109

3 · 108

Luz F1

Peso 10. Define qué es la posición y el desplazamiento de un móvil. ¿Puede ser cero la posición? En caso afirma tivo, indica dónde se encontraría el móvil. En el estudio del movimiento, la posición (x) se define como la distancia a la que se encuentra el móvil respecto al punto fijo que se toma como referencia; si el móvil se en cuentra justo en el punto de referencia, su posición será igual a cero. Por su parte, el desplazamiento (Δx) es la di ferencia entre dos posiciones del móvil en diferentes ins tantes de tiempo (Δx = x2 – x1). 11. Un coche circula por una autovía en línea recta. En el instante t1 = 60 s, se encuentra a 2 km del punto donde se incorporó. Su desplazamiento en los cinco minu tos siguientes es de 8 km. ¿A qué distancia del punto de referencia se encuentra en el instante t2 = 360 s? Disponemos de dos datos de posición, para dos instantes de tiempo. En el instante t1 = 60 s, la posición es x1 = 2 km = = 2 000 m. Cinco minutos después de ese instante inicial, es decir, en el instante t2 = 60 s + 300 s = 360 s, el móvil se ha desplazado 8 km = 8 000 m respecto a la posición anterior. Por tanto, de acuerdo con esto, la posición en ese segundo instante de tiempo será: Δx = x2 – x1 → 8 000 m = x2 – 2 000 m → → x2 = 8 000 m + 2 000 m = 10 000 m. El móvil, en el instante t2 = 360 s, se encuentra a 10 000 m = = 10 km del punto de referencia.

13. Un móvil describe un mru cuya ecuación es x = 30 + + 4t, con las magnitudes dadas en unidades del SI. Calcula: a) Su posición inicial y su velocidad, en m/s y km/h. b) Su posición cuando han transcurrido 6 minutos. c) El desplazamiento que ha realizado entre los 10 y los 40 segundos. d) El tiempo que tarda en alcanzar la distancia de 50 m al punto de referencia. La ecuación de movimiento del móvil es x = 30 + 4t. Tenien do en cuenta que la expresión general de la ecuación del movimiento rectilíneo uniforme es x = x0 + vt, podemos deducir que: a) Su posición inicial es x0 = 30 m. Su velocidad es v = 4 m/s = = 14,4 km /h. b) A los 6 minutos = 360 s, su posición será: x = 30 + 4t = 30 m + 4 m/s · 360 s = 1 470 m c) Para determinar el desplazamiento entre t1 = 10 s y t2 = = 40 s, debemos determinar previamente la posición del móvil en cada uno de esos instantes: Para t1 = 10s → x1 = 30 + 4t = 30 m + 4 m/s · 10 s = = 70 m. Para t2 = 40s → x1 = 30 + 4t = 30 m + 4 m/s · 40 s = = 190 m. El desplazamiento entre ambas posiciones será: Δx = x2 – x1 = 190 m – 70 m = 120 m d) Finalmente, calculamos el instante de tiempo para el cual la posición del móvil es x = 50 m, despejando de la ecua ción anterior: x = 30 + 4t → 50 m = 30 m + 4t 20 m = 4 t → t = 20 m/4 m/s = 5 s. 14. Para un cierto móvil se han medido algunos datos de posición en diferentes instantes de tiempo, recogi dos en esta tabla:

135 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

determinar las componentes de la misma según estas direc ciones. El resultado será el siguiente, en el que las compo nentes de la fuerza F han sido denominadas como F1 y F2:

0 3

Tiempo t (s) Posición x (m)

10 7

20 11

30 15

Representa la gráfica x-t correspondiente e indica si se trata de un mru. En caso afirmativo, calcula su velocidad y escribe su ecuación de posición. La gráfica correspondiente a los datos recopilados es: x (m) 15

x = 10 + 3t + 0,12t 2 → x = 10 m + 3 m/s · 20 s + + 0,12 m/s2 · (20 s)2 = 118 m v = 3 + 0,24t → v = 3 m/s + 0,24 m/s2 · 20 s = 7,8 m/s b) Si sustituimos en la segunda ecuación v = 6 m/s, y des pejamos el tiempo, obtenemos que el instante en que el móvil alcanza esa velocidad es t = 12,5 s. Para saber la posición del móvil en ese instante de tiempo, bastará con sustituir en la primera ecuación: x = 10 + 3t + 0,12t 2 → x = 10 m + 3 m/s · 12,5 s + + 0,12 m/s2 · (12,5 s)2 = 66,25 m

30 t (s)

Se trata de un movimiento uniforme, porque la gráfica de posición frente al tiempo es una línea recta. La posición inicial es x0 = 3 m (la que corresponde al móvil en el instan te t = 0), y la velocidad puede determinarse a partir de dos valores de posición y tiempo, del siguiente modo: x2 – x1 7 m – 3 m 5 m = = = 0,5 m/s t2 – t1 10 s – 0 10 s De acuerdo con esto, la ecuación de posición de este móvil será: x = x0 + vt = 3 + 0,5t vm =

15. Un coche parte del reposo (v0 = 0) en línea recta con una aceleración de 0,4 m/s2. Calcula la velocidad que tendrá al cabo de un minuto. ¿Cuánto tarda en alcanzar los 75,6 km/h? Teniendo en cuenta que, para un movimiento uniformemen te variado, se cumple que v = v0 + at, que la velocidad inicial del móvil es v0 = 0 y su aceleración a = 0,4 m/s2, sería: v = v0 + at = 0 + 0,4t → v = 0,4t En el instante t = 60 s → v = 0,4 m/s2 · 60 s = 24 m/s. Si queremos calcular el instante de tiempo en que la velo cidad del móvil es v = 75,6 km/h = 21 m/s, tendremos que despejar t de la ecuación anterior, obteniendo: v 21 m/s v = 0,4t → t = = = 52,5 s 0,4 0,4 m/s2 16. Un móvil describe un movimiento rectilíneo uniforme mente acelerado. Cuando se encuentra a 10 m del pun to de referencia y circula a 3 m/s, comenzamos a medir el tiempo. Si su aceleración es de 0,24 m/s2, calcula: a) Su posición y su velocidad cuando han transcurri do 20 segundos. b) Su posición cuando su velocidad es de 6 m/s (Nota. Calcula primero el instante de tiempo en el que alcanza la citada velocidad.)

136 Solucionario

a) Sustituyendo para el instante t = 20 s, obtenemos:

En el momento en que comenzamos a contar el tiempo, la posición del móvil es x0 =10 m, su velocidad inicial es v0 = = 3 m/s, y su aceleración 0,24 m/s2. De acuerdo con estos datos, las ecuaciones de posición y velocidad del móvil serán: 1 2 at → x = 10 + 3t + 0,12t 2 2 v = v0 + at → v = 3 + 0,24t

17. Una moto circula a 45 km/h por una avenida recta. En un cierto momento, el motorista ve un semáforo en ámbar y comienza a frenar, con una aceleración de –2 m/s2. ¿Cuánto tarda en detenerse por completo? ¿Qué distancia recorre hasta pararse? En el instante inicial, el motorista tiene una velocidad v0 = = 45 km/h = 12,5 m/s. Si frena con una aceleración igual a –2 m/s2, su ecuación de velocidad será: v = v0 + at → v = 12,5 – 2t Considerando que cuando el motorista se detenga su velo cidad será v = 0, sustituimos en la ecuación y despejamos el tiempo en que ocurre esto: t=

12,5 – v 12,5 m/s – 0 = = 6,25 s 2 2 m/s2

Considerando como punto de referencia el lugar en que comienza a frenar, y que la velocidad inicial del motoris ta es 12,5 m/s, la ecuación de posición de este móvil es x = 12,5t – t 2, y, sustituyendo t = 6,25 s, la distancia que recorre hasta detenerse es 39,1 m. 18. Hemos medido la velocidad en distintos instantes de tiempo para un cierto objeto en movimiento, obte niendo los siguientes datos: 0 1

Tiempo t (s) Velocidad v (m/s)

5 6

10 11

20 21

Construye la gráfica v-t para este móvil e indica ra zonadamente qué tipo de movimiento describe. Cal cula, si es posible, cuánto vale su aceleración. La gráfica v-t de este movimiento es: v (m/s) 20

x = x0 + v0t +

20 t (s)

v2 – v1 6 m/s – 1 m/s 5 m/s = = = 1 m/s2 t2 – t 1 5s–0 5s

19. Una bengala se eleva con una aceleración de 1,5 m/s2. Dibuja la gráfica x-t correspondiente a su movimien to, realizando los cálculos previos necesarios, y halla sobre la gráfica, de forma aproximada, el tiempo que tarda en alcanzar los 100 m de altura. Para dibujar la gráfica x-t del movimiento de esta bengala debemos construir previamente una tabla de valores. Para ello, considerando que la posición inicial de la bengala es cero (x0 = 0), dado que situaremos el punto de referencia en el de lanzamiento, y que su velocidad inicial es cero (v0 = 0), porque parte del reposo, la ecuación de posición de la bengala es: 1 1 x = x0 + v0t + at 2 → x = at 2 → x = 0,75t 2 2 2 Dando valores a t, construimos una tabla de datos x-t como la siguiente: Tiempo t (s)

Posición x (m)

18,75

168,75

Con estos valores construimos la gráfica correspondiente: v (m/s) 200

100

15 t (s)

Aproximadamente, se deduce de la gráfica que el móvil alcanza la posición x = 100 m en el instante t = 11,5 s. Si queremos determinar con exactitud ese instante de tiempo, tendremos que calcularlo a partir de la ecuación anterior, sustituyendo el valor de posición en la misma y despejando el tiempo.

ciencia… más cerca

20. ¿En qué consiste el rozamiento? ¿Cómo influye en un sistema en movimiento? El rozamiento es una fuerza de contacto que se produce cuando desliza una superficie sobre otra, y que se opone al movimiento, por lo que tiende a ocasionar pérdidas de energía y una disminución de la velocidad.

21. Explica cómo puede reducirse el efecto de la fuerza de rozamiento en sistemas mecánicos que integran piezas que giran. Para disminuir el efecto de la fuerza de rozamiento sobre un sistema se puede recurrir, por ejemplo, al uso de roda mientos, o a lubricar las superficies de contacto, disminu yendo de este modo la fricción entre ambas. 22. ¿Qué es el aquaplaning? Investiga en Internet y ex plica qué relación tiene este fenómeno con la fuerza de rozamiento. El aquaplaning consiste en una pérdida de adherencia de los neumáticos de un vehículo (coche, moto, etc.), cuando circula por una carretera mojada o helada. Esta pérdida de adherencia se produce por una disminución considerable de la fuerza de rozamiento entre los neumáticos y la super ficie sobre la que ruedan, produciendo, en consecuencia, el deslizamiento del vehículo y una pérdida de control.

Practica 23. Copia y completa este párrafo en tu cuaderno, susti tuyendo los símbolos  por los términos que faltan: Podemos definir una fuerza como toda causa capaz de producir movimiento o deformación en un sistema material. Tanto el movimiento como la deformación son dos efectos de las fuerzas fácilmente perceptibles en nuestro entorno. Las fuerzas aparecen cuando interac cionan unos cuerpos o sistemas materiales con otros. 24. ¿Cómo se representan las fuerzas? Explica cuáles son las cuatro características de una fuerza. Las fuerzas se representan mediante flechas o vectores, cuyas características son: • Su punto de aplicación, que es el lugar exacto en el que se aplica la fuerza. • La dirección, que es la recta que indica la dirección en que actúa. • El sentido, el cual, dada una dirección, señala hacia donde apunta la fuerza. • Su módulo o intensidad, que es el valor de la fuerza. 25. Ordena de menor a mayor las siguientes fuerzas: F1 = = 60 N, F2 = 590 000 dina, F3 = 5,5 kp, F4 = 58 N. Recuer da que, para realizar la comparación, debes expre sar todas las fuerzas anteriores en las mismas unidades. Realiza los cambios de unidades que co rrespondan, teniendo en cuenta que: 1 N = 105 dina; 1 kp = 9,8 N. Tenemos que: F1 = 60 N; F2 = 590 000 dina = 5,9 N; F3 = = 5,5 kp = 53,9 N; F4 = 58 N. De acuerdo con esto, podemos escribir que: F1 > F4 > F3 > F2. 26. ¿Qué criterio se utiliza para clasificar las fuerzas? Indica qué tipos de fuerzas existen, señalando un ejemplo de cada uno de ellos. Uno de los criterios que se utilizan para clasificar las fuerzas consiste en diferenciar entre fuerzas de contacto y fuerzas a distancia, según haya o no contacto directo entre los sis temas que interaccionan. De este modo, son fuerzas de contacto aquellas que se ejercen entre sistemas materiales que están en contacto, como una persona que empuja una mesa. En cambio, son fuerzas a distancia las que actúan

137 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

Como la dependencia entre la velocidad y el tiempo es lineal, es decir, la gráfica v-t es una línea recta, se trata de un movimiento uniformemente acelerado. El valor de la acele ración puede calcularse como la pendiente de esta gráfica, a partir de dos valores de velocidad y tiempo de los que aparecen representados. Tomamos, por ejemplo, los dos pri meros valores, y obtenemos:

entre sistemas materiales sin que haya un contacto entre ellos, como un imán que atrae unas limaduras de hierro.

y 5 N, y la tercera es de sentido contrario y módulo 8 · 106 dina.

27. Explica cómo se miden las fuerzas y d escribe el instru mento de medida que se utiliza para ello. ¿En qué efec to de las fuerzas se fundamenta dicho instrumento?

a) Son dos fuerzas concurrentes, F1 = 60 N y F2 = 18 kp = = 176,4 N, de la misma dirección y sentido. La resultante de ambas será:

Las fuerzas se miden con un dinamómetro, instrumento equi pado con un muelle y una escala graduada. Al ejercer una fuerza sobre el muelle, este se deforma estirándose. Midien do el estiramiento sobre la escala graduada, se hace corres ponder el valor de la fuerza con el alargamiento producido. 28. Unas fuerzas muy importantes en la naturaleza son las fuerzas nucleares —fuertes y débiles— que ac túan a nivel microscópico. Busca información en li bros o en Internet y redacta un breve párrafo sobre las citadas fuerzas. Las fuerzas nucleares, clasificadas en fuertes y débiles, son fuerzas muy intensas y de corto alcance que actúan mante niendo unidas las partículas que integran el núcleo atómico. Su naturaleza es muy compleja, y solo pueden estudiarse con ayuda de la mecánica cuántica, ya que, a nivel subató mico, no son válidas las ecuaciones que se utilizan para las fuerzas que actúan sobre cuerpos macroscópicos. 29. Identifica y clasifica las fuerzas que intervienen en las siguientes situaciones cotidianas: a) Un imán atrae a los objetos de hierro. Actúa la fuerza magnética ejercida por el imán sobre las limaduras de hierro. Es una fuerza a distancia. b) Una saltadora de trampolín realiza un salto acro bático. La saltadora cae libremente hacia la piscina atraído por la fuerza de la gravedad o peso. Es una fuerza a distancia. c) Un boxeador golpea el saco. El boxeador ejerce una fuerza de contacto sobre el saco, al golpearlo. d) Un alfarero moldea un trozo de arcilla. El alfarero da forma a la arcilla ejerciendo sobre ella una fuerza de contacto al presionar con sus manos.

FR = F1 + F2 = 60 N + 176,4 N = 236,4 N. F1 = 60 N

b) En este caso, las fuerzas F1 = 10 N y F2 = 5 N, son concu rrentes de la misma dirección y sentido, mientras que la fuerza F3 = 8 · 106 dina = 80 N, es de sentido contrario. La fuerza resultante será: FR = F3 + F1 – F2 = 80 N + 10 N – 5 N = 65 N. F1 = 10 N

138 Solucionario

31. Halla la resultante en cada caso, realizando además un dibujo aproximado: a) Dos fuerzas concurrentes con la misma dirección y sentido de 60 N y 18 kp. b) Tres fuerzas concurrentes, de las cuales dos tie nen iguales dirección y sentido y módulos de 10 N

F3 = 80 N

F2 = 5 N

32. ¿Qué fuerza mínima debemos realizar para subir un cubo con agua que pesa 150 N? ¿Y si le añadimos un litro más de agua, que pesa 1 kp? Representa esque máticamente la situación utilizando vectores. Para elevar un cubo de agua que pesa 150 N debemos rea lizar una fuerza de la misma intensidad, pero de sentido contrario a este peso. En el caso de que le añadamos un litro de agua que incremente su peso en 1 kp = 9,8 N, la fuerza mínima para elevarlo en estas condiciones será de 164,8 N. F⃗

30. Define los siguientes términos: fuerzas concurren tes; composición de fuerzas; equilibrio; componentes de una fuerza. Fuerzas concurrentes: son fuerzas que tienen el mismo punto de aplicación. Composición de fuerzas: procedimiento que permite obtener el valor de una fuerza resultante a partir de varias fuerzas dadas. Equilibrio: estado en el que se encuentra un sistema en reposo para el cual todas las fuerzas que actúan sobre el mismo se encuentran compensadas, dando una resultante igual a cero. Componentes de una fuerza: fuerzas que se obtienen al descomponer una fuerza dada según dos direcciones deter minadas.

F2 = 176,4 N

Peso 33. Copia en tu cuaderno estos pares de fuerzas concu rrentes y halla la resultante por el procedimiento gráfico: a)

b) F⃗1

F⃗1

F⃗2

La resultante, determinada mediante el procedimiento gráfico, vendrá dada por la diagonal del paralelogramo que forman ambas fuerzas, en cada caso: a) F⃗1

F⃗R

F⃗2

b) F⃗1

F⃗R

F⃗2

34. ¿En qué consiste la descomposición de una fuerza? Copia en tu cuaderno la siguiente fuerza y realiza su descomposición en las dos direcciones, horizontal y vertical, indicadas: y

36. Una fuerza de módulo desconocido tiene dos compo nentes perpendiculares entre sí, cuyos módulos son 12 y 15 N. Representa la situación gráficamente me diante vectores y calcula el módulo de esta fuerza a partir del valor de sus componentes. Cuando se trata de dos fuerzas perpendiculares, el módulo de la resultante puede calcularse aplicando el teorema de Pitágoras, del siguiente modo:

La descomposición de fuerzas consiste en obtener dos fuerzas o componentes a partir de una sola, según dos di recciones dadas, que normalmente vienen dadas por las de los ejes de un sistema de coordenadas. Para obtener dichas componentes se sitúa el punto de aplicación de la fuerza en el origen de coordenadas y se trazan paralelas por su vértice que cortan a ambos ejes, obteniendo dos compo nentes, una horizontal y otra vertical, como se observa en el siguiente dibujo: y

⃗F F⃗y x

F⃗x

35. Describe dos situaciones cotidianas en las que exis ta equilibrio de fuerzas, representando mediante vec tores las fuerzas que actúan en cada una de ellas. Una situación de equilibro es la de un objeto que se encuen tra en reposo sobre una mesa. Podría ser el caso, por ejemplo, de un jarrón, sobre el cual actúan dos fuerzas del mismo valor y de sentido contrario, una dada por su peso o atracción gravitatoria, y otra por la fuerza de sustentación que la mesa ejerce sobre el jarrón, impidiendo que caiga. Otra situación de equilibrio viene dada por un arquero que ha tensado su arco, y se encuentra preparado para realizar el lanzamiento de la flecha, sobre la cual actúan dos fuerzas del mismo valor y de sentido contrario, una que ejerce el arquero tensando su arco, y otra que ejerce el arco tendien do a recuperar su forma original.

Fy = 12 N

F⃗R

Fx = 15 N

F = √F x2 + F y2 = √(15 N)2 + (12 N)2 = 19,21 N 37. ¿Cómo definimos el estado de reposo o movimiento de un sistema? Ilustra con algún ejemplo el concep to de punto de referencia. El estado de reposo o de movimiento de un sistema se es tablece en función de un sistema de referencia, que nor malmente viene dado por un punto fijo e invariable al cual se refiere la posición del móvil. Si en diferentes instantes de tiempo la posición de móvil respecto al punto de refe rencia es la misma y no cambia, decimos que se encuentra en reposo; en cambio, si varía la posición del móvil con el tiempo, se encuentra en movimiento. 38. ¿Qué es la velocidad media de un móvil? Escribe la fórmula mediante la que se calcula y justifica las unidades en las que se mide. La velocidad media (vm) de un móvil se define como el cociente entre el desplazamiento que ha efectuado y el tiempo invertido en dicho desplazamiento. Se trata de una magnitud derivada, que se mide en metros por segundo (m/s) en el Sistema Internacional, ya que se calcula como el cociente entre una distancia (desplazamiento) y el tiem po. La fórmula para el cálculo de la velocidad media, según la definición anterior, es la siguiente: vm =

x2 – x1 Δx = t2 – t1 Δt

39. Realiza las siguientes conversiones de unidades de velocidad, según se indica: a) 5 m/s; exprésala en km/h. v1 = 5 m/s = 18 km/h. b) 30 cm/min; exprésala en m/s. v2 = 30 cm/min = 0,005 m/s. c) 90 km/h; indícala en m/s. v3 = 90 km/h = 25 m/s.

F⃗

Peso

F⃗1

F⃗elástica

40. Explica la diferencia entre estos conceptos relativos al movimiento, aportando algún ejemplo aclaratorio: a) Desplazamiento y posición. b) Tiempo e intervalo de tiempo. c) Velocidad media y velocidad instantánea. d) Trayectoria y desplazamiento. a) La posición es el lugar en que se encuentra el móvil con respecto al punto de referencia (una persona que se encuentra a 2 m de una esquina), mientras que el des plazamiento es la diferencia entre dos posiciones del móvil en dos instantes de tiempo diferentes (si esa per sona se mueve a una posición a 5 m de la esquina, se habrá desplazado 3 m desde la posición anterior).

139 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

⃗F

b) El instante de tiempo es el que marca en cada momento el aparato de medida (por ejemplo, 1 minuto y 20 segundos), mientras que el intervalo de tiempo es la diferencia en tre dos instantes de tiempo (si ahora el cronómetro marca 1 minuto y 30 segundos, habrá transcurrido un intervalo de tiempo de 10 segundos desde el instante anterior). c) La velocidad instantánea es la que tiene el móvil en cada instante, mientras que la velocidad media es la que se calcula como el cociente entre el desplazamiento y el intervalo de tiempo. No tienen por qué coincidir, como ocurre con un vehículo que circula por una carretera, que en diferentes tramos circula a distintas velocidades. d) El desplazamiento es la diferencia entre dos posiciones, como ya se ha indicado anteriormente, mientras que la trayectoria es la línea que describe el recorrido seguido por el móvil durante su movimiento. La trayectoria en los casos más simples es rectilínea. En casos más complejos, puede ser curvilínea o circular. 41. Un objeto se encuentra a 15 m del punto de referen cia en el instante t = 3 s. Transcurridos 10 s, su des plazamiento ha sido de 25 m. a) Calcula la posición del móvil en el instante t = 13 s. Si en el instante t1 = 3 s se encuentra en la posición x1 = = 15 m, y se ha desplazado 25 m, en el instante t2 = 13 s su posición será: Δx = x2 – x1 → 25 m = x2 – 15 m → → x2 = 25 m + 15 m = 40 m. b) Calcula su velocidad media en el intervalo de tiempo considerado. Exprésala también en km/h. En este intervalo de tiempo (Δt = t2 – t1 = 10 s), la velo cidad del móvil vendrá dada por el cociente entre el desplazamiento (Δx = 25 m) y el intervalo de tiempo, resultando ser de vm = 2,5 m/s = 9 km/h. 42. Calcula la velocidad media (en m/s y km/h) de los siguientes móviles a partir de los datos que se indi can: a) Se desplaza 324 m en 4 minutos y medio. Para Δx = = 324 m y Δt = 4,5 min = 270 s, vm = 1,2 m/s = 4,32 km/h. b) Recorre 12,4 km en media hora. Para Δx = 12,4 km y Δt = 0,5 h, vm = 24,8 km/h = 6,9 m/s. c) Se aleja 180 m del punto de referencia en 12 s. Para Δx = 180 m y Δt = 12 s, vm = 15 m/s = 54 km/h. 43. Un coche de pruebas ha tardado 22 minutos y 40 se gundos en completar un circuito especial. Si su ve locidad media ha sido de 162 km/h, ¿qué longitud total tiene el circuito? Considerando que la velocidad media del coche ha sido de 162 km/h = 45 m/s, y que ha invertido un tiempo de 22 mi nutos y 40 segundos en completar la prueba, es decir, un intervalo de tiempo de 1 360 segundos, el desplazamiento total de este vehículo será:

140 Solucionario

vm =

x2 – x1 Δx = → Δx = vm · Δt = 45 m/s · 1 360 s = t2 – t1 Δt = 61 200 m = 61,2 km

44. Un tren de alta velocidad es capaz de desarrollar una velocidad máxima de 320 km/h. ¿Cuál sería el tiempo mínimo que invertiría uno de estos trenes en cubrir un trayecto de 400 km?

Si la velocidad media del tren es de 320 km/h, y cubre un trayecto de 400 km, el tiempo invertido en ello será: vm =

x2 – x1 Δx Δx 400 km = → Δx = = = 1,25 h = 1 h 15' t2 – t1 Δt vm 320 km/h

45. Define a qué llamamos movimiento rectilíneo unifor me y deduce su ecuación de posición a partir de la fórmula de la velocidad media, explicando qué sig nificado y unidades tienen cada una de las magnitu des que aparecen. Un movimiento rectilíneo uniforme es aquel en el que la trayectoria es una línea recta y la velocidad del móvil es constante, es decir, no varía con el tiempo. La expresión general de la ecuación de un movimiento de este tipo puede obtenerse a partir de la definición de velocidad media, considerando el instante inicial t0 igual a cero: vm =

x – x0 x – x0 → Si t0 = 0 → v = → vt = x – x0 → t – t0 t → x = x0 + vt

En esta ecuación: • x es la posición del móvil (en unidades de longitud, por ejemplo metros). • xo es la posición inicial (cuando t = 0). • v es la velocidad del móvil (en m/s). • t es el tiempo (en s). 46. Un móvil recorre 13,5 km en 1 hora y cuarto; continúa su movimiento y se desplaza 180 m en 1 minuto y me dio. ¿Describe un movimiento uniforme? Justifica tu respuesta, realizando los cálculos necesarios. Para saber si el movimiento es uniforme, debemos calcular la velocidad de este móvil en cada uno de los tramos indi cados: Δx 13 500 m v1 = = = 3 m/s Δt 4 500 s Δx 180 m v2 = = = 2 m/s Δt 90 s En el primer tramo, el móvil se desplaza a una velocidad de 3 m/s, mientras que en el segundo tramo su velocidad ha disminuido a 2 m/s. Por tanto, no se trata de un movimien to uniforme en su conjunto. 47. La posición de una bola es función del tiempo de acuerdo con la expresión x = 16 + 5t, con las magni tudes dadas en unidades del Sistema Internacional. Calcula: a) La posición de la bola al cabo de 2 minutos. Si la ecuación de movimiento de la bola es x = 16 + 5t, pode mos calcular la posición de la bola para t = 2 min = 120 s, sin más que sustituir en la misma: x = 16 m + 5 m/s · 120 s = 616 m. b) El tiempo que tarda en alcanzar la posición x = 300 m. Si queremos calcular el instante de tiempo en que la posición de la bola es x = 300 m, sustituimos en la ecua ción y despejamos: 300 m = 16 m + 5 m/s · t → t = 284 m/5 m/s = 56,8 s c) El desplazamiento de la bola entre los instantes t1 = 10 s y t2 = 50 s. Para determinar el desplazamiento entre t1 = 10 s y t2 = 50 s, debemos determinar previamen te la posición del móvil en cada uno de esos instantes:

Para t2 = 50s → x1 = 16 + 5t = 16 m + 5 m/s · 50 s = = 266 m. El desplazamiento entre ambas posiciones será: Δx = x2 – x1 = 266 m – 66 m = 200 m. 48. Una lata de guisantes pasa por una cinta transporta dora, con una velocidad tal que recorre 12 metros en 10 segundos. Si cuando comenzamos a medir el tiempo se encuentra a 2 m de la cabecera de la cinta, escribe su ecuación de posición tomando como re ferencia ese punto y calcula cuánto tarda en llegar a la máquina, que está a 50 m del comienzo de la cinta. Para poder escribir la ecuación de movimiento de la lata, partiendo del hecho de que se desplaza con un movimiento rectilíneo uniforme, debemos disponer de dos datos, como son su posición inicial (x0 = 2 m, en este caso), y su velocidad. Por tanto, comenzamos determinando la velocidad de la lata, sabiendo que recorre 12 m en 10 segundos. Δx 12 m v1 = = = 1,2 m/s Δt 10 s De acuerdo con estos datos, la ecuación de movimiento será: x = x0 + vt → x = 2 + 1,2t. Si queremos calcular el instante de tiempo para el cual la lata se encontrará en la posición x = 50 m, bastará con sustituir en la ecuación anterior, y despejar: 50 m = 2 m + 1,2 m/s · t → 50 m – 2 m = 1,2 m/s · t → → t = 48 m / 1,2 m/s = 40 s. 49. Para determinar la ecuación de posición de un móvil que describe un movimiento rectilíneo uniforme he mos medido su posición con respecto al punto de referencia en dos instantes de tiempo diferentes. Para t = 3 s, dicha posición es de 10 m a la derecha del punto de referencia; para t = 9 s, se encuentra a 25 m a la derecha del punto. a) Determina la velocidad del móvil. Con los datos de posición y tiempo de que disponemos podemos calcular la velocidad media de este móvil: Para t1 = 3 s → x1 = 10 m; Para t2 = 9 s → x2 = 25 m Δx x2 – x1 25 m – 10 m 15 m vm = = = = = 2,5 m/s Δt t2 – t1 9s–3s 6s b) Escribe su ecuación de posición hallando antes su posición inicial. La velocidad es igual a 2,5 m/s, y en el instante inicial el móvil se encontraba a 2,5 m del punto de referencia (para calcular la posición inicial, igualamos 10 = x0 + 2,5 · 3 y despejamos). Teniendo en cuenta que el movimiento es rectilíneo y uniforme, su ecuación de posición será: x = x0 + vt → x = 2,5 + 2,5t c) Calcula a qué distancia del punto de referencia se encontrará al cabo de 5 minutos. Con esta ecuación de posición, calculamos la posición del móvil en el ins tante t = 5 min = 300 s: x = 2,5 m + 2,5 m/s · 300 s = 752,5 m 50. Un objeto describe un movimiento rectilíneo unifor me. La siguiente tabla muestra los valores de la po sición que ocupa en distintos instantes de tiempo:

t (s)

x (m)

—

a) Completa la tabla en tu cuaderno con los valores de posición que faltan. El móvil describe un movimien to rectilíneo uniforme, con velocidad constante. A partir de los datos que se indican para los dos primeros instan tes de tiempo, se observa que en un intervalo de tiempo de 5 s, su desplazamiento ha sido de 3 m. De acuerdo con esto, los valores que faltan son: t (s)

x (m)

b) ¿Cuál es la posición inicial del móvil? La posición inicial del móvil es aquella en la que se encuentra en el instante en que comenzamos a contar el tiempo. De acuerdo con los datos proporcionados, en este caso, x0 = 12 m. c) Calcula su velocidad en m/s y km/h. Su velocidad puede calcularse a partir de dos valores de posición y tiempo. Para t1 = 0 s → x1 = 12 m, para t2 = 5 s → x2 = 15 m vm =

Δx x2 – x1 15 m – 12 m 3 m = = = = 0,6 m/s = Δt t2 – t1 5s–0s 5s = 2,16 km/h

d) Representa gráficamente los datos de la tabla. Si representamos gráficamente los datos de posición frente al tiempo para este móvil, obtenemos una línea recta, como corresponde a un movimiento rectilíneo uniforme. La pendiente de esta gráfica es el valor de la velocidad, y su ordenada en el origen la posición inicial del móvil: x (m) 30

30 t (s)

51. La gráfica x-t de un móvil es la siguiente: x (m) 60 40 20 5

t (s)

a) ¿Qué tipo de movimiento describe? Explícalo. Se trata de un movimiento rectilíneo uniforme, dado que la gráfica de posición frente al tiempo es una línea recta. b) Calcula la velocidad del móvil y su posición inicial. La posición inicial del móvil viene dada por el punto de

141 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

Para t1 = 10s → x1 = 16 + 5t = 16 m + 5 m/s · 10 s = = 66 m.

corte con el eje de ordenadas. De acuerdo con esto, po demos decir que x0 = 20 m. Su velocidad puede calcular se a partir de dos valores de posición y tiempo. En este caso, tenemos que: Para t0 = 0 s → x0 = 20 m, para t1 = 10 s → x1 = 60 m Δx x1 – x0 60 m – 20 m 40 m = = = = 4 m/s Δt t1 – t0 10 s – 0 s 10 s c) Escribe la ecuación de posición del móvil. Si su velocidad es igual a 4 m/s, y en el instante inicial el móvil se encontraba a 20 m del punto de referencia, tenien do en cuenta que el movimiento es rectilíneo y uniforme, su ecuación de movimiento será:

Se define la aceleración media (am) en un movimiento variado, es decir, cuya velocidad no es constante, como el cociente entre la variación de la velocidad y el intervalo de tiempo en el que tiene lugar esa variación. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el m/s2, y puede calcularse del siguiente modo:

vm =

x = x0 + vt → x = 20 + 4t 52. Una marca de automóviles está probando dos prototi pos, A y B. En una prueba de velocidad máxima, el ren dimiento de ambos fue el que aparece en la gráfica: A

600

En un instante t1 = 8 s, la velocidad del móvil es v1 = 6 m/s. Transcurridos 32 segundos, en el instante t2 = 40 s, la velo cidad es v2 = 86,4 km/h = 24 m/s. De acuerdo con estos datos, la aceleración será:

400 300 200 100 5

t (s)

a) ¿Qué prototipo mantuvo una velocidad mayor? La velocidad del prototipo A fue mayor, ya que esta magni tud viene dada por la pendiente de la representación gráfica de los datos de posición frente al tiempo. b) ¿Cuál fue la posición inicial en ambos casos? ¿Qué distancia recorrieron? En ambos casos, la posición inicial del movimiento fue x0 = 200 m, dada por el punto de corte con el eje de ordenadas. La distancia recorrida por cada uno de los prototipos vendrá dada por el desplazamiento desde la posición inicial (x0 = 200 m), hasta la posición alcanzada en el instante t = 10s. Prototipo A: Δx = x – x0 = 650 m – 200 m = 450 m Prototipo B: Δx = x – x0 = 500 m – 200 m = 300 m c) Escribe las ecuaciones de posición de los vehículos. Para escribir las ecuaciones de posición de estos vehícu los necesitamos calcular previamente su velocidad media: Δx 450 m Prototipo A: vm = = = 45 m/s Δt 10 m Prototipo B: vm =

Δv v2 – v1 24 m – 6 m = = = 0,56 m/s2 Δt t2 – t1 40 s – 8 s

55. Un coche describe un movimiento rectilíneo unifor memente acelerado. Partiendo de una velocidad ini cial de 3 m/s, alcanza los 15 m/s en 8 segundos. Calcula:

500

Δv v2 – v1 = Δt t2 – t1

54. Un objeto lleva una velocidad de 6 m/s cuando t = 8 s. Al cabo de 32 segundos, su velocidad es de 86,4 km/h. Calcula su aceleración media en este intervalo de tiempo.

am =

x (m) 700

Δx 300 m = = 30 m/s Δt 10 m

De acuerdo con estos datos de velocidad, y teniendo en cuenta que la posición inicial es para ambos igual a 200 m, las ecuaciones de posición serán:

142 Solucionario

am =

Prototipo A: x = x0 + vt → x = 200 + 45t Prototipo B: x = x0 + vt → x = 200 + 30t 53. ¿Cómo se define la aceleración media de un móvil? Indica cómo se calcula, en qué unidad se mide en el Sistema Internacional y qué significado tiene su signo.

a) La aceleración del coche. La velocidad de este coche se ha incrementado desde los 3 m/s hasta los 15 m/s (Δv = 15 m/s – 3 m/s = 12 m/s) en un intervalo de tiempo Δt = 8 s. Según esto, la aceleración será: am =

Δv 12 m/s = = 1,5 m/s2 Δt 8s

b) Su velocidad cuando han transcurrido 15 segundos. Con el dato de velocidad inicial (v0 = 3 m/s), y de acele ración que acabamos de calcular, podemos escribir la ecuación de velocidad de este móvil: v = v0 + at → v = 3 + 1,5t Para calcular la velocidad del móvil en el instante t = 15 s, sustituimos en esta ecuación: v = 3 + 1,5t = 3 m/s + 1,5 m/s2 · 15 s = 25,5 m/s c) El tiempo que tardaría en alcanzar una velocidad de 20 m/s. Del mismo modo, si queremos saber el instante de tiem po en que el móvil alcanza una velocidad de 20 m/s, sustituimos en la ecuación anterior y despejamos: v = 3 + 1,5t → 20 m/s = 3 m/s + 1,5 m/s2 · t → →t=

20 m – 3 m = 11,3 s 1,5 m/s2

56. Un lápiz tarda 1 segundo en caer desde una estante ría. Calcula la velocidad con que llega al suelo, sa biendo que ha partido del reposo. Recuerda que los cuerpos que caen libremente, como este lápiz, des criben un movimiento uniformemente variado, cuya aceleración viene dada por el valor de la gravedad terrestre: a = g = 9,8 m/s2. La caída libre es un caso particular de movimiento unifor memente variado, en el cual la aceleración es igual al valor de la gravedad (a = g = 9,8 m/s2). Teniendo en cuenta que el lápiz parte del reposo (v0 = 0), y que su aceleración es la

v = v0 + at → v = 0 + 9,8t → v = 9,8t Como el lápiz tarda 1 s en alcanzar el suelo, podemos cal cular la velocidad con que llega a ese punto sin más que sustituir en la ecuación anterior: v = 9,8t = 9,8 m/s2 · 1 s = 9,8 m/s. 57. Un tren circula a 144 km/h. Debido a la proximidad de una curva peligrosa, debe frenar hasta alcanzar los 24 m/s en un máximo de 20 segundos. Calcula: a) La aceleración de frenado que debe aplicarse. El tren que circula a una velocidad v0 = 144 km/h = 40 m/s, frena en un intervalo de tiempo Δt = 20 s hasta alcanzar una velocidad v1 = 24 m/s. Su aceleración de frenada habrá sido: Δv v1 – v0 24 m – 40 m am = = = = –0,8 m/s2 Δt t1 – t0 20 s b) La distancia que recorre desde que empieza a frenar hasta que alcanza la velocidad deseada. Para calcular la distancia recorrida por el tren durante la frenada, consideramos que el punto de referencia se encuentra situado en el lugar en que comienza a frenar, por lo que x0 = 0, y que su velocidad inicial es la que tenía en ese momento v0 = 144 km/h = 40 m/s. De acuerdo con esto, y con el valor de aceleración calculado, escribimos la ecuación de posición de este tren: 1 x = x0 + v0t + at 2 → x = 40t – 0,4t 2 2 Sustituyendo en esta ecuación para t = 20 s (tiempo que invierte en la frenada), calculamos la posición respecto al punto en que comienza a frenar, es decir, la distancia recorrida en esta acción: x = 40t – 0,4t 2 → x = 40 m/s · 20 s – 0,4 m/s2 · (20 s)2 = = 640 m

59. Los datos de velocidad en distintos instantes de tiempo para un móvil son los que aparecen en la si guiente tabla: 0 2

t (s) v (m/s)

2 4 6 8 10 12 t (s)

No se trata de un movimiento uniformemente variado, ya que la gráfica no es una línea recta. 60. Un coche de carreras puede acelerar de 0 a 99 km/h en 3 s. Escribe la ecuación de velocidad de uno de estos coches, suponiendo que parte del reposo, y representa su gráfica v-t, obteniendo antes una tabla de valores. El coche alcanza una velocidad v = 99 km/h = 27,5 m/s partiendo del reposo en un tiempo de 3 s. De acuerdo con esto, su aceleración es 9,2 m/s2, y su ecuación de velocidad, v = 9,2t. Sustituyendo diferentes valores de tiempo en esta ecuación, podemos construir una tabla de valores y obtener la gráfica de velocidad, que será una línea recta, como corresponde a un movimiento uniformemente acelerado. 0 0

t (s) v (m/s)

a) Razona qué tipo de movimiento describe el móvil. Este móvil describe un movimiento uniformemente variado, dado que la dependencia de la posición con el tiempo es cua drática (x-t 2), y que existe una ecuación de velocidad que indica que esta magnitud varía linealmente con el tiempo. El movimiento es retardado, porque el valor de la acelera ción que se deduce de estas ecuaciones es negativo. b) Calcula la posición inicial, la aceleración y la velocidad inicial correspondientes. Las magnitudes indicadas para este móvil son:

40 30

v = 4 – 2t → 0 = 4 m/s – 2 m/s2 · t → t = 2 s La posición en ese instante será: x = 2 + 4t – t 2 → → x = 2 m + 4 m/s · 2 s – 1 m/s2 · (2s)2 = 6 m

12 20

v (m/s)

x (m) 60 50

c) Halla el instante de tiempo en el cual el objeto se detiene y su posición en ese momento. El instante de tiempo en que el objeto se detiene viene dado por el valor que se deduce de la primera ecuación, consideran do que en ese momento v = 0:

7 13

Construye la gráfica v-t y razona sobre ella si se trata de un movimiento rectilíneo uniformemente variado. La gráfica de velocidad frente al tiempo para este movi miento es:

58. El movimiento de un objeto viene descrito por las siguientes ecuaciones de velocidad y posición: v = 4 – 2t x = 2 + 4t – t 2.

x0 = 2 m; v0 = 4 m/s; a = –2 m/s2.

3 7

1 9,2

2 3 4 18,4 27,5 36,8

5 46

6 55,2

20 10 1

6 t (s)

61. Un objeto describe un movimiento rectilíneo unifor memente retardado, con una aceleración de frenado de –2 m/s2. Al comenzar a medir el tiempo, su veloci dad era de 10 m/s y se encontraba en el punto de re ferencia. a) Escribe sus ecuaciones de velocidad y posición. Teniendo en cuenta que en el instante inicial (t0 = 0), la posición del móvil es x0 = 0, dado que se encuentra en el punto de referencia, su velocidad inicial es v0 = 10 m/s, y que este objeto se mueve con una aceleración a = = –2 m/s2, sus ecuaciones de posición y velocidad serán: 1 x = x0 + v0t + at 2 → x = 10t – t 2 2 v = v0 + at → v = 10 – 2t

143 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

de la gravedad, podemos escribir su ecuación de velocidad del siguiente modo:

b) Construye las gráficas v-t y x-t correspondientes. Para representar las gráficas de posición y de velocidad frente al tiempo, necesitamos construir tablas de valores, que obtendremos sustituyendo en las ecuaciones ante riores para distintos instantes de tiempo: t (s)

x (m)

v (m/s)

x (m)

pejamos de esta ecuación y obtenemos el tiempo que in vierte en recorrer este segundo tramo, obteniendo t = 7,76 s. Considerando el tiempo invertido en ambos tramos, el pa racaidista habrá invertido en total 17,76 segundos en su descenso. 63. Una bola se lanza verticalmente con una velocidad inicial de 5 m/s. Teniendo en cuenta que describe un movimiento rectilíneo uniformemente retardado, en el cual a = –g = –9,8 m/s2, calcula cuánto tarda en alcanzar la altura máxima y cuál es esa altura. (Nota: en ese instante la bola se halla en reposo.) Como la bola asciende con un movimiento uniformemente retardado, en el cual la aceleración es a = –g = –9,8 m/s2, y su velocidad inicial de lanzamiento es v0 = 5 m/s, la ecua ción de velocidad de esta bola es:

v = v0 + at → v = 5 – 9,8t 10

5 t (s)

v (m) 10 8 6

x = 5t – 4,9t 2 → x = 5m/s · 0,51 s – 4,9 m/s2 · (0,51 s)2 = = 1,28 m

La bola, en su ascenso, alcanza una altura máxima de 1,28 m. 64. La gráfica v-t de un móvil entre los instantes de tiem po t1 = 0 s y t = 30 s es la siguiente:

2 1

5 t (s)

c) Halla, sobre la gráfica v-t, el tiempo que tarda el objeto en detenerse. De acuerdo con la gráfica de velocidad, el objeto se detiene en el instante t = 5 s, es decir, a los 5 segundos de comenzar a frenar. 62. Una paracaidista salta desde una avioneta. Durante 10 s se encuentra en caída libre. En ese instante abre el paracaídas y cae con velocidad constante. Calcu la cuánto tarda en llegar al suelo si la avioneta vola ba a 1 250 m de altura cuando se produjo el salto.

144 Solucionario

Sustituyendo en esta ecuación el valor de v = 0, que se corresponde con la velocidad en el punto más alto que al canzará, ya que en ese punto se detiene, se obtiene un valor de tiempo igual a 0,51 s. Por tanto, la bola está ascen diendo durante 0,51 s hasta detenerse. La altura que alcanza viene dada por su posición en ese instante. Para determinarla, escribimos la ecuación de po sición de este movimiento, y sustituimos este valor de 0,51 s en la misma:

El paracaidista realiza dos movimientos, uno de caída libre durante 10 segundos, con una aceleración igual al valor de la gravedad (a = g = 9,8 m/s2), y otro posterior uniforme, con velocidad constante. En el primer movimiento de caída libre, la ecuación de po sición es x = 4,9 t 2, y su ecuación de velocidad, v = 9,8t. Sustituyendo el valor t = 10 s en ambas ecuaciones, obte nemos que la posición del paracaidista respecto al avión es x = 49 m/s2 · (10 s)2 = 490 m, es decir, ya ha descendido 490 m en ese tiempo, y su velocidad es v = 9,8 m/s2 · 10 s = = 98 m/s. A partir de ese momento, el paracaidista desciende con movimiento uniforme, con una velocidad v = 98 m/s, y una posición inicial respecto al avión de 490 m. Por tanto, su ecuación de movimiento será: x = 490 + 98t. Sustituyendo en esta ecuación la posición final del paracaidista (x = = 1 250 m, posición en la cual ya alcanzará el suelo), des

v (m/s) 20 16 12 8 4 5

30 t (s)

a) Explica qué tipo de movimiento describe el móvil en cada tramo. Como se trata de una gráfica de veloci dad frente al tiempo, en la que se observan claramente dos tramos diferentes, se deduce del primer tramo que se trata de un movimiento uniforme, ya que la velocidad no cambia con el tiempo, mientras que en el segundo tramo el movimiento es uniformemente acelerado, ya que la velocidad aumenta linealmente a medida que transcu rre el tiempo. b) Calcula los valores de aceleración correspondien tes. El valor de aceleración viene dado por la pendiente de esta gráfica. En el primer tramo, al ser horizontal la pendiente, la aceleración es cero, como corresponde a un movimiento uniforme. En el segundo tramo, la acele ración será: Δv v2 – v1 20 m/s – 8 m/s = = = 0,6 m/s2 Δt t2 – t1 30 s – 10 s c) Halla la distancia total que recorre el móvil, supo niendo que ha partido del punto de referencia. La distancia recorrida por el móvil en el primer tramo se deduce de su ecuación de posición: am =

x = x0 + vt → x = 8t → → Para t = 10 s, x = 8 m/s · 10 s = 80 m En el segundo tramo, el móvil ya parte de una posición inicial igual a 80 m, respecto al punto tomado como re ferencia. Teniendo en cuenta que su velocidad inicial antes de comenzar a acelerar es de 8 m/s, y que su ace leración es 0,6 m/s2, su ecuación de posición será: 1 x = x0 + v0t + at 2 → x = 80 + 8t + 0,3t 2 2 Sustituyendo en esta ecuación el valor de tiempo t = 20 s, que se corresponde con el tiempo que el móvil ha estado acelerando, respecto a los valores iniciales anteriores, obtendremos la posición del móvil una vez ha transcurri do ese tiempo: x = 80 + 8t + 0,3t 2 → x = 80 m + 8 m/s · 20 s + + 0,3 m/s2 · (20 s)2 = 360 m En ese momento, el móvil se encuentra a 360 m del punto de referencia, es decir, ha recorrido dicha distancia en la combinación de ambos movimientos. 65. Unos operarios que trabajan en el montaje de estruc turas utilizan un motor para colocar una pesada pie za, arrastrándola horizontalmente desde su posición inicial hasta el lugar en que debe ubicarse finalmen te. Para ello conectan un cable de arrastre y ejercen con el motor una fuerza de 5,86 · 104 N, venciendo un rozamiento de 5,85 · 104 N de la pieza con el suelo. Como consecuencia, la pieza comienza a moverse de tal forma que cuando ha transcurrido 1 min y 20 s, su velocidad es de 0,5 m/s. De acuerdo con esto: a) Realiza un dibujo del sistema, indicando sobre el mismo las fuerzas que actúan, dibujadas mediante vectores. ¿Cuánto vale la resultante en la dirección horizontal? Sobre el objeto actúan dos fuerzas de la misma dirección y sentido contrario. La fuerza resultante viene dada por la diferencia de ambas, su valor será FR = = 100 N, y su sentido el de la mayor, en este caso, hacia la derecha.

c) Considerando que el punto de referencia es la posición de partida de la pieza, ¿cuáles son las ecuaciones de posición y de velocidad de este movimiento? Una vez en marcha, ¿qué velocidad tiene la pieza al minuto de empezar a contar el tiempo? Las ecuaciones de posición y velocidad de este movimien to serán: 1 x = x0 + v0t + at 2 → x = 3,125 · 10–3t 2 2 v = v0 + at → v = 6,25 · 10–3t Sustituyendo el valor de t = 60 s en la ecuación de velo cidad, se obtiene que en ese instante la velocidad de la pieza es de 0,375 m/s. d) Para que quede en su sitio, la pieza tiene que al canzar una posición situada a 80 m del punto de partida. ¿En qué instante alcanzará dicha posición? Sustituyendo el valor x = 80 m en la ecuación de posición, y despejando el valor de t, se obtiene que la pieza alcan za esa posición en el instante t = 160 s, es decir, trans curridos 2 minutos y 40 segundos desde que comenzó a moverse. e) ¿Qué forma tendrán las gráficas de posición y de velocidad frente al tiempo? Dibújalas y descríbelas. Las gráficas de posición y velocidad serán, por un lado, una línea curva de pendiente creciente, como correspon de a un movimiento acelerado y, por otro, una línea recta ascendente cuya pendiente es el valor de la acele ración. Serán del tipo: x (m)

t (s)

F2 = 5,85 · 104 N

b) ¿Qué tipo de movimiento describe la pieza que están trasladando? ¿Por qué? ¿Cuál es el valor de la aceleración de este movimiento? El movimiento de la pieza será uniformemente acelerado, ya que la caja, que inicialmente se encuentra en reposo, alcanza una velocidad bajo la acción de estas fuerzas. La acelera ción del movimiento es: a = Δv/Δt = 0,5 m/s / 80 s = 6,25 · 10–3 m/s2

x (m)

t (s)

Ambas representaciones parten del origen porque tan to la posición inicial como la velocidad inicial son iguales a cero.

145 Unidad 7. Las fuerzas y sus efectos. Movimientos rectilíneos

F1 = 5,86 · 104 N

8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica Presentación

de la unidad

1. Benjamin Franklin fue un famoso erudito norteame ricano del siglo xviii. En uno de sus experimentos ató una llave a un hilo de seda unido a una cometa, que lanzó durante una tormenta. ¿A qué gran peligro se expuso al hacerlo? En las tormentas se producen descargas eléctricas en forma de rayos que suponen un gran peligro para las personas. Benjamin Franklin se expuso al peligro de ser alcanzado por un rayo, con mortales consecuencias.

Desarrollo

de la unidad

2. Explica qué ocurre cuando se frotan ciertos materia les entre sí, e indica cómo puede explicarse este he cho experimental. Al frotar ciertos cuerpos entre sí se electrizan, y manifiestan atracción o repulsión electrostática entre ellos o hacia otros pequeños objetos que se encuentren en las inmediaciones. Este hecho tiene lugar porque al frotar estos cuerpos se produce el intercambio de electrones de unos a otros. 3. ¿Verdadero o falso? Justifica tu respuesta. a) Para que un cuerpo se electrice es necesario que entre en contacto con otro que esté electrizado. Falso. Porque mediante la inducción electrostática es posible electrizar un cuerpo sin entrar en contacto con él. b) La electrización se origina por un exceso de elec trones. Falso. Porque la electrización se origina por el paso de electrones de un cuerpo a otro. Se electriza tanto el cuerpo que queda con exceso de electrones como el que queda con defecto. c) La inducción electrostática produce la electriza ción en un cuerpo situado en las proximidades de otro cuerpo electrizado. Verdadero. Se produce la electrización por proximidad sin que haya contacto. 4. ¿Cómo se manifiesta la existencia de carga eléctri ca en un cuerpo? ¿Por qué se sabe que hay dos tipos de cargas? La existencia de carga se manifiesta por la aparición de fuerzas de atracción o repulsión entre los cuerpos. Se sabe que hay dos tipos de carga porque cuerpos del mismo ma terial cargados se repelen, mientras que cuerpos cargados de ciertos materiales diferentes se atraen.

146 Solucionario

5. Cuando frotamos un bolígrafo de plástico con un paño, adquiere una carga eléctrica de –0,3 μC. a) ¿Cuál de los dos materiales ha ganado electrones? ¿Por qué? Ha ganado electrones el bolígrafo, porque ha quedado cargado negativamente. b) Calcula la cantidad de electrones que se han transferido en total. (Nota: Divide la carga adquiri da entre la carga de un electrón). Debemos efectuar la división entre la carga adquirida y la carga del electrón, ambas expresadas en culombios: n.º electrones = 3 · 10–7 C / 1,609 · 10–19 C = 1,9 · 1012 Es decir, se han transferido 1,9 billones de electrones.

6. De acuerdo con la expresión de la ley de Coulomb, indica cómo es: a) La dependencia de la fuerza con las cargas. A medida que aumenta el valor de una o de las dos cargas, aumenta el valor de la fuerza entre ellas, de forma direc tamente proporcional. b) La dependencia de la fuerza con la distancia. La fuerza disminuye a medida que aumenta la distancia entre las cargas, pues esta magnitud aparece en el de nominador. Es inversamente proporcional a su cuadrado. c) La dependencia de la fuerza con la constante k. La constante tiene un valor diferente según el medio en el que se encuentren las cargas. La fuerza es directamente proporcional a dicho valor. 7. ¿Son correctos estos enunciados? En caso negativo, sustitúyelos por los enunciados adecuados: a) Si una de las cargas aumenta al doble, la fuerza también lo hace. Verdadero. No importa cuál, pero si una de las cargas se duplica, la fuerza también lo hará. b) Si la distancia entre las cargas aumenta al doble, la fuerza se reduce a la mitad. Falso. Porque al estar la distancia elevada al cuadrado, la fuerza se reduce a la cuarta parte. c) Si las dos cargas aumentan al doble, la fuerza se duplica. Falso. Porque al duplicar ambas cargas la fuerza se hace cuatro veces mayor. 8. Calcula la fuerza que se ejercen dos cargas de 10 mC y 2 mC situadas a una distancia de 8 cm en el vacío. ¿Es de atracción o de repulsión? Justifica tu respuesta. Para calcular la fuerza que se ejercen las dos cargas entre sí, utilizaremos la ley de Coulomb, en la que sustituiremos la distancia de separación expresada en metros, y las cargas en culombios. Por tanto, realizaremos el cambio de unida des de microculombios a culombios antes de calcular el valor de la fuerza. Considerando la equivalencia entre miliculombios y cu lombios: 1C q1 = 10mC · 3 = 10–2 C 10 mC 1C q2 = 2mC · 3 = 2 · 10–3 C 10 mC q ·q N · m2 10–2 C · 2 · 10–3 C F = k 1 2 2 = 9 · 109 2 · = d C (0,08 m)2 = 2,8125 · 107 N Las dos cargas se atraen con una fuerza de 28 125 000 N. La fuerza es de repulsión, consecuencia de que las cargas son del mismo signo. 9. Dos cargas de 10 mC y 2 mC situadas a 8 cm de dis tancia en el vacío se separan hasta duplicar dicha distancia. ¿Cuanto vale la fuerza ahora? ¿Que rela ción existe entre la fuerza a la distancia de 8 cm y la que acabas de calcular? A una distancia de 8 cm, estas cargas se repelen con una fuerza de 28 125 000 N. Al aumentar la distancia hasta el doble, es decir, a 16 cm (0,16 m), la fuerza de repulsión será: q1 · q2 N · m2 10–5 C · 2 · 10–3 C = 9 · 109 2 · = 7 031 250 N 2 d C (0,16 m)2 Al aumentar la distancia al doble, la fuerza se ha hecho 4 veces menor. F=k

10. Colocamos en el vacío y a 5 m de distancia una car ga de 4 mC y una pequeña esfera descargada. ¿Cuál será el valor de la fuerza en estas condiciones?

15. ¿Cómo se origina una corriente eléctrica en el seno de un conductor? Explica el proceso redactando un breve párrafo.

En estas condiciones la fuerza es cero, pues para que exis ta fuerza de atracción o de repulsión debe haber dos objetos cargados eléctricamente.

Un conductor es un sistema material que permite el movi miento libre de cargas en su seno, como es el caso de los metales. Pero para que ocurra el desplazamiento de elec trones y, por tanto, la corriente eléctrica, es necesario crear en los extremos zonas con carga neta positiva y negativa, ya que de este modo los electrones se desplazan desde la zona de carga negativa hacia la zona de carga positiva.

Se dice que son fuerzas a distancia porque ejercen su efecto de atracción o de repulsión sin necesidad de que los cuerpos estén en contacto. Así, cuando tenemos dos esfe ras suspendidas de un hilo que están cargadas eléctrica mente, aunque no se toquen, se atraen o se repelen según sea el signo de sus cargas. 12. ¿Cuántas cargas, con independencia de su valor, son necesarias como mínimo para que existan fuerzas electrostáticas? ¿Cuál es el número mínimo de car gas que ha de existir para que haya un campo eléc trico? Para que se manifiesten fuerzas de atracción o repulsión son necesarias, como mínimo, dos cargas, de igual o distin to signo. Sin embargo, para que exista un campo eléctrico basta con una sola carga. 13. Considera el campo creado por una carga de –12 mC. a) ¿Cuál es el valor de la intensidad del campo a 50 cm de distancia? El valor del campo creado por esta carga puntual q1 = –12 mC en un punto situado a 50 cm (0,5 m) de distancia, puede calcularse utilizando la expresión: E = k · q1/d 2, en la que el valor de la carga debe sustituirse en culombios. Es decir: q1 N · m2 0,012 C = 9 · 109 2 · = 4,32 · 10 8 N/C 2 d C (0,5 m)2 b) ¿Qué fuerza actúa sobre una carga de +7 μC situa da a 50 cm de distancia? La fuerza de atracción que la carga q1 = –12 mC ejerce sobre otra carga q2 = +7 μC colocada en ese punto puede calcularse de dos formas; una de ellas es aplicando la ley de Coulomb: E=k

q1 · q2 N · m2 0,012 C · 7 · 10–6 C = 9 · 109 2 · = 3 024 N 2 d C (0,5 m)2 La otra forma es despejar la ecuación que relaciona la intensidad del campo eléctrico con la fuerza: F=k

F q 2

N F = E · q 2 = 4,32 · 108 · 7 ·10–6 C = 3 024 N C La fuerza calculada es de atracción (las dos cargas son de signo contrario). 14. ¿Por qué crees que se recubren los mangos de los alicates con una envoltura de goma? Los alicates son una herramienta utilizada, en ocasiones, para manipular y cortar cables. Como estos son metálicos, pueden conducir fácilmente la corriente eléctrica. Si los mangos de los alicates no estuvieran recubiertos con un aislante (la goma), al ser metálicos a su vez, podrían con ducir la corriente y producir una descarga eléctrica a la persona que los manipula.

16. ¿Podríamos tener una corriente eléctrica a través de un aislante? ¿Por qué? En un principio no, pues el aislante por definición es un sistema material que no permite el movimiento de cargas en su seno y, por tanto, no conduce la corriente eléctrica. No obstante, es posible producir corriente eléctrica en condiciones excepcionales, si la cantidad de carga acumu lada es suficiente, como sucede durante las tormentas. 17. ¿Qué es un imán? ¿Cómo se llaman los polos de un imán y cómo interaccionan? Un imán es un cuerpo que tiene la propiedad de atraer objetos de hierro, como por ejemplo limaduras de este metal. Todos los imanes tienen dos polos, que se denominan polo norte y polo sur, de modo que cuando se aproximan dos imanes enfrentando sus polos iguales, se produce una repulsión, mientras que cuando se aproximan por los polos diferentes se produce una atracción. 18. El primer imán natural conocido fue la magnetita. In vestiga en libros o en Internet la composición de este mineral y los usos que tenía en épocas remotas. La magnetita es un mineral negruzco formado por una mezcla de óxidos de hierro. Aunque constituye una mena de hierro, es conocido desde la Antigüedad por sus propie dades magnéticas, puestas de manifiesto por la atracción que ejerce sobre los objetos de hierro. En China se usaba con fines adivinatorios, pues la magnetita se consideraba una piedra mágica, y antes del año 1000 se tiene constan cia de que los marineros colgaban un trozo de magnetita en una cuerda y lo utilizaban para orientarse a modo de brújula. 19. Compara las cargas eléctricas con los polos de un imán, señalando las semejanzas y diferencias que encuentres. ¿Qué tienen en común la electrización y la imantación? La electrización y la imantación tienen en común que en ambos casos se manifiestan interacciones a distancia, es decir, se ponen de manifiesto fuerzas de atracción o repul sión sin que haya contacto entre los cuerpos. Otra caracte rística similar es que mientras que las cargas eléctricas pueden ser de dos signos diferentes, positivo y negativo, los imanes también tienen dos polos diferentes, que en este caso se denominan polos norte y sur. Pero la principal dife rencia entre ambos fenómenos es que mientras que las cargas eléctricas pueden presentarse por separado, es decir, puede haber cargas aisladas, los polos de un imán no se pueden separar, de modo que si se parte un imán, se obtienen dos imanes más pequeños, cada uno con sus dos polos norte y sur.

147 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

11. ¿Por qué decimos que las fuerzas eléctricas son fuerzas a distancia? Explícalo mediante un ejemplo.

20. ¿Qué campos se representan en estas ilustraciones? Explica de qué tipo de campos se trata y qué entidad física los crea: a)

En a) se representa un campo eléctrico, creado por una sola carga negativa, pues las líneas de fuerza son radiales y apuntan hacia la carga creadora del campo. En b) represen tamos un campo magnético, creado por un imán. 21. ¿Por qué empleamos limaduras de hierro para ver las líneas de fuerza de un campo magnético? ¿Nos serviría el polvo de cualquier otro metal? Sabemos que las líneas del campo magnético existen, pero no las podemos ver. Si queremos visualizarlas, tendremos que hacerlo a partir de la interacción con algún cuerpo fe rromagnético, como las limaduras de hierro. Pero para ello solo nos servirá un metal que tenga propiedades magnéticas e interaccione con los imanes, como el hierro. 22. En 1820, el profesor danes Hans Christian Oersted realizo un descubrimiento casual que tuvo como ele mento protagonista una brújula, y que se considera el punto de partida del Electromagnetismo. El fenó meno recién descubierto fue ampliamente estudiado por el físico francés André Marie Ampère en ese mismo siglo. Busca información en Internet sobre el conocido como experimento de Oersted. Investiga en qué consistió y qué consecuencias tuvo el descu brimiento. Completa la información con algunos da tos adicionales sobre las biografías de los dos científicos citados. Oersted realizó un descubrimiento muy importante, al ob servar cómo se desvía una brújula al colocarla en las inmediaciones de un cable conductor por el que circula una corriente eléctrica. A raíz de este descubrimiento, su hipó tesis consistió en suponer que la circulación de corriente genera en las inmediaciones del hilo conductor un campo magnético, por lo que la electricidad y el magnetismo son fenómenos directamente relacionados. 23. Explica el procedimiento que se sigue para producir corriente eléctrica, indicando:

148 Solucionario

a) El principio en el que se basa. b) Lo que se necesita. c) El funcionamiento del dispositivo. Se basa en la inducción electromagnética. Al hacer girar una espira de cobre en las inmediaciones del campo mag nético creado por un imán, se produce un movimiento de electrones en la espira que da lugar a la correspondiente corriente eléctrica. Por tanto, para crear un generador de corriente, que así se llama el dispositivo, se necesita una espira que pueda girar a gran velocidad, y un imán para colocarlo junto a ella. Al hacerla girar, y conectar un circui to eléctrico en los extremos de la espira, se produce la corriente.

24. De acuerdo con el fundamento del generador, ¿po dríamos generar corriente eléctrica sin utilizar el imán? ¿Y sin hacer girar la espira? Los dos elementos clave en los generadores de corriente son el imán y la espira, de modo que en el momento que uno de estos elementos no esté presente, no funciona, es decir, no produce corriente eléctrica. La diferencia entre unos generadores y otros es el tamaño de las espiras y los imanes, el número de espiras y la velocidad a la que se hace girar el dispositivo. 25. Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es la diferencia entre la corriente continua y la corriente alterna? La diferencia consiste en que la primera circula siempre en el mismo sentido, mientras que la corriente alterna cambia su sentido de circulación periódicamente. b) ¿Qué significado tiene la frecuencia de una co rriente alterna? La frecuencia es el número de veces por segundo que cambia el sentido de la corriente alterna. c) ¿Qué aparatos funcionan con corriente alterna? Pon dos ejemplos. Son aquellos que se enchufan di rectamente a la corriente de nuestras casas: lavadoras, televisor, frigorífico, calefactores, etc.

ciencia… más cerca

26. ¿Por qué decimos que la Tierra se comporta como un gran imán? ¿A qué se debe el campo magnético de nuestro planeta? Decimos que la Tierra se comporta como un gran imán porque las brújulas se orientan, con independencia de las diferentes zonas geográficas en que nos situemos, apun tando hacia el polo norte, es decir, se orientan según las líneas del campo magnético terrestre. El origen de este campo magnético se atribuye a la composición ferrosa del núcleo terrestre, unida a la rotación del planeta. 27. Aunque la brújula nos sirve para conocer dónde se encuentra el norte geográfico, su indicación deja de ser útil al aproximarnos al Polo Norte. Justifica por qué ocurre este hecho. Una brújula es una aguja imantada, que se orienta en cualquier campo magnético según la dirección de sus líneas de campo, indicando el polo sur de dicho campo. En la Tierra, el polo sur magnético está situado en las proximida des del polo norte geográfico, de modo que una brújula nos apuntará siempre en esa dirección. Sin embargo, ambos polos (geográfico y magnético) no coinciden exactamente. Al aumentar la latitud, la brújula seguirá apuntando al polo sur magnético y se desviará con respecto al norte geográ fico, tanto más cuanto más al norte nos encontremos.

Practica 28. Tenemos dos bolitas de corcho suspendidas de un hilo, de modo que están muy próximas, aunque no llegan a tocarse. ¿Qué ocurrirá en cada una de las siguientes situaciones? Justifica tu respuesta: a) Tocamos una de las bolitas con una barra de vidrio electrizada y la otra con una barra de ámbar, tam bién electrizada. Ambas bolas quedan cargadas, es decir, se electrizan, pero con cargas de signo contrario,

29. El fenómeno de la electrización se explica a partir de la naturaleza de la materia, considerando la existencia de partículas cargadas (protones y elec trones) en el átomo. De acuerdo con esto: a) ¿Qué ocurre cuando frotamos una barra de ámbar con un trozo de piel? La barra de ámbar queda electri zada. Desde el punto de vista microscópico, ha tenido lugar la transferencia de electrones de un cuerpo a otro. b) ¿Cuál es el signo de la carga neta adquirida por la barra de ámbar? ¿Por qué? La barra de ámbar gana electrones, por lo que queda con carga neta negativa. c) ¿Podemos afirmar que la piel ha adquirido una carga de signo contrario? Sí, porque los electrones ganados por la barra de ámbar han sido cedidos por la piel, que queda con carga positiva. 30. ¿Crees que existe relación entre el fenómeno de la electrización y los plumeros «atrapapolvo» que pode mos encontrar en el mercado? Explica tu respuesta. Los plumeros atrapapolvo están fabricados de materiales de fibra sintética que se electrizan con gran facilidad cuan do son frotados sobre la superficie de los muebles, paredes o sobre el suelo. Al quedar electrizados, atraen con facilidad el polvo, que queda adherido al plumero. 31. A veces, al tocar un objeto, notamos repentinamente un leve cosquilleo o una descarga que incluso puede llegar a resultar algo desagradable. ¿Estará este fe nómeno relacionado con la electrización? Trata de dar una explicación al respecto. Muchos objetos se electrizan por fricción o rozamiento, y van acumulando la carga generada como consecuencia de ello. En un momento dado, se produce la descarga, de modo que si ocurre sobre nuestra piel, notamos un cosquilleo, que a veces es un chasquido perfectamente perceptible. Es, por ejemplo, el caso que tiene lugar a veces al quitarnos una camiseta de fibra, o al descender de un coche. 32. Explica qué se entiende por carga eléctrica e indica la equivalencia entre la unidad de carga del Sistema Internacional y la carga de un electrón. ¿Por qué no se usa la carga del electrón como unidad de carga del Sistema Internacional? La carga eléctrica expresa la cantidad neta de electricidad que posee un cuerpo. Hay dos tipos de carga: positiva y negativa. Las cargas del mismo signo se repelen y las de distinto signo se atraen. La unidad de carga del Sistema Internacional es el culombio, cuya relación con la carga del electrón es: q (electrón) = 1,609 · 10–19 C La carga del electrón es muy pequeña, por lo que no puede tomarse como unidad de carga del Sistema Internacional, dado que entonces para expresar la carga de cualquier

cuerpo, se utilizarían números de orden de magnitud ex traordinariamente grande. 33. Indica el signo de la carga neta que adquirirá un cuerpo que tenga: a) Más electrones que protones. Quedará cargado ne gativamente. b) Más protones que electrones. Quedará cargado posi tivamente. c) Igual número de electrones y de protones. Las cargas estarán compensadas, y el cuerpo será neutro, sin carga neta. 34. Realiza los cálculos necesarios para expresar los si guientes valores de carga en culombios: a) q1 = 75 mC Equivalencia: 1 C = 1000 mC (103 mC). 1C = 0,075 C = 7,5 · 10–2 C 1 000 mC b) q2 = 5 000 μC Equivalencia: 1 C = 1 000 000 μC (106 μC). q1 = 75 mC ·

1C = 0,005 C = 5 · 10–3 C 1 000 000 μC c) q3 = 6,4 · 104 μC Equivalencia: 1 C = 1 000 000 μC (106 μC). q2 = 5 000 μC ·

q3 = 6,4 · 104 μC ·

1C = 0,064 C = 6,4 · 10–2 C 106 μC

d) q4 = 3,25 · 106 nC Equivalencia: 1 C = 1 000 000 000 nC (109 nC). q4 = 3,25 · 106 nC ·

1C = 0,00325 C = 3,25 · 10–3 C 109 nC

35. Escribe el enunciado de la ley de Coulomb y explica qué representa cada una de las constantes o varia bles que aparecen en la expresión matemática de esta ley. Dos cargas puntuales experimentan una fuerza de atracción o repulsión, según sus signos, en la dirección que las une, que es directamente proporcional al producto de sus valores e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. q1 · q2 d 2 «k» es una constante que depende del medio en que se encuentran las cargas, que si es el vacío, o el aire, vale 9 · 109 N · m2/C2; «q1» y «q2» son los valores de las cargas expresados en culombios, y «d » es la distancia, que se expresa en metros. F=k

36. Las fuerzas eléctricas se caracterizan por ser fuer zas a distancia. a) ¿Qué quiere decir esto? Se conocen como fuerzas a distancia porque se ejercen entre los cuerpos sin nece sidad de que estos estén en contacto. b) ¿Qué otras fuerzas de la naturaleza son también fuerzas a distancia? Ocurre también con las fuerzas magnéticas o las fuerzas gravitatorias: dos imanes se atraen o se repelen sin necesidad de contactar; la Tierra atrae a los objetos situados a cualquier altura hacia su superficie.

149 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

por lo que se atraen y tienden a aproximarse hasta jun tarse. b) Tocamos ambas bolitas con una barra de vidrio electrizada, primero una y después la otra. Al tocar ambas bolas con una barra de vidrio electrizada, las dos quedan cargadas con electricidad del mismo signo, por lo que se repelen y tienden a separarse.

37. La fuerza electrostática que ejercen entre sí dos cuerpos cargados se representa de manera gráfica mediante vectores. Dibuja los vectores que repre sentan las fuerzas electrostáticas en cada uno de los siguientes casos:

q1 = 25 μC ·

q2 = 10 μC ·

a) Una carga positiva y una carga negativa. b) Dos cargas positivas. c) Dos cargas negativas. a)

–

F=k

39. Calcula la fuerza de atracción electrostática entre dos cuerpos de carga q1 = –18 μC y q2 = +5 mC, sepa rados entre sí por una distancia de 25 cm. ¿Qué ocu rre si se duplica la distancia? Para calcular el valor de la fuerza utilizando la ley de Cou lomb es necesario expresar antes las cargas en culombios y la distancia en metros: q1 = 18 μC ·

1C = 1,8 · 10–5 C 106 μC

q2 = 5 mC ·

1C = 5 · 10–3 C 103 mC

150 Solucionario

q1 = 75 μC ·

1C = 7,5 · 10–5 C 106 μC

De la expresión de la ley de Coulomb, despejamos q2: F=k

q1 · q2 F · d 2 → q2 = 2 d k · q1

Y sustituimos los datos: q2 =

F · d 2 1,35 · 105 N · (0,1 m)2 = = 2 · 10–3 C = 2 mC 2 k · q1 9N·m –5 9 · 10 · 7,5 · 10 C C2

Como la fuerza es de atracción, y la carga q1 es negativa, la carga q2 deberá ser de signo positivo. 42. Sin necesidad de calcular su valor, ordena de mayor a menor los siguientes casos según sea la fuerza electrostática entre los objetos cargados. No olvides justificar tu respuesta. d=1m

q1 = + 5 μC

q2 = + 10 μC d=2m

q1 = + 5 μC c)

40. ¿Cuál es el valor de la fuerza con que se repelen dos cuerpos cuyas cargas son q1 = –25 μC y q2 = –20 μC, que están separados entre sí por una distancia de 5 dm?

Para calcular el valor de la fuerza utilizando la ley de Cou lomb es necesario expresar antes las cargas en culombios y la distancia en metros:

q1 · q2 N · m2 2,5 · 10–5 C · 10–5 C = 9 · 109 2 · =9N 2 d C (0,5 m)2

Primero expresamos q1 en culombios:

q1 · q1 N · m2 1,8 · 10–5 C · 5 · 10–3 C = 9 · 109 2 · = 12 960 N 2 d C (0,25 m)2 La fuerza es de atracción ya que ambas cargas son del mismo signo. Si se duplica la distancia, la fuerza se reduce a la cuarta parte (3 240 N). F=k

1C = 10–5 C 106 μC

41. Dos cargas, q1 = –75 μC y q2 de valor desconocido, separadas por una distancia de 10 cm, se atraen con una fuerza de 1,35 · 105 N. Utiliza la ley de Coulomb para calcular el valor de q2. Recuerda que debes despejar la carga de la expresión de la ley de Cou lomb. Además de eso, tienes que deducir el signo de la carga a partir del tipo de fuerza ejercida (atrac ción o repulsión).

38. Contesta brevemente a las siguientes cuestiones so bre la ley de Coulomb: a) Si aumentamos el valor de la carga de uno o de los dos cuerpos, ¿la fuerza aumentará o disminuirá? Al aumentar el valor de la carga de uno de los cuerpos aumentará el valor de la fuerza entre ambos proporcio nalmente. b) ¿Qué ocurrirá si disminuye la distancia de separa ción entre los dos cuerpos sin que varíen los valo res de sus cargas? Aumentará el valor de la fuerza entre ambos cuerpos. c) ¿Cuál es el sentido de la fuerza electrostática si uno de los cuerpos está cargado positivamente y el otro negativamente? ¿Y si la carga de ambos cuerpos es del mismo signo? En el primer caso, es una fuerza de atracción, que se representa sobre cada cuerpo dirigida hacia el otro. En el segundo caso es de repulsión y se dirige en sentido contrario.

1C = 2,5 · 10–5 C 106 μC

q2 = + 10 μC

d = 0,5 m

q1 = + 10 μC

q2 = + 10 μC d=1m

q1 = + 10 μC

q2 = + 10 μC

Según la ley de Coulomb, la fuerza eléctrica entre dos cuerpos cargados es mayor a medida que aumenta la carga

de uno o de los dos objetos y disminuye la distancia de separación. De acuerdo con esto, el orden, de mayor a menor fuerza de repulsión, es: Fc > Fd > Fa > Fb En c tenemos los mayores valores de carga y la menor distancia de separación, por lo tanto la fuerza es mayor que en los demás casos; en d, el valor de las cargas es el mismo que en c, pero la distancia es mayor; en a las cargas están a la misma distancia que en d, pero el valor de una de ellas es menor; finalmente, en b tenemos el mismo valor de las cargas que en a, pero separadas por una distancia mayor. 43. ¿Es lo mismo carga eléctrica que campo eléctrico? Explica la diferencia entre ambos conceptos y haz un dibujo de las líneas del campo eléctrico creado por una sola carga. No. La carga eléctrica es una magnitud que expresa la cantidad neta de electricidad que posee un cuerpo, mientras que el campo eléctrico es la región del espacio en la que una carga eléctrica manifiesta fuerzas de atracción o de repulsión hacia otras cargas. El campo eléctrico creado por una carga puntual se representa por líneas de fuerza radiales, dirigidas hacia el exterior, si la carga es positiva, y hacia la carga, si esta es negativa:

46. Calcula el valor campo electrico creado por una car ga q = –3,5 mC situada en el vacío en dos puntos A y B situados a distancias de 50 cm y 8 m de ella, res pectivamente. Para calcular la intensidad del campo eléctrico en ese punto debemos expresar, además de la carga en culombios (3,5 mC = 0,035 C), las distancias en metros, y considerare mos que se encuentra en el vacío o en el aire. En el primer caso, la distancia es de 50 cm = 0,5 m: EA = k

q N · m2 0,035 C N = 9 · 109 2 · = 1,26 · 109 2 d C (0,5 m)2 C

En el segundo caso, la distancia es de 8 m. EB = k

q N · m2 0,035 C N = 9 · 109 2 · = 4,922 · 106 2 d C (8 m)2 C

47. Una carga q1 = +15 μC está situada a una distancia de 1,5 m de otra carga q2 = –9 μC. Calcula la fuerza de atracción que experimenta la carga q2 debido a la presencia de la carga q1 de dos formas: aplicando la ley de Coulomb y calculando antes la intensidad del campo eléctrico. El campo eléctrico creado por la carga q1 = 15 μC = = 1,5 · 10–5 C en un punto situado a 1,5 m de la misma, suponiendo que se encuentra en el vacío o en el aire, es: q1 N · m2 1,5 · 10–5 C N = 9 · 109 2 · = 60 000 2 d C (1,5 m)2 C La fuerza de atracción que experimenta la carga q2 = = –9 μC = –9 · 10–6 C se puede calcular utilizando la ley de Coulomb, o a partir del campo eléctrico creado por la carga q1: E=k

F=k 44. Lee con atención e indica si son ciertos o falsos los siguientes enunciados: a) Cualquier cuerpo cargado genera un campo eléc trico a su alrededor. Verdadero. El campo eléctrico es creado por cualquier cuerpo cargado, con independencia del signo de su carga. b) La intensidad del campo eléctrico es la misma a cualquier distancia del objeto que lo genera. Falso. La intensidad del campo va disminuyendo a medida que nos alejamos del cuerpo cargado que lo genera. c) Las líneas del campo eléctrico generado por una carga puntual son radiales. Verdadero. Son radiales hacia el exterior si la carga es positiva, y hacia la carga si esta es negativa. d) El valor del campo eléctrico creado por una carga no se puede calcular. Falso. El campo eléctrico es una magnitud, cuyo valor se puede calcular si se conoce el valor de la carga que lo genera, la constante k del medio en que se encuentra y la distancia a la que se sitúa el punto en que se quiere calcular (E = k · q/d 2). 45. Halla la intensidad del campo eléctrico creado por una carga puntual de valor q = +5 · 10–4 C en un pun to que se encuentra situado a una distancia de 50 m de ella. Para calcular la intensidad del campo eléctrico en ese punto consideraremos que se encuentra en el vacío o en el aire: E=k

q N · m2 5 · 10–4 C N = 9 · 109 2 · = 1 800 2 d C (50 m)2 C

q1 · q2 N · m2 1,5 · 10–5 C · 9 · 10–6 C = 9 · 109 2 · = 2 d C (1,5 m)2 = 0,54 N N F = E · q2 = 60 000 · 9 · 10–6 C = 0,54 N C

La fuerza es de atracción, por ser cargas de distinto signo. 48. Como sabes, cualquier carga eléctrica crea un cam po eléctrico a su alrededor. ¿Llegará a ser nula la intensidad de este campo en algún punto? Explica tu respuesta. Recuerda que la intensidad del campo eléctrico viene dada por la siguiente expresión, que relaciona esta magnitud con el valor de la carga y con la distancia a dicha carga: E = k q/d 2. La intensidad del campo eléctrico creado por una carga disminuye a medida que nos alejamos de ella, tal y como indica la expresión matemática que permite calcularla. Sin embargo, en esa misma expresión se pone de manifiesto que nunca puede hacerse cero, por lo que podemos con cluir que el campo tiene una extensión infinita. Lo que ocu rre es que a partir de una cierta distancia, su valor es tan pequeño que se considera prácticamente despreciable. 49. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes: Los sistemas materiales se pueden clasificar en conductores y aislantes, según permitan o no el movi miento de cargas en su seno. En el caso de los conduc tores, las cargas se pueden desplazar fácilmente, como ocurre en los metales, en los cuales es posible el

151 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

movimiento libre de electrones a través de una red cristalina de cationes.

to de los electrones en su seno y son buenos conductores eléctricos.

50. Pon tres ejemplos de conductores eléctricos y tres ejemplos de aislantes.

54. Redacta un breve párrafo en el que aparezcan los términos magnetismo, imán, polos, campo magnéti co y fuerza. Recuerda que debes leerlo antes de dar lo por finalizado.

Son buenos conductores eléctricos los metales y las alea ciones metálicas, como el cobre, el oro y el acero. Son aislantes los plásticos, la madera y la goma. 51. Los conductores y los aislantes son imprescindibles en la vida cotidiana. Explica por qué es necesario disponer de buenos materiales conductores y para qué pueden ser útiles los aislantes eléctricos; men ciona algunos ejemplos que pongan de manifiesto esta necesidad. La electricidad forma parte de nuestra vida cotidiana, pues son muchísimos los aparatos que funcionan gracias a esta. Por tanto, es necesario disponer de buenos materiales conductores para la fabricación de circuitos eléctricos en este tipo de aparatos, para lo cual suele utilizarse el cobre, que además de un buen conductor es un metal relativamen te barato, aunque hay otros conductores, como el oro, que se usa en casos puntuales (determinados circuitos integra dos informáticos) dado su elevado precio. Pero, además de conductores, necesitamos aislantes para evitar el contacto con la electricidad, pues puede causarnos daños; para ello recubrimos los cables de plástico, utiliza mos la cinta aislante o cubrimos los mangos de las herra mientas eléctricas con plástico aislante o goma por razones de seguridad. 52. Responde brevemente: a) ¿Qué es la corriente eléctrica? La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas en el seno de un conductor. b) ¿Cuál es el sentido, por convenio, de la corriente eléctrica? Se define, por convenio, desde la zona de carga positiva hacia la zona de carga negativa. c) ¿Coincide el sentido de la corriente eléctrica con el sentido del movimiento de las cargas a través del conductor? Coincide con el movimiento de las cargas si son positivas; si las cargas son negativas, como es lo más habitual, pues suelen ser electrones, el sentido de la co rriente es contrario al del movimiento de las cargas. d) ¿Cómo se origina una corriente eléctrica en un conductor? Se origina por una separación de cargas en los extremos del conductor, que induce el movimiento de los electrones desde la zona de carga negativa hacia la zona cargada positivamente.

152 Solucionario

53. ¿Verdadero o falso? Justifica tu respuesta: a) Un conductor es un sistema material en el que pueden aparecer cargas. Falso. Un conductor es un sistema material en el que pueden desplazarse las cargas. b) Para tener una corriente eléctrica es necesario disponer de un generador de corriente. Verdadero. El generador es el que produce la separación de cargas necesaria. c) La corriente eléctrica no puede circular a través de un aislante. Verdadero. Pues los aislantes no permi ten el movimiento de las cargas en su seno. d) Algunos metales son buenos conductores y otros son aislantes. Falso. Los metales permiten el movimien

Respuesta libre. 55. ¿Qué propiedad caracteriza a un imán? Cita utensi lios o aparatos de tu entorno cotidiano que incluyan un imán en su composición o como parte de su me canismo. Un imán tiene la propiedad de atraer objetos de hierro que se encuentren en sus proximidades. Podemos encontrar imanes en motores eléctricos, como los que incorporan los juguetes, en los objetos decorativos que se colocan en las superficies metálicas, como la puerta de la nevera, en los broches de algunos bolsos, en las luces de emergencia portátiles que se colocan en el techo de algunos vehículos o en las brújulas, entre otros. 56. Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué ocurre cuando partimos un imán en dos tro zos? Al partir un imán en dos trozos obtenemos dos imanes más pequeños que el de partida, pero con sus dos polos norte y sur cada uno de ellos. b) ¿Supone esto alguna diferencia respecto a las cargas eléctricas? Sí, los polos del imán no se pueden presentar nunca por separado, a diferencia de lo que ocurre con las cargas, en las que sí es posible tener un objeto cargado positivamente o negativamente. c) ¿Por qué es más intenso el magnetismo en los polos de un imán? La razón es que las líneas de fuerza del campo magnético pasan por los polos del imán. 57. En los métodos físicos de separación de los compo nentes de una mezcla se utiliza uno denominado se paración magnética. ¿Para qué tipo de mezclas se emplea este método? ¿Por qué? La separación magnética se utiliza para mezclas en las que uno de los componentes tiene propiedades ferromagnéticas (como el hierro), dado que los imanes atraen selectivamen te a este tipo de sustancias. 58. Compara las fuerzas eléctricas con las fuerzas mag néticas, señalando las semejanzas entre ambas. Di buja, mediante vectores, las fuerzas existentes entre estos imanes: a) Dos imanes enfrentados por sus polos opuestos. b) Dos imanes enfrentados por los mismos polos. Las fuerzas eléctricas y las fuerzas magnéticas tienen en común que ambas son fuerzas a distancia, y se ejercen sin necesidad de que los cuerpos entren en contacto. Además, tienen en común el que pueden ser de atracción, cuando se producen entre cargas o polos de distinto signo, o de repul sión si las cargas o polos son del mismo signo. a) b)

59. ¿Cómo son las líneas de fuerza del campo magnético creado por un imán? ¿Qué sentido tienen? Haz un di bujo en el que aparezcan representadas estas líneas.

63. Explica en qué consiste la inducción electromagné tica y señala cuál es su principal aplicación prác tica.

Las líneas del campo magnético creado por un imán son cerradas. Salen del polo norte y entran por el polo sur del imán, en su parte exterior. En el interior, las líneas del campo continúan desde el polo sur hacia el polo norte, para volver a salir nuevamente.

Es el fenómeno mediante el cual un campo magnético va riable genera una corriente eléctrica en un conductor que se encuentre situado en sus inmediaciones. Su principal aplicación es la fabricación de generadores de corriente.

60. ¿Qué estudia el Electromagnetismo? Cita algunos científicos que contribuyeron al desarrollo de esta importante rama de la Física y señala cuál fue la aportación de cada uno de ellos. El Electromagnetismo es la parte de la Física que se ocupa del estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos, y la relación que existe entre ellos. Numerosos científicos han contribuido a su estudio con sus aportaciones como son los siguientes: • Hans Christian Oersted descubrió accidentalmente que una brújula se desviaba en las proximidades de un cable conductor por el que circulaba corriente eléctrica. • André Marie Ampère estudió el fenómeno descubierto por Oersted, y dedujo importantes leyes del magnetismo, como la ley que lleva su nombre (ley de Ampère). • Michael Faraday y Joseph Henry, trabajando de manera independiente, comprobaron que un campo magnético variable producía un campo eléctrico. • James Clerk Maxwell desarrolló una teoría completa sobre el electromagnetismo, resumida en las conocidas como «leyes de Maxwell». 61. Además de los imanes, ¿qué otras fuentes de campo magnético conoces? ¿Cuándo se descubrieron? El campo magnético puede ser generado de forma natural por los imanes, pero hay otras fuentes del campo magnéti co, como son las cargas en movimiento. Cuando un conduc tor es atravesado por una corriente eléctrica genera un campo magnético en sus inmediaciones, como ya descubrió Oersted en 1820. Este hecho se aprovecha para la fabrica ción de electroimanes, de amplio uso en nuestra vida coti diana y en la fabricación de dispositivos eléctricos. 62. Completa en tu cuaderno cada uno de los siguientes enunciados, según convenga, con los términos o ex presiones siguientes: electroimán, corriente continua, líneas de campo circulares, solenoide y generador de corriente. a) Un conductor rectilíneo genera un campo magné tico con líneas de campo circulares. b) Con un hilo conductor en espiral se puede fabricar un solenoide. c) Si un solenoide se enrolla alrededor de un núcleo de hierro, tenemos un electroimán. d) Una espira que gira en un campo magnético es un generador de corriente. e) Si siempre circula en el mismo sentido, se trata de una corriente continua.

a) La electricidad y el magnetismo son fenómenos independientes que se presentan en la naturaleza. Electricidad y magnetismo son dos fenómenos directa mente relacionados. b) Hay dos tipos de corriente, que se diferencian en su sentido: una va hacia las cargas positivas y la otra hacia las cargas negativas. Hay dos tipos de corriente, una continua que siempre circula en el mismo sentido, y otra alterna que cambia de sentido continua mente. c) Para obtener una corriente eléctrica necesitamos un generador y una o varias pilas. Para obtener una corriente eléctrica podemos usar un generador o bien pilas y baterías. d) Oersted descubrió que una brújula creaba una corriente eléctrica en un conductor. Oersted descu brió que, al colocar una brújula en las inmediaciones de un conductor por el que circula una corriente, la aguja se desvía. 65. ¿En qué se parecen y en qué se diferencian la dina mo y el motor? ¿Cuál es la transformación energética que tiene lugar en cada uno de los dos dispositivos? En ambos casos, el dispositivo consta de un imán y una espira que puede girar; pero en la dinamo el giro de la es pira induce una corriente en ella, que se aprovecha, por ejemplo, para encender una lámpara, mientras que, en el motor, se suministra una corriente a la espira, que gira en consecuencia. La dinamo transforma energía mecánica en eléctrica; el motor transforma energía eléctrica en ener gía mecánica. 66. Los automóviles incorporan una batería, necesaria para suministrar la electricidad para su funciona miento. Investiga en enciclopedias o en Internet la respuesta a estas cuestiones: a) ¿En qué proceso basan su funcionamiento estas baterías? ¿Qué tipo de corriente producen? Se basa en una reacción química que ocurre entre el plomo y el dióxido de plomo. Producen corriente continua, con una diferencia de potencial de 12 V. b) Si se descargan, las baterías pueden recargarse. ¿En qué consiste este proceso de recarga? Consis te en suministrar a la batería una corriente eléctrica que invierte el sentido de la reacción, regenerando los reac tivos de partida. c) Cuando se vuelven inservibles, las baterías nunca deben arrojarse a la basura, sino que han de ser depositadas en un punto de recogida selectiva. ¿Por qué debe hacerse de esta manera? Porque contienen sustancias muy contaminantes, como el plomo que se encuentra en su interior, o muy peligrosas, como el ácido sulfúrico necesario para su funcionamiento.

153 Unidad 8. Electricidad y magnetismo. La corriente eléctrica

N N

64. Los siguientes enunciados tienen algunos errores que debes corregir:

67. En una clase de Física, unos estudiantes están reali zando cálculos sobre interacciones de las partículas subatómicas. Tomando como referencia el modelo atómico de Rutherford, han considerado un átomo imaginario cuyo núcleo tiene una carga positiva de 6,408 · 10–13 μC, alrededor del cual gira un electrón, cuya carga es negativa e igual a 1,609 · 10–13 μC. Su poniendo que la distancia entre electrón y núcleo es de 5,3 · 10–2 nm, responde: a) ¿Cuál es la carga del electrón, expresada en la unidad fundamental de carga del Sistema Interna cional? La carga de un electrón, expresada en culombios, es qe = 1,609 · 10–19 C. b) ¿Cómo es la fuerza que ejerce el núcleo sobre el electrón? Represéntala mediante vectores. La fuerza es de atracción, como corresponde a una interac ción entre dos cargas de signo contrario. c) De acuerdo con la ley de Coulomb, ¿cuál es el valor de esa fuerza? Considerando los datos de carga del núcleo y del electrón, y la distancia entre ambos, se puede calcular la fuerza de atracción aplicando la ley de Coulomb: q1 · q2 N · m2 = 9 · 109 2 · 2 d C 6,408 · 10–19 C · 1,609 · 10–19 C · = 3,3 · 10–7 N (5,3 · 10–11 m)2

154 Solucionario

F=k

d) Debido a su carga positiva, el núcleo crea un cam po eléctrico a su alrededor. ¿Cómo son las líneas de ese campo eléctrico? Realiza un dibujo esque mático. Al ser de signo positivo, las líneas del campo eléctrico creado por el núcleo a su alrededor son radiales, y de sentido hacia fuera. e) ¿Cuál es el valor del campo eléctrico creado por el núcleo en un punto situado a la distancia a la que se encuentra el electrón? El campo eléctrico creado por el núcleo en un punto situado a una distancia de 5,2 · 10–2 nm = 5,2 · 10–11 m es: q Núcleo N · m2 6,408 · 10–19 C N = 9 · 109 2 · = 2,053 · 1012 2 d C (5,3 · 10–11 m)2 C f) Como en realidad en el átomo, por lo general, hay más de un electrón, los estudiantes calculan la fuerza que el núcleo ejerce sobre otro electrón que orbita a una distancia doble a la del anterior. ¿Cuál será ahora la fuerza entre el núcleo y ese electrón? ¿Qué relación tiene con la fuerza calculada ante riormente? Al considerar que el electrón se encuentra a una distancia doble que en el caso anterior, la fuerza de atracción ejercida por el núcleo será cuatro veces menor: E=k

q1 · q2 N · m2 = 9 · 109 2 · d 2 C 6,408 · 10–19 C · 1,609 · 10–19 C · = 8,26 · 10–8 N (1,06 · 10–10 m)2 F=k

–

9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica Presentación

de la unidad

1. Enumera al menos cinco dispositivos o aparatos de uso cotidiano cuyo funcionamiento esté basado en los circuitos eléctricos. ¿Crees que la corriente eléctrica es imprescindible en nuestras vidas? Ordenadores, televisiones, radios, teléfonos móviles o electrodomésticos como frigoríficos, lavadoras, lavavajillas, calefactores o secadores de pelo son solo algunos ejemplos del gran número de aparatos eléctricos que utilizamos en nuestra vida cotidiana, y que han llegado a convertir la electricidad en algo imprescindible en nuestras vidas, ne cesidad que se pone de manifiesto cuando se producen cortes de luz en casa, en la ciudad, en hospitales o en plantas de fabricación.

Desarrollo

de la unidad

2. Describe estos circuitos eléctricos, indicando los elementos que los integran y la función que cumple cada uno de ellos: a)

d)d)

4. Utilizando la fórmula que define la intensidad de co rriente, calcula: a) La intensidad de una corriente que transporta 50 mC en 2,5 s. La intensidad de corriente se calcula dividiendo la carga que ha circulado entre el tiempo: l=

0,05 = 0,02 A 2,5 s

b) La carga total que atraviesa una sección del con ductor en un minuto cuando la intensidad de la corriente es de 8 mA. Despejando de la fórmula anterior la carga, y teniendo en cuenta que la intensidad de corriente es 8 mA y el tiempo 60 s, podemos realizar el cálculo: q l = → q = l · t = 0,008 A · 60 s = 0,48 C t c) El tiempo que tarda en pasar una carga de 7 C por la sección de un conductor por el que circula una intensidad de corriente de 10 A. Primero debemos despejar el tiempo de la fórmula:

q q 7C l= →l·t=q→t= = 0,7 s t t 10 A

3. Dibuja los siguientes elementos en la disposición que se indica: a) Una pila, dos resistencias y un interruptor en serie. b) Dos pilas en paralelo. c) Una resistencia y un condensador en serie. d) Dos resistencias en serie, y el conjunto, en para lelo con otra resistencia.

a)a) a) a) b) b)b) b) c) c) c) d)c) d) d)

–

+ +

– –

–

+ + + + +

– –– – –

5. Corrige los errores que hay en estos enunciados: a) Cuando circula corriente, la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito es nula. Para que circule corriente por un circuito, la diferencia de potencial debe ser distinta de cero. b) La diferencia de potencial es el cociente entre la carga y el tiempo. La diferencia de potencial es la energía necesaria para trasladar una carga de 1 culombio entre dos puntos. c) La intensidad de corriente es una magnitud deriva da del Sistema Internacional. La intensidad de co rriente es una de las siete magnitudes básicas del Siste ma Internacional. d) El voltio es la unidad de medida de la intensidad. El voltio es la unidad de medida de la diferencia de po tencial. 6. Indica el voltaje que suministran los siguientes ele mentos generadores. Encontrarás la información en sus propias etiquetas. a) Pila de petaca. 4,5 V. b) Batería de teléfono móvil. 3-4 V. c) Pila alcalina. 1,5 V. d) Pila de botón. 1,5-3 V. 7. Disponemos de un conductor de plata de 50 cm de longitud y 0,5 mm de diámetro. a) ¿Cuál es el valor de su resistencia? Exprésala en la unidad del SI. Para calcular la resistencia de un conductor necesitamos tres datos: su longitud, que en este caso es 50 cm = 0,5 m,

155 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

a) El primer circuito está compuesto por un generador de corriente continua (una pila, que proporciona la corriente que circula por el circuito), un interruptor (que cuando está abierto impide el paso de la corriente, y cuando está cerrado permite su paso), un amperímetro (que mide la intensidad de corriente que circula), y una resistencia (que dificulta el paso de las cargas). b) El segundo circuito cuenta con un generador de corriente alterna (que suministra la corriente alterna que circula por el circuito), dos resistencias colocadas en paralelo (que dificultan el paso de las cargas), y una bombilla (que proporciona luz al paso de la corriente).

su sección, que podemos calcular a partir de su radio, que es 0,25 mm (el radio es la mitad del diámetro), y su resisti vidad, que conocemos a partir de la tabla que hay en el libro de texto, teniendo en cuenta que el conductor es de plata (ρ = 1,6 · 10–8 Ω · m). Lo primero que haremos será calcular la sección del con ductor, en metros cuadrados, para lo cual expresaremos su radio en metros: 1m = 2,5 · 10–4 m 103 mm Sección: S = π · r 2 = 3,14 · (2,5 · 10–4 m)2 = 1,96 · 10–7 m2.

Diferencia de potencial (V ) 9 6 3 1

10 20

r = 0,25 mm ·

Con el dato de la sección, la resistividad y la longitud, cal cularemos la resistencia del conductor: l 0,5 m R = ρ · = 1,6 · 10–8 Ω · m · = 0,041 Ω S 1,96 · 10–7 m2 b) ¿Cómo debemos modificar el diámetro del conduc tor para que la resistencia se reduzca a la cuarta parte del valor calculado anteriormente? Justifica tu respuesta.

10. Dibuja los siguientes circuitos simples, señala el sentido de la corriente y calcula la intensidad de co rriente que circula por ellos: a) Pila de 4,5 V y resistencia de 15 Ω. b) Pila de 9 V y resistencia de 25 Ω. Conocidas la diferencia de potencial y la resistencia, se puede calcular la intensidad de corriente que atraviesa el circuito aplicando la ley de Ohm: R = 15 Ω

Si el diámetro se hace el doble, también se hace el doble el radio, y la sección se multiplica por 4, puesto que el radio aparece al cuadrado. Entonces la resistencia disminuye a la cuarta parte. Veámoslo en los cálculos:

1m = 5 · 10–4 m 103 mm Sección: S = π · r 2 = 3,14 · (0,0005 m)2 = 7,85 · 10–7 m2

ΔV = 4,5 V

– ΔV = 9 V

ΔV 9 V = = 0,36 A R 25 Ω

11. Dibuja un circuito con dos resistencias en serie de 4 Ω y 3 Ω, y una pila de 4,5 V. a) ¿Cuánto vale la resistencia equivalente? Como están asociadas en serie, la resistencia equivalente viene dada por la suma de las resistencias R1 y R2: R2 = 3 Ω

R1 = 4 Ω

9. Rafael y Carmen han montado un circuito simple usando una fuente de alimentación, una resistencia y un polímetro. Cambiando el voltaje han obtenido los siguientes valores de intensidad:

156 Solucionario

ΔV 4,5 V = = 0,3 A R 15 Ω R = 25 Ω

8. Indica si pueden deducirse las siguientes afirmacio nes a partir del enunciado de la ley de Ohm: a) La diferencia de potencial es directamente propor cional a la intensidad de corriente. Ambas magnitu des son directamente proporcionales, porque al aumentar el valor de la intensidad de corriente, aumenta la dife rencia de potencial, la misma proporción, para una resis tencia fija. b) La resistencia es el cociente entre la diferencia de potencial y la intensidad. Al despejar de la ecuación matemática que representa la ley de Ohm, se obtiene que la resistencia es igual al cociente entre la diferencia de potencial y la intensidad de corriente (R = ΔV/I).

–

r = 0,5 mm ·

l 0,5 m R = ρ · = 1,6 · 10–8 Ω · m · = 0,010 Ω S 7,5 · 10–7 m2

30 40 50 Intensidad de corriente (A)

– ΔV = 4,5 V

Voltaje (V)

1,5

4,5

Req = R1 + R2 = 4 Ω + 3 Ω = 7 Ω

Intensidad (A)

7,4

14,9

22,6

30,1

b) ¿Qué intensidad de corriente circula por él? ¿En qué ley has basado el cálculo? La intensidad de corriente se calcula aplicando la ley de Ohm, considerando el valor de la resistencia equivalente del conjunto:

¿Se cumple la ley de Ohm en este caso? Construye una gráfica para comprobarlo. Se cumple la ley de Ohm siempre que al representar gráfi camente la diferencia de potencial frente a la intensidad se obtenga una línea recta, cuya pendiente será el valor de la resistencia. En este caso, como se obtiene una representa ción lineal, podemos decir que sí se cumple la ley.

ΔV 4,5 V = = 0,64 A R 7Ω 12. Si en un circuito formado por una pila de 4,5 V se co nectan dos resistencias de 4 Ω y 3 Ω en paralelo, l=

En la asociación en paralelo, la resistencia equivalente se calcula del siguiente modo: 1 1 1 R · R 4 Ω · 3 Ω 12 Ω2 = + → Req = 1 2 = = = 1,7 Ω Req R1 R2 R1 + R2 4 Ω + 3 Ω 7 Ω La intensidad de corriente se calcula aplicando la ley de Ohm, considerando el valor de la resistencia equivalente del conjunto: ΔV 4,5 V = = 2,65 A R 1,7 Ω La intensidad que circula es mayor en el circuito con las resistencias en paralelo. l=

13. Calcula la energía consumida durante 15 minutos en un circuito formado por dos pilas de 1,5 V y dos resis tencias en serie de 5 y 10 Ω. Para calcular la energía es necesario conocer la intensi dad de corriente que atraviesa el circuito. Disponemos del dato de la diferencia de potencial (al conectar dos pilas de 1,5 V en serie, la diferencia de potencial será ΔV = 3 V ), y, con dos resistencias de 5 Ω y 10 Ω, también en serie, la resistencia equivalente del conjunto es la suma de ambas, es decir, 15 Ω. De acuerdo con esto, la intensidad de co rriente que circula por este circuito es: I=

ΔV 3 V = = 0,2 A R 15 Ω

Con la intensidad, la diferencia de potencial y el tiempo (15 min = 900 s) se puede calcular la energía consumida por el circuito durante ese tiempo. E = ΔV · I · t = 3 V · 0,2 A · 900 s = 540 J 14. Halla la intensidad de corriente que circula y la energía consumida en un circuito formado por una pila de 1,5 V y una resistencia de 6 Ω, en las siguien tes condiciones: a) La corriente circula durante 15 minutos. La intensi dad de corriente que circula al conectar una pila de 1,5 V y una resistencia de 6 Ω es: I=

ΔV 1,5 V = = 0,25 A 6Ω R

Para calcular la energía consumida, sustituiremos el tiem po en segundos (15 minutos = 900 segundos). E = ΔV · I · t = 1,5 V · 0,25 A · 900 s = 337,5 J b) La corriente circula durante 5 minutos y se cambia la pila por otra de 12 V. Al cambiar la pila por otra de 12 V, se modifica la intensidad de la corriente, que aho ra vale: I=

ΔV 12 V = =2A R 6Ω

Por lo tanto, si el tiempo de funcionamiento es de 5 min = = 300 s: E = ΔV · I · t = 12 V · 2 A · 300 s = 7 200 J c) En las circunstancias anteriores, disminuye la re sistencia a la mitad. Calculamos de nuevo la intensi dad, en el primer caso, dado que aunque la diferencia de

potencial se mantenga en 1,5 V, la resistencia se ha re ducido a 3 Ω: I=

ΔV 15 V = = 0,5 A R 3Ω

E = ΔV · I · t = 1,5 V · 0,5 A · 900 s = 675 J Del mismo modo, para el segundo caso, se mantiene una diferencia de potencial de 12 V, pero la resistencia se ha reducido a 3 Ω (el tiempo de funcionamiento ahora es de 5 min = 300 s): I=

ΔV 12 V = =4A R 3Ω

E = ΔV · I · t = 12 V · 4 A · 300 s = 14 400 J 15. Halla la potencia de un circuito formado por una pila de 4,5 V y dos resistencias iguales de 1 Ω conecta das en paralelo. Al conectar dos resistencias de 1 Ω en paralelo se obtiene que la resistencia equivalente del conjunto es: 1 1 1 R · R 1 Ω · 1 Ω 1 Ω2 = + → Req = 1 2 = = = 0,5 Ω Req R1 R2 R1 + R2 1 Ω + 1 Ω 2 Ω Al conectar una pila de 4,5 V, la intensidad de corriente que circula por el circuito es: I=

ΔV 4,5 V = =9A R 0,5 Ω

Y la potencia del circuito vendrá dada por el producto de la diferencia de potencial y la intensidad: P = ΔV · I = 4,5 V · 9 A = 40,5 W 16. Contesta a estas cuestiones, explicando tus res puestas: a) ¿Depende la potencia del tiempo que esté circu lando la corriente? No. La energía consumida sí de pende del tiempo que esté circulando la corriente, pero la potencia es la energía que consume el circuito por unidad de tiempo, es decir, en cada segundo, por lo que esta magnitud no depende del tiempo. b) ¿Cómo podemos aumentar la potencia de un cir cuito? La potencia depende directamente de la diferen cia de potencial, de la intensidad o de la resistencia, por lo que aumentando los valores de estas magnitudes se aumentará el valor de la potencia. c) ¿Puede tener la energía un valor pequeño y la po tencia un valor grande para un mismo circuito? Sí. Como la potencia es la energía consumida por unidad de tiempo, podemos tener una potencia grande y una ener gía pequeña si el tiempo que tarda en disiparse esa energía es pequeño también. 17. En los talleres de joyería es una operación habitual el recubrimiento de superficies metálicas diversas con delgadas capas de metales nobles, como el oro y la plata. Esta técnica está basada en el efecto quí mico de la corriente eléctrica. Busca información en Internet sobre cuál es el procedimiento para llevar a cabo un baño de oro o de plata en joyería. Describe brevemente en qué consiste desde el punto de vista técnico y sobre qué superficies u objetos se prac tica.

157 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

¿cuál será el valor de la intensidad de corriente que circula? ¿Es mayor que si las resistencias se colo can en serie?

El proceso se realiza sobre piezas de otros metales, ya que deben conducir la corriente. Existen varios procedimientos, pero en esencia se basan en dos pasos. El primero es obte ner una disolución de cloruro de oro, a partir de la cual se depositará el oro metálico sobre la pieza. Para obtener esta disolución, se hace actuar agua regia (mezcla de ácidos clorhídrico y nítrico) sobre oro metálico de 24 quilates. El segundo paso es la deposición del oro; esta se realiza ha ciendo pasar una corriente eléctrica a través de la disolución anterior, colocando sumergida en ella y en conexión con el polo negativo de la batería o fuente la propia pieza que se va a recubrir. 18. ¿Por qué es alterna la corriente que se produce en una central eléctrica? La razón es que producen la corriente mediante un genera dor o alternador, que basa su funcionamiento en el giro de una espira dentro de un campo magnético. Estos dispositi vos producen corriente alterna. 19. Busca la información necesaria en enciclopedias o en Internet y describe cómo funciona una cen tral térmica. Indica qué inconvenientes tiene este tipo de centrales desde el punto de vista medioam biental. La central térmica tiene el mismo fundamento que cualquier otra central, pues se basa en la producción de electricidad a partir de la rotación de la espira de un generador, pero se diferencia en que se hace girar la turbina mediante un chorro de vapor de agua a presión, que se obtiene calen tando una caldera. Para el calentamiento de la caldera se queman generalmente combustibles fósiles, como carbón o derivados del petróleo. El inconveniente de las centrales térmicas radica en que la combustión de estos combustibles fósiles produce la emi sión a la atmósfera de grandes cantidades de dióxido de carbono, que se va acumulando y produce el conocido efecto invernadero, una de cuyas consecuencias es el ca lentamiento progresivo de la Tierra. Además, las emisiones de óxidos de azufre o de nitrógeno producen también lluvias ácidas, con consecuencias devastadoras sobre los ecosis temas vegetales. 20. Una central eléctrica tiene una potencia de 600 MW. a) ¿Qué energía eléctrica produce esta central duran te una hora de funcionamiento? Expresa el resul tado en julios y en kilovatios-hora. La central produ ce una energía: E = P · t = 600 MW · 1 h = 600 MW · h = 6 · 105 kWh En julios:

158 Solucionario

E = 600 MW · h · 106 W/1MW · 3 600 s/1h = 102 J b) ¿A cuántos hogares podrá abastecer teóricamente esta central, suponiendo que cada uno tiene una potencia media contratada de 4 kW? Se abastecerán: 6 · 105 kW / 4 kW = 150 000 hogares. 21. Algunos aparatos domésticos requieren un transfor mador para conectarlos directamente a la red eléc trica. Menciona dos de estos aparatos que tengas en casa. Según la información de la etiqueta de los

transformadores, ¿cuál es el voltaje de entrada y cuál es el de salida? Respuesta libre. En los transformadores de corriente se indica de forma impresa la tensión de entrada (220 V en nuestro caso, no así en otros países, que puede ser de 120 V) y la tensión de salida, que normalmente oscilará entre 3 y 12 voltios, dependiendo del transformador.

ciencia… más cerca

22. ¿Qué semejanzas y diferencias existen entre los cir cuitos integrados y los convencionales? ¿Qué venta jas ofrecen los primeros? La semejanza fundamental es que se trata en ambos casos de circuitos eléctricos; la diferencia es el tamaño y los ma teriales utilizados para construirlos. La ventaja de los cir cuitos integrados es su pequeño tamaño, así como su bajo coste y alto rendimiento. 23. ¿Cuáles son los elementos semiconductores? Con sulta esta información en la tabla periódica. Son elementos con características intermedias entre las de los metales y los no metales, y se encuentran situados entre ambos. Son el boro, el silicio, el germanio, el arséni co, el antimonio, el teluro y el astato. 24. Investiga en la bibliografía o en Internet sobre Sili con Valley, ubicado en Estados Unidos. Redacta un breve párrafo explicando cuándo surgió y nombran do algunas de las empresas que allí se encuentran. Silicon Valley (Valle del Silicio) es una extensa zona situada en la bahía de San Francisco (California, Estados Unidos). Tuvo su origen en los años cincuenta del siglo xx, y recibió su nombre del elemento silicio, que por aquel entonces comenzaba a sustituir al germanio en la fabricación de componentes electrónicos. Actualmente es una zona en expansión, donde tienen su sede varias universidades tecnológicas de renombre, además de un sinfín de empresas relacionadas con las nuevas tecnologías, entre las que podemos destacar Google, Apple, Intel, Ebay o Facebook, por poner algunos ejemplos.

Practica 25. Explica la diferencia existente entre corriente eléc trica y circuito eléctrico. ¿Puede existir un circuito por el que no circule corriente? La corriente eléctrica es el movimiento de las cargas a través de un conductor, mientras que el circuito eléctrico está formado por un hilo conductor conectado a un genera dor de corriente, en el que se intercalan diversos elementos de medida y control. La ausencia de un generador o la presencia de un interruptor abierto puede hacer que por un circuito no circule corriente. 26. Indica cuál es el símbolo y la función de los siguien tes elementos en un circuito eléctrico: a) Batería o pila. Tiene dos polos (positivo y negativo) y su función es proporcionar corriente continua al circuito. b) Amperímetro. Dispositivo que se utiliza para la medida de la intensidad de corriente que atraviesa el circuito. c) Interruptor. Permite interrumpir el paso de la corriente eléctrica por el circuito.

d) Bombilla. Proporciona luz; sirve como testigo del paso de corriente. e) Resistencia. Dificulta el movimiento de las cargas por el conductor. f) Generador de corriente. Proporciona la energía nece saria para el funcionamiento del circuito.

Por convenio, el sentido de la corriente eléctrica es desde la zona de carga positiva hacia la zona de carga negativa, por tanto, teniendo en cuenta los polos positivo y negativo de las pilas instaladas en el circuito, el sentido de la co rriente será desde el borne positivo de cada pila hacia el borne negativo de la otra pila.

27. Observa el siguiente circuito y responde a las cues tiones que se indican:

30. Una linterna dispone de un circuito eléctrico forma do por dos pilas en serie, una bombilla y un interrup tor. Dibuja el circuito que corresponde a la linterna.

a) ¿Cuántos elementos componen este circuito? ¿Cómo están conectados? Hay seis elementos conectados en el circuito, que son dos pilas, un amperímetro, dos resis tencias y un interruptor. Las dos resistencias están en paralelo, y el interruptor, las dos pilas y el amperímetro, en serie. b) ¿Estará marcando el amperímetro el paso de co rriente? ¿Por qué? No, el interruptor se encuentra abierto, y por tanto no permite el paso de la corriente. En el caso de que se cierre el interruptor, circulará la corrien te y el amperímetro marcará el valor de su intensidad.

–

31. Señala cuál es el circuito por el que no circula la corriente, explicando el motivo. a)

28. Dibuja un circuito que tenga:

a) a) a)

b) b)

c) c)

+ + + +

– – – –

32. Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustitu yendo los símbolos  por los términos correspon dientes:

A A c)

Solo circula corriente por el circuito a). En b) hay un inte rruptor abierto impidiendo el paso de la corriente. Aunque a) contiene también un interruptor abierto, este se encuen tra en una derivación en paralelo, por lo que no impide el paso de la corriente por la otra rama y la circulación de esta por el circuito.

+ +

– – + +

– –

La intensidad de corriente es una magnitud que ex presa la cantidad de carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, mientras que la diferencia de potencial expresa la energía necesaria para transportar una carga de 1 culombio. La dificul tad que opone el conductor al movimiento de las cargas es la resistencia. 33. Responde a las siguientes cuestiones:

29. ¿Cuál es el sentido de la corriente eléctrica en el si guiente circuito? Justifica tu respuesta.

a) ¿En qué nos basamos para decir que la intensidad de corriente es la misma en todos los puntos del conductor? Nos basamos en el principio de conservación de la carga. b) ¿Cómo debe ser la diferencia de potencial para que circule la corriente? La diferencia de potencial debe ser distinta de cero. c) ¿Cuáles son los factores de los que depende la resistencia de un conductor? Depende de la tempe ratura, la resistividad del material, la longitud del con ductor y su sección.

159 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

a) Dos pilas en paralelo, y una resistencia y un inte rruptor en serie con estas. b) Una pila en serie con un amperímetro y un conjun to de tres resistencias en paralelo. c) Un interruptor y una resistencia en serie, ambos en paralelo con otra resistencia, y el conjunto en serie con una batería que cierra el circuito.

34. Indica, en cada apartado, a qué magnitud de las si guientes nos estamos refiriendo: resistencia, inten sidad, carga y diferencia de potencial: a) Es la energía transportada por la unidad positiva de carga. Diferencia de potencial. b) Es la cantidad de electricidad de un cuerpo. Carga. c) Es la carga que atraviesa por unidad de tiempo. Intensidad. d) Es la oposición al movimiento de las cargas. Re sistencia. 35. Realiza los siguientes cambios de unidades e indica la magnitud que se está midiendo en cada caso: a) 4,2 · 102 mΩ a Ω. Equivalencias: 1 Ω = 1 000 mΩ ó 1 mΩ = 0,001 Ω. Resistencia = 4,2 · 102 mΩ =

1Ω = 0,42 Ω 1 000 mΩ

b) 5,4 · 104 μA a mA. Equivalencias: 1 mA = 1000 μA ó 1 μA = 0,001 mA. Resistencia = 5,4 · 104 μA =

1 mA = 54 mA 1 000 μA

c) 100 mV a V. Equivalencias: 1 V = 1 000 mV ó 1 mV = 0,001 V. Diferencia de potencial = 100 mV ·

1V = 0,1 V 1 000 mV

d) 5,8 · 10 C a μC. Equivalencias: 1 C = 1000000 (106) μC ó 1 μC = = 0,000001 (10–6) C.

39. ¿Cuál será la longitud de un conductor si se sabe que tiene una sección de 5 · 10–3 cm2 y que su resistencia al paso de la corriente es de 7,5 Ω? (Nota: La resisti vidad del material es de 2,1 · 10–6 Ω · m). Se puede calcular la longitud del conductor ya que se co noce su resistencia, su resistividad y su sección. Pero antes es necesario expresar la sección del conductor en m2: Sección: S = 5 · 10–3 cm2 ·

1 m2 = 5 · 10–7 m2. 104 cm2

l R·S 7,5 Ω · 5 · 10–7 m2 R=ρ· →l= →l= = 1,8 m S ρ 2,1 · 10–6 Ω · m 40. Calcula la resistencia que opone al paso de la co rriente un hilo de cobre de 10 m de longitud y 0,3 cm de diámetro. Recuerda que para calcular la resisten cia necesitas conocer la longitud del hilo, su sec ción y la resistividad del cobre. Esta última deberás consultarla en alguna tabla de datos de resistivi dades; la sección la puedes calcular a partir del ra dio: Sección = π ·r 2. La resistividad del cobre es 1,7 · 10–8 Ω · m, según los datos que aparecen en el libro de texto. Teniendo en cuenta esto, y que el radio del conductor es 0,15 cm (5 · 10–3 m), podemos calcular la sección del conductor, y su resistencia: Sección: S = π · r 2 = 3,14 · (1,5 · 10–3 m)2 = 7,07 · 10–6 m2.

–7

Carga = 5,8 · 10–7 C ·

106 μC = 0,58 μC 1C

36. Un circuito transporta una carga de 2,5 culombios durante 15 segundos. Calcula: a) La intensidad de corriente que atraviesa el circuito. q 2,5 C I= = = 0,17 A t 15 s b) La carga que atraviesa el conductor durante 5 mi nutos. q I = → q = l · t → q = 0,17 A · 300 s = 51 C t 37. Por un circuito circula una intensidad de corriente de 3,5 A: a) ¿Qué carga atraviesa el circuito en 25 segundos? q I = → q = l · t → q = 3,5 A · 25 s = 87,5 C t b) ¿Qué tiempo tardará en atravesar el conductor una carga de 140 C?

160 Solucionario

q q 140 C I= →q=l·t=q→t= = = 40 s t l 3,5 A 38. Calcula la resistencia que opone un conductor de 2,5 m de longitud y 3,1 · 10–6 m2 de sección al paso de la corriente, sabiendo que su resistividad es 2,8 · 10–8 Ω · m. Sustituyendo valores obtendremos: l 2,5 m R = ρ · = 2,8 · 10–8 Ω · m · = 0,023 Ω S 3,1 · 10–6 m2

l 10 m R = ρ · = 1,7 · 10–8 Ω · m · = 0,024 Ω S 7,07 · 10–6 m2 41. Enuncia la ley de Ohm e indica en qué unidades de ben expresarse cada una de las magnitudes que en ella aparecen. ¿Cuál es la utilidad de esta ley? La ley de Ohm dice que la intensidad de corriente que circula por un conductor es igual al cociente de la dife rencia de potencial entre los extremos por su resistencia I=

ΔV . R

La diferencia de potencial debe expresarse en voltios, la intensidad en amperios y la resistencia en ohmios. Esta ley es útil para realizar cálculos en circuitos eléctricos del valor de una de las magnitudes que aparecen en la misma, conocido el valor de las otras dos. 42. Según los datos que se ofrecen en cada apartado, calcula el parámetro que falta teniendo en cuenta la ley de Ohm: a) V = 6 V; R = 12 Ω. Calcula la intensidad. b) I = 3,5 mA; R = 20 Ω. Calcula la diferencia de poten cial. c) I = 0,05 A; V = 12 V. Calcula la resistencia. Nos basaremos para el cálculo en la ley de Ohm, sustitu yendo los datos que nos dan en las unidades que corres pondan del Sistema Internacional: ΔV 6 V = = 0,5 A R 12 Ω b) ΔV = I · R = 3,5 · 10–3 A · 20 Ω = 0,07 V a) I =

c) R =

ΔV 12 V = = 240 Ω I 0,05 A

43. Tenemos tres resistencias de 4 Ω, 10 Ω y 12 Ω dis puestas en serie. Calcula la resistencia equivalente del conjunto. La resistencia equivalente será la suma de todas ellas, dado que están asociadas en serie: Req = R1 + R2 + R3 = 4 Ω + 10 Ω + 12 Ω = 26 Ω 44. Calcula la resistencia equivalente que corresponde a la asociación en paralelo de tres resistencias de 8 Ω, 15 Ω y 7 Ω. Cuando están asociadas en paralelo, la resistencia equiva lente se calcula así: 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + → = + + → Req = 3 Ω Req R1 R2 R3 Req 8 Ω 15 Ω 7 Ω 45. Halla la resistencia equivalente de la siguiente aso ciación de resistencias:

La carga que atraviesa el conductor se reparte proporcio nalmente al llegar a la bifurcación, en función del valor de las resistencias instaladas en cada rama, de modo que cuanto mayor es la resistencia que hay en la rama, menor es la intensidad de corriente que circula por esta. En este caso, como ambas resistencias son iguales, la intensidad de corriente que circula por cada rama es la misma e igual a la mitad de la intensidad total (2,5 A); en el punto C, la intensidad de corriente que circula es la misma que la que había antes de la bifurcación, es decir, 5 A. 48. ¿Qué intensidad de corriente circula por el siguiente circuito? Recuerda que debes calcular previamente la resistencia equivalente de todas las que hay en el circuito, antes de aplicar la ley de Ohm. Para ello, observa que es necesario hallar en primer lugar la resistencia equivalente de las tres que se encuen tran en paralelo. R1 = 1 Ω

R1 = 4 Ω R3 = 3 Ω

R4 = 6,2 Ω

R2 = 5 Ω

R2 = 1 Ω

R3 = 9 Ω

Comenzaremos calculando la resistencia equivalente de la asociación en paralelo de las resistencias 1 y 2; el resulta do se suma con las resistencias 3 y 4, asociadas en serie, obteniendo de este modo la resistencia equivalente del conjunto de las cuatro: 1 1 1 R ·R 4Ω·1Ω = + → R1,2 = 1 2 = = 0,8 Ω R1,2 R1 R2 R1 + R2 4 Ω + 1 Ω Req = R1,2 + R3 + R4 = 0,8 Ω + 3 Ω + 6,2 Ω = 10 Ω 46. Calcula el valor de la intensidad de corriente que marcará el amperímetro en el siguiente circuito: R2 = 5,4 Ω

ΔV = 6 V

Calcularemos la intensidad aplicando la ley de Ohm al cir cuito, pero antes debemos calcular la resistencia equiva lente de las tres resistencias conectadas en paralelo en el circuito, y la cuarta resistencia conectada en serie con las anteriores: 1 1 1 1 1 1 1 = + + → R1,2,3 = + + → 1Ω 5Ω 9Ω R1,2,3 R1 R2 R3 → R1,2,3 = 0,8 Ω Req = R1,2,3 + R4 = 0,8 Ω + 12 Ω = 12,8 Ω l=

R3 = 1,6 Ω

ΔV = 4,5 V

49. Resuelve el siguiente circuito, calculando la resis tencia equivalente del conjunto y el valor de la in tensidad de corriente que medirá el amperímetro.

Calcularemos la intensidad aplicando la ley de Ohm al cir cuito, pero antes debemos calcular la resistencia equivalen te de las tres resistencias. Estas están conectadas en serie: Req = R1 + R2 + R3 = 2,5 Ω + 5,4 Ω + 1,6 Ω = 9,5 Ω ΔV 4,5 V l= = = 0,47 A R 9,5 Ω 47. A la bifurcación llega una intensidad de corriente de 5 A. ¿Cuál será el valor de la intensidad de corriente en los puntos A, B y C? A

R1 = 4 Ω C

I B

R2 = 4 Ω

ΔV 6V = = 0,47 A R 12,8 Ω

R2 = 4 Ω

R3 = 6 Ω

R4 = 15 Ω

R5 = 5 Ω

R1 = 2 Ω

R6 = 6 Ω

ΔV = 4,5 V

Este circuito es bastante complejo, pues para calcular la resistencia equivalente del conjunto debemos calcular previamente las asociaciones en serie de las resistencias 2 y 3, y las resistencias 4 y 5, los valores obtenidos se uti lizan para calcular el valor de la asociación de estas en paralelo, y finalmente se suma el resultado con los valores de las resistencias 1 y 6, que están conectadas en serie.

161 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

R1 = 2,5 Ω

R4 = 12 Ω

Hecho esto, podremos calcular la intensidad de corriente que atraviesa el circuito, utilizando la ley de Ohm:

– ΔV = 4,5 V

R6 = 6 Ω

R1 = 2 Ω

R4,5 = 20 Ω

E = P · t = 6 · 10–3 W · 3 000 s = 18 J

R2,3,4,5 = 6,7 Ω R6 = 6 Ω

R1 = 2 Ω

R2,3 = 10 Ω

Si el circuito se mantiene funcionando durante 50 min (3 000 s), la energía total consumida será:

– ΔV = 4,5 V

ΔV 4,5 V = = 0,3 A Req 14,7 Ω

50. Explica la diferencia entre energía y potencia de un circuito eléctrico, e ilústralo con algún ejemplo. ¿Qué fórmulas se usan para el cálculo de ambas magnitudes? Un circuito consume energía mientras circula corriente eléctrica por él; cuanto mayor sea el tiempo que está fun cionando el circuito, mayor es la energía consumida. En cambio, la potencia es una magnitud que expresa la energía que consume el circuito (o aparato eléctrico) en la unidad de tiempo. Como ejemplo, piensa en una bombilla de se senta vatios; este valor de potencia nos indica que la bombilla, mientras esté funcionando, consume sesenta julios de energía en cada segundo, de modo que si está funcionando durante diez segundos, consumirá una energía de seiscientos julios, y si está funcionando durante veinte segundos el consumo será de mil doscientos julios. La energía se calcula con las fórmulas: E = ΔV · I · t ; E = I 2 · R · t Y la potencia con las siguientes fórmulas: E P = ; P = ΔV · I ; P = I 2 · R t

53. Se conecta un circuito formado por una resistencia de 25 Ω conectada a dos pilas de 1,5 V cada una, y se mantiene así durante tiempo de media hora. Halla la potencia y la energía consumida por este circuito. Para realizar el cálculo de la energía consumida y de la potencia del circuito es necesario calcular previamente la intensidad de corriente que circula, para lo cual utiliza remos la ley de Ohm y tendremos en cuenta la diferencia de potencial de 3 V: ΔV 3V = = 0,12 A R 25 Ω La potencia del circuito será: l=

P = I 2 · R = (0,12 A)2 · 25 Ω = 0,36 W Si el circuito se mantiene funcionando durante media hora (1 800 s), la energía total consumida será: E = P · t = 0,36 W · 1 800 s = 648 J 54. Calcula la intensidad de corriente en amperios, la energía consumida en julios y la potencia en vatios en cada caso de la tabla, considerando que el tiem po de funcionamiento del circuito es de 2 minutos. Diferencia de potencial (V ) Resistencia (Ω) A)

500

230

120

1,5

0,25

51. Ordena de mayor a menor potencia: a) Lámpara halógena: 0,15 kW. b) Bombilla de bajo consumo: 1,5 · 104 mW. c) Batidora: 450 W. d) Secador de pelo: 1,2 kW. e) Placa vitrocerámica: 4,5 · 10–3 MW. Para poder ordenarlos, debemos expresar todos estos va lores de potencia en la misma unidad, por ejemplo, vatios: a) Lámpara halógena = 0,15 kW = 150 W. b) Bombilla de bajo consumo = 1,5 · 104 mW = 15 W. c) Batidora = 450 W. d) Secador de pelo = 1,2 kW = 1 200 W. e) Placa vitrocerámica = 4,5 · 10–3 MW = 4 500 W.

162 Solucionario

El orden, de mayor a menor potencia, será: Placa vitrocerámica > Secador de pelo > Batidora > > Lámpara halógena > Bombilla bajo consumo. 52. Por un circuito cuya resistencia es de 15 Ω circula una intensidad de corriente de 20 mA. Calcula la po tencia de este circuito y la energía consumida si se mantiene en funcionamiento durante 50 minutos. La potencia del circuito será: P = I 2 · R = (0,02 A)2 · 1,5 Ω = 6 · 10–3 W

Intensidad (A)

Energía (J)

Potencia (W)

0,375

675

5,625

0,018

19,44

0,162

1,917

52 900

441

1 080

55. ¿Verdadero o falso? Justifica tus respuestas. a) Cuanto mayor es la potencia de un aparato eléctri co, más energía requiere para su funcionamiento. Verdadero. La potencia es la energía que consume el circuito en la unidad de tiempo. b) La energía consumida en un circuito está relacio nada con la intensidad de corriente que circula por él. Verdadero. La energía consumida es mayor a medida que lo es la intensidad de corriente que circula. c) Si aumenta el valor de la diferencia de potencial, disminuye la potencia, pues ambas magnitudes son inversamente proporcionales. Falso. La potencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial, de modo que si aumenta esta, aumenta la potencia del circuito.

0,2 kJ por segundo es equivalente a una energía de 200 J en cada segundo, o lo que es igual, la potencia del genera dor es de 200 W, suficiente para iluminar la bombilla, cuya potencia es tan solo de 150 W. 57. Expresa la energía de 1 kilovatio-hora en julios. Para ello, ten en cuenta la fórmula que relaciona la poten cia y la energía. E = P · t = 1 kW · 1 h = 1000 W · 3 600 s = J = 1 000 · 3 600 s = 3,6 · 106 J S 58. Una lámpara tiene 4 bombillas de bajo consumo de 9 W. a) ¿Cuál es la potencia total de la lámpara? Cada bom billa consume una energía de 9 J en cada segundo, por tanto, las 4 bombillas funcionando simultáneamente consumirán un total de 36 J por segundo, que es la poten cia del conjunto. La potencia de la lámpara es de 36 W. b) ¿Cuál es la energía consumida si la lámpara se mantiene encendida durante 15 minutos?Exprésala en julios y en kilovatios-hora. Si la lámpara está encendida durante 15 minutos (15 · 60 = 900 s), la energía consumida será: E = P · t = 36 W · 900 s = 32 400 J = 9 · 10 KW/h. –3

59. En casa de Juana, el aparato de aire acondiciona do, de 3 kW de potencia, está conectado durante 3 horas. a) Calcula la energía consumida por el aparato du rante ese tiempo. Expresa el resultado en julios y en kilovatios-hora. La energía consumida puede calcularse a partir de la poten cia del aparato y del tiempo que ha estado funcionando, multiplicando ambas magnitudes: E P = → E = P · t = 3 kW · 3 h = 9 kWh t La energía consumida es igual a 9 kWh. Para expresarla en julios solo debemos repetir el cálculo expresando la poten cia en vatios y el tiempo en segundos (3 h = 10 800 s): E = P · t = 3 000 W · 10 800 s = 3,24 · 107 J 60. Alberto ha comprado dos pilas que almacenan una energía de 1,62 · 104 J cada una. Si las coloca en una linterna, cuya potencia es 2,25 W, ¿cuánto tiem po podrá mantener encendida la linterna antes de que se agoten las pilas? Despejamos de la ecuación matemática de la potencia el tiempo: E E P= →p·t=E→t= t P 4 E 2 · 1,62 ·10 J t= = = 14 400 s = 4 h P 2,25 W 61. Enumera los tres efectos de la corriente eléctrica, explica cómo se producen e ilústralos con ejemplos cotidianos. • Efecto calorífico: También llamado térmico, se produce por la conversión de la energía eléctrica en calor debido

a la resistencia que encuentran las cargas al desplazarse por el conductor. Según la ley de Joule, la cantidad de calor producida en un circuito eléctrico es mayor a medi da que aumentan la resistencia o la intensidad de co rriente que circula por él. Se utiliza para fabricar aparatos destinados a producir calor, como braseros, tostadores, calentadores de agua o secadores de pelo, entre otros. Cuando el efecto calorífico es muy intenso, puede llegar a poner incandescente el conductor, que emite de esta forma luz. Esto se consigue elevando mucho la resisten cia del conductor, es decir, haciéndolo largo y fino, y pasando por él una intensidad de corriente bastante alta. Su principal aplicación es la fabricación de bombillas. • Efecto magnético: Al circular la corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético en sus inme diaciones. Este efecto se utiliza para la fabricación de dispositivos como motores y electroimanes. • Efecto químico: Las cargas que forman la corriente eléc trica pueden interaccionar con determinadas sustancias, produciendo cambios químicos. El proceso es el inverso del que ocurre en una pila, en la que una reacción quími ca produce una corriente. Sus aplicaciones fundamenta les están relacionadas con la electroquímica, utilizándo se para purificar metales o para descomponer sustancias en sus elementos. 62. ¿Verdadero o falso? Justifica tus respuestas. a) El efecto calorífico ocurre en todos los circuitos. Verdadero. Por la resistencia del conductor, se produce disipación de calor en el circuito, pero no en todos los casos es apreciable, pues a veces la disipación es tan pequeña que no se percibe. Continuamente se investiga en la búsqueda de nuevos materiales conductores o su perconductores de baja resistencia, que minimicen las pérdidas de energía. b) El efecto químico de la corriente eléctrica es el que se produce en una pila. Falso. Es justo al contrario. En una pila se transforma la energía química en eléctrica. c) El efecto calorífico y el efecto magnético tienen la misma causa. Falso. El primero se debe a la resistencia del conductor y el segundo al movimiento de las cargas. 63. Redacta un resumen explicando cómo llega a nues tras casas la electricidad que utilizamos diariamen te, la manera en que se produce y transporta, y las operaciones para su uso doméstico. La corriente eléctrica se produce en las centrales eléctricas, que disponen de grandes alternadores accionados por di versas fuentes de energía. Sale de las centrales a alto voltaje y baja intensidad. El voltaje de salida puede ser del orden de los 138 000 V, e incluso superior en algunas redes de distribución. A medida que las redes de alta tensión se van aproximando a las zonas de consumo, se va reduciendo el voltaje de la corriente, hasta los 220 V, gracias a una serie de subestaciones transformadoras que están instala das en las líneas de distribución y en las proximidades a las ciudades. 64. ¿Para qué sirve un transformador? Explica cómo fun ciona y por qué es necesario su uso. Los transformadores son unos dispositivos que se utilizan para modificar los valores de intensidad y voltaje de la corriente eléctrica, pues no por todos los aparatos puede

163 Unidad 9. Circuitos eléctricos. Aplicaciones de la corriente eléctrica

56. Un generador de corriente suministra una energía de 0,2 kJ por segundo. ¿Será suficiente para iluminar una bombilla de 150 W?

circular la misma intensidad de corriente, o funcionan a los mismos valores de diferencia de potencial. Un transformador consta de un núcleo de hierro en el que hay enrolladas dos bobinas. Por una de ellas, llamada pri mario, circula la corriente cuyo voltaje deseamos cambiar; en la otra, el secundario, se induce una corriente de salida de voltaje diferente al de la corriente de entrada. 65. Eva conecta su móvil a la red eléctrica para recargar la batería mediante un transformador en cuya eti queta se lee: Entrada: 230 V/50 Hz/21 mA Salida: 3,7 V/355 mA a) ¿Se trata de un elevador o de un reductor? Se trata de un reductor, pues reduce el voltaje de la corriente de entrada para dar una salida de 3,7 V. b) Según esta información, ¿qué ocurre con la inten sidad de la corriente cuando se transforma el voltaje? Según la información proporcionada, la inten sidad de la corriente de salida es mayor que la de entra da, pues pasa de 21 mA a 355 mA. 66. Busca información y contesta a las siguientes cues tiones: a) ¿Cuánta electricidad se consume en España anual mente? ¿Qué porcentaje de la electricidad produ cida procede de centrales que utilizan combusti bles fósiles? Según los datos del Ministerio de Industria, desde el año 2000 al año 2004 el consumo de energía se ha incrementado desde los 125 000 ktep hasta 140 000 ktep. Teniendo en cuenta que 1 tep (tonelada equivalente de petróleo) equivale a 4,18 · 1010 J, se consumen anualmen te más de 6 · 1018 J, es decir, más de 1,6 · 109 MWh. Aproximadamente el 6,3 % de la energía consumida procede de energías renovables, y, entre estas, casi un tercio procede de la energía hidráulica. b) ¿Se puede afirmar que nuestra dependencia del petróleo en la producción de electricidad es alta? Nuestra dependencia del petróleo es muy alta, pues al rededor del 50% de la energía consumida entre estos años se produjo utilizando el petróleo como fuente de energía.

164 Solucionario

67. Unos técnicos especializados en la fabricación de juguetes se encuentran trabajando en el diseño de una ambulancia a la que se le encenderán las luces de emergencia. Para conseguir este efecto, el jugue te incorporará un circuito que llevará, conectados en serie con una pila de 9 V, dos diodos led de color naranja y un interruptor. Pero, según las especifica ciones técnicas, para que cada led funcione correc tamente, el voltaje máximo ha de ser de 2,4 V y la intensidad de corriente máxima que puede circular por el circuito deberá ser de 20 mA. Por tanto, para

resolver el problema, deberán conectar en serie con todos estos elementos una resistencia limitadora. a) Realiza un dibujo del circuito, indicando los ele mentos que lo componen, junto con los datos de cada uno de ellos. ¿Cuál será el valor de la dife rencia de potencial en los extremos de la resisten cia limitadora? ¿Por qué? En el circuito se disponen todos los elementos en serie, del siguiente modo: Diodos led

Resistencia limitadora Interruptor Pila

La pila suministra una diferencia de potencial al circuito de 9 V. Teniendo en cuenta que la diferencia de potencial en los extremos de cada diodo debe ser, como máximo de 2,4 V, la diferencia de potencial en los extremos de la resistencia deberá ser de: ΔV = ΔVD1 + ΔV D2 + ΔVR → ΔVR = ΔV - ΔVD1 + ΔV D2 ΔVR = 9 V – 2,4 V – 2,4 V = 4,2 V b) ¿Qué valor debe tener la resistencia limitadora para que el circuito funcione correctamente y no se fundan los diodos led? ¿Cuál es la resistencia que ofrece cada uno de los diodos al paso de la corrien te eléctrica en este circuito? De acuerdo con la ley de Ohm, y considerando que la intensidad máxima que debe circular por este circuito es de 20 mA = 0,02 A, la resistencia limitadora debe ser: ΔV 4,2 V = = 210 Ω I 0,02 A Aplicando este mismo cálculo a cada diodo led, la resis tencia de cada uno de estos elementos es: R=

ΔV 2,4 V = = 120 Ω I 0,02 A c) Considerando el conjunto de los diodos y la resis tencia limitadora, ¿cuánto vale la resistencia equivalente del circuito? ¿Cuál es la potencia de este circuito? ¿Qué energía consumirá el juguete si se mantiene funcionando durante cinco minutos? Al estar conectados en serie los diodos y la resistencia limitadora, la resistencia equivalente de este circuito es: R=

Req = R1 + R2 + R3 = 120 Ω + 120 Ω + 210 Ω = 450 Ω La potencia del circuito es: P = I 2 · R = (0,02 A)2 · 450 Ω = 0,18 W Si el circuito se mantiene funcionando durante 5 minutos (300 s), la energía total consumida será: E = P · t = 0,18 W · 300 s = 54 J

Estudio

de la interacción electrostática

1. ¿Cómo se explica lo que ocurre al tocar con un cuer po cargado el electroscopio? ¿Qué sucederá si el cuerpo que acercamos no tiene carga eléctrica? Al tocar con un cuerpo cargado la bola del electroscopio, la carga de dicho cuerpo pasa a las laminillas metálicas, que se separan por las fuerzas de repulsión que aparecen. Si el cuerpo con el que tocamos no está cargado, no pasa carga a las laminillas y estas no se separan. 2. Justifica las observaciones que has obtenido a partir de la experiencia de los péndulos. ¿Cuál es la fun ción de la tela o la piel? Las bolitas suspendidas se re pelen, pues ambas quedan cargadas con electricidad del mismo signo; sin embargo, las cargas adquiridas por el plástico y la ebonita son de distinto signo, y las dos barras se atraen. La función de la tela y la piel es producir la elec trización por frotamiento de forma eficaz.

Suponiendo que conectamos la fuente con un cable de cobre (ρ = 1,7 · 10–8 Ω · m) de 10 cm de longitud (0,1 m), y de 1 mm de sección (0,5 mm de radio), su resistencia será: r = 0,5 mm · Sección: S = π · r2 = 3,14 · (5 · 10–4 m)2 = 7,9 · 10–7 m2. 0,1 m I 0,1 m R = ρ = 1,7 · 10–8 Ω · m · = 0,002 Ω S 7,9 · 10–7 m2 Y la intensidad de corriente que circulará por el cable con ductor será:

Montaje

de circuitos eléctricos

1. Si se mantiene funcionando el circuito anterior du rante 30 minutos, ¿cuál será la energía consumida? Para calcular la energía consumida es necesario calcular previamente la intensidad de corriente que circula por el circuito, para lo cual utilizaremos la ley de Ohm, conside rando que la diferencia de potencial es 6 V, y que la resis tencia equivalente de las tres resistencias conectadas en el circuito es 150 Ω. 1 1 1 R · R 100 Ω · 100 Ω = + → 1 2= = 50 Ω R1,2 R1 R2 R1 + R2 100 Ω + 100 Ω Req = R1,2 + R3 = 50 Ω + 100 Ω = 150 Ω La intensidad de corriente será: I=

6V ΔV = = 0,04 A R 150 Ω

La energía consumida por el circuito en 30 minutos (1 800 s) de funcionamiento será: E = ΔV · I · t = 6 V · 0,04 A · 1 800 s = 432 J 2. ¿Qué intensidad circulará por este circuito si se co locan las tres resistencias anteriores en serie? ¿Y si se colocan las tres en paralelo? Si se colocan las tres resistencias en serie, la resistencia equivalente y la intensidad de corriente que circula por este circuito serán: Req = R1 + R2 + R3 = 100 Ω + 100 Ω + 100 Ω = 300 Ω I=

6V ΔV = = 0,02 A R 300 Ω

Si se colocan en paralelo las tres resistencias: 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + → = + + → Req R1 R2 R3 Req 100 Ω 100 Ω 100 Ω → Req = 33,3 Ω I=

6V ΔV = = 0,18 A R 33,3 Ω

1m = 5 · 10–4 m 103 mm

Practica

6V ΔV = = 3 000 A R 0,002 Ω

pisa

Pregunta 1 Indica qué hábitos domésticos, reflejados en los datos de la encuesta del INE, debe considerar María porque favorecen la preservación del medioambiente. Se alude al ahorro de agua, uso del transporte público, instalación de iluminación de bajo consumo y separación y reciclaje de materias primas. Pregunta 2 La energía eléctrica se encuentra, como has podido leer, en la casi totalidad de los hogares españoles. Si solo el 1 % proviene de instalaciones domésticas de captación solar, ¿de dónde crees que proviene el 99 % restante de esta energía eléctrica? Proviene de la energía suministrada por la red eléctrica, la cual procede de las centrales eléctricas, fundamentalmen te térmicas, nucleares e hidroeléctricas. Pregunta 3 Casi el 77 % de las personas encuestadas mani fiestan preocupación por el medioambiente. Sin embargo, los porcentajes de hogares que adoptan medidas como separación de residuos, instalación de iluminación de bajo consumo o uso de transporte público son bastante inferiores. ¿Cómo explicarías esta aparente contradicción? La toma de conciencia hacia el medioambiente es crecien te en la sociedad, pues existen multitud de campañas y proyectos educativos encaminados a lograrla. Sin embargo, la adopción de medidas concretas exige cambios en nuestro estilo de vida, que en ocasiones no estamos dispuestos a asumir.

165 Actividades trimestrales

Actividades trimestrales

3. ¿Por qué no se deben conectar los bornes de la batería o fuente de alimentación directamente en tre sí? Un cable conductor suele tener una resistencia muy pequeña. Si se conectan directamente los bornes de la batería entre sí, con una diferencia de potencial de 6 V, según la ley de Ohm, como la resistencia es muy pequeña, la intensidad de corriente que circulará por el conductor será muy alta, lo cual puede producirnos una descarga mortal, además de calentar enormemente el cir cuito según la ley de Joule. Esto se confirma si realizamos los cálculos.

Pregunta 4 Indica en qué grado estás de acuerdo o no con las siguientes afirmaciones, utilizando una escala del 1 al 4*. Justifica brevemente tu respuesta. a) La preservación del medioambiente comienza en nuestros hogares. b) La influencia de nuestros hábitos de consumo sobre el medioambiente es baja en comparación con otros ámbitos. c) Es importante que los medios de comunicación divulguen campañas sobre el reciclaje. d) La preservación del medioambiente permite que los recursos naturales se agoten a un ritmo bastan te menor. * 1: Totalmente de acuerdo. 4: Totalmente en desacuerdo.

Respuesta libre. Pregunta 5 Observa la gráfica del porcentaje de viajeros según el medio de transporte utilizado. Indica qué afirma ción te parece más correcta para describir la situa ción que muestra: a) La mayoría de las mujeres utilizan el transporte privado. b) El transporte público se utiliza muy poco, tanto por mujeres como por hombres. c) La mayoría de las mujeres se desplazan caminando. d) Hay diferencias significativas entre el tipo de transporte que utilizan los hombres y las mujeres. Opción d. Pregunta 6 Fíjate ahora en la gráfica del porcentaje de hogares en los que se lleva a cabo la separación de los re siduos. Por ejemplo, pilas, medicamentos, electro domésticos y muebles se separan en un porcentaje muy alto; sin embargo, dispositivos móviles, aceites de cocina y tubos fluorescentes se separan en unos porcentajes bastante menores. ¿A qué crees que puede ser debido? Pueden influir varios factores; por ejemplo, la mayor dispo nibilidad de puntos o medios de recogida selectiva en el primer caso (incluso incentivados, en el caso de los electro domésticos), o también la mayor toma de conciencia de la peligrosidad hacia el medioambiente.

Practica

con textos

166 Solucionario

La conducción eléctrica ¿En qué texto se cita la relación entre corriente eléctrica y carga eléctrica? ¿Qué elemento químico se utiliza en los semiconductores? Se trata del texto situado en la parte superior. El elemento químico en cuestión es el silicio. Redacta un breve párrafo en el que se expliquen las semejanzas y las diferencias entre un conductor y un semiconductor. Los conductores y los semiconductores eléctricos presentan, entre sus semejanzas, la capacidad de conducir la corrien

te eléctrica. La diferencia fundamental entre ambos radica en que, para que esto ocurra, el semiconductor debe encon trarse en ciertas condiciones, como puede ser un determi nado rango de temperatura, lo cual le confiere interesantes posibilidades de aplicación al desarrollo de dispositivos tecnológicos. Los aislantes eléctricos son materiales de enorme importancia tecnológica. Comenta con tus compa ñeros lo que esto significa en nuestro entorno co tidiano. Respuesta libre. Una bandeja para cargarlos todos Teniendo en cuenta cómo se realiza la carga de los numerosos equipos – ordenadores, reproductores, móviles, tabletas – que usamos a diario, ¿en qué con siste la innovación que describe el artículo anterior? Para realizar la carga de un aparato eléctrico que funciona con baterías es necesario conectarlo físicamente a una fuente de alimentación a través de, por ejemplo, un trans formador. El dispositivo que se menciona permite la recar ga de la batería del aparato depositándolo sobre una ban deja específicamente diseñada con esa finalidad, evitando de este modo tener que conectarlo a un enchufe con sus correspondientes transformador y cable. Explica, con argumentos, las ventajas de la tecnolo gía inalámbrica frente a la que utiliza cables. ¿Crees que puede tener algún inconveniente? La tecnología inalámbrica supone una gran ventaja en co modidad respecto al sistema convencional por cables, pues favorece la portabilidad y el acceso a la tecnología desde casi cualquier lugar. La desventaja fundamental es el uso masivo de las ondas electromagnéticas en nuestro entorno, cuyas repercusiones sobre la salud no están del todo claras. La noticia habla del Mobile World Congress de Bar celona, celebrado en 2009. ¿Qué piensas sobre la uti lidad de las ferias de muestras tecnológicas como esta? Discútelo con tus compañeros y compañeras. Respuesta libre. Electricidad sin cables ¿Quién puede considerarse el precursor de la witricidad? ¿En qué consistía la idea de este gran cientí fico y por qué era novedosa? El precursor de la electricidad fue Nikola Tesla, uno de los inventores más importantes de la historia. Tesla dedicó una gran parte de su vida a investigar una idea que le asaltaba continuamente: transmitir energía a través del aire, sin necesidad de cables y utilizando para ello la conductividad de la atmósfera. Piensa detenidamente en las posibles aplicaciones de la witricidad y redacta unas líneas explicando qué usos ventajosos podría tener esta tecnología. La witricidad consiste en transmitir la electricidad a través del aire, desde una fuente energética a un dispositivo re ceptor. Partiendo de esto, las aplicaciones futuras pueden ser diversas y variadas, y van desde suministrar la energía eléctrica a los aparatos de una estancia, desde las bombillas de una lámpara, hasta la televisión o el equipo de música, hasta mejorar el abastecimiento eléctrico a gran escala.

1. En los textos anteriores se habla de innovaciones tecnológicas que tratan de eliminar los clásicos cargadores con cables. ¿Qué diferencias encuentras entre la bandeja para cargar y la witricidad? La idea, a priori, es similar: recargar la batería del aparato sin necesidad de conectarlo a la corriente a través de su cargador. La diferencia radica en que en el primer caso, el aparato debe depositarse sobre una bandeja en la que se realiza el proceso de carga, mientras que en el segundo caso, esto es, mediante la witricidad, bastaría con dejar el aparato en cualquier punto de la estancia en la que se en cuentre el dispositivo wifi emisor. 2. Considerando la información que has leído, resume en un párrafo cuál crees que es la tendencia para los nuevos dispositivos tecnológicos que funcionan con baterías en los próximos años. La nueva tendencia en este tipo de dispositivos (teléfonos móviles, reproductores de MP3, ordenadores, etc.) es que no necesiten cargadores ni baterías para f uncionar, ya que podrían recargarse a distancia. En cualquier caso, la incorporación de una pequeña batería para mantener el funcionamiento b ásico al trasladarlo de una a otra fuente de energía sería suficiente. 3. Las novedades tecnológicas se suceden año tras año, dinamizando el mercado de la electrónica. ¿Te parece que hay intereses económicos detrás de estas innova ciones? Debátelo con tus compañeros y compañeras. Respuesta libre.

Practica

con tic

Energía eléctrica y medioambiente Me planteo la situación ¿Cómo funciona una central eléctrica en general? ¿Y un aerogenerador? ¿Qué se requiere para construir una central hidroeléctrica?

Funciona transformando la energía de una fuente en ener gía mecánica, que a su vez genera la corriente eléctrica. En el caso de un aerogenerador, la fuente energética es el viento. Para construir una central hidroeléctrica son nece sarios una corriente o un salto de agua, que proporcionan la energía necesaria para generar la electricidad. ¿Qué es el desarrollo sostenible? ¿Por qué es impor tante lograrlo? Se define como aquel que compatibiliza el progreso tecno lógico con la preservación de los recursos para las futuras generaciones. Es importantísimo lograrlo para garantizar la disponibilidad de estos recursos en el futuro, a medio y largo plazo. ¿Por qué decimos que las fuentes de energía reno vables respetan el medioambiente? ¿Qué problemas medioambientales generan las fuentes no renova bles? Son respetuosas con el medioambiente porque no agotan los recursos existentes y son menos contaminantes. Las fuentes no renovables generan problemas de contaminación (efecto invernadero, lluvia ácida o residuos peligrosos), a la vez que merman los recursos naturales. ¿Cuáles son las cifras de producción de energía eléctrica anual correspondientes a nuestro país, desglosadas por tipo de fuente de energía? ¿Y en la Unión Europea y en Estados Unidos? Cifras actualizadas disponibles en la red Internet. En el caso de España, pueden obtenerse en la página del Instituto Nacional de Estadística (INE). ¿Cuáles son las fuentes de energía renovables con mayor rendimiento? ¿Son las más implantadas en nuestro país? El rendimiento es el cociente entre la energía producida y la energía consumida. En el caso de las energías re novables, una de las de mayor rendimiento es la hidroe léctrica, que, además, es la más implantada en España. Otro tipo de energías, como la solar o la eólica, se encuen tran en pleno proceso de mejora, aumentando sus rendi mientos cada vez más, a la vez que se incrementa su im plantación.

167 Actividades trimestrales

Muchas personas a lo largo de la historia han te nido ideas adelantadas a su tiempo, que suelen ser incomprendidas o ignoradas. ¿Qué papel crees que desempeñan estas ideas en el avance de la ciencia? Respuesta libre.

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