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DEMO

2 ESO

FÍSICA Y QUÍMICA J.M. Vílchez Go n zál ez, A. M .ª M o r al es Cas , G. V i l l al o b o s Gal d e an o

propuesta didáctica

SUMA

piezaS

A M SU

Suma Piezas es un proyecto educativo de Anaya para Educación Secundaria. En la realización de esta obra han intervenido:

Equipo de edición: Manuel Gil, Margarita Marcos, María Ferrond y Sergio Gutiérrez

Diseño, gráficos y cartografía: Patricia G. Serrano, Juan Carlos Quignon, Julio Vázquez y Miguel Ángel Díaz-Rullo Ilustración: M.ª Carmen Fuente y Pablo Vázquez Maquetación: Isabel Román

Corrección: Sergio Borbolla

Edición gráfica: Beatriz Gutiérrez

Fotografía: Age Fotostock, Alamy/Cordon Press, Archivo Anaya (Boé, O.; CSIC / IFI / Barcenilla, J.; Candel, C.; Cosano, P.; García, P. & Muñoz, V.; Gragera, R. & Muñiz, E.; Hernández Moya, B.; Martín, J.A.; Martínez, C.; Osuna, J.; Padura, S.; Peñuela Py, E.; Ramón Ortega, P. Fototeca de España; Steel, M.; Sánchez, J.; Torres, O.; Valls, R.), Dreamstime/Quick images, Getty Images, iStock/Getty Images, NASA, 123RF y colaboradores.

S a z e pi

Orientación Académica y Profesional: elaborada con el asesoramiento de la Fundación Bertelsmann. Coordinación: Juan José Juárez Calvo. Colaboración como expertas: Sara Lozano Santiago, Belén Pérez Castro y Pilar Vázquez Hernández.

compromiso

Nuestras publicaciones mantienen el rigor en el uso y en la selección de los contenidos, en las imágenes y en el lenguaje, para cumplir con la no discriminación por razón de género, cultura u opinión.

Grupo Anaya considera la responsabilidad social y medioambiental uno de sus valores fundamentales. Por ello, se compromete a: · mejorar nuestros resultados en materia de medio ambiente, · reducir nuestras emisiones de carbono, · hacer uso de los recursos naturales de manera responsable y · eliminar cualquier impacto negativo de nuestra actividad en los bosques en peligro. Dichos compromisos, entre otros, hacen que el 100 % del papel utilizado en nuestros libros tenga el sello PEFC.

Importante: Los enlaces a las páginas web que aparecen en este libro han sido revisados en la fecha de su impresión. La editorial no se hace responsable de las modificaciones o las anulaciones que se produzcan en ellos con posterioridad a dicha fecha.

© GRUPO ANAYA, S.A., 2021 - C/ Juan Ignacio Luca de Tena, 15 - 28027 Madrid. Reservados todos los derechos. El contenido de esta obra está protegido por la Ley, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios, para quienes reprodujeren, plagiaren, distribuyeren o comunicaren públicamente, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la preceptiva autorización.

índice Suma Piezas y las claves del proyecto ........................... Nuestro proyecto para el área

.............................................. 6

Unidades La actividad científica ................................................................

1. La materia .................................................................................... 20 2. Estados de agregación ....................................................... 34 3. El átomo ........................................................................................ 52 4. Las sustancias químicas .................................................... 66 5. Las fuerzas y los movimientos ...................................... 80 6. La energía. Energía mecánica ........................................ 102 7. Energía térmica ........................................................................ 120 8. Fuentes de energía ................................................................ 136

SUMA

piezaS

. e j a z i d n e r p a u y construye t Un proyecto sustentado en el aprendizaje competencial y en el desarrollo de compromisos del alumnado con la realidad de su tiempo

Suma Piezas propone un nuevo enfoque competencial, con el máximo rigor curricular y una secuenciación de contenidos coherente y coordinada entre todas las áreas a lo largo de la etapa. Favorece la competencia en comunicación lingüística, primordial para acceder al conocimiento que permite comprender el mundo que nos rodea y desarrollar habilidades de convivencia. De manera flexible, Suma Piezas brinda la posibilidad de incorporar metodologías activas, utilizar estrategias cooperativas y de pensamiento, fomentar las habilidades personales y sociales para la gestión de las emociones y el desarrollo del emprendimiento y atender la orientación académica y profesional, apostando por la igualdad y la inclusión. Y todo ello, dentro del marco de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, que han de ser nuestro horizonte en los próximos años.

LAS CLAVES DEL PROYECTO ODS

Compromiso ods Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecen el marco a partir del cual articular aprendizajes competenciales que refuercen en el alumnado su preparación hacia una ciudadanía comprometida.

Plan Lingüístico Contribuye al desarrollo de habilidades orales y escritas y al aprendizaje de los diferentes aspectos relacionados con el uso del lenguaje.

Desarrollo del pensamiento Las estrategias de pensamiento fomentan la competencia de aprender a aprender; contribuyen a que el alumnado tome conciencia de sus procesos mentales y a que actúe de forma reflexiva y crítica.

Aprendizaje cooperativo La aplicación de técnicas cooperativas favorece el aprendizaje e incrementa la participación y el sentido de responsabilidad del alumnado para generar capacidades de comunicación y cooperación.

Educación emocional Proporciona al alumnado pautas para la gestión emocional de sus situaciones de aprendizaje diarias, ayudándoles a que, a nivel intrapersonal, identifiquen y reconozcan las emociones, las regulen y las gestionen; y a nivel interpersonal, adquieran habilidades de relación con las personas.

Cultura emprendedora Promueve las distintas habilidades de emprendimiento en sus tres dimensiones, personal, social y productiva, de manera transversal en todas las áreas a través de una secuencia progresiva de actividades a lo largo de toda la etapa.

TIC Integra el uso de las TIC como recurso para obtener información, seleccionarla y utilizarla con una finalidad concreta, desarrollar la ciudadanía digital y las competencias de planificación, gestión y elaboración de trabajos, pasando a tener un uso para el aprendizaje y el conocimiento (TAC).

Orientación académica y profesional Facilita el desarrollo de habilidades que le ayudarán a conocerse a sí mismo, a entender el entorno y a tomar decisiones académicas y profesionales que le permitan entrar en el mercado laboral y prosperar en él.

Evaluación Incorpora estrategias que permiten al alumnado participar en la evaluación de su aprendizaje analizando «qué ha aprendido» y «cómo ha aprendido», acompañando su análisis con el uso del portfolio y de otros instrumentos que faciliten una valoración objetiva. 7

nuestro proyecto para el área 2

INCLUYE

PROYECTO DIGITAL

TRIMESTRE 1

Los libros del alumnado

BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL

FÍSICA Y QUÍMICA

2 ESO

FÍSICA A Y QUÍMIC

ESO

La web www.anayaeducacion.es La web del profesorado es una herramienta que facilita y enriquece la labor docente. Con ella, podrá adaptar los contenidos a las necesidades de los estudiantes a través de recursos adicionales o reforzar aspectos didácticos que considere relevantes: • Programación, propuesta didáctica y documentación del proyecto. •D iversidad e inclusión, para atender a la diversidad de motivaciones, inte reses, ritmos y estilos de aprendizaje del alumnado. Ofrece: - Recursos teóricos para la adaptación curricular. - Fichas de ejercitación. - Fichas de profundización y para el desarrollo de competencias. - Tareas, talleres y otros recursos. • La evaluación, pilar fundamental del proyecto, presenta: - Generador digital de pruebas de evaluación por contenidos. - Pruebas y registros de evaluación prediseñados. - Documentación específica. - Fondo de herramientas de evaluación. - Herramienta digital de entrenamiento de pruebas externas. • Banco de recursos, con una gran variedad de recursos digitales tales como: - Qué debes saber. - Para estudiar. - Aprende jugando. - Laboratorios virtuales y simulaciones. - Vídeos. - Presentaciones. - Autoevaluaciones. - Soluciones.

ESO

SUMA

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EL PROYECTO DIGITAL para el profesorado

ESO

, ale s Cas A. M.ª Mor zál ez, che z Gon b os Gal de ano J. M. Víl alo G. Vil l

ESO

Los libros presentan los contenidos y las actividades ajustados al desarrollo curricular de nuestra comunidad. Bajo una metodología competencial, permiten responder de una manera creativa e innovadora a nuestro compromiso con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y posibilitan el crecimiento de las habilidades y las aptitudes que exige nuestra sociedad, cada vez más diversa.

FÍSICA Y QUÍMICA

BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL

ale s, M.ª Mor o che z, A. L. Gar rid J.M . Víl P. Ton da, alo b os, G. Vil l

SUMA

TRIMESTRE 1

piezaS

SUMA

TRIMESTRE 1

piezaS

las Propuestas didácticas para el profesorado Una propuesta didáctica para cada libro del alumnado con las soluciones de las actividades, orientaciones metodológicas, sugerencias para aplicar las claves del proyecto, etc.

3 2

3 4

FÍSICA Y QUÍMICA

ESO

J. M. V íl c he z G o n zá l e z, A . M.ª Mo r a l es C a s, G . V il l a l o b o s G a l d e a n o

J .M . V í lch ez Go n z á lez , A .M .ª M o r a les Ca s , G. V i ll a lo b o s Ga ld e a n o

propuesta didáctica

SUMA

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SUMA

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SUMA

piezaS

el libro digital Los libros de todos los cursos disponen de una versión digital. Podrá descargar el libro completo o por unidades, con todos sus recursos o en su versión ligera (sin los recursos digitales más pesados), lo que posibilita su uso en condiciones offline y online. Los recursos de cada unidad se agrupan por tipologías y permiten un acceso directo al banco de recursos de la web y a la propuesta didáctica.

¿y para el al umnado? Banco de recurs

os en www.a nayaeduc acion.es • Recurso con: s relacio n ados con del proye las clave cto. s • Recurso s destaca dos de la • Recurso materia. s para ca da unida d. Libro dig ital Una vers ión digit al del lib que pod ro de te rán desc xto a rgar com unidades; p leto o p con todo or s sus rec descarga ursos o u ligera (sin n a los recurs más pesa os digitale dos). s

LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS

ä Presentación de la unidad En esta unidad se estudian los contenidos del bloque de la materia. Se avanza en el conocimiento sobre las sustancias químicas dando una información fundamental acerca de las uniones entre átomos. Se abordan las características de las sustancias a partir del tipo de enlace que mantiene unidas sus entidades elementales. De forma especial, se muestra la diferencia entre moléculas y cristales, para lo cual se han introducido previamente en la unidad los tres tipos de enlace; desde este conocimiento se muestra la interpretación de una fórmula química. A partir de la regla del octeto, se justifica la carga de algunos iones. Por último, se muestran algunas aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas. Como complemento a esta unidad, se añade un apéndice de formulación y nomenclatura de compuestos inorgánicos que se puede ir estudiando en paralelo al resto de contenidos de la unidad.

ä Recursos y materiales Para el tratamiento de la unidad, además del libro del alumnado y la propuesta didáctica, le serán de utilidad los recursos digitales disponibles en la web de Anaya. También pueden llevarse a cabo prácticas de laboratorio que se recogen en el anexo final del libro del alumnado.

ä Sugerencias generales Ideas previas y dificultades de aprendizaje La principal dificultad tiene que ver con el uso y la percepción que tienen los estudiantes sobre los modelos que utiliza la ciencia. En este caso, los modelos de enlace. Conviene incidir, al iniciar la unidad, en el concepto de modelo en sí mismo, para evitar que los alumnos y las alumnas asuman que un modelo no es una representación fiel de la realidad, sino una posible explicación a las propiedades de la materia. Al igual que en la unidad anterior, conviene destacar que los modelos moleculares y de cristales son solo una representación, y que no existen físicamente esas uniones entre átomos como un sistema material diferente a los propios átomos del enlace.

Tareas relacionadas En el final de esta unidad se abordan las aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas de las sustancias químicas. Una de ellas es la producción de fertilizantes, propuesta en el apartado «Taller de ciencias», donde se abordan ODS relacionados con el medioambiente y la agricultura. Se trata de acercar al alumnado la vida rural a través de algunas cuestiones relacionadas con la producción agraria y alimentaria, poniendo de manifiesto que el estudio de la química no solo se circunscribe al laboratorio o la industria de producción de productos de consumo. En ese mismo sentido, en la introducción a la unidad se pide una búsqueda de información sobre aditivos alimentarios.

Educación en valores En esta unidad se sientan las bases para el estudio de la química. La competencia de aprender a aprender está presente durante todo el aprendizaje y se ve aplicada en contenidos concretos como la formulación y la nomenclatura de sustancias químicas, o el cálculo de sus masas. Las competencias sociales y cívicas se trabajarán siempre que se lleven a cabo prácticas de laboratorio y actividades de forma colaborativa por equipos.

CC: competencias clave, CCL: comunicación lingüística, CMCT: competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología, CD: competencia digital, CAA: aprender a aprender, CSYC: competencias sociales y cívicas, SIEP: sentido de iniciativa y espíritu emprendedor y CEC: conciencia y expresiones culturales.

Contenidos y competencias Contenidos de la unidad

Competencias clave

Página inicial • Compromiso ODS • Producción y procesado de productos agrícolas

CCL CMCT CD CAA

Sustancias simples y compuestas • Los ladrillos de la materia • Elementos naturales y artificiales • Elementos químicos y sustancias simples • Grandes grupos en el sistema periódico

CCL CMCT CD

Los átomos se unen • El enlace químico • Gases nobles y regla del octeto • Formas de alcanzar la configuración de gas noble

CCL CMCT CD

Enlace químico • Cargas eléctricas de los iones • Enlace iónico • Uniones de átomos compartiendo electrones

CCL CMCT CAA

Moléculas y cristales • Moléculas • Cristales

CCL, CMCT CD, CAA SIEP

Fórmulas químicas • Fórmulas químicas • Interpretación de fórmulas químicas • Masa molecular y masa de la unidad fórmula

CCL CMCT CD

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas • Aplicaciones industriales • Aplicaciones biomédicas • Aplicaciones tecnológicas

CCL CMCT CD CAA SIEP

Taller de ciencias • Fertilizantes y explosivos • Sustancias simples y compuestos

CCL, CMCT CD, CAA CSYC, SIEP CEC

Trabaja con lo aprendido • Organizo mi mente • Sustancias simples y compuestos • Los átomos se unen • Enlace químico • Moléculas y cristales • Fórmulas químicas • Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas

CCL CMCT CD CAA CSYC SIEP

Apéndice • Formulación y nomenclatura química

CCL, CMCT CAA

Compromiso ODS

piezas clave Compromiso ODS • Metas: 2.3, 3.3, 6.3, 9.b, 12.2, 12.4

Le recomendamos que sugiera al alumnado visualizar los vídeos explicativos de las metas 9.b y 12.4 disponibles en anayaeducacion.es, antes de responder a las cuestiones propuestas. TIC El apartado «Qué debes saber» recoge los conceptos que nuestro alumnado debería conocer antes de iniciar la unidad.

Plan Lingüístico • Destrezas: hablar y escribir (texto argumentativo)

LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS Producción y procesado de productos agrícolas La diversidad de la materia que nos rodea se debe a las distintas propiedades de las sustancias que la componen. Hay sustancias conductoras del calor, de la electricidad y otras que son solubles en agua. Además, las sustancias pueden ser transformadas o procesadas para obtener otras distintas, con mejores propiedades para una función concreta. El procesamiento de sustancias es de suma importancia en los alimentos, los cuales son procesados desde que son un producto agrícola hasta convertirse en un alimento final. Actualmente, no todos los países son capaces de transformarlos, y solo el 30 % de los países en vías de desarrollo someten a los alimentos a un procesamiento industrial. Frente a esto, casi la totalidad de los países desarrollados, un 98 %, sí procesan los productos agrícolas que generan.

Desarrollo del pensamiento Técnicas: • Veo, pienso, me pregunto • El espejo Organizo mi mente: • Esquema • Mapa conceptual jerárquico

Además de suplir estas diferencias entre países industrializados y países en desarrollo, existe otro problema derivado de la industria alimentaria: los productos químicos utilizados y los desechos que se generan. Los fertilizantes y los pesticidas que se usan en los cultivos terminan contaminando los suelos y las aguas a su alrededor. Y no es el único problema asociado a las tierras de cultivo, pues también son las causantes de más del 20 % de las emisiones de gases de efecto invernadero debido a la deforestación.

COMPROMISO ODS Una vez hayáis visto los vídeos sobre las metas 9.b y 12.4, haced las siguientes actividades en grupo:

1 Realizad una búsqueda de proyectos de desarrollo en Asia relacionados con la meta 9.b de los ODS. 2 Escribid un párrafo sobre la posibilidad y la oportunidad de llevar a cabo esta meta. 3 Buscad información acerca de las sustancias químicas permitidas en el procesado de alimentos, como la sal común. Al terminar esta unidad, revisad vuestras anotaciones iniciales y comparadlas con el conocimiento que habéis adquirido.

LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD PRESENTACIÓN

LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS

VÍDEO

Qué debes saber.

Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Producción y procesado de productos agrícolas

INTERACTIVO

Sustancias simples y compuestas DOCUMENTO

Cómo aplicar la técnica: «Veo, pienso, me pregunto».

3 VISOR

Visualizador de moléculas: Sustancias moleculares. VISOR

Visualizador de moléculas: Cristales iónicos. DOCUMENTO

Cómo aplicar la técnica: «El espejo».

DOCUMENTO

Cómo elaborar un informe de laboratorio.

Tabla periódica.

DOCUMENTO

Los átomos se unen

Enlace químico

Textos argumentativos.

VISOR

Visualizador de moléculas: Cristales metálicos.

Antes de empezar a estudiar esta unidad, consulta la presentación «Qué debes saber» en anayaeducacion.es. 92

Visualizador de moléculas: Cristales covalentes.

DOCUMENTO

Fórmulas químicas

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas Proyecto de investigación Fertilizantes y explosivos Trabajo práctico Deformaciones elásticas

«Para estudiar» y «Aprende jugando».

VISOR

Moléculas y cristales

Organizador gráfico: «Esquema». VÍDEO

Nanotubos de carbono. DOCUMENTO

Cómo elaborar un informe de investigación. DOCUMENTO

Consejos para elaborar tu portfolio. VÍDEO

Trabaja con lo aprendido

Y ADEMÁS… Soluciones de todas

Objetivos de Desarrollo Sostenible.

las actividades numéricas 93

Página inicial Aprendizaje cooperativo • Rompecabezas

Cultura emprendedora • Imaginación (dimensión personal)

TIC • Interactivo: «Tabla periódica». • Visor de sustancias moleculares y tipos de cristales. • Vídeo: «Nanotubos de carbono». • Presentaciones: «Qué debes saber» y «Para estudiar». • Actividades lúdicas: «Aprende jugando». • Y además: Actividades interactivas, vídeos y presentaciones para repasar y ampliar los contenidos.

Introducción En esta unidad comenzamos un estudio sistemático de la química. Por ello, es especialmente importante adquirir los conocimientos conceptuales y procedimentales que en ella se tratan, así como aprovechar para transmitir al alumnado una buena disposición hacia esta ciencia. Como parte fundamental de la nomenclatura química, veremos las fórmulas químicas y su interpretación. Se puede utilizar el apéndice «Formulación y nomenclatura química» de forma complementaria. La unión entre átomos da lugar a las sustancias, tanto si se trata de elementos como de compuestos. Las propiedades de las sustancias varían mucho de unas a otras, y dependen del tipo de unión que haya entre los átomos que la componen. La importancia y las aplicaciones de algunas sustancias destacadas se muestran en el último epígrafe.

Producción y procesado de productos agrícolas. Compromiso ODS Se recomienda responder en grupo a las preguntas de este apartado, en agrupaciones de entre 3-5 estudiantes para que los tiempos de discusión no sean grandes, permitiendo así una adecuada puesta en común de conclusiones con toda la clase.

1 Una vez se hayan entendido las metas 9.b y 12.4, se buscan proyectos reales Orientación académica y profesional • Buscar y analizar información

que se estén llevando a cabo en Asia para lograrlas. El profesorado puede orientar en la búsqueda de información y en su comprensión para relacionarla correctamente con las metas.

2 A partir de la actividad anterior, el alumnado debe escribir su opinión sobre si Evaluación • Trabaja con lo aprendido • Elaboración del portfolio

es posible alcanzar las metas trabajadas.

3 Con esta actividad se trabaja a través de la propia reflexión y el autoaprendi-

zaje del alumnado. Anotarán sustancias químicas que no saben de qué tipo son ni qué efectos tienen, y, al concluir la unidad, revisarán lo que escribieron y lo relacionarán con lo que han aprendido.

Los recursos en la web de esta unidad En este apartado se muestran los contenidos que se van a abordar en la unidad en forma de esquema, así como la relación de recursos digitales disponibles en la web del alumnado y que se recomiendan consultar en cada paso de la unidad. De esta forma, se puede utilizar el esquema para ofrecer a los estudiantes la estructura general de los contenidos, con el fin de que les resulte más fácil integrarlos en el marco de sus conocimientos.

Unidad

SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS

ä 1.1 Los ladrillos de la materia

ä 1.3 Elementos químicos y sustancias simples

Hemos estudiado que la materia está compuesta de átomos, y los distintos tipos de átomos se ordenan según su número atómico en el sistema periódico de los elementos. Muchos de estos elementos químicos se conocen desde la Antigüedad y otros fueron descubiertos una vez que la química alcanzó la entidad de ciencia. Pero ¿cómo fue posible descubrir distintos tipos de átomos antes de conocer siquiera su existencia?

Es importante tener presente que la denominación «elemento» puede referirse tanto al tipo de átomo con el mismo número de protones (es decir, con el mismo número atómico), o bien a la sustancia simple formada por átomos de este tipo. Para evitar que haya confusión, en muchas ocasiones, en este libro utilizaremos el término «elemento químico» para denominar al tipo de átomos y no a la sustancia simple. Por ejemplo, el hierro (sustancia simple) es el formado por átomos del elemento químico hierro.

Para responder a la pregunta anterior, es necesario acudir a una clasificación de las sustancias en función de su composición y determinar si es posible o no descomponer la sustancia:

ä 1.4 Grandes grupos en el sistema periódico

• Sustancias simples, si las unidades que las componen están formadas por átomos del mismo elemento químico. Por tanto, este tipo de sustancias no se descomponen en otras más sencillas.

De forma complementaria a la agrupación de los elementos químicos en familias o grupos, y en períodos, y atendiendo a ciertas propiedades, podemos clasificar los elementos químicos en:

• Sustancias compuestas, o compuestos, si están formadas por la unión de átomos de diferentes elementos químicos. Las sustancias compuestas se pueden descomponer en sustancias simples; por ejemplo, el agua puede descomponerse en dioxígeno y dihidrógeno.

• Metales. La mayoría de los elementos químicos (los representados en color azul en la imagen inferior) son metálicos. Los átomos metálicos pierden electrones con facilidad y, por tanto, forman cationes.

Trabaja con las imágenes

De forma general, se puede afirmar que los elementos químicos cuyo número atómico es inferior o igual al del uranio (Z = 92) corresponden a átomos que se encuentran en la corteza terrestre formando sustancias simples o compuestas. Su descubrimiento pasó necesariamente por aislar las sustancias simples formadas por cada uno de ellos.

HIDRÓGENO

• Gases nobles. Se trata de los elementos del grupo 18 de la tabla periódica. Las sustancias formadas por estos elementos químicos son gaseosas y están formados por átomos que no están unidos entre sí. Estas características permiten explicar la carga de los iones y la forma en la que el resto de los elementos químicos se unen entre sí.

Sustancia simple o compuesto Sustancia pura

¿Se puede descomponer en otras sustancias por procesos químicos?

115

113 Sí

Compuesto

Sustancia simple

Nh Co Ni 28

NIHONIO

Os Hs

109

MOSCOVIO

Ru Rh Pd Ag Cd

108

Tanto los compuestos como las sustancias simples están formados por unidades idénticas entre sí. La diferencia es que los compuestos están formados por dos o más átomos diferentes.

Mc Zn Ga

117 P S 118 Cl

Semimetales

TENESO

113

114

115

116

117

118

112

1 Explica la diferencia entre sustancia He

B Al

OGANESÓN

111

Au Hg

Comprende, piensa, investiga…

No metales

Na Mg

Metales

110

Ds Rg Cn Uut

Gases nobles

Ts Og As Se Br Kr Rn

Ti Zr

Cr Mn Fe

Nb Mo Tc

Cu Zn

Au Hg

Re Os

Db Sg Bh Hs

Ds Rg Cn

Ra Ac

Ru Rh Pd Ag Cd

Cs Ba La

Ga Ge

Mc Lv

Kr Xe Rn

Fl Uup Lv Uus Uuo

simple y elemento químico. Pon un ejemplo de cada uno.

2 ¿Cuántas filas y columnas tiene el sistema periódico de los elementos químicos?

3 Indica si los elementos químicos si-

guientes son metales, no metales, gases nobles o semimetales: a) Fósforo, cloro y carbono.

Los nuevos elementos químicos descubiertos en los últimos Busca información años ya tienen nombre y símbolo. sobre los nombres de los nuevos elementos químicos. ¿Qué criterios se establecen para nombrarlos?

Lantánidos

Actínidos

Nd Pm Sm Eu Gd Td U

Np Pu Am Cm Bk

Dy Ho Cf

Er Tm Yb

Es Fm Md No

b) Magnesio, calcio y cinc. c) Argón, xenón y radón. d) Boro, silicio y germanio

En anayaeducacion.es dispones de una tabla periódica interactiva donde podrás consultar las propiedades de todos sus elementos.

Sugerencias metodológicas Comenzamos esta unidad partiendo de la idea de átomo como último constituyente de la materia, de ahí que el primer apartado aluda a los ladrillos de la materia.

• Semimetales. Las sustancias simples formadas por estos elementos químicos comparten con los metales ciertas propiedades, pero presentan también propiedades de las sustancias no metálicas. Son los elementos químicos representados en color verde en la tabla inferior.

El resto de los elementos químicos conocidos se han obtenido por medio de la desintegración radiactiva de otros o en aceleradores de partículas. Su descubrimiento no ha implicado aislar la sustancia simple, sino observar directamente el átomo.

Vuelve sobre esta pregunta al finalizar la unidad.

¿A qué grupo pertenece el hidrógeno? ¿Presenta las mismas propiedades que los metales?

• No metales. Al contrario de lo que puede parecer por su nombre, los elementos químicos que se denominan «no metales» no son todos aquellos que no son metales, sino que se trata tan solo de los diez elementos representados en amarillo. Estos átomos forman aniones.

ä 1.2 Elementos naturales y artificiales

Observa la imagen inferior izquierda, en la que cada esfera representa un átomo. ¿Cuál dirías que es la entidad elemental que forma cada una de las sustancias?

Sustancias simples y compuestas

Grupo del hidrógeno

TIC Se propone utilizar esta clave como medio para ampliar los conocimientos de nuestro alumnado con preguntas diferentes y que le acerquen a la química de una forma menos técnica. Se pueden recomendar opciones de búsqueda para encontrar la solución verdadera y que contrasten lo que vayan encontrando para llegar a sus propias conclusiones. Además, en anayaeducacion.es, tienen una tabla periódica interactiva donde pueden consultar las propiedades de los elementos químicos mientras estudian la unidad.

En la primera parte del epígrafe, introducimos la diferencia entre sustancia simple, y sustancia compuesta, o cumpuesto. Es esta unidad, esta diferenciación se hace a partir de la composición de la sustancia, mientras que anteriormente se hizo en relación con la percepción de la diferencia entre el aspecto homogéneo y heterogéneo de las mezclas, y la falsa analogía entre mezcla homogénea y sustancia elemental, y entre mezcla heterogénea y compuesto químico. Conviene repasar esos contenidos en este punto del curso. Sugerimos presentar diversos ejemplos de compuestos químicos cotidianos, como pueden ser: agua, alcohol, glicerina, amoníaco, oxígeno, nitrógeno, etc. y apoyar la explicación mostrando su fórmula y utilizando e esquema del final de la primera página. De este modo, introducimos además los contenidos del apéndice «Formulación y nomenclatura química». Se explican los distintos significados que puede tomar la palabra «elemento», ya que, aunque en este libro se ha utilizado sustancia simple para referirse al elemento, es común encontrar la denominación elemento para referirse indistintamente al elemento químico o a la sustancia simple. Por último, mostramos la clasificación en grandes grupos de los elementos de la tabla periódica. Es conveniente destacar que no todos los elementos no metálicos son de características iguales, sino que se clasifican en semimetales y gases nobles, a su vez. El uso de un diagrama de Venn puede resultar útil. Para introducir al alumnado en la clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica, se proponen dos preguntas sobre el hidrógeno, pues es un elemento que no se sabe ubicar muy bien dentro de ella. Se pueden trabajar tanto en gran grupo con una lluvia de ideas como en una búsqueda y puesta en común de información.

Soluciones Trabaja con la imagen Para ilustrar el concepto de entidad elemental, podemos utilizar ejemplos cotidianos. Para ello, se puede lanzar una pregunta abierta al grupo de modo que cada estudiante cree su propia estructura mental de este concepto. Algunos de estos ejemplos pueden ser: un ladrillo en una pared, una letra en una sopa de letras o un estudiante en una clase. Una vez hecha la introducción, cada estudiante podrá deducir que la entidad elemental de la primera imagen es una agrupación de tres átomos, y en la segunda, átomos sueltos. Al finalizar la unidad, establecerá que en el primer caso se trata de una molécula, y en el segundo, de átomos de un gas noble.

Comprende, piensa, investiga... 1 La sustancia simple se refiere a una sustancia formada por átomos de un mismo elemento químico, es

decir, por átomos con el mismo valor de número atómico, mientras que el elemento es el conjunto de átomos con el mismo valor de número atómico. Un ejemplo de elemento puede ser un átomo de oxígeno (Z = 8) y una sustancia química formada por átomos de ese elemento puede ser el ozono (O3).

2 El sistema periódico tiene 18 columnas, o grupos, y 7 filas, o períodos. 3 a) No metales; b) Metales; c) Gases nobles; d) Semimetales.

Unidad

ä 2.1 El enlace químico Las sustancias simples, como el dicloro, Cl2, y las compuestas, como el amoníaco, NH3, están formadas por entidades elementales que son el resultado de la unión entre átomos, unión que se denomina enlace químico y se produce porque los átomos enlazados son más estables que los átomos aislados, salvo en el caso de los gases nobles, como veremos a continuación.

Un enlace químico es el resultado de la fuerza de atracción que une dos átomos.

ä 2.2 Gases nobles y regla del octeto Si los átomos de los gases nobles no se unen es porque son estables aislados. Observando las características de estos átomos podemos concluir que su estabilidad proviene del número de electrones de su última capa: • El helio (Z = 2), primer gas noble, tiene dos electrones en su última capa. Como esa capa es la única que tiene, esta estará llena.

Trabaja con la imagen

• El resto de los gases nobles poseen ocho electrones en su última capa, pero no todos tienen su último nivel lleno. De todos ellos, solo el neón tiene su última capa de electrones completa. Explica el diferente color utilizado para ilustrar los electrones de los gases nobles de la imagen.

Los átomos se unen

Las observaciones anteriores se resumen en la regla del octeto: Los átomos se unen entre sí de tal modo que, como resultado de la unión, posean ocho electrones en su última capa, salvo el H, Li y Be que se quedan con dos electrones. Un átomo puede adquirir la configuración electrónica de gas noble al unirse con otro, lo que quiere decir que como resultado de esa unión el átomo tendrá tantos electrones como un gas noble. Los iones también se forman para tener el mismo número de electrones que un gas noble.

Sugerencias metodológicas

ä 2.3 Formas de alcanzar la configuración de gas noble Al estudiar la corteza del átomo vimos que un átomo neutro puede ceder o ganar electrones, dando lugar a un ion. El número de electrones que cede o gana no es cualquiera, sino el necesario para que su última capa tenga los mismos electrones que el gas noble más próximo (dos en el caso del helio y ocho para el resto de gases nobles).

A partir del neón, los gases nobles no tienen su última capa al completo debido al orden en el llenado de las capas, que se estudiará en otros cursos.

Pero hay átomos muy alejados de un gas noble en el sistema periódico, por lo que tendrían que ceder o ganar un número excesivo de electrones. En estos casos ocurre que dos o más átomos comparten electrones entre sí, para cumplir la regla del octeto.

Configuración electrónica de los gases nobles

Formas de conseguir ocho electrones

A partir de estas dos formas de conseguir ocho electrones en la capa de valencia se obtienen tres tipos de enlace químico diferentes: covalente, iónico y metálico. Investiga acerca de los tipos de enlace químico y asigna cada uno de ellos en la parte adecuada del esquema.

Trabaja con la imagen

2 LOS ÁTOMOS SE UNEN

Los átomos adquieren espontáneamente estabilidad

pueden ser estables como los de cediendo electrones Gases nobles

ganando electrones

Cationes

que tienen

compartiendo electrones

Aniones para adquirir

Ocho electrones en su última capa

He HELIO

Ne NEÓN

ARGÓN

Comprende, piensa, investiga… 4 Haz un esquema de la corteza de los átomos de los tres primeros períodos del grupo 17 de la tabla periódica. ¿Qué conclusiones extraes?

KRIPTÓN

5 El helio y el neón tienen su última capa de electrones completa; sin embargo, el argón y el kriptón no tienen esta capa completa, aunque sí poseen ocho electrones en ella.

En siguientes cursos verás que esta es una primera aproximación a la regla del octeto, que como veremos, es la regla que predice la formación de uniones entre átomos.

Los globos de helio flotan en el aire, ya que este gas es menos denso que la mezcla de gases que forman el aire. ¿Crees que es conveniente lanzar globos de helio en un evento sobre medioambiente? Explica tu postura al respecto mediante una redacción.

«Los gases nobles […] normalmente se encuentran en la naturaleza en forma aislada pues su capacidad para reaccionar con otros elementos y formar compuestos es muy reducida. Pero no nula y en el laboratorio se ha estudiado un buen número de moléculas formadas por gases nobles». Agencia SINC, diciembre, 2013. Busca el origen de esta información y analízala.

Plan Lingüístico En relación con la actividad 5, conviene recordar al alumnado que en anayaeducacion.es dispone del apartado «Plan Lingüístico», en el que encontrará la información necesaria sobre cómo escribir un texto argumentativo. TIC Se propone utilizar esta clave en la actividad 6 para ampliar los conocimientos de nuestro alumnado con preguntas diferentes relacionadas con la química. Se pueden recomendar opciones de búsqueda para encontrar la solución verdadera y que contrasten lo que vayan encontrando para llegar a sus propias conclusiones.

En este epígrafe explicamos las bases del enlace químico, por lo que volvemos a la escala subatómica (la de la corteza del átomo) para comprender el mecanismo que hay detrás de cada tipo de enlace. Dada su complejidad y que es un contenido que se estudia mucho más en profundidad en próximos cursos, aquí se hace una simplificación sobre las configuraciones electrónicas. Para ello, se debe recordar lo aprendido en la unidad anterior sobre el llenado de capas con electrones por niveles de energía. Se introduce la regla del octeto como criterio de estabilidad atómica. Se toman los gases nobles como el ejemplo de átomos estables por sus ocho electrones en su última capa, y se representa la distribución de los electrones de los cuatro primeros del grupo. Además, se explica qué hará un átomo para conseguir dicha estabilidad: formará un anión, un catión o compartirá los electrones. Para ello, se sugiere que se utilice el esquema de la segunda página.

Soluciones Trabaja con la imagen Página izquierda. Los electrones de la última capa tienen un color diferente, pues son los que determinan la tendencia a ganar, perder o compartir electrones entre los átomos. En este caso, al tratarse de gases nobles en los cuatro ejemplos, son ocho en la última capa en todos los casos, excepto en el helio, que son dos.

Página derecha. La resolución de esta actividad sirve de introducción al epígrafe siguiente. Con ella, el alumnado buscará información sobre los tres tipos de enlace que existen: iónico, covalente y metálico, y los relacionará con la tendencia de los átomos a adquirir estabilidad electrónica a través del octeto electrónico. Situarán los enlaces covalente y metálico por debajo de «compartiendo electrones» y el enlace iónico por debajo de «cationes» y «aniones».

Comprende, piensa, investiga... 4 A partir de la ilustración que se muestra de la configuración electrónica de los gases nobles en el

apartado «Trabaja con la imagen», el alumnado debe hacer lo mismo con los primeros tres elementos del grupo 17, dibujándolos de esta forma: • Flúor, dos electrones en la primera capa y siete en la segunda y última. • Cloro, dos electrones en la primera capa, ocho en la segunda y siete en la tercera y última. • Bromo, dos electrones en la primera capa, ocho en la segunda, dieciocho en la tercera y siete en la cuarta y última.

La conclusión que se debe extraer es que los tres elementos tienen siete electrones en la última capa.

5 El alumnado debería ser capaz de relacionar la densidad de los fluidos y su flotabilidad con el he-

cho de la contaminación ambiental por el uso lúdico de plásticos al hinchar globos y dejar que vuelen libremente en el aire.

6 El propósito de esta actividad es mostrar que el conocimiento que se transmite es aplicable en

determinadas condiciones y, que, además, cambia al ritmo que lo hacen las técnicas experimentales. Por otra parte, se propone a la agencia SINC como fuente fiable de información científica en nuestro país.

Unidad

ENLACE QUÍMICO

ä 3.1 Cargas eléctricas de los iones

ä 3.3 Uniones de átomos

Mediante la regla del octeto se puede justificar que los iones de ciertos elementos químicos tengan una determinada carga eléctrica. Por ejemplo, el aluminio forma cationes Al3+; el bario, Ba2+; el cloro, aniones Cl–, y el azufre, S2–. Esto es así porque, de este modo, estos elementos alcanzan la configuración electrónica del gas noble más cercano.

Algunos átomos se unen a otros compartiendo electrones entre ellos, lo que puede dar lugar a dos tipos de uniones, o enlaces, totalmente diferentes: el enlace covalente y el enlace metálico.

Podemos conocer la carga del ion aplicando esta secuencia: • A partir del grupo del sistema periódico deducimos el número de electrones en la última capa. • Conociendo el número de electrones de la última capa, sabremos cuántos le faltan o le sobran para tener los mismos que el gas noble más próximo y, con ello, la carga del ion que se forma.

ä 3.2 Enlace iónico Hemos visto, en cursos anteriores, que una de las formas en que la materia adquiere carga eléctrica es mediante el intercambio de electrones entre los átomos que la forman. Por tanto, para que se forme un anión es necesario que simultáneamente se forme un catión, produciéndose el intercambio de electrones entre ambos. Un enlace iónico es el Cuando este intercambio ha ocurrido, exisresultado de la fuerza ten dos iones de cargas contrarias, lo que da de atracción entre lugar a la atracción eléctrica entre ambos. cationes y aniones por Veremos, a continuación, que el enlace ióniser las cargas de estos co no se produce en dos iones aislados, sino de signo contrario. entre un gran número de ellos.

compartiendo electrones

Las sustancias que presentan enlace covalente tienen propiedades físicas y químicas muy diferentes a las de las sustancias con enlace metálico. • Enlace covalente. Es la unión entre dos átomos de elementos del grupo de los no metales, que pueden ser del mismo elemento químico o de elementos químicos diferentes; los cuales comparten pares de electrones. Los electrones que se comparten pertenecen a la vez a ambos átomos, ya que son atraídos por cada uno de los núcleos de los dos átomos enlazados. Se trata de un tipo de unión muy estable, y por tanto muy difícil de separar. • Enlace metálico. Es la unión de los átomos de un mismo metal resultado de que todos ellos comparten de forma colectiva algunos de sus electrones.

Trabaja con la imagen

LITIO

16 8

OXÍGENO

BERILIO

Na Mg SODIO

POTASIO

RUBIDIO

MAGNESIO

CALCIO

ESTRONCIO

ESCANDIO

ITRIO

AZUFRE

SELENIO

TELURO

17 9

FLÚOR

CLORO

BROMO

YODO

He Ne

N.º electrones valencia

Ceden o ganan

Carga del ión

Ceden

Ganan

–2

Ganan

–1

la información sobre su ubicación en el sistema periódico. ¿A qué gas noble corresponde la corteza electrónica del ion formado? El berilio está en el segundo grupo y segundo período, por lo tanto su capa de valencia es la segunda y tiene dos electrones. Formará un catión Be2+ al perder estos dos electrones y quedar con la misma distribución de electrones en su corteza que el helio.

2 Utilizando el método que hemos aprendido para justificar la carga de iones, indica qué tipo de ion forma el hidrógeno.

El hidrógeno tiene un electrón en su capa de valencia, por lo que puede: – Ganar un electrón y que su corteza quede como la del helio, formando H–. – Perder un electrón y quedar sin electrones, formando H+. Este ion del hidrógeno se conoce también como protón.

NEÓN

ARGÓN

KRIPTÓN

XENÓN

Los elementos de los grupos más próximos al grupo 18 (gases nobles) ceden o ganan un número de electrones igual o inferior a cuatro, formando iones. De esta manera consiguen tener el mismo número de electrones que el gas noble más cercano. Así, el flúor ganará un electrón, formando F–, y el magnesio perderá dos, dando lugar a Mg2+.

Grupo

HELIO

1 Indica qué tipo de ion formará el berilio a partir de

Estructura del enlace covalente y el enlace metálico

Carga de iones a partir de su posición en el SI 1 1

HIDRÓGENO

Enlace químico

Ejercicios resueltos

Lo expuesto aquí sirve para conocer la carga de los iones de los elementos de los grupos de esta tabla. Para el resto de elementos del sistema periódico, pues también hay elementos que forman iones, la deducción de la carga no es tan sencilla, como verás en cursos superiores.

El agua, H2O, está formada por un átomo de oxígeno que está unido a dos átomos de hidrógeno, compartiendo con cada uno de ellos un par de electrones.

El enlace metálico se basa en la atracción de cada uno de los átomos cargados de la red con los electrones que ceden al conjunto.

Comprende, piensa, investiga… 7 Deduce qué carga tendrán los iones de los elementos siguientes, refiriéndolos al gas noble más cercano en el sistema periódico: a) Cloro. b) Potasio. c) Boro. d) Oxígeno.

8 Indica si es posible que las siguientes parejas de átomos

se unan, atendiendo a la carga de los iones que forman: a) Cloro y flúor. b) Sodio y litio.

Sugerencias metodológicas En este apartado se continúa con el mismo esquema que en el epígrafe anterior: por una parte, el enlace que resulta de ceder o ganar electrones, enlace iónico, y por otra, los enlaces covalente y metálico, en los que se comparten electrones. Este aprendizaje se puede complementar con la memorización de la valencia principal de cada grupo del sistema periódico, que se muestra en los contenidos del apéndice «Formulación y nomenclatura química». Es conveniente explicar el porqué del resto de las cargas de los iones (valencia iónica) que allí se muestran, dando como respuesta que en este curso se utiliza un modelo que no explica esos hechos, el modelo de capas de electrones, pero que en cursos posteriores estudiarán otro modelo y otros criterios para establecer la valencia de un metal y de un no metal. Por otra parte, respecto al enlace covalente, se aborda aquí este aprendizaje a una primera aproximación, pues no se explican de forma explícita los enlaces dobles o triples. Como parte de atención a la diversidad para el alumnado con altas capacidades, se puede anticipar una representación sencilla de las estructuras de Lewis de moléculas diatómicas, o de compuestos como el metano o el amoníaco; si se da el caso, en esta ampliación se introducirían los enlaces dobles y triples. El modelo utilizado para la descripción del enlace metálico es también muy sencillo, pues se trata solo de justificar la movilidad de los electrones por la red metálica, hecho del que el alumnado es conocedor desde el primer curso de esta etapa gracias a la asignatura de Tecnología. En la fotografía se muestra una cacerola metálica con agua en forma gaseosa. En ella se representan de forma muy sencilla los dos tipos de enlace de compartición de electrones: covalente y metálico, y se ve la diferente manera que tiene cada enlace de compartir estos electrones. A partir de los ejercicios resueltos, el alumnado podrá contestar a las actividades propuestas al final del epígrafe. Además, puede ser interesante que vean la dualidad del hidrógeno, que ya vieron en epígrafes anteriores alguna peculiaridad más de este elemento.

Soluciones Trabaja con la imagen Se puede utilizar la imagen para deducir la carga de los iones formados a partir de átomos de otros elementos diferentes a los resaltados en ella. Se tendrá en cuenta que solo se explicarán los elementos de los grupos 1, 2, 13, 16 y 17.

Comprende, piensa, investiga... 7 a) Cloro. Elemento del grupo 17 de número atómico 17. La distribución en capas de sus electrones

es: K = 2, L = 8, M = 7. El gas noble más cercano es el argón, que tiene 8 electrones en la capa M. Como el cloro tiene 7 electrones en su última capa, para tener el mismo número de electrones que el argón y conseguir el octete, formará un anión ganando 1 electrón y su carga será de –1: Cl–.

b) Potasio. Elemento del grupo 1 de número atómico 19. La distribución en capas de sus electrones es: K = 2, L = 8, M = 9. El gas noble más cercano en este caso también es el argón, que tiene 8 electrones en su última capa. Como el potasio en su última capa tiene 9 electrones, para tener el mismo número de electrones que el argón formará un catión perdiendo un electrón para conseguir el octete y su carga será de +1: K+. c) Boro. Elemento del grupo 13 de número atómico 5. La distribución en capas de sus electrones es: K = 2, L = 3. En este caso, el gas noble más cercano es el helio, que tiene 2 electrones en su última capa. Como el boro tiene 3 electrones en su última capa, para tener el mismo número de electrones que el helio formará un catión perdiendo esos 3 electrones y su carga será de +3: B3+. En este caso, se puede comentar que el boro es uno de esos elementos que es más estable con 2 electrones en su última capa, como el helio, que intentando llegar a 8 electrones, pues en este caso sería inestable energéticamente. d) Oxígeno. Elemento del grupo 16 de número atómico 8. La distribución en capas de sus electrones es: K = 2, L = 6. Como en su última capa tiene 6 electrones, formará un anión ganando 2 electrones para tener el mismo número de electrones que el neón, gas noble más cercano, y su carga será de –2: O2–.

8 En ambos casos, los átomos no se unen, pues los del apartado a) forman aniones los dos, y los del apartado b) forman cationes los dos. Para unirse, uno debería formar un catión y el otro un anión.

Unidad

MOLÉCULAS Y CRISTALES

Las entidades elementales que componen las sustancias pueden ser átomos individuales o agrupaciones de dos o más átomos. El calificativo elemental se utiliza porque estas entidades representan la menor porción posible de una sustancia, ya sea simple o compuesta. Las entidades elementales formadas por varios átomos pueden ser moléculas o cristales.

ä 4.1 Moléculas La mayoría de las sustancias están formadas por moléculas. Estas entidades elementales son el resultado de la unión de átomos de elementos no metálicos, compartiendo los electrones, es decir, son el resultado de enlaces covalentes.

Una molécula es una entidad elemental formada por átomos unidos entre sí mediante enlace covalente.

Los átomos que forman una molécula pueden ser del mismo o de diferentes elementos químicos. El número de átomos que componen una molécula determinada no es variable, sino que todas las moléculas de una sustancia tienen el mismo número y tipo de átomos. Existen moléculas muy sencillas, como el dicloro, el ozono o el agua; otras algo más complejas, como los ácidos grasos o la glucosa, y moléculas de una complejidad estructural notable, como las proteínas, cuya función en el organismo está determinada por su estructura tridimensional.

Trabaja con las imágenes

ä 4.2 Cristales En los modelos moleculares, la unión entre átomos se representa por barras y los átomos por esferas. ¿Cuántos átomos tiene una molécula de glucosa? ¿A cuántos átomos está unido cada nitrógeno (esfera azul) en una molécula de amoníaco?

En el estado sólido, las partículas presentan un orden tridimensional. Esta estructura se denomina cristal. Existen sólidos que no están formados por cristales, se denominan sólidos amorfos.

Un cristal es una estructura tridimensional que mantiene un orden regular en las unidades que la forman.

Modelos para representar las moléculas

Los cristales se clasifican según la entidad elemental que se repita en su estructura: cristales iónicos, metálicos o covalentes.

Tipos de cristales

• Los cristales metálicos están formados por átomos del mismo metal, que comparten sus electrones. Los electrones de la red metálica se mueven libremente por la misma, con mayor o menor facilidad en función del elemento metálico que forme la red. • Los cristales covalentes son resultado de la unión de átomos de elementos no metálicos mediante enlace covalente. Por ello, los electrones en estas redes no se mueven libremente.

Los aniones (verde) y los cationes (violeta) de la sal común (NaCl) se unen formando un cristal iónico.

Esta variedad de uniones entre los átomos que forman cada tipo de cristal da como resultado propiedades muy diferentes entre sí.

• Las sustancias formadas por cristales metálicos, llamadas metales, son conductoras de la electricidad, flexibles, dúctiles y maleables. Se trata de sustancias simples como el hierro. • Los sólidos covalentes, que es como se denomina a las sustancias formadas por cristales covalentes, son duros, no conducen la electricidad y son muy estables. Un ejemplo es el diamante.

Comprende, piensa, investiga…

En los metales, los electrones se comparten de forma colectiva, y tienen libertad de movimiento.

Haz un esquema en el que se relacione la información de las uniones entre átomos con el tipo de entidades elementales que pueden tener las sustancias.

10 Explica cuáles son las diferencias entre un cristal iónico, uno metálico y uno covalente.

Moléculas de agua.

A partir de lo estudiado, propón un método para identificar los distintos tipos de cristales.

Veo, pienso, me pregunto. Investiga sobre el material que se ubica en la parte alta de una central termosolar para la generación de corriente eléctrica.

Busca información sobre el cuarto tipo de cristal que no está mencionado en este texto, el cristal molecular, y explica cómo está constituido, así como algunas de sus características.

Molécula de glucosa.

En anayaeducacion.es dispones de un visor donde encontrarás modelos de multitud de sustancias moleculares.

100

11 12

En anayaeducacion.es podrás visualizar los distintos tipos de cristales: iónicos, metálicos y covalentes.

Sugerencias metodológicas En este epígrafe se explica la diferencia entre molécula y cristal, se indican sus características más importantes, y se representan algunos ejemplos de cada uno de ellos.

• Las sustancias formadas por cristales iónicos, llamadas sales, son frágiles y solubles en agua, como el cloruro de sodio.

Moléculas de amoníaco.

Moléculas y cristales

• Los cristales iónicos están formados por cationes y aniones que se unen como resultado de la atracción de cargas eléctricas de signo contrario; es decir, como resultado de enlaces iónicos.

El diamante es una red cristalina covalente de átomos de carbono. Es la segunda forma más estable del carbono.

101

Desarrollo del pensamiento Recomiende a su alumnado la consulta de los recursos «Veo, pienso, me pregunto» y «Esquema» disponibles en anayaeducacion.es, para conocer las bases de aplicar esta técnica de pensamiento en la resolución de las actividades 9 y 12, respectivamente. Cultura emprendedora Se propone la actividad 11 para desarrollar la imaginación de nuestro alumnado a la hora de aplicar de forma individual lo que han aprendido durante la unidad y compartir nuevas propuestas que pueden ser válidas o no. TIC Se propone utilizar esta clave en la actividad 13 para ampliar los conocimientos de nuestro alumnado con preguntas que amplíen sus conocimientos. Se pueden recomendar opciones de búsqueda para encontrar la solución verdadera y que contrasten lo que vayan encontrando para llegar a sus propias conclusiones. Además, en anayaeducacion.es disponen de visores de modelos de diferentes sustancias químicas y tipos de cristales.

Aunque los contenidos de esta unidad se presentan de manera secuencial (primero se produce una transferencia o compartición de electrones, para que luego los átomos se unan y adquieran una estabilidad formando cristales o moléculas), conviene hacer patente que se trata solo de una forma de analizar la composición de las sustancias para evitar la transmisión de un esquema de pensamiento único e incompleto que pudiera dificultar la comprensión de conceptos en cursos posteriores. Recomendamos el uso del visualizador de moléculas y cristales de los recursos digitales en la web de Anaya, pues ofrece al alumnado una visión tridimensional y dinámica de algunas moléculas y cristales que resulten de su interés. Conviene utilizar ejemplos variados de moléculas, desde las más sencillas, como el dioxígeno, hasta moléculas tan complejas como el ADN. En la segunda página, en la descripción de los cristales iónico, metálico y covalente, se hace una primera aproximación a las propiedades de las sustancias formadas por estos tres tipos de cristales. Es este epígrafe en el que se introducen las propiedades de las sustancias metálicas y no en la parte del texto dedicada al sistema periódico. La razón de esta organización no es otra que evitar que el alumnado confunda propiedades propias de la escala atómica (electronegatividad, afinidad electrónica, potencial de ionización) con propiedades macroscópicas que son consecuencia del tipo de enlace y la entidad elemental que resulta de ese enlace, como es la conductividad eléctrica.

Soluciones Trabaja con la imagen La glucosa tiene 24 átomos (C6H12O6). Cada átomo de nitrógeno está unido a 3 átomos de hidrógeno en una molécula.

Comprende, piensa, investiga... 9 El esquema debe relacionar el enlace covalente con moléculas y cristales, el enlace iónico con cristales y el enlace metálico con cristales.

10 Las diferencias han de clasificarse en dos tipos; por una parte, la entidad elemental y el tipo de enlace que compone cada cristal y, por otra, las propiedades de la sustancia a la que dan lugar.

En el cristal iónico se debe indicar que sus entidades elementales son iones (cationes y aniones), unidos por atracción electrostática entre ellos y que las sustancias formadas son solubles en agua. En el cristal covalente se explica que las entidades elementales son átomos unidos por enlace covalente (es decir, compartiendo electrones) y que da lugar a sustancias estables, no solubles y no conductoras de la electricidad. En el cristal metálico, los átomos son todos del mismo metal y comparten los electrones, que se mueven libremente por la red metálica, surgiendo sustancias conductoras de la electricidad, dúctiles y maleables.

11 – Uniones entre átomos del mismo metal: cristal metálico. – Uniones entre átomos de elementos no metálicos: cristal covalente. – Uniones entre átomos de un metal y un no metal: cristal iónico.

12 Las centrales termosolares tienen un funcionamiento complejo donde la fuente de energía es la radiación solar; por tanto, una fuente de energía renovable. En este caso, se sitúa un fluido en la parte superior de las placas y se espera a que alcance una temperatura muy elevada y mueva un alternador. Le energía generada se almacena en agua o en sales iónicas. Dentro de Europa, España es el país líder en este tipo de centrales. El profesorado debería guiar al alumnado en la búsqueda de información comprensible a su nivel de conocimiento y que sean capaces de relacionar lo que encuentren con los ODS.

13 En los cristales moleculares, las entidades elementales son moléculas. La principal diferencia con

los otros tres es que estas entidades elementales no están unidas entre sí mediante enlace químico, sino por fuerzas intermoleculares. Un ejemplo de cristal molecular es el yodo.

Unidad

ä 5.1 Fórmulas químicas

FÓRMULAS QUÍMICAS

A partir del nombre común de una sustancia, por ejemplo el amoníaco, sin otra información adicional, no es posible saber si se trata de una sustancia simple o de un compuesto. Sin embargo, si disponemos de la fórmula química sí podremos deducir de qué tipo de sustancia se trata.

Formulación química

Sustancias simples

Consulta el anexo de formulación para familiarizarte con la manera de escribir las fórmulas químicas y nombrar las sustancias.

Fórmula

Nombre

Hierro

Al2O3

Óxido de aluminio

Dicloro

NH3

Amoníaco

ä 5.2 Interpretación de fórmulas químicas Las fórmulas químicas ofrecen información de dos clases: • Cualitativa, puesto que indican cuáles son los elementos químicos cuyos átomos forman las entidades elementales de la sustancia. • Cuantitativa, a través de los subíndices de cada símbolo químico. En el caso de que el subíndice sea el valor «1», este no se escribe.

Interpretación de una fórmula química

Uno

Ejemplo

Metal

Cristal

No metal

Cristal covalente

Fórmula química

Se denomina masa molecular de una sustancia a la masa de su molécula, que se obtiene a partir de su fórmula química, sumando las masas atómicas de los átomos que componen dicha molécula.

Molécula

La masa de la unidad fórmula de una sustancia pura es la suma de las masas de los átomos que se representan en la fórmula de la sustancia. Para cuantificar la masa de una unidad de una sustancia formada por cristales, por ejemplo el fluoruro de bario, BaF2, que es un cristal iónico, utilizamos la fórmula del compuesto. Así, la masa de su unidad fórmula es la masa de un átomo de bario, Ba, y dos de flúor, F.

m (BaF2) = m (Ba) + 2 · m (F)

Ejercicios resueltos nio a partir de esta información: un cristal de óxido de aluminio contiene dos átomos de aluminio por cada tres átomos de oxígeno; m (Al) = 27 u, m (O) = 16 u.

Explicación

La fórmula del compuesto es: Al2O3.

El subíndice 1 (que no se escribe) indica que solo existe ese elemento en el cristal.

La masa de la unidad fórmula será: m (Al2O3) = 2 · m (Al) + 3 · m (O) Sustituyendo:

Cl2

Cristal de fluoruro de bario

En sustancias formadas por cristales, la masa de su entidad elemental se denomina masa de la unidad fórmula.

El subíndice indica el número de átomos que forma cada molécula.

m (Al2O3) = 2 · 27 u + 3 · 16 u = 102 u

4 Calcula la masa molecular del agua oxigenada (H2O2).

¿Será mayor o menor que la masa molecular del agua? La masa molecular será: m (H2O2) = 2 · m (H) + 2 · m (O) A partir de los valores de masa atómicas del sistema periódico: m (H2O2) = 2 · 1,008 u + 2 · 15,999 u = 34,014 u Este valor es mayor que la masa molecular del agua, que tiene un átomo menos en su molécula.

Comprende, piensa, investiga… Varios

Metal + No metal

Compuesto

No metal + No metal

Cristal

Al2O3

Los subíndices indican la proporción de cada ion en el cristal.

14 Calcula la masa molecular de las sustancias cu-

Molécula

CH4

Los subíndices indican el número de átomos de cada elemento presentes en la molécula.

yas fórmulas son: a) SO3, b) N2O3, c) FeS, d) Na2O. ¿Es correcto hablar de masa molecular en todos estos casos? ¿Por qué? El hipoclorito de sodio se utiliza como agente desinfectante en la potabilización de aguas. Busca la fórmula química de este compuesto y calcula la masa de su unidad fórmula.

16 Indica si las siguientes sustancias están formadas por moléculas o cristales. Calcula la masa de la unidad fórmula o la masa molecular, utiliza para ello la información del anexo de formulación: a) Óxido de bario.

d) Amoníaco.

b) Hidruro de cinc.

e) Cloruro de bario.

c) Arsano.

f) Óxido de aluminio.

103

102

Fórmulas químicas Sugerencias metodológicas

m (CH4) = 1 · m (C) + 4 · m (H)

En el caso de las sustancias simples moleculares, la masa molecular tiene en cuenta el número de átomos que forman la molécula.

3 Calcula la masa de la unidad fórmula del óxido de alumi-

Tipo de elementos que la componen Sustancia simple

Molécula de butano

Las propiedades de una sustancia química están determinadas por las de la entidad elemental que las compone. Una de estas características es la masa molecular o la masa de la unidad fórmula.

Compuesto

Nombre

Fe Cl2

En el caso de la sustancia simple formada por cloro, su nombre puede ser dicloro, dando así información sobre el subíndice de la fórmula, o simplemente cloro. En este último caso se puede confundir la denominación de la sustancia con la del elemento químico que la forma.

Número de símbolos químicos

ä 5.3 Masa molecular y masa de la unidad fórmula

TIC Se propone utilizar esta clave en la actividad 15 para ampliar los conocimientos de nuestro alumnado con preguntas que amplíen sus conocimientos. Se pueden recomendar opciones de búsqueda para encontrar la solución verdadera y que contrasten lo que vayan encontrando para llegar a sus propias conclusiones.

Se sugiere que se aborden en este punto los contenidos del apéndice «Formulación y nomenclatura química», para combinar de forma efectiva la escritura de una fórmula química, la interpretación de su significado y la forma en la que se nombran. Un motivo fundamental para presentar la formulación y la nomenclatura junto con estos contenidos es dar significado a las fórmulas químicas, para así no quedarse únicamente en un conjunto de reglas de combinación de símbolos y números. Además, llegado este punto del curso, el alumnado conoce en parte el sistema periódico y cómo a partir de él se pueden deducir las cargas de algunos iones. Esta información les será de utilidad para memorizar más fácilmente las valencias iónicas. Por último, sugerimos destacar que la información que se obtiene de las fórmulas químicas no es solo cualitativa, sino también cuantitativa, de ahí la importancia de escribir adecuadamente las fórmulas de los compuestos químicos. Asimismo, resaltar el diferente significado de una fórmula de una sustancia molecular y de una fórmula de una sustancia formada por un cristal, pues de este modo estamos sentando las bases para, en cursos posteriores, interpretar adecuadamente la fórmula empírica de un compuesto químico. Con este razonamiento, se explica cómo calcular tanto la masa molecular como la masa de la unidad fórmula y qué representan cada una de ellas.

Soluciones Comprende, piensa, investiga... 14 Utilizamos los valores de las masas atómicas siguientes: m (Na) = 22,99 u; m (O) = 15,999 u; m (S) = 32,064 u; m (N) = 14,007 u; m (Fe) = 55,847 u. a) m (SO3) = 32,064 u + 3 · 15,999 u = 80,061 u b) m (N2O3) = 2 · 14,007 u + 3 · 15,999 u = 76,011 u c) m (FeS) = 55,847 u + 32,064 u = 87,911 u d) m (Na2O) = 2 · 22,99 u + 15,999 u = 61,979 u No es adecuado utilizar masa molecular para los compuestos que no están formados por moléculas; en este caso, los de los apartados c y d.

15 La fórmula del hipoclorito de sodio es NaClO. La masa de su unidad fórmula es: m (NaClO) = 22,99 u + 35,453 u + 15,999 = 74,442 u

16 a) Óxido de bario, BaO, la masa de su unidad fórmula es: 137,34 u + 15,999 u = 153,339 u. b) Hidruro de cinc, ZnH2 la masa de su unidad fórmula es: 65,37 u + 2 · 1,008 u = 67,386 u. c) Arsano, AsH3, la masa de su unidad fórmula es: 74,922 u + 3 · 1,008 u = 77,946 u. d) Amoníaco, NH3, la masa de su unidad fórmula es: 14,007 u + 3 · 1,008 u = 17,031 u. e) Cloruro de bario, BaCl2, la masa de su unidad fórmula es: 137,34 u + 2 · 35,453 u = 208,246 u. f) Óxido de aluminio, Al2O3, la masa de su unidad fórmula es: 2 · 26,981 u + 3 · 15,999 u = 101,959 u.

Unidad

Multitud de sustancias químicas, simples o compuestas, sirven de base para la fabricación de productos de alto valor añadido.

APLICACIONES INDUSTRIALES, BIOMÉDICAS Y TECNOLÓGICAS

Avances en biomedicina

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas

Algunas de las áreas de investigación en química consisten en el diseño de nuevas sustancias, o el descubrimiento de nuevos usos en sustancias conocidas. Según sea el ámbito de uso o aplicación de las sustancias químicas, podemos citar aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas.

ä 6.1 Aplicaciones industriales Los compuestos químicos de mayor relevancia en la industria sirven, a su vez, de materia prima para otros productos, entre ellos destacan: • Ácido sulfúrico (H2SO4). Es el compuesto químico más producido en el mundo. La producción de este ácido se considera un indicador de la capacidad industrial de un país, puesto que sirve de materia prima para la fabricación de otros productos. La mayor parte de la producción de ácido sulfúrico se destina a la fabricación de fertilizantes. • Amoníaco (NH3). El proceso de fabricación del amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno supuso en su día una gran revolución, puesto que se conseguía obtener fertilizantes de forma artificial y no depender de las fuentes naturales. Los abonos son sustancias de origen natural o artificial que poseen nutrientes que pueden ser asimilados por las plantas. • Ácido clorhídrico (HCl). El ácido clorhídrico se utiliza en procesos de tratamiento de aguas residuales, en la producción de alimentos y en la fabricación de otros productos químicos. Además, se utiliza para eliminar el óxido y las impurezas de acero antes de su procesado.

Recientemente se ha descubierto que el magnesio puede estar implicado en la resistencia que algunas bacterias presentan ante ciertos antibióticos.

El desarrollo de nanopartículas capaces de hacer llegar fármacos hasta el interior de los tumores es una faceta prometedora de la investigación en biomedicina.

La acción de la quinolina sobre los glóbulos rojos afectados por malaria es uno de los últimos descubrimientos en biomedicina.

ä 6.3 Aplicaciones tecnológicas El diseño de nuevos materiales con aplicaciones electrónicas ha permitido un avance exponencial de la tecnología en las últimas décadas. En este avance han tenido un gran protagonismo los semiconductores, como el silicio, y materiales como el grafeno. En los últimos años, la investigación sobre muchos materiales con aplicaciones prometedoras ocupa un espacio destacable en la innovación y el desarrollo de la química.

Nuevos materiales +

ä 6.2 Aplicaciones biomédicas La biomedicina engloba las ciencias que estudian el desarrollo de nuevos fármacos, o principios activos, y la comprensión a nivel molecular de los mecanismos que causan las enfermedades. Los dos objetivos de la biomedicina están íntimamente relacionados, pues conocer las interacciones entre moléculas en las enfermedades es el punto de partida para desarrollar nuevos fármacos, o proponer nuevas aplicaciones de los principios activos ya existentes.

Producción de ácido sulfúrico

– –

–

– –

El grafeno es un material formado por una capa de átomos de carbono con multitud de aplicaciones; como los nanocircuitos de grafeno.

–

– –

El antimonene, un nuevo material bidimensional de espesor monoatómico compuesto por átomos de antimonio, presenta prometedoras propiedades en el almacenaje de energía.

Sugerencias metodológicas Terminamos esta unidad mostrando aplicaciones de las sustancias químicas en tres ámbitos: el industrial, el biomédico y el tecnológico. La selección de los ejemplos que se abordan aquí no tiene por qué ser única, pues son áreas de innovación científica muy amplias y pueden ser tratadas desde diferentes puntos de vista.

Producción de ácido sulfúrico en la CEE Bélgica y Luxemburgo 12 % Reino Unido 18 % Alemania 17 % Francia 12 %

Italia 9 % Finlandia 9 % Grecia 4 % Noruega 4 % Suecia 4 %

España 15 %

Comprende, piensa, investiga… 17

Los países más industrializados son los mayores productores de ácido sulfúrico.

Los procesos industriales de obtención de ácido sulfúrico requieren de instalaciones de gran complejidad.

Busca el pictograma de seguridad de las sustancias que se nombran en la página anterior y enumera cuáles son los riesgos de su manejo.

trabaja en equipos con expertos de otras áreas haciendo uso de las tecnologías más punteras.

El espejo. Busca información sobre el antimonene y el grafeno y enumera las similitudes entre estos materiales y las ventajas de uno frente al otro.

Para llegar al campo profesional de la bioquímica, puedes optar por ciclos formativos de la familia química, o una gran variedad de grados universitarios relacionados con las ciencias y las ciencias de la salud.

El campo de la bioquímica está muy relacionado con ámbitos como la medicina o la farmacología, y se

Nombra tres profesiones que combinen la química con otra rama de conocimiento.

Países bajos 6 %

Además del grafeno, el carbono es capaz de formar estructuras como los nanotubos. En anayaeducacion.es puedes ver un vídeo de su estructura.

104

105

TIC Se propone utilizar esta clave en la actividad 17 para ampliar los conocimientos de nuestro alumnado con preguntas que amplíen sus conocimientos. Se pueden recomendar opciones de búsqueda para encontrar la solución verdadera y que contrasten lo que vayan encontrando para llegar a sus propias conclusiones. Además, en anayaeducacion.es disponen de un vídeo sobre la estructura del grafeno. Desarrollo del pensamiento Recomiende a su alumnado la consulta del recurso «El espejo», disponible en anayaeducacion.es, para conocer las bases de aplicar esta técnica de pensamiento en la resolución de la actividad 18. Orientación académica y profesional Se propone la actividad 19 para la búsqueda de profesiones relacionadas con la química y ver la amplia oferta que hay en el mercado de trabajo. En anayaeducacion.es su alumnado dispone de tres documentos con información sobre ejemplos de este tipo de profesiones.

En las aplicaciones industriales se han considerado las tres sustancias cuya producción está ligada a la industrialización de una región, pues son materia prima, a su vez, de otras muchas sustancias: el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el amoníaco. Además, los procesos de producción industrial de estas sustancias supusieron en su momento un avance notable de la industria química y su estudio se aborda en la siguiente etapa educativa, de forma mucho más exhaustiva. Respecto a las aplicaciones biomédicas, no solo se muestran las aplicaciones de algunas sustancias concretas para el tratamiento de enfermedades, como la quinolina o los compuestos de magnesio, sino que se ha destacado que el conocimiento químico contribuye a descubrir cómo es el mecanismo molecular de algunas enfermedades. Para las aplicaciones tecnológicas, los ejemplos que hemos mostrado se refieren a materiales novedosos para el almacenamiento de energía. Este campo de investigación avanzará en los próximos años, por lo que el alumnado que ahora curse 3.º ESO tendrá una perspectiva de innovación a lo largo del tiempo. De forma adicional, se puede encargar al alumnado una búsqueda de información sobre cuáles han sido los fármacos que se han barajado para el tratamiento de la infección causada por COVID-19, cuáles han sido los ensayos clínicos conocidos y cuál es su opinión acerca de la importancia de mantener la financiación de la investigación básica y aplicada.

Soluciones Comprende, piensa, investiga... 17 El alumnado debe buscar las «Fichas Internacionales de Seguridad Química», publicadas por el

Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo. Para las sustancias nombradas en este epígrafe, tendremos los siguientes pictogramas: Ácido sulfúrico, H2SO4:

Amoníaco, NH3:

Ácido clorhídrico, HCl:

18 Para preparar la actividad se pueden mostrar al alumnado diferentes artículos que pueden encon-

trar en Internet. Para ello, el profesorado debe aconsejar al alumnado cuáles son las fuentes fiables y por qué lo son. Deben recoger similitudes como que ambos pueden almacenar energía, están formados por un solo elemento químico (carbono y antimonio), su espesor es monoatómico y su relación superficie-volumen es muy elevada. La ventaja del antimonene frente al grafeno es su mayor capacidad de almacenar energía y su mayor estabilidad en la carga y descarga de energía eléctrica (Agencia SINC).

19 Algunas profesiones que combinan la química con otra rama de especialización pueden ser: criminólogo/a, farmacéutico/a, científico/a forense, director/a de investigación, profesor/a, etc.

TALLER DE CIENC

Unidad

IAS

Proyecto de investigación Introducción

FERTILIZANTES Y EXPLOSIVOS

Los fertilizantes son sustancias naturales o sintéticas que se añaden a los suelos de cultivo para enriquecerlos en uno, o varios, de los tres elementos necesarios para la vida de las plantas: nitrógeno, fósforo y potasio.

sustancias simples y compuestos

Hasta el siglo xx se utilizaban fertilizantes nitrogenados de origen natural: el guano (procedente de Perú) y el salitre (nitrato de sodio proveniente de yacimientos en Chile, comercializado con el nombre de nitrato de Chile).

Realizar una investigación documental sobre las repercusiones del uso de fertilizantes sintéticos.

Procedimiento

Rompecabezas

• La eutrofización, para lograr la meta 6.3 de los ODS. • La agricultura ecológica y el acceso a los alimentos, siguiendo la meta 2.3 de los ODS. • Los efectos de la agricultura intensiva sobre el medioambiente, para lograr la gestión sostenible y el uso eficiente de los recursos naturales (meta 12.2 de los ODS).

Reflexión final

• La vida de Fritz Haber y la controversia con su Premio Nobel de Química.

1 Todos los descubrimientos tienen

Resultados

una aplicación beneficiosa para la sociedad y alguna controversia. Conocer ambas permite tener una visión crítica acerca de su uso y aplicaciones. Indica los pros y los contras del uso de fertilizantes sintéticos en agricultura.

2 Los problemas que afectan al con-

junto de la sociedad mundial conciernen a todos los que formamos parte de esta. Como parte de la ciudadanía elabora una lista con tus conclusiones en este trabajo.

A partir de la información encontrada elaborad unos paneles para el aula que relacionen los temas tratados con los Objetivos del Milenio de este proyecto.

En tu informe de laboratorio puedes adjuntar una fotografía de cada sustancia elemental, de la mezcla de ellas y del compuesto obtenido en la práctica.

Memorización de los elementos químicos

Material • Azufre • Virutas de hierro • Dos vasos de precipitados • Vidrio de reloj • Crisol • Espátula • Mechero bunsen • Varilla de acero • Imán • Guantes para manejo de elementos calientes • Gafas de seguridad Adicionalmente ácido clorhídrico y tubos de ensayo

Orientaciones para la realización de la experiencia • Para formar el compuesto formado por hierro y azufre, es necesario calentar la mezcla utilizando una varilla de metal previamente calentada. Utiliza guantes de protección para elementos calientes y gafas de seguridad, y toma todas las precauciones necesarias. • Una vez obtenido el compuesto químico, estará a una elevada temperatura. Prevé en tu planteamiento experimental un tiempo para que el compuesto se enfríe. • Coloca en un vaso de precipitados dos espátulas de azufre y una de virutas de hierro, mézclalo con una varilla de vidrio y rotúlalo como «mezcla».

Decidid entre todos la estructura de estos paneles y el soporte en el que van a ser elaborados.

Extrae conclusiones...

Discusión, conclusiones y comunicación del resultado

1 ¿Cuentan con las mismas propiedades la mezcla y el

Organizad una exposición y mesa redonda con otro grupo clase para difundir vuestro trabajo y para utilizarlo como soporte de discusión crítica.

2 Describe lo que ha ocurrido en el crisol desde dos pun-

Elaborad un acta de la mesa redonda donde se recojan conclusiones y compromisos.

Ciencia recreativa

Nuestra propuesta Una característica del hierro es que este puede ser atraído por un imán. Esta propiedad nos permitirá diferenciar entre hierro en estado elemental y un compuesto en el que el hierro está presente.

Objetivo

Organizad la clase en pequeños grupos de trabajo y haced una búsqueda en Internet sobre los siguientes temas:

Al mezclar hierro y azufre obtenemos una mezcla heterogénea. Sin embargo, si calentamos esta mezcla, ¿obtenemos una nueva sustancia? ¿Cómo podemos saber si se trata de una sustancia nueva? Recuerda alguna propiedad del azufre y del hierro que te permita identificarlos y haz un planteamiento para comprobar si al calentar la mezcla se obtienen sustancias nuevas.

Posteriormente, este proceso sirvió para sintetizar fertilizantes en el resto del mundo, lo que cambió drásticamente, durante el siglo xx, la capacidad de producción agrícola mundial.

Taller de ciencias

Planteamiento del problema

Tu propuesta

En 1913 los químicos alemanes Fritz Haber y Carl Bosch consiguieron fijar el nitrógeno de la atmósfera (N2) en forma de amoníaco (NH3) desarrollando un proceso industrial de gran importancia, el conocido como proceso Bosch-Haber de síntesis de amoníaco.

Crecimiento anómalo de algas resultantes de eutrofización.

TRABAJO PRÁCTICO

compuesto químico final? Explica las evidencias experimentales que hayas encontrado. tos de vista: la observación y la aplicación de los modelos vistos en la unidad.

• Prepara la misma mezcla que en el punto anterior, pero en este caso en el crisol. Calienta la varilla de metal a la llama del mechero Bunsen (utilizando los elementos de seguridad) y después coloca la varilla en el crisol. Observa los fenómenos que ocurren y apunta los resultados en tu cuaderno. • Realiza las pruebas que hayas planteado para diferenciar entre la mezcla y el compuesto. Previamente escribe el planteamiento experimental y pregunta a tu profesor por alguna prueba adicional que se pueda llevar a cabo.

3 La sustancia que se ha formado en el crisol es monosulfuro de hierro.

a) Escribe su fórmula química. b) ¿Es una sustancia molecular o se trata de un cristal? Interpreta el significado de su fórmula química.

El apartado «Ciencia recreativa» está pensado para que el alumnado aplique parte de los conocimientos adquiridos en la unidad en experiencias caseras que le permitan obtener sus propias conclusiones. Por otro lado, el tipo de prácticas seleccionadas combinan la aplicación de los contenidos con aspectos recreativos de la ciencia, dotando a este apartado de un carácter lúdico, incrementando el interés de nuestro alumnado por esta asignatura.

107

106

TIC Sugerimos recomendar al alumnado el uso de las aplicaciones disponibles tanto en anayaeducacion.es como en otras plataformas para consolidar y completar su aprendizaje. Desarrollo del pensamiento El alumnado dispone en anayaeducacion.es del documento «Piensa y comparte en pareja» para conocer las bases para aplicar esta técnica de pensamiento en la resolución de la actividad 1.

En un principio, este apartado se plantea como un ejercicio de indagación sin una evaluación prevista dentro del curso. No obstante, si el docente lo considera oportuno, puede pedir alguna referencia a este tipo de trabajo en el portfolio de sus estudiantes. Nuestra recomendación es que se haga en forma de fotografía o vídeo. En esta unidad proponemos un concurso en el que utilizarán los símbolos de los elementos de la tabla periódica para hacer palabras y frases. Habrá distintas categorías de competición y varios tipos de participantes durante el concurso. Se propone esta actividad como método para memorizar los elementos de la tabla periódica, sus símbolos y la posición que ocupan. Se propone llevar a cabo este concurso en varias sesiones, incluso en colaboración con otros departamentos y otras aulas del mismo curso o superior e inferior, pues puede resultar enriquecedor el aporte de un alumnado con más conocimientos para con el que no lo tiene todavía.

Trabajo práctico Discontinuidad de la materia Este trabajo práctico obedece a un planteamiento abierto, en el que el alumnado es parte activa del diseño experimental. El objetivo de la práctica es comprobar qué tipo de sustancias conducen la corriente eléctrica al disolverse en agua. Para ello, se construirá un circuito y se hará pasar la corriente por una disolución acuosa de sal y otra de azúcar. Deberán observar que la primera disolución sí conduce la corriente eléctrica (se enciende la bombilla del circuito) y la segunda, no (la bombilla no luce). Si el docente lo considera oportuno, se puede dividir el trabajo práctico en dos, haciendo que una mitad de la clase lleve a cabo una comprobación, y la otra mitad, la otra. En caso de hacerlo así, sugerimos que el alumnado trabaje en grupos de tres estudiantes. Al finalizar las experiencias, se llevará a cabo una exposición del trabajo y de las conclusiones a las que haya llegado cada grupo. De este modo, contribuimos a la adquisición de la competencia lingüística, en lo relativo a la comunicación oral. También pueden hacerse las prácticas en gran grupo, ejecutando una de ellas en el laboratorio y la otra como trabajo en casa. Se puede proponer la elaboración de un vídeo por parte del alumnado con la descripción de los fenómenos observados y una propuesta de hipótesis para trabajar la competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología.

Soluciones Extrae conclusiones… 1 El agua del grifo puede contener sustancias que conduzcan la electricidad al estar disueltas, por lo

que puede resultar un falso positivo de conductividad en el caso del azúcar. Por ello es importante comprobar si el agua del grifo conduce o no la electricidad.

2 Estará formada por cristales iónicos aquella que conduzca la electricidad, es decir, la sal. 3 Con esta simulación se pretende que el alumnado compruebe los resultados obtenidos durante la práctica experimental.

acion.es, de anayaeduc de recursos del banco portfolio. «portfolio» elaborar tu En el apartado es sobre cómo s orientacion encontrará

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

ORGANIZO MI MENTE

Mapa conceptual jerárquico

1 Añade en el esquema inferior los siguientes conceptos: sustancias simples y compuestos.

Haz otro mapa conceptual en el que resumas todos los contenidos de la unidad.

6 Indica si estos elementos químicos son naturales o artificiales y escribe su símbolo químico: escandio, rutenio, americio, laurencio y wolframio.

14 Indica si el esquema de la corteza de un átomo de la imagen puede pertenecer a un gas noble, a un catión o a un anión. En el caso de los iones, indica de qué elemento químico son:

Trabaja con lo aprendido

Los átomos se unen 7 ¿Cuáles son los únicos elementos que se encuentran en la naturaleza como átomos aislados? ¿A qué grupo del sistema periódico pertenecen?

Los átomos se unen

para ganar estabilidad

Cediendo/ganando electrones

Compartiendo electrones

formando

Enlace iónico

Enlace metálico

dando lugar a

Entidades elementales

compuestas por Átomos del mismo elemento químico

Átomos de distinto elemento químico

que constituyen

? ................................

Enlace covalente

que pueden ser

Moléculas

Sustancias simples y compuestos 1 Busca información sobre la fórmula de las sustancias siguientes: metano, etano, propano y butano. a) ¿Son sustancias simples o compuestos? b) ¿Se podrían descomponer en otras sustancias más sencillas? 2 El nombre de algunos elementos químicos hace referencia a un científico, al que se honra de esta forma. Por ejemplo, el meitnerio se llama así en honor a Lisa Meitner, codescubridora de la fisión nuclear. Indaga a quién se honra con el nombre de los elementos químicos de número atómico 104, 107, 96, 99, y busca una referencia sobre su aportación a la ciencia. 3 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica por qué: a) Los metales son buenos conductores de la electricidad, pero malos conductores del calor.

Cristales

b) Los metales tienden a formar cationes, ganando electrones. c) Los metales son quebradizos y frágiles. d) Se pueden fabricar hilos y láminas hechos de metales.

4 Busca el nombre y el año de descubrimiento de los elementos de número atómico 113, 115, 117 y 118. 5 Clasifica los siguientes elementos en metales, no metales, semimetales y gases nobles: sodio, calcio, plata, argón, nitrógeno, helio, fósforo y silicio. Metales No metales Semimetales Gases nobles

8 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Todos los átomos de los gases, sin excepción, tienen completa su última capa. b) En cada átomo de helio se pueden albergar hasta seis electrones más en su capa más externa. c) Todos los átomos de los gases nobles tienen ocho electrones en su última capa. 9 Indica los dos mecanismos según los cuales pueden unirse los átomos. ¿Cuántos electrones deben quedar en su última capa para que la especie química sea estable? ¿Cómo se conoce esta regla? 10 Recuerda el modelo de capas que hemos estudiado para la estructura de la corteza del átomo y elabora una tabla con el número que corresponde a cada capa, la letra que se utiliza para denominarla y el número máximo de electrones que se pueden albergar en cada una de ellas. 11 Indica si las siguientes parejas de elementos químicos se pueden unir compartiendo electrones o como el resultado de que uno de ellos ceda electrones y el otro gane electrones. a) Sodio y flúor. b) Azufre y oxígeno. c) Magnesio y oxígeno. d) Azufre y calcio. e) Carbono y oxígeno. f) Hidrógeno y sodio.

Organizo mi mente

–

a) Li .

e) Ca .

b) Cl3+.

f) O2–.

c) B–.

g) Al2+.

d) Ar2+.

h) S2–.

16 El hidrógeno puede formar un catión o un anión. Deduce la carga de cada uno de ellos y razona sobre su estabilidad.

1 Sugerimos esta actividad como evidencia para el portfolio del alumnado.

17 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica por qué: a) La unión entre un átomo de carbono y uno de hidrógeno corresponde a un enlace iónico. b) En un enlace metálico los electrones no quedan asociados a ninguna pareja de átomos. c) Átomos de distinto elemento metálico se pueden unir entre sí. d) El calcio puede formar aniones o cationes, ganando o cediendo dos electrones indistintamente.

Los átomos

18 Completa la tabla en tu cuaderno. N.º de electrones por capa K

Ion que se formará

–

Cl–

Elemento

Cl (Z = 17)

Enlace químico

F (Z = 9)

12 Basándote en la regla del octeto, indica la carga de los iones estables de estos elementos químicos: berilio, calcio, sodio y azufre.

K (Z = 19)

13 ¿Cuántos electrones tiene en su última capa un ion Li+ (número atómico del litio 3)? ¿Incumple la regla del octeto? Explica tu respuesta.

B (Z = 5)

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es.

108

–

15 Explica si los siguientes iones son estables o no:

se unen

Mg (Z = 12)

O (Z = 8)

para ganar estabilidad

109

dando lugar a

Evaluación La elaboración de un «Portfolio» es una propuesta autoevaluativa que le permite al alumnado reflexionar sobre los procedimientos que ha llevado a acabo para adquirir esos aprendizajes.

Cediendo/ganando electrones

Compartiendo electrones

formando

Desarrollo del pensamiento El alumnado puede revisar la información necesaria en anayaeducacion.es sobre cómo se organiza la información en el «mapa conceptual jerárquico» y el «mapa conceptual» para contestar a las preguntas que se le formulen.

Enlace iónico

Enlace metálico

Átomos del mismo elemento químico

Enlace covalente

que constituyen

Átomos de distinto elemento químico

Entidades elementales que pueden ser

que constituyen

Sustancias simples

TIC Le sugerimos que recuerde a su alumnado que puede comprobar los resultados de las actividades numéricas consultando las soluciones que se ofrecen en anayaeducacion.es.

compuestas por

Moléculas Cristales

Compuestos

2 A partir de los contenidos de la unidad, se le da libertad al alumnado para que haga otro mapa conceptual en el que se recojan las ideas más importantes aprendidas durante este tiempo. Además de ser una evidencia para su portfolio, pueden compartirlo con el resto de compañeros y compañeras.

Soluciones de las actividades Sustancias simples y compuestos 1 Metano, CH4; etano, C2H6; propano, C3H8, y butano, C4H10. a) Son todos compuestos. b) Al tratarse de compuestos se pueden descomponer en otras sustancias más sencillas. En este caso, en carbono y dihidrógeno.

2 Los elementos referidos son: – 96, curio, en honor al matrimonio Curie, descubridores de la radiactividad. – 99, einstenio, en honor a A. Einstein, que hizo grandes aportaciones, como la teoría de la relatividad y el efecto fotoeléctrico. – 104, rutherfordio, en honor a E. Rutherford, cuyo modelo nuclear del átomo fue un gran avance en el estudio de la materia. – 107, bohrio, en honor a N. Bohr, que propuso un modelo para el átomo basado en órbitas estacionarias, considerado como el inicio de la mecánica cuántica.

3 a) Falso, los metales son buenos conductores tanto de la electricidad como del calor. b) Falso, los metales forman cationes cediendo electrones. c) Falso, los metales son dúctiles y maleables. d) Verdadero, es una de las propiedades de los metales.

4 Elemento 113: Nihonio, Nh. Se descubrió en 2003. Elemento 115: Moscovio, Mc. Se descubrió en 2003. Elemento 117: Teneso, Ts. Se descubrió en 2010. Elemento 118: Oganesón, Og. Se descubrió en 2006. Todos ellos fueron incluidos en la tabla periódica y reconocidos por la IUPAC entre 2015-2016.

Metales

Sodio, calcio y plata

No metales

Fósforo y nitrógeno

Semimetales

Silicio

Gases nobles

Argón y helio

6 Escandio, Sc (natural, Z = 21); rutenio, Ru (natural, Z = 44); americio, Am (artificial, Z = 95); laurencio, Lr (artificial, Z = 103) y wolframio, W (natural, Z = 74).

Los átomos se unen 7 Los gases nobles, grupo dieciocho. 8 a) Falso, solo tienen completa su última capa neón, argón, kriptón, xenón y radón. El resto de gases (excepto el helio, que es estable con solo dos electrones) tienen que combinarse para completar su última capa.

acion.es, de anayaeduc de recursos del banco portfolio. «portfolio» elaborar tu En el apartado es sobre cómo s orientacion encontrará

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

ORGANIZO MI MENTE

Mapa conceptual jerárquico

1 Añade en el esquema inferior los siguientes conceptos: sustancias simples y compuestos.

Haz otro mapa conceptual en el que resumas todos los contenidos de la unidad.

6 Indica si estos elementos químicos son naturales o artificiales y escribe su símbolo químico: escandio, rutenio, americio, laurencio y wolframio.

b) Falso, su capa más externa es la primera, en la que se albergan como máximo dos electrones.

c) Falso, el helio tiene dos.

14 Indica si el esquema de la corteza de un átomo de la imagen puede pertenecer a un gas noble, a un catión o a un anión. En el caso de los iones, indica de qué elemento químico son:

Los átomos se unen 7 ¿Cuáles son los únicos elementos que se encuentran en la naturaleza como átomos aislados? ¿A qué grupo del sistema periódico pertenecen?

Los átomos se unen

para ganar estabilidad

Cediendo/ganando electrones

Compartiendo electrones

formando

Enlace iónico

Enlace metálico

dando lugar a

Átomos de distinto elemento químico

Enlace covalente

que pueden ser

Moléculas

que constituyen

? ................................

Entidades elementales

compuestas por Átomos del mismo elemento químico

Cristales

b) Los metales tienden a formar cationes, ganando electrones. c) Los metales son quebradizos y frágiles. d) Se pueden fabricar hilos y láminas hechos de metales.

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es.

–

9 Los átomos se unen bien porque ocurra una transferencia de electrones, o bien porque los com-

+ –

15 Explica si los siguientes iones son estables o no: a) Li–.

partan. Para que sean estables, casi todos los átomos deben tener ocho electrones en su última capa de valencia, excepto algunos que son estables solo con dos. Esto se conoce como regla del octeto.

e) Ca2+.

b) Cl3+.

f) O2–.

c) B–.

g) Al2+.

d) Ar2+.

h) S2–.

16 El hidrógeno puede formar un catión o un anión. Deduce la carga de cada uno de ellos y razona sobre su estabilidad. 17 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica por qué: a) La unión entre un átomo de carbono y uno de hidrógeno corresponde a un enlace iónico. b) En un enlace metálico los electrones no quedan asociados a ninguna pareja de átomos. c) Átomos de distinto elemento metálico se pueden unir entre sí. d) El calcio puede formar aniones o cationes, ganando o cediendo dos electrones indistintamente. 18 Completa la tabla en tu cuaderno. N.º de electrones por capa K

Ion que se formará

–

Cl–

Elemento

Cl (Z = 17)

Capa

N.º máximo de electrones

2 = 2 · 12

8 = 2 · 22

18 = 2 · 32

32 = 2 · 42

F (Z = 9) K (Z = 19) Mg (Z = 12) B (Z = 5) O (Z = 8)

109

11 a) El sodio cede un electrón al flúor, que lo gana. b) El azufre y el oxígeno comparten electrones. Dependiendo de su proporción en la fórmula química, así será el número de electrones compartido. c) El magnesio cede dos electrones al oxígeno, que los gana. d) El calcio cede dos electrones al azufre, que los gana. e) El carbono y el oxígeno comparten electrones. Dependiendo de su proporción en la fórmula química, así será el número de electrones compartido. f) El sodio cede un electrón al hidrógeno, que lo gana.

Enlace químico 12 La regla del octeto nos dice que los elementos son estables cuando adquieren la configuración de

gas noble, es decir, cuando consiguen tener ocho electrones (dos en el caso de litio, berilio, hidrógeno y helio) en su capa de valencia. Esto lo consiguen ganando o cediendo los electrones que hay en su última capa. – Berilio: tiene dos electrones en su capa K y dos en la capa L. Tiende a ceder los dos electrones de la capa L y se queda cargado positivamente como Be2+. – Calcio: tiene dos electrones en su capa K, ocho en la capa L, ocho en la capa M y dos en la capa N. Cederá los dos electrones de la capa N y quedará cargado positivamente como Ca2+. – Sodio: tiene dos electrones en su capa K, ocho en la capa L y uno en la capa M. Por tanto, cede el último electrón y queda cargado positivamente como Na+. – Azufre: tiene dos electrones en su capa K, ocho en la capa L y seis en la capa M. En este caso, ganará dos electrones para completar la última capa y queda cargado negativamente como S2–.

13 El número atómico del litio es Z = 3. Para obtener el octeto en su última capa tendría que ganar siete electrones, que es algo imposible, ya que es un átomo muy pequeño y habría una repulsión de carga negativa muy alta. Por eso, prefiere perder el único electrón de su última capa y quedarse como Li+ con dos electrones en su capa de valencia. Esta opción le confiere mucha estabilidad y se asemeja a la del helio, que también tiene dos electrones en su última capa.

14 Considerando que el símbolo central representa un núcleo con carga positiva, hay dos opciones: – Li+: como el litio tiene Z = 3, ha perdido el electrón de la última capa y solo le quedan dos. – H–: es más difícil que se forme, pero puede darse. El hidrógeno tiene Z = 1 y gana un electrón que incorpora a su capa de valencia.

15 Para razonar acerca de la estabilidad tenemos que comprobar que se cumpla la regla del octeto; así:

a) Li–: no es estable, pues, aunque tendría 2 electrones en su última capa, el núcleo positivo no podría compensar el exceso de carga negativa por ser un átomo muy pequeño. b) Cl3+: no es estable, pues posee 4 electrones en su última capa. c) B–: no es estable, pues posee 4 electrones en su última capa. d) Ar2+: no es estable, es un gas noble que pierde el octete electrónico y pasa a tener 6 electrones en su última capa. e) Ca2+: sí es estable, tiene 8 electrones en su última capa. f) O2–: sí es estable, tiene 8 electrones en su última capa. g) Al2+: no es estable, pues tiene 1 electrón en su última capa. h) S2–: sí es estable, tiene 8 electrones en su última capa.

16 Se puede formar un catión con carga +1 si el hidrógeno pierde su único electrón (esta especie es estable); o bien un anión, con carga –1, quedando con dos electrones, como el helio, también estable.

17 a) Falso, son dos no metales que comparten electrones y su enlace es covalente. b) Verdadero, están moviéndose por toda la red metálica. c) Falso, el enlace metálico se da entre átomos del mismo elemento metálico. Se puede recordar que las aleaciones son mezclas de metales diferentes, pero no enlaces de metales distintos. d) Falso, el calcio adquiere estabilidad solo cediendo dos electrones, no los gana porque sería inestable.

18 La tabla queda así: K

Cl (Z = 17)

–

Ion que se formará Cl–

F (Z = 9)

–

F–

K (Z = 19)

K+

Mg (Z = 12)

–

Mg2+

B (Z = 5)

–

B3+

O (Z = 8)

–

O2–

Elemento

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

19 ¿Es posible que se forme un enlace iónico entre dos átomos? ¿Y si se trata de un enlace covalente? 20 Indica cuáles de los iones siguientes tienen los mismos electrones que un gas noble y escribe el nombre del gas noble. a) Li+.

c) Al3+.

e) S2–.

b) Na+.

d) K+.

f) N3–.

Moléculas y cristales 21 Atendiendo a estas características indica de qué tipo de sustancias se trata: a) Sólido, soluble en agua que conduce la electricidad en estado líquido. b) Red cristalina no soluble en agua y no conductora de la electricidad. c) Sólido que conduce la electricidad. d) Gas monoatómico.

22 Razona acerca de la veracidad o la falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Una molécula está formada por un número indeterminado de átomos. b) En las moléculas, cada átomo se une a los demás compartiendo sus electrones con el resto de los átomos de la moléculas. c) Las moléculas pueden tener un máximo de diez átomos. d) En una molécula cada átomo está unido a uno o varios átomos. Los electrones se comparten entre parejas de átomos.

23 Escribe las fórmulas químicas de los siguientes compuestos teniendo en cuenta que el rojo representa oxígeno, el negro carbono, el blanco hidrógeno y el amarillo azufre.

24 Indica cuántas uniones entre átomos hay en las moléculas del ejercicio anterior. Estas uniones, ¿son el resultado de ceder o ganar electrones, o bien de compartirlos?

Fórmulas químicas 30 Clasifica las sustancias siguientes en la tabla del enunciado, copiándola en tu cuaderno. Fórmula

25 Indica si las afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Un cristal es una estructura ordenada formada por átomos.

H2O

b) Los compuestos con estructura cristalina suelen ser sólidos en condiciones ambientales.

CaO

c) El número máximo de entidades elementales en un cristal es 1023.

Na2S

c) CaF2.

b) KI.

d) Na2O.

C3H8 NaCl

31 Explica la diferencia entre masa molecular y masa de la unidad fórmula. Pon un ejemplo de una sustancia para la que es adecuado hablar de masa molecular y otro de una sustancia para la cual es preciso usar la masa de la unidad fórmula. 32 A partir de los datos de masas atómicas promedio, calcula la masa molecular de estas sustancias: a) H2.

b) CH4.

c) NH3.

Elemento

28 Explica qué mantiene unidas las unidades elementales de cada tipo de cristal. 29 La imagen muestra una de las estructuras del óxido de silicio (SiO2). Explica por qué en la fórmula química de este compuesto corresponde un subíndice uno para el silicio y dos para el oxígeno.

d) KCl.

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas

CCl4

f) Los cristales iónicos tienen carga eléctrica neta distinta de cero.

c) BaCl2.

35 Una de las sustancias representadas en la actividad 23 aparece en las diversas transformaciones que constituyen el proceso de síntesis del ácido sulfúrico; indica cuál es y qué efectos medioambientales tiene.

CO2

a) MgCl2.

Molécula

b) BaS.

Utiliza para ello las masas atómicas promedio del sistema periódico del libro de texto.

Entidad elemental

NH3 C2H6

e) En una red cristalina metálica los electrones se mueven libremente.

27 Explica el significado de las fórmulas químicas de estos compuestos iónicos:

Tipos de elementos

HCl

d) El número máximo de entidades elementales de un cristal depende del compuesto de que se trate.

26 Explica por qué los metales conducen la electricidad y, sin embargo, los cristales iónicos y los cristales covalentes no.

Tipo de sustancia

Compuesto No metal-no metal

Fe2O3

19 Un enlace iónico requiere de la participación de muchos iones que se atraen mutuamente en una

34 Calcula la masa de la unidad fórmula de los compuestos siguientes: a) K2S.

d) C2H6O. Masa atómica

Hidrógeno

1,01 u

Carbono

12,01 u

Oxígeno

16,00 u

Nitrógeno

14,01 u

La malaria es una enfermedad causada por un parásito que se transmite por la picadura de un mosquito anofeles infectado. La enfermedad ataca estructuras fundamentales para el funcionamiento del organismo. Investiga sobre esta enfermedad que constituye un problema de salud mayor en muchos países tropicales y subtropicales. A partir del enunciado de la actividad y del vídeo sobre la meta 3.3 de los ODS, responde al cuestionario. a) ¿Qué estructura del organismo es dañada por la malaria? b) ¿Cuáles son los síntomas de esta enfermedad? c) ¿Qué tipo de tratamiento requiere? d) ¿Cuáles son las formas de prevención de la malaria? e) ¿Qué papel juegan los pesticidas en la extensión de esta enfermedad?

20 a) Li+: posee dos electrones, puesto que Z = 3 y pierde uno. El gas noble que tiene dos electrones es el He.

b) Na+: posee diez electrones, puesto que Z = 11 y pierde uno. El gas noble que tiene diez electrones es el Ne.

a) Escribe la fórmula de este compuesto, sabiendo que el negro representa al carbono, el blanco al hidrógeno y el azul al nitrógeno.

c) Al3+: posee diez electrones, puesto que Z = 13 y pierde tres. El gas noble que tiene diez electrones es el Ne.

b) Indica cuántas uniones entre átomos hay y de qué tipo de enlace se trata. c) ¿Es la quinolina una molécula o un cristal? anayaeducacion.es Consulta los apartados «Para estudiar» y «Aprende jugando» en el banco de recursos.

110

red cristalina, no sería posible aislar dos átomos unidos por este tipo de enlace, pues otros aniones y cationes se sentirían atraídos electrostáticamente hasta que formaran la red y compensar el exceso de carga positiva o negativa. Sin embargo, sí se pueden encontrar aislados dos átomos unidos por enlace covalente, como en el caso de las moléculas diatómicas.

37 Uno de los tratamientos clásicos de la malaria es la quinolina, cuyo mecanismo se ha desvelado recientemente. A partir de la figura:

33 Relaciona cada una de las fórmulas del ejercicio anterior con la representación de su molécula e indica si se trata de sustancias simples o compuestos:

N.º de electrones por capa

111

TIC En anayaeducacion.es, el alumnado puede consultar el apartado «Para estudiar» para reforzar y estructurar sus conocimientos sobre los contenidos de la unidad. Además, dentro del apartado «Aprende jugando», el alumnado encontrará actividades de tipo lúdico con las que podrá autoevaluar sus conocimientos. En anayaeducacion.es también se pueden encontrar fichas para mejorar la ciudadanía digital del alumnado. Compromiso ODS Le recomendamos que sugiera al alumnado visualizar el vídeo explicativo de la meta 3.3 disponible en anayaeducacion.es, antes de responder a la actividad 36. Educación emocional Recordar en este punto la disposición en anayaeducacion.es de talleres para trabajar la dimensión emocional, reforzando la autoafirmación constructiva de los estudiantes y la liberación de sentimientos de frustración, ansiedad, etc., y, en general, emociones bloqueantes para los alumnos y las alumnas en este curso de la ESO.

d) K+: posee 18 electrones, puesto que Z = 19 y pierde uno. El gas noble que tiene 18 electrones es el Ar. e) S2–: posee 18 electrones, puesto que Z = 16 y gana dos. El gas noble que tiene 18 electrones es el Ar. f) N3–: posee 10 electrones, puesto que Z = 7 y gana tres. El gas noble que tiene 10 electrones es el Ne.

Moléculas y cristales 21 a) Cristal iónico. b) Cristal covalente. c) Cristal metálico. d) Gas noble.

22 a) Falso, el número de átomos de una molécula es definido y determinado por el número de enlaces covalente que tenga.

b) Falso, se une solo a los átomos con los que comparte electrones. c) Falso, existen moléculas muy grandes, con un número mucho mayor de átomos. d) Esta afirmación es verdadera, describe el enlace covalente en una molécula.

23 a) CO2. b) SO2. c) CH4. d) C2H6. 24 a) CO2: se une el átomo de carbono a los átomos de oxígeno, y como son no metales, comparten los electrones.

b) SO2: el átomo de azufre se une a los dos átomos de oxígeno, y al ser no metales, comparten los electrones. c) CH4: el átomo de carbono se une a los cuatro átomos de hidrógeno, y lo hacen compartiendo electrones por tratarse de elementos no metálicos. d) C2H6: en esta molécula se unen los dos átomos de carbono entre sí y cada átomo de carbono a tres átomos de hidrógeno. Comparten los electrones por tratarse de elementos no metálicos.

25 a) Verdadera, pero matizar que son iones (átomos cargados por exceso o defecto de electrones). b) Verdadera. c) Falsa, no hay un número máximo de entidades que pueda componer un cristal, ya que el número de entidades que lo formen depende del tamaño del cristal. d) Falsa, de forma análoga a la respuesta anterior, no existe un número máximo de entidades, ya que depende del tamaño del cristal, independientemente del compuesto del que se trate. e) Verdadera. f) Falsa, son neutros.

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

c) Al3+.

e) S2–.

b) Na+.

d) K+.

f) N3–.

23 Escribe las fórmulas químicas de los siguientes compuestos teniendo en cuenta que el rojo representa oxígeno, el negro carbono, el blanco hidrógeno y el amarillo azufre. a)

24 Indica cuántas uniones entre átomos hay en las moléculas del ejercicio anterior. Estas uniones, ¿son el resultado de ceder o ganar electrones, o bien de compartirlos? 25 Indica si las afirmaciones son verdaderas o falsas.

Fórmulas químicas 30 Clasifica las sustancias siguientes en la tabla del enunciado, copiándola en tu cuaderno. Fórmula

a) Un cristal es una estructura ordenada formada por átomos.

H2O

b) Los compuestos con estructura cristalina suelen ser sólidos en condiciones ambientales.

CaO

c) El número máximo de entidades elementales en un cristal es 1023.

Na2S

d) El número máximo de entidades elementales de un cristal depende del compuesto de que se trate.

NH3

e) En una red cristalina metálica los electrones se mueven libremente. f) Los cristales iónicos tienen carga eléctrica neta distinta de cero.

26 Explica por qué los metales conducen la electricidad y, sin embargo, los cristales iónicos y los cristales covalentes no. 27 Explica el significado de las fórmulas químicas de estos compuestos iónicos: a) MgCl2.

c) CaF2.

b) KI.

d) Na2O.

Tipos de elementos

Molécula

b) BaS.

c) BaCl2.

d) KCl.

Utiliza para ello las masas atómicas promedio del sistema periódico del libro de texto.

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas 35 Una de las sustancias representadas en la actividad 23 aparece en las diversas transformaciones que constituyen el proceso de síntesis del ácido sulfúrico; indica cuál es y qué efectos medioambientales tiene.

C2H6 CCl4 CO2 C3H8 NaCl

a) K2S.

Entidad elemental

HCl

b) CH4.

c) NH3.

Elemento

Tipo de sustancia

Compuesto No metal-no metal

Fe2O3

26 En los cristales metálicos, al compartirse los electrones de forma colectiva en la red, se permite

34 Calcula la masa de la unidad fórmula de los compuestos siguientes:

d) C2H6O. Masa atómica

Hidrógeno

1,01 u

Carbono

12,01 u

Oxígeno

16,00 u

Nitrógeno

37 Uno de los tratamientos clásicos de la malaria es la quinolina, cuyo mecanismo se ha desvelado recientemente. A partir de la figura:

14,01 u

33 Relaciona cada una de las fórmulas del ejercicio anterior con la representación de su molécula e indica si se trata de sustancias simples o compuestos: a)

27 a) MgCl2: compuesto formado por magnesio y cloro en proporción 1:2. b) KI: compuesto formado por potasio y yodo en proporción 1:1. c) CaF2: compuesto formado por calcio y flúor en proporción 1:2. d) Na2O: compuesto formado por sodio y oxígeno en proporción 2:1.

28 En los cristales iónicos, la red se mantiene unida por la atracción entre cargas de distinto signo, los a) Escribe la fórmula de este compuesto, sabiendo que el negro representa al carbono, el blanco al hidrógeno y el azul al nitrógeno. b) Indica cuántas uniones entre átomos hay y de qué tipo de enlace se trata. c) ¿Es la quinolina una molécula o un cristal?

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anayaeducacion.es Consulta los apartados «Para estudiar» y «Aprende jugando» en el banco de recursos.

cierta movilidad, lo que les confiere la capacidad de conducir la electricidad. Sin embargo, en los otros tipos de cristales no se da esta circunstancia, pues las cargas no están libres.

111

aniones y los cationes. En los cristales metálicos, la nube de electrones mantiene unida la red. En los cristales covalentes, los electrones compartidos entre pares de átomos atraen al núcleo de estos, manteniendo así la red unida.

29 La información que nos da la fórmula química de una sustancia que forma un cristal, como es el caso del SiO2 es la proporción de cada átomo en la red; en este caso sabemos que por cada átomo de silicio hay dos de oxígeno.

Fórmulas químicas 30 La tabla queda así: Tipo de sustancia

Tipos de elementos

Entidad elemental

H2O

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

Fe2O3

Compuesto

Metal-no metal

Cristal

CaO

Compuesto

Metal-no metal

Cristal

HCl

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

Na2S

Compuesto

Metal-no metal

Cristal

Sustancia simple

No metal-no metal

Molécula

NH3

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

C2H6

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

CCl4

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

CO2

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

C3H8

Compuesto

No metal-no metal

Molécula

NaCl

Compuesto

Metal-no metal

Cristal

Fórmula

31 La diferencia entre la masa molecular y la masa de la unidad fórmula es que la primera se refiere a

la masa de la entidad elemental en el caso de sustancias formadas por moléculas, mientras que la segunda se refiere a la masa de la entidad elemental de sustancias formadas por cristales. Un ejemplo de masa molecular es la del agua, cuya molécula tiene una masa de 18 u; un ejemplo de sustancia para la que es correcto hablar de masa de la unidad fórmula es el cloruro de sodio, que forma un cristal iónico y para la cual su valor es de 58,5 u.

32 a) mH2 = 2 · 1,01 u = 2,02 u. b) mCH4 = 12,01 u + 4 · 1,01 u = 16,05 u. c) mNH3 = 14,01 u + 3 · 1,01 u = 17,04 u. d) mC2H6O = 2 · 12,01 u + 6 · 1,01 u + 16,00 = 46,08 u.

33 a) H2 b) NH3 c) C2H6O d) CH4

34 Las masas atómicas necesarias para resolver este ejercicio son: Elemento

Masa atómica (u)

39,102

32,064

137,34

35,453

a) m (K2S) = 2 · 39,102 + 32,064 = 110,268 u. b) m (BaS) = 137,34 + 32,064 = 169,404 u. c) m (BaCl2) = 137,34 + 2 · 35,453 = 208,246 u. d) m (KCl) = 39,102 + 35,453 = 74,555 u.

Aplicaciones industriales, biomédicas y tecnológicas 35 Se trata del dióxido de azufre. El principal efecto medioambiental de esta sustancia es que provoca lluvia ácida y, además, irrita las vías respiratorias cuando está en el aire.

36 Se puede encontrar información sobre esta enfermedad en múltiples sitios de Internet. Conviene utilizar fuentes fiables, como MedlinePlus o la agencia SINC.

a) Los parásitos se mueven por el torrente sanguíneo hasta llegar al hígado. Allí, estos parásitos maduran y se transforman en otros parásitos que atacan directamente a los glóbulos rojos, multiplicándose dentro de ellos, rompiéndolos e infectando a otros glóbulos rojos. b) Fiebres altas, escalofríos, síntomas similares a los de la gripe y anemia. c) El tratamiento depende del tipo de parásito de malaria que haya infectado al paciente, la gravedad de los síntomas, su edad y, si es mujer, si está embarazada. Los medicamentos más frecuentes pueden ser una terapia de combinación basada en la artemisinina (combina dos o más medicamentos para combatir el parásito de diferentes formas), el fosfato de cloroquina (aunque en algunas partes del mundo ya hay parásitos resistentes a este medicamento), Malarone, sulfato de quinina con doxiciclina, mefloquina y fosfato de primaquina. Aunque son muchos los medicamentos existentes, se sigue investigando en el desarrollo de nuevos compuestos. d) Evitar la picadura de mosquitos anofeles infectados con los parásitos causantes de la malaria y evitar viajar a países donde esta enfermedad sea endémica. Si hubiera que hacerlo, llevar la medicación necesaria desde el país de origen, dormir bajo mosquiteras impregnadas con insecticida, limpiar el agua estancada, fumigar el lugar de estancia, impregnarnos con repelentes de mosquitos y vestirnos con ropas claras y que cubran la mayor superficie del cuerpo. e) Los pesticidas que actúan sobre el vector de transmisión de la enfermedad, el mosquito anofeles, pueden contener la expansión de esta enfermedad. Pero estos pesticidas suelen pertenecer al grupo de los DDT, que ya están completamente en desuso por sus efectos nocivos contra la salud. Por lo que supone un reto saber qué hacer, si utilizarlos o no.

37 a) C9NH7; b) 18 enlaces, sin discriminar dobles de sencillos o aromáticos; c) Se trata de una molécula.

Formulación Sugerencias metodológicas

CIÓN Y FORMULALATURA NOMENc

La nomenclatura de las sustancias químicas ha ido variando a lo largo de las décadas en las sucesivas revisiones de las recomendaciones elaboradas por la IUPAC. En este anexo de formulación recogemos las normas de formulación y nomenclatura vigentes en la actualidad, basadas en las que recoge la traducción al español de Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC Recommendations 2005 (the Red Book), realizada por Miguel Ángel Ciriano y Pascual Román Polo1 (UPV-EHU). En el Libro rojo se recogen tres tipos de nomenclatura para los compuestos inorgánicos: de composición (capítulo 5), sustitución (capítulo 6) y la de adición (capítulo 7); se ha elegido para este texto la primera de ellas, que no da cuenta de la estructura de los compuestos químicos. Se trata de una nomenclatura estequiométrica, en la que se ofrece la fórmula empírica o la molecular de la sustancia química en cuestión. Para los compuestos binarios, en el Libro rojo de la IUPAC se recomienda el uso de la nomenclatura de composición basándose en prefijos multiplicadores, considerándolos no necesarios si no hay ambigüedad posible en la composición del compuesto químico, pero no los califica de estrictamente prescindibles en estos casos. Además, en el apartado IR 5.4.2 de la obra en inglés, se dice que la información sobre proporción entre las especies químicas de un determinado compuesto se puede dar a través de los números de carga o de los números de oxidación. En este último caso, la recomendación de la IUPAC es que se use solo si es preciso o puede causar ambigüedad. Para el uso del número de carga, o carga del ion, se requiere la utilización de números arábigos, y para el número de oxidación, números romanos sin indicar su signo, a menos que sea estrictamente necesario. La única restricción que se explicita para el uso del número de oxidación se circunscribe a los iones homopoliatómicos, como el ion peróxido. En estos casos se recomienda el uso del número de carga o los prefijos multiplicadores (por ejemplo: K2O2, dióxido de dipotasio, o bien dióxido (2-) de potasio2). Por lo anterior, para compuestos binarios, exceptuando los peróxidos y algún otro compuesto con iones homopoliatómicos, la nomenclatura que utiliza el número de oxidación es perfectamente válida. Desde un punto de vista didáctico, la nomenclatura que utiliza el número de carga resulta muy útil, pues obliga al estudiante a calcular el número de oxidación, familiarizándose con este concepto y con los valores de los números de oxidación. Una de las más importantes modificaciones en la nomenclatura IUPAC 2005 se refiere a la inversión del orden del oxígeno y los halógenos. Esto afecta a los nombres y las fórmulas de los antes llamados óxidos de los halógenos, que ahora pasan a nombrarse y formularse como haluros de oxígeno (ejemplo: OCl2, dicloruro de oxígeno). Respecto de los oxoácidos y sus sales derivadas, cabe destacar que, aunque se trate de nombres no sistemáticos, la IUPAC admite el uso de los nombres comunes basados en los prefijos hipo-, per- y

en los sufijos -oso, -ico, -ito y -ato. Esta nomenclatura dificulta la comprensión de la composición del compuesto por parte de una persona con conocimientos limitados de química; por ello, se ha decidido incluir la nomenclatura sistemática de composición denominada «de hidrógeno» para los oxoácidos (nótese que en ella es preceptivo no utilizar tildes para los morfemas «oxido» e «hidrogeno»).

CIÓN Y FORMULALATURA NOMENc

En consonancia con la traducción al castellano de las recomendaciones IUPAC 2005, la ponencia de química de Andalucía publicó una guía para su uso que se ha tenido en cuenta para elaborar el texto de este anexo. Estas nuevas recomendaciones, y su adaptación al castellano, no están exentas de controversia, no solo por la dificultad que ha tenido la adaptación de algunos términos3, sino también por la poca aceptación que han tenido algunos de sus aspectos, como puede ser la nomenclatura de adición. 1 C iriano López, M. Á.; Román Polo, P.; Connelly, N. G., y Damhus, T. Nomenclatura de Química Inorgánica. Recomendaciones de la IUPAC 2005. Prensas Universitarias de Zaragoza, 2007. 2 Ejemplo 8 de la sección 5.4.2.3 de la versión en inglés. 3 C iriano, M. Á., y Román Polo, P. «Breve historia de la traducción del Libro rojo de 2005 de la IUPAC». Panace@. Vol. IX, n.º 28. Segundo semestre, 2008.

ANOTACIONES