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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. Sustancias químicas .............................................................. 66 5. Cambios químicos en los sistemas materiales ... 80 6. Las fuerzas y los movimientos ...................................... 96 7. Electricidad y magnetismo .............................................. 118 8. Circuitos ........................................................................................ 132

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

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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

cambios químicos en los sistemas materiales

ää Presentación de la unidad En esta unidad comenzamos el bloque dedicado a los cambios en los sistemas materiales. Introducimos la idea de reacciones químicas por primera vez, por lo que para asegurar una adecuada adquisición de los conceptos clave, comenzamos desde un planteamiento cercano a la experiencia del alumnado, para detectar ideas preconcebidas erróneas que pudieran dificultar el aprendizaje posterior. Por ello, el primer epígrafe está dedicado a la identificación de los cambios químicos en contraposición a los cambios físicos. Continuamos con una descripción macroscópica de las reacciones químicas para definirlas como transformación de unas sustancias en otras. Establecemos las ecuaciones químicas como la forma correcta de escribir una reacción química e interpretamos las reacciones a partir de la teoría atómica por la reordenación de los átomos durante el cambio. Con estas ideas claras, seguimos con las leyes ponderales y se hace una aproximación a la cinética química. La última parte de la unidad está dedicada a la diferenciación entre productos de origen artificial y natural, la evolución de la industria química y al desarrollo sostenible y los problemas medioambientales.

ää 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, simulaciones de reacciones químicas, material de laboratorio y medios informáticos de consulta.

ää Sugerencias generales Ideas previas y dificultades de aprendizaje Esta es la primera vez que el alumnado se enfrenta al estudio sistemático de las reacciones químicas, puesto que en el último curso de Educación Primaria se hace una aproximación de forma cualitativa, de acuerdo con el grado madurativo del alumnado de ese curso. Las dificultades que aparecen en este bloque están motivadas por las ideas previas de los estudiantes, normalmente asociadas a una visión aditiva de la reacción química y a la confusión de procesos de disolución o de cambio de estado con una reacción química. Por este motivo se recomienda enfatizar lo que diferencia un cambio químico de uno físico: la formación de sustancias diferentes a las de partida. Aunque en este curso no se realizan cálculos estequiométricos, resulta fundamental asentar las ideas clave sobre las reacciones químicas que faciliten el trabajo procedimental con ellas en los siguientes cursos.

Tareas relacionadas Resulta conveniente en esta unidad llevar a cabo alguna práctica demostrativa además de la sugerida en libro del alumnado. Se puede realizar la reacción entre el vinagre y el bicarbonato descrita en la parte que se explica la ley de conservación de la masa.

Educación en valores En esta unidad recomendamos el trabajo colaborativo y el reparto de tareas en el trabajo práctico. Además, sugerimos llevar a cabo pequeñas coevaluaciones para fomentar el espíritu autocrítico y el respeto por el trabajo de los demás.

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 • Introducción • Compromiso ODS • La agricultura moderna

CCL CMCT CD CAA

Cambios en sistemas materiales • Cambios en sistemas materiales • ¿Cómo identificamos un cambio químico?

CCL CMCT CD CAA

Reacciones químicas • Las reacciones químicas • Ecuaciones químicas • Interpretación de una reacción química

CCL CMCT

Características de las reacciones químicas • Ley de conservación de la masa • Ley de las proporciones definidas • Velocidad de una reacción química

CCL CMCT CD CAA CSYC

Productos químicos de origen natural y artificial • Desarrollo de la industria química • Productos de origen natural y artificial • Sectores de la industria química moderna

CCL CMCT CD CAA

Química sostenible y compromisos ODS • Contaminación por la industria química • Química sostenible y química ambiental • Objetivos de Desarrollo Sostenible

CCL CMCT CD CAA

Reacciones químicas y medioambiente • Efecto invernadero anómalo • Lluvia ácida • Destrucción de la capa de ozono

CCL CMCT CAA

Taller de ciencias • Pegamento casero • Reacciones químicas

CCL, CMCT, CD, CAA, CSYC, SIEP

Trabaja con lo aprendido • Organizo mi mente • Cambios en sistemas materiales • Reacciones químicas • Características de las reacciones químicas • Productos de origen artificial y natural • Química sostenible y compromisos ODS • Reacciones químicas y medioambiente

CCL CMCT CD CAA CSYC SIEP

Compromiso ODS Le recomendamos que sugiera al alumnado visualizar los vídeos explicativos de las metas relacionadas con los Objetivos de Desarrollo Sostenible disponibles en anayaeducacion.es y buscar información sobre dichos objetivos, antes de responder a las cuestiones propuestas. TIC

piezas clave Compromiso ODS • Objetivos: 3, 6, 11, 12, 14 Plan Lingüístico • Destreza: escribir (texto argumentativo) Desarrollo del pensamiento Técnicas: • Considerar todos los factores • Rueda de atributos • Esquema • Piensa y comparte en pareja • Pienso, me interesa, investigo • ¿Qué te hace decir eso? • CyR • El espejo Organizo mi mente: • Mapa conceptual jerárquico

El apartado «Qué necesitas saber» recoge los conceptos que nuestro alumnado debería conocer antes de iniciar la unidad. Desarrollo del pensamiento Sugerimos recomendar al alumnado el recurso «Considerar todos los factores», disponible en anayaeducacion.es, para conocer las bases para aplicar esta técnica de aprendizaje cooperativo y utilizarla en la resolución de la actividad 1. Aprendizaje cooperativo Sugerimos recomendar al alumnado el recurso «Esquema a cuatro bandas», disponible en anayaeducacion.es, para conocer las bases para aplicar esta técnica de aprendizaje cooperativo y utilizarla en la resolución de la actividad 2.

CAMBIOS QUÍMICOS EN LOS SISTEMAS MATERIALES La agricultura moderna Habitualmente, cuando escuchamos el término «contaminación» lo primero que se nos ocurre es la liberación de gases de efecto inver nadero a la atmósfera o de fluidos tóxicos a los ríos, mares y océanos. Sin embargo, rara vez ponemos en primer plano la contaminación del suelo. La agricultura moderna, basada en los modelos de producción ac tuales (producir más, en menos tiempo y con menos coste), se ha adentrado en un círculo vicioso. Desde la invención y la extensión del uso de los fertilizantes a finales del siglo xix, la agricultura mundial empezó a centrarse en el monocultivo en lugar del policultivo y en la explotación intensiva frente a la extensiva. Esta nueva tendencia agraria nos ha llevado a registrar, año tras año, mayores índices de contaminación en el suelo y, también, en las aguas subterráneas. El abuso de fertilizantes, herbicidas y pesticidas ha dado lugar a que los suelos de uso agrario cada vez sean menos productivos, aumentando la dependencia de la industria química en el sector agrícola.

LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD PRESENTACIÓN

Cómo aplicar la técnica: «Considerar todos los factores». DOCUMENTO

Organizador gráfico: «Rueda de atributos». DOCUMENTO

Texto argumentativo. DOCUMENTO

COMPROMISO ODS

Cómo aplicar la técnica: «Pienso, me interesa, investigo».

Contestad a las siguientes cuestiones en grupo:

Considerar todos los factores. Debatid los factores que de terminaron el círculo vicioso descrito en la lectura, relacionando los efectos producidos con los ODS y sus metas.

Esquema a cuatro bandas. Teniendo en cuenta vuestro de bate anterior, elaborad un esquema en el que sinteticéis las impli caciones de la agricultura moderna en la consecución de los ODS, además de aportar posibles alternativas para subsanar los aspec tos negativos de esta.

3 ¿Conoces alguna alternativa para promover un desarrollo agrario sostenible?

Cultura emprendedora • Creatividad y creación (dimensión personal) Orientación académica y profesional • Buscar y analizar información TIC • Vídeo: «Cambios químicos» y «Efectos del CO2». • Presentaciones: «Evidencias de un cambio químico», «Qué necesitas saber» y «Para estudiar». • Actividades lúdicas: «Aprende jugando». • Y además: Actividades interactivas, vídeos y presentaciones para repasar y ampliar los contenidos. Evaluación • Trabaja con lo aprendido • Elaboración del portfolio

La agricultura moderna

Cambios en sistemas materiales

2 Reacciones químicas

Características de las reacciones químicas

Química sostenible y compromiso ODS

Reacciones químicas y medioambiente

Cómo aplicar las técnicas: «Comprobamos», «Interpretación compartida» y «Mesa redonda».

Ciencia recreativa Pegamento casero

«Para estudiar» y «Aprender jugando».

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

VÍDEO

Cambios químicos. PRESENTACIÓN

Evidencias de un cambio químico. DOCUMENTO

Cómo aplicar la técnica: «Piensa y comparte en pareja».

VÍDEOS

Objetivos de Desarrollo Sostenible. VÍDEO

Efectos del CO en la atmósfera.2

DOCUMENTOS

DOCUMENTO

Organizador gráfico: «Mapa conceptual

VÍDEOS

Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Productos químicos de origen natural y artificial

DOCUMENTOS

jerárquico».

Aprendizaje cooperativo • Esquema a cuatro bandas • Comprobamos • Interpretación compartida • Mesa redonda

reacciones químicas

Qué necesitas saber. DOCUMENTO

Trabajo práctico Reacciones químicas

Trabaja con lo aprendido

Y ADEMÁS… Soluciones de todas

Cómo aplicar las técnicas: «¿Qué te hace decir eso?», «C y R» y «El espejo». DOCUMENTO

Consejos para elaborar tu portfolio.

las actividades numéricas

Página inicial La agricultura moderna Los estándares de aprendizaje que corresponden a este bloque temático, dedicado a los cambios, son variados. La evaluación de la consecución de algunos se puede abordar desde actividades escritas, como son los que se refieren a la comprobación de la ley de conservación de la masa o los relativos al medioambiente y la química sostenible. Otros estándares tienen un carácter empírico y experimental, como es el reconocimiento de reacciones químicas en experimentos sencillos. Debido a esta variedad, recomendamos que las sesiones relativas a esta unidad combinen actividades experimentales con explicaciones y tareas escritas.

Compromiso ODS Se recomienda responder en grupo a las preguntas de este apartado y poner en común las conclusiones con toda la clase.

1 Esta actividad pretende que los estudiantes reflexionen sobre el impacto de

la agricultura moderan en la consecución de los ODS y sus metas desde un punto de vista holístico. Por tanto, en el debate generado se podrán abordar diferentes factores asociados a distintas metas de los ODS, tales como: 2.3a, 2.3b, 2.a, 3.9, 6.3, 7.a, 8.5, 9.b, 10.7, 12.2, 12.3, 12.8, 13.3, 14.1, 15.2 y 15.3, entre otras.

2 Esta actividad trata de aprovechar el debate anterior a fin de que el alumno

diseñe un esquema capaz de resumir el impacto de la agricultura sobre los ODS e idear posibles soluciones a los problemas identificados. La guía realizada al alumnado debería remarcar la utilidad y el compromiso de esta labor con la meta 12.8 de los ODS.

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

CAMBIOS EN SISTEMAS MATERIALES

ä 1.1 Cambios en sistemas materiales

Posibles evidencias de un cambio químico Desprendimiento de un gas

Cambio de color

Aparición de un burbujeo en la superficie como resultado del cambio químico entre vinagre y bicarbonato de sodio.

La oxidación de una pieza de hierro es un proceso químico; se forma óxido de hierro, que es de color naranja.

Intercambio de energía térmica

Luz

• Energía en forma de luz. Un caso muy conocido son las reacciones de combustión, en las que se puede observar una llama. En la naturaleza se producen otras reacciones que desprenden luz.

Las compresas de frío son un ejemplo de cambio químico que provoca la disminución de la temperatura del entorno.

Las luciérnagas emiten luz debido a un cambio químico en el que interviene una sustancia denominada luciferina.

Cambios físicos

Comprende, piensa, investiga…

Sugerencias metodológicas

Los cambios en los que no aparecen sustancias nuevas se denominan cambios físicos, como ya has estudiado; por ejemplo: • Un cambio de estado no es un cambio químico. En un cambio de esta do, la sustancia, antes y después del proceso, es la misma. Por ejemplo, en la fusión del agua, las moléculas de agua adquieren mayor movilidad que en el estado sólido, pero siguen siendo moléculas de agua. • El proceso de disolución de una sustancia en otra no es un cambio químico; se trata solo de la mezcla homogénea de esas dos sustancias, sin que tenga lugar la aparición de sustancias nuevas.

ä 1.2 ¿Cómo identificamos un cambio químico? Para identificar si aparecen sustancias nuevas como resultado de un cam bio químico, necesitaremos analizar la composición del sistema material después del cambio. Como esto no siempre es posible, podemos guiar nos por otras evidencias físicas (imágenes de la página de la derecha): • Aparición de un gas. Los gases no pueden observarse a simple vista; para identificarlos, nos fijamos en la aparición de un burbujeo. • Cambio de color. Las nuevas sustancias que aparecen como resultado de la reacción química pueden tener un color diferente. • Energía en forma de calor. En todos los cambios químicos se inter cambia energía. Si se trata de energía térmica, variará la temperatura del entorno.

Disolución

Cambios de estado

1 Indica si en los siguientes fenómenos cotidianos se pro duce un cambio químico. Justifica tu respuesta en fun ción de si aparecen sustancias nuevas o no:

3 Durante la digestión de los alimentos, estos se transfor man en nutrientes. Este cambio, ¿es físico o químico? ¿Conoces algún otro cambio de este tipo que ocurra en nuestro organismo? Explica tus respuestas.

a) Formación de nubes. b) Disolución de azúcar en agua.

4 Explica cuáles son las entidades elementales represen tadas en la imagen de la página anterior.

c) Formación de herrumbre en una pieza de hierro. d) Caramelización de azúcar al cocinarla. e) Triturado de verdura para hacer una crema o puré.

Realiza una rueda de atributos con las evidencias que nos permiten identificar un cambio químico. Añade ejemplos diferentes a los que se muestran en esta pági na y explica por qué los has elegido como evidencias de un cambio químico.

Investiga sobre la reacción de Maillard. ¿Cuáles son los reactivos? ¿Qué evidencia de cambio químico se observa?

f) Oxidación de la fruta al aire.

2 Las estatuas de bronce (aleación de cobre con estaño) En el proceso de disolución de la sal, los cristales, formados por cationes y aniones, y la molécula de agua, no se unen de forma diferente a nivel atómico.

En un cambio de estado, las interacciones entre las entidades elementales de la sustancia pueden ser de mayor o menor in tensidad, pero no cambian, siguen siendo moléculas de agua.

En el banco de recursos de anayaeducacion.es puedes encontrar un vídeo interactivo sobre los cambios químicos.

104

Cambios en sistemas materiales

Un cambio químico tiene como resultado la aparición de sustancias nuevas que no estaban presentes antes de que ocurriera el cambio.

que adornan algunas plazas van adquiriendo cierto co lor verdoso a lo largo del tiempo, que no corresponde al color original del bronce. Busca información sobre el cambio químico que sufren.

En el banco de recursos de anayaeducacion.es puedes consultar una presentación interactiva sobre las evidencias de un cambio químico.

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TIC Sugerimos recomendar al alumnado la visualización de un vídeo y una presentación relacionados con los cambios químicos. La proyección de estos vídeos en el aula y su discusión en grupo le permitirá asegurarse de que los estudiantes han asimilado correctamente estos contenidos. Desarrollo del pensamiento El alumnado puede consultar en anayaeducacion.es el documento necesario para elaborar una «Rueda de atributos» en la resolución de la actividad 5.

Los dos objetivos que perseguimos en este epígrafe son, por una parte, diferenciar los cambios químicos de otros que no lo son y, por otra, saber qué evidencias hacen pensar que esté ocurriendo una reacción química. • Como ya se ha comentado en la introducción, es común que se confundan las reacciones químicas con procesos que no lo son. Esto se debe a la falta de una explicación acerca del porqué de la aparición de nuevas sustancias. • En este epígrafe, ponemos de manifiesto que necesitamos la teoría atómica para justificar por qué un cambio de estado o una disolución no son cambios químicos. Explicamos por qué no lo son para, más adelante, utilizando un razonamiento análogo, explicar cuáles sí son cambios químicos, y por qué se producen. • La otra idea fundamental es conocer que en muchas ocasiones un cambio químico está acompañado de un cambio en una propiedad física observable. Los cuatro ejemplos seleccionados atienden a objetivos diferentes: aparición de un gas, cambio de color e intercambio de energía en forma de luz o calor.

Soluciones Comprende, piensa, investiga… 1 a) No es un cambio químico; se trata de un cambio de estado, en este caso, una condensación. b) No es un cambio químico, es la mezcla de dos sustancias. c) Sí se trata de un cambio químico, pues la herrumbre es un óxido de hierro que se forma por la reacción química entre el hierro y el oxígeno en medio acuoso. d) Igual que en el caso anterior, las propiedades del caramelo son diferentes a las del azúcar, pues la sacarosa se descompone en glucosa y fructosa al eliminarse agua. e) No es un cambio químico; se trata de una rotura en la que se pasa de un tamaño mayor a otro menor. f) Igual que en el caso de la herrumbre, la fruta al aire sufre una reacción química de oxidación y parte de sus componentes se transforman en otras sustancias. Por eso, la capa superficial cambia de color.

2 Las estatuas de bronce están formadas por cobre y estaño. Al estar expuestas a los agentes climatológicos, cambian de color y pasan a tomar un tono verdoso debido a la oxidación del cobre.

3 La digestión de los alimentos es un complejo entramado de reacciones químicas. Podemos citar

como ejemplo de otros procesos químicos que ocurren en los organismos vivos la respiración celular, que se produce en las mitocondrias.

4 Las entidades elementales de las imágenes de la página anterior son moléculas en el caso del agua y cristales en el caso de cloruro de sodio.

5 La rueda de atributos es de este tipo: Se observa un intercambio de energía

Algunas de ellas producen luz

Cuando ocurre una reacción química

Se puede observar un cambio de color

Si se forma una sustancia gaseosa se observa un burbujeo

6 Las reacciones de Maillard son las que tienen lugar en el proceso de cocinado de los alimentos,

más concretamente entre las proteínas y los azúcares de los alimentos. El resultado de estas reacciones es el color tostado de la carne cocinada.

Unidad

REACCIONES QUÍMICAS

ä 2.1 Las reacciones químicas

ä 2.3 Interpretación de una reacción química

La mayoría de los cambios químicos que se dan en nuestro entorno son complejos, pues de forma simultánea se producen cambios físicos. Ade más, muchos cambios químicos están interrelacionados entre ellos.

En una reacción química, la aparición de nuevas sustancias es consecuen cia de una reordenación de los átomos que forman los reactivos, para formar los productos.

Sin embargo, es posible aislar un cambio químico sencillo y analizarlo; en este caso, podemos estudiar y describir una reacción química.

Como la fórmula química que representa las sustancias no puede modi ficarse, el número de cristales o moléculas de reactivos y productos que interviene en la reacción tiene que ser tal que el número de átomos de cada elemento químico sea el mismo en la parte de los reactivos que en la parte de los productos. Veamos un ejemplo a partir de la combustión del metano. A continuación, se representa la reacción molecularmente:

Una reacción química es la transformación de unas sustancias de partida, que llamamos reactivos, en otras sustancias nuevas que se conocen como productos. Para que los reactivos reaccionen, es necesario que las condiciones sean favorables, pues no siempre que se ponen en contacto dos o más sustan cias, estas van a reaccionar. Por ejemplo, en la combinación de hierro con oxígeno para formar óxido de hierro, es necesario que haya contacto con agua, o en la combinación de oxígeno con un combustible solo existe una reacción de combustión en determinadas circunstancias de energía (presencia de una chispa, temperatura elevada, etc.).

ä 2.2 Ecuaciones químicas Para representar una reacción química, utilizamos la ecuación química. En ella se escriben las fórmulas químicas de los reactivos a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas por una flecha, que marca el sentido de la reacción. Si hay más de un reactivo o producto, se escri be el signo «+» entre ellos. Además, escribimos el número de entidades elementales de reactivos y de productos que intervienen en la reacción, eligiendo los valores de los coeficientes estequiométricos.

Coeficientes estequiométricos Números que preceden a cada fórmula química en una reacción química. Indi can el número de entidades elementales de cada sustancia que intervienen en esa reacción en concreto. Si el valor de este número es uno, no se se escribe.

Una ecuación química contiene toda la información relevante sobre una reacción química. Determinar el valor de los coeficientes estequiométricos se denomina ajustar la ecuación química, como veremos a continuación.

Una reacción química popular Vinagre (contiene ácido acético)

Bicarbonato de sodio

Ácido acético CH3COOH

CO2 (dióxido de carbono)

Acetato de sodio

dando dióxido se acetato bicarbonato como de y agua combina y de sodio de sodio resultado carbono con NaHCO3 CH3COONa + CO2 + + H2O 8

En la imagen observamos la re acción química que tiene lugar cuando se pone en contacto vina gre (mezcla en la que uno de sus componentes es el ácido acético, que es el que reacciona) con bi carbonato de sodio, para obtener acetato de sodio, dióxido de car bono y agua. La forma en la que se expresa esta reacción química es su ecuación química.

En este epígrafe planteamos la idea central de la unidad: una reacción química es una reordenación de átomos. Para asegurar una comprensión duradera, se han de dejar claras una serie de ideas:

H2O

Las flechas discontinuas muestran la reordenación de los átomos. Obser va que cada molécula de metano, CH4, reacciona con dos moléculas de oxígeno, O2, y se forman dos moléculas de agua, H2O, y una molécula de dióxido de carbono, CO2. La ecuación química ajustada es: CH4 + 2 O2 8

FÓRMULAS QUÍMICAS DE ALGUNAS SUSTANCIAS COTIDIANAS

CO2 + 2 H2O

Comprobamos que el número de átomos de cada elemento químico no varía: N.º de átomos en reactivos

1 · 1 6 Carbono, C

8 1 ·1

2 · 2 6 Oxígeno, O

8 1 ·2+ 2 ·1

1 · 4 6 Hidrógeno, H 8 2 · 2

Agua Oxígeno Hidrógeno

N.º de átomos en productos

El número de átomos de cada elemento químico antes y después del cambio químico (antes y después de que se reordenen las sustancias) es el mismo, puesto que en una reacción química ni se crea ni se destruye materia.

Metano

H2O O2

NH3

Cloruro de sodio

NaCl

Ácido clorhídrico

HCl

Nitrógeno

• La materia está formada por partículas, características de cada sustancia.

H2 CH4

Amoníaco

Dióxido de carbono

CO2

Monóxido de nitrógeno

Comprende, piensa, investiga… 7 Utilizando las fórmulas de la tabla de esta página, escri

Dióxido de carbono

Sugerencias metodológicas

(combustión) O2

be la ecuación química de estas reacciones: a) Tres moléculas de hidrógeno se combinan con una de nitrógeno y se forman dos de amoníaco. b) Dos moléculas de hidrógeno se combinan con una de oxígeno y se forman dos moléculas de agua. c) Dos átomos de sodio se combinan con dos molécu las de ácido clorhídrico y se forman dos moléculas de NaCl y una molécula de hidrógeno.

Haz un esquema como el de esta página con toda la información que contiene esta ecuación química: 4 NH3 + 5 O2 8 4 NO + 6 H2O

9 Indica cuáles son los reactivos y cuáles los productos en las siguientes reacciones químicas. Con ayuda de tu profesor o profesora, y por parejas, buscad las fórmulas químicas de las sustancias nombradas y escribid la ecua ción química de cada reacción: a) El hierro se combina con el oxígeno de la atmósfera y se obtiene óxido de hierro. b) La caliza se descompone por acción de calor en óxi do de calcio y dióxido de carbono. c) El agua, por efecto de una corriente eléctrica, se descompone en hidrógeno molecular y oxígeno mo lecular.

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106

Reacciones químicas y ecuaciones químicas

H2O

Reacción CH4 (metano)

Desarrollo del pensamiento El alumnado puede consultar en anayaeducacion.es el documento necesario para elaborar un «Esquema» en la resolución de la actividad 8.

• Esas partículas, que son moléculas o cristales, son el resultado de la unión de átomos del mismo elemento químico, o de diferentes elementos químicos. • Las partículas están en movimiento continuo. Sugerimos al docente, antes de abordar este epígrafe, realizar un repaso de las ideas anteriores a través de un diálogo con la clase. Puede utilizar técnicas como la lluvia de ideas o las preguntas dicotómicas, que estén elaboradas por los estudiantes y sean respondidas en pequeños grupos. Para motivar esta situación, podemos indicar al grupo que trataremos de saber por qué en una reacción química se producen sustancias nuevas, y que para ello es preciso dar una descripción de las sustancias a partir de lo que hemos estudiado en las unidades anteriores. El planteamiento del epígrafe es el siguiente: partimos de la definición de reacción química como transformación de unas sustancias en otras, utilizando ejemplos de cursos anteriores. Destacamos que no siempre que se ponen en contacto dos sustancias ocurre una reacción química, pues es una de las ideas erróneas que suele persistir durante el aprendizaje del alumnado. A continuación, introducimos las ecuaciones químicas, que nos servirán para explicar a escala atómica el cambio químico. Es interesante resaltar el sentido de avance de la reacción representado en la ecuación química. Por último, en la representación de la combustión del metano se han recalcado dos ideas: la reordenación de átomos y la relación entre el número de entidades elementales (en este caso, moléculas) que intervienen en la reacción. Esto nos sirve para mostrar la importancia del coeficiente estequiométrico. Sugerimos hacer un esquema similar para las ecuaciones químicas que se utilicen como ejemplos en esta parte del desarrollo de la unidad.

Soluciones Comprende, piensa, investiga… 7 a) 3 H2 + N2 → 2 NH3 b) 2 H2 + O2 → 2 H2O c) 2 Na + 2 HCl → 2 NaCl + H2

→

4 NH3 + 5 O2

4 · 1 = 4

5 · 2 = 10

Oxígeno

4 · 3 = 12

Hidrógeno

Nitrógeno

4 NO + 6 H2O 4·1=4 4 · 1 + 6 · 1 = 10 6 · 2 = 12

9 a) El hierro y el oxígeno son los reactivos, y el óxido de hierro es el producto. 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3 b) El reactivo es la caliza, y los productos son el dióxido de carbono y el óxido de calcio. CaCO3 → CaO + CO2 c) El reactivo es el agua y los productos son el oxígeno y el hidrógeno. H2O → H2 + O2

Unidad

Hay algunas características importantes de las reacciones químicas. En este curso estudiaremos dos leyes relacionadas con la masa de reactivos y productos, y el concepto de velocidad de una reacción química.

CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

ä 3.1 Ley de conservación de masa Si mezclamos arena y sal, la masa de la mezcla es igual a la suma de las masas de sus componentes; es decir, la masa se conserva. ¿Qué ocurrirá si, en vez de una mezcla, al juntar dos sustancias se produce un cambio químico en el que se generan nuevas sustancias? ¿Se conservará la masa? A esta pregunta, como ya hemos visto, dio respuesta A. Lavoisier en 1789, químico francés que enunció la ley de conservación de la masa. En una reacción química, la materia ni se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. Por tanto, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción. Destacamos dos aspectos de esta ley y las circunstancias en las que se enunció: • El enunciado de esta ley está basado en múltiples experiencias en las que se midió la masa de los reactivos y los productos de diferentes re acciones químicas. Se trata, pues, de una ley extraída de la experiencia; es una ley empírica. • La comprobación experimental de esta ley en las reacciones en las que hay un reactivo o un producto en estado gaseoso era técnicamente complicado en esa época, y supuso un gran avance en el conocimiento de las transformaciones de la materia. Esta ley empírica fue explicada posteriormente por la teoría atómica que propuso Dalton entre 1803 y 1808.

Comprobación de la ley de conservación de la masa La masa de los reactivos y el ma terial de laboratorio es igual a la masa de los productos obtenidos y ese mismo material. Para llevar a cabo la experiencia, el recipiente debe tener un volumen adecua do para que el CO2 producido no haga saltar el tapón.

Vinagre (contiene ácido acético)

Dióxido de carbono Disolución acuosa de acetato de sodio

Bicarbonato de sodio Ponemos en contacto los reactivos

A nivel microscópico, obser vamos que los átomos que forman los reactivos se reorga nizan formando las nuevas sus tancias, los productos, por eso la masa no cambia durante una reacción química.

Agua H2O

Ácido acético CH3COOH

Acetato de sodio CH3COONa

Bicarbonato de sodio NaHCO3

Características de las reacciones químicas

En relación con la masa, otra de las leyes que cumple una reacción quími ca es la ley de las proporciones definidas. En una reacción química, las masas de los reactivos y las masas de los productos guardan entre sí una proporción constante.

Sugerencias metodológicas

Esta ley está relacionada con el hecho de que las entidades elementales de cada sustancia que intervienen en una reacción tienen diferente masa, y siempre se combinan en la misma proporción numérica. Estudiaremos con mayor detalle esta ley en el siguiente curso.

ä 3.3 Velocidad de una reacción química

En este epígrafe avanzamos en el estudio de las reacciones químicas presentando la ley de conservación de la masa, la ley de las proporciones definidas y el concepto de velocidad de reacción.

Existen reacciones químicas extremadamente lentas, como la formación de minerales en la corteza terrestre, o muy rápidas, como una explosión o la combustión del metano que ya hemos estudiado. Existen varios facto res de los que depende la velocidad de un cambio químico. Destacamos los que se exponen a continuación: • Temperatura. De forma general, podemos observar que, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de una reacción química. • Concentración de los reactivos. Cuanto mayor sea la concentración de los reactivos, mayor es la velocidad de la reacción.

Ejercicio resuelto

Comprende, piensa, investiga…

1 En la reacción de 30 g de nitrógeno con hidrógeno

10 Busca información sobre la reacción química entre

Para calcular la masa de hidrógeno que ha reacciona do, aplicamos la ley de conservación de la masa:

a) ¿Cuáles son los reactivos y los productos de esa reacción?

se obtienen 170 g de amoníaco. ¿Qué masa de hidrógeno ha reaccionado? ¿Qué masa de amoníaco se formaría si reaccionan 90 g de nitrógeno?

el vinagre y el bicarbonato que te hemos propuesto para comprobar la ley de conservación de la masa, y responde a estas preguntas:

masa de los reactivos = masa de los productos

b) ¿Es el vinagre una sustancia pura?

Así, la masa de hidrógeno será la diferencia que haya entre la masa de amoníaco y la de nitrógeno:

c) ¿Por qué el resultado de la reacción es una disolu ción acuosa?

masa hidrógeno = 170 g – 30 g = 140 g

Calculamos la masa de amoníaco que se forma a partir de la ley de las proporciones definidas; así, partir de 90 g de nitrógeno obtenemos: 30 g de nitrógeno 90 g de nitrógeno = x 170 g de amoníaco

Piensa y comparte en pareja. Explica por qué esta experiencia sirve para comprobar que los gases tienen masa.

e) Explica, utilizando la TCM, qué ocurriría si hiciéra mos el experimento a una temperatura mucho ma yor que la temperatura ambiente.

11 Si al reaccionar 224 g de hierro con oxígeno se for

90 $ 170 x= = 510 g de amoníaco 30 Podemos representar esta reacción como:

man 320 g de óxido de hierro, ¿qué cantidad de óxi do de hierro se formará a partir de 112 g de hierro?

12 ¿Por qué crees que en la mayoría de las técnicas de

3 H2

cocinado se aumenta la temperatura de los alimentos?

Dióxido de carbono CO2

2 NH3

Justifica el hecho de que para conservar los ali mentos estos se almacenen en frigoríficos.

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

108

ä 3.2 Ley de las proporciones definidas

109

Plan Lingüístico En relación con la actividad 13, 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. 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 10. TIC Le sugerimos que recuerde a su alumnado que puede comprobar el resultado de las actividades numéricas consultando las soluciones que se ofrecen en anayaeducacion.es.

• La ley de conservación de la masa está relacionada directamente con la teoría atómica de las reacciones químicas, y los estudiantes pueden deducir este hecho fácilmente. No obstante, damos información sobre la aportación de Lavoisier por la relevancia que tuvo en su época. De este modo, destacamos que los avances en la ciencia se sustentan en descubrimientos anteriores. Recordar el carácter empírico de esta ley, que queda modificado a la luz de la teoría atómica. • Sugerimos al docente llevar a cabo la experiencia propuesta para comprobar la ley de conservación de la masa. Para ello, se puede dividir la clase en grupos de cinco componentes que trabajarán de forma colaborativa. Cada grupo utilizará valores diferentes de masa de reactivos para abarcar así un mayor intervalo de resultados. Resulta conveniente que cada grupo repita la experiencia varias veces con valores iguales de masa de reactivos, para conocer la reproducibilidad de sus experimentos. Una vez realizadas las experiencias, se pondrán en común los resultados para su análisis de forma conjunta por la clase. Sugerimos introducir el concepto de error relativo, y observar cómo varía en función de la masa de los reactivos de partida. Se puede relacionar el valor del error relativo obtenido con la sensibilidad de la balanza utilizada. • La ley de las proporciones definidas se introduce de forma cualitativa en este curso. Si se tienen estudiantes con especial interés por esta parte de la materia, se puede acompañar la explicación con un ejemplo en el que la masa de los reactivos de partida provoque que exista un reactivo limitante. Para ello, podemos completar el enunciado del ejercicio resuelto preguntando qué ocurrirá si intentamos que reaccionen 150 g de hidrógeno con 30 g de nitrógeno. • Por último, en este epígrafe introducimos el concepto de velocidad en el caso de una reacción química. Se han seleccionado la temperatura y la concentración de los reactivos como factores que afectan a la velocidad de una reacción.

Soluciones Comprende, piensa, investiga… 10 a) Los reactivos son el bicarbonato de sodio y el ácido acético del vinagre, y los productos, el dióxido de carbono y el acetato de sodio.

b) El vinagre no es una sustancia pura, es una mezcla de sustancias. c) Al ser uno de los productos el agua y estar disuelto en ella el acetato de sodio, estaremos ante una disolución acuosa. d) Esta experiencia sirve para comprobar que los gases tienen masa porque uno de los productos es un gas, cuya masa se suma a la del resto de productos, observándose que la masa no varía respecto de la suma de las masas de los reactivos. e) Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las entidades elementales que forman los reactivos, y, con ello, aumenta la velocidad de reacción.

11 Utilizando como modelo el ejercicio resuelto de esta página, podemos aplicar la ley de proporciones definidas:

224 g de hierro 112 g de hierro = x 320 g de óxido de hierro

Por tanto, se obtendría una masa de 160 g de óxido de hierro.

12 Los alimentos se cocinan a elevada temperatura para provocar que los cambios químicos que tienen lugar durante este proceso ocurran a una velocidad adecuada.

13 Las bajas temperaturas de los frigoríficos favorecen que las reacciones que deterioran los alimentos sean lentas, y, por tanto, se alargue su tiempo de conservación.

Unidad

PRODUCTOS QUÍMICOS DE ORIGEN NATURAL Y ARTIFICIAL

ä 4.1 Desarrollo de la industria química

ä 4.3 Sectores de la industria química moderna

Desde el descubrimiento del fuego, la humanidad ha llevado a cabo trans formaciones químicas para mejorar su calidad de vida. El conocimiento de estas reacciones está, a menudo, limitado a la necesidad y a la expe riencia. Podemos citar, como ejemplos, la obtención de cal viva a partir de roca caliza, la síntesis de jabón a partir de grasas o la fermentación de leche para la obtención de queso, entre otras muchas.

La industria química tiene como objetivo principal la obtención de sus tancias necesarias para la sociedad. Estas sustancias son muy variadas y tienen aplicaciones muy diversas. Las más destacadas son:

Farmacéutica

Petroquímica

Otros productos

Según sea la acción del medicamento, los clasificamos en categorías (antipiréti cos, analgésicos, antibióticos, etc.). Esta industria hace una gran inversión en la investigación para formular y elaborar procesos de síntesis de nuevos medica mentos.

Además de su uso como fuente de com bustibles, el petróleo es materia prima para la fabricación de otros productos. Destacan los polímeros sintéticos (plás ticos), algunas fibras sintéticas (nailon o poliéster), la glicerina y algunos disol ventes.

Además de los dos grupos anteriores, existen una infinidad de productos que se obtienen en la industria química, to dos ellos necesarios en nuestra vida coti diana: fertilizantes, ácidos, aditivos para la construcción y aditivos alimentarios, entre otros.

Desde la Revolución Industrial y con el desarrollo de la química moderna, se ha evolucionado en el conocimiento acerca de los factores que influyen sobre las reacciones que pretenden mejorar nuestra calidad de vida a tra vés de la obtención de productos mediante las denominadas reacciones de síntesis. Esto ha supuesto el desarrollo de la industria química. Una reacción de síntesis es aquella que va encaminada a la obten ción, o fabricación, de una sustancia. Estas reacciones van desde las que se producen en nuestro organismo hasta las que se dan a gran escala de forma industrial.

ä 4.2 Productos de origen natural y artificial Las reacciones de síntesis existen en la naturaleza y, también, pueden re producirse en el laboratorio. Así, las distinguimos por los productos obte nidos, que serán naturales, en el primer caso, y artificiales, en el segundo. En ocasiones escuchamos la afirmación de que algo, por el hecho de ser natural, es menos perjudicial para la salud. No siempre el origen natural o artificial, también llamado sintético, de un producto está vinculado con su beneficio para la sociedad y para el medioambiente.

Productos de origen natural y artificial Ácido acetilsalicílico

Bolsas reciclables

Sabores artificiales

Comprende, piensa, investiga… 14 Copia la composición de algunas prendas de ropa que

tengas en casa y clasifica las fibras de las que están hechas en naturales o sintéticas. ¿De qué tipo de fibras hay una mayor cantidad? ¿A qué crees que se debe?

15 Busca información sobre la formica y responde: a) ¿Se trata de un producto natural o sintético? b) ¿Cuáles son sus principales aplicaciones?

El ácido salicílico se obtiene de la corte za del sauce. Tradicionalmente se utiliza ba como analgésico y antipirético, pero causaba irritación en el estómago. Su modificación artificial a ácido acetilsalicí lico es el principio activo de la aspirina.

Las bolsas de plástico suponen un pro blema para el medioambiente. Actual mente, existen bolsas hechas a partir de fécula de patata que se pueden descom poner. Su origen es natural, pero su pro cesamiento es industrial.

El sabor de la vainilla se debe a una sus tancia llamada vainillina, presente en las vainas de vainilla. Su proceso de ex tracción es caro, por lo que se sintetiza a partir de lignina, que es una sustancia presente en la madera.

Pienso, me interesa, investigo. Busca informa ción sobre los tipos de bolsas que existen en el merca do y sobre el significado de: biodegradable, compos table, reutilizable y reciclable. A partir de la información anterior, indica qué uso se debe dar a cada tipo de bolsa para minimizar la contaminación que estos pro ductos provocan.

17 Busca la fórmula de la vainilina y explica si hay dife

rencia en esta sustancia si proviene de la vaina de la vainilla o si tiene un origen sintético a partir de lignina.

110

Busca en Internet la fórmula del ácido salicílico y la del ácido acetilsalicílico. A partir de las propiedades de cada una de estas sustancias: a) Argumenta sobre la aportación de la química en este caso. b) La modificación del ácido salicílico, ¿fue beneficio so? Explica tu respuesta. c) ¿Es relevante la localización geográfica del sauce blanco en el desarrollo artificial del ácido salicílico? Justifica tu respuesta.

19 ¿Por qué los productos artificiales también se denomi nan productos sintéticos?

20 Elabora un listado de productos químicos que ayuden

a mejorar nuestra vida. Clasifícalos en categorías se gún su uso y la industria de la que provengan.

21 ¿Existen reacciones de síntesis en el mundo natural? Justifica tu respuesta.

111

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 16.

Productos químicos de origen natural y artificial Sugerencias metodológicas

Industria química

En este epígrafe mostramos qué son las reacciones de síntesis y cómo estas ocurren de forma natural y artificial. Diferenciamos entre productos naturales y artificiales, y explicamos la aportación de la química a la sociedad a través de productos de consumo o de abastecimiento de industrias básicas. El objetivo de este epígrafe es destacar que el origen artificial de algunos productos no implica que estos sean nocivos para la salud. Actualmente, es posible obtener una gran variedad de productos de forma sencilla a través del comercio electrónico; por ello, una correcta alfabetización de la ciudadanía sobre los riesgos y bondades de los productos resulta fundamental. No tratamos de dar una visión cerrada para formar una opinión, a favor o en contra, de los productos de origen natural o sintético, sino que es preciso conocer cuál es el origen, las técnicas de procesado y el control de la formulación de un producto para poder emitir una opinión fundamentada al respecto. De todos los productos que se podrían haber analizado, se han seleccionado tres: el ácido acetilsalicílico, las bolsas de plástico y la vainillina. El primero, ácido acetilsalicílico, es un ejemplo de cómo el

conocimiento científico complementa al conocimiento tradicional, puramente empírico. El segundo, las bolsas de plástico, es un producto que hasta hace bien poco se obtenía utilizando el petróleo como materia prima. El tercero, la vainillina, se ha elegido para poner de manifiesto que la fórmula de un compuesto es la misma tanto si este tiene un origen natural o artificial; así, las moléculas de vainillina son las mismas si se extraen de la vaina de vainilla o si se sintetizan a partir de lignina. Es importante que los estudiantes comprendan que las síntesis industriales en muchas ocasiones solo reproducen lo que ocurre de forma natural.

Soluciones Comprende, piensa, investiga… 14 Lo habitual es que la mayoría de las prendas textiles de una casa estén hechas a partir de algodón,

acrílicos, lino, nailon, poliéster, etc. La predominancia de fibras de origen natural (algodón, lino o lana) sobre las de origen artificial (poliéster, nailon, etc.) dependerá del gusto de cada familia; por ello, consideramos la segunda parte de esta actividad como una pregunta abierta.

15 a) Se trata de un producto sintético. b) En la actualidad se utiliza como material decorativo o de revestimiento de maderas.

16 Sobre las bolsas biodegradables, compostables y reciclables podemos encontrar información en Internet muy fácilmente. En la web de compostadores.com se definen estos tipos de bolsa y se muestran sus ventajas, inconvenientes y componentes.

17 La fórmula de la vainillina es: O O

CH3 C

No hay diferencias entre el compuesto natural y el artificial.

18 a) El medicamento es la aspirina. b) La modificación del principio activo fue beneficiosa porque redujo los efectos secundarios de molestias gastrointestinales. c) Con esta pregunta pretendemos que el alumnado indague sobre dónde se encuentran geográficamente los sauces blancos y si su corteza ha sido relevante a la hora de la fabricación de la aspirina históricamente.

19 Los productos denominados sintéticos son aquellos que se obtienen a partir de reacciones de síntesis de forma artificial.

20 En esta actividad de respuesta abierta se sugiere que el estudiante haga una tabla con la tipología

de industria química que se presenta en la página y elabore para cada una de las categorías una lista de productos de uso cotidiano.

21 Existen multitud de reacciones de síntesis en el mundo natural; podemos citar como ejemplo la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, como reacción paradigmática de los seres vivos.

Unidad

QUÍMICA SOSTENIBLE Y COMPROMISOS ODS

ä 5.1 Contaminación por la industria química

ä 5.3 Objetivos de Desarrollo Sostenible

Desde la Revolución Industrial, y con el desarrollo de la industria química, se han producido alteraciones en los sistemas materiales que nos rodean (atmósfera, suelos y aguas). Así, durante las últimas décadas, han apareci do problemas como:

El conocimiento químico contribuye de forma muy relevante a la conse cución de varias de las metas de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Las más destacadas son aquellas relacionadas con las transformaciones químicas que ocurren en el medioambiente como resultado de productos que se han vertido durante décadas y que han causado problemas de contaminación.

• Contaminación atmosférica, por la emisión de sustancias que afectan a la composición de la atmósfera y a las reacciones que se producen en ella, como veremos en el siguiente epígrafe. • Contaminación de aguas continentales, que influye en la calidad del agua de consumo, pues lleva disueltas sustancias nocivas para la salud.

QUÍMICA SOSTENIBLE

Según el Informe Brundtland de 1987, el desarrollo sostenible es «el que satisface las necesidades del presente sin com prometer las capacidades de las genera ciones futuras para satisfacer sus propias necesidades».

CAMBIOS QUÍMICOS PERJUDICIALES

Estos y otros problemas han tenido consecuencias sobre la salud del pla neta y de todas las especies que lo habitamos. Ante esta situación surge el desarrollo sostenible como respuesta. Así, tanto en la industria como en la investigación, se ha tenido en cuenta esta idea, dando como resulta do el desarrollo de la química sostenible y la química ambiental:

Evolución de la industria química

AIRE

112

química sostenible. En ella, se minimiza la emisión de contami nantes y se prevén consecuencias futuras para evitarlas.

META 14.3

META 6.3

AGUA

CIUDADES Y COMUNIDADES SOSTENIBLES

Varias de las metas de los ODS hacen referencia a problemas causados por el vertido de sus tancias al medio natural. Esto altera las reacciones químicas que tienen lugar en él y afecta al equilibrio del ecosistema y a la salud de los seres que lo ha bitan, pudiendo producir daños irreparables.

SUELO

META 3.9 SALUD Y BIENESTAR

META 12.4 PRODUCCIÓN Y CONSUMO RESPONSABLES

Comprende, piensa, investiga… 22 Analiza las imágenes de la página anterior; ¿crees que aún existen fábricas como la de la izquierda?

La industria química ha ido evolucionando desde una optimi zación económica de la fabricación de los productos hasta una

AGUA LIMPIA Y SANEAMIENTO

META 11.6

• La química ambiental se ocupa, principalmente, de identificar cuáles son los contaminantes que hay en el medio, dónde se emiten, a partir de qué reacciones químicas se han producido, y cómo han llegado has ta el lugar en el que se han detectado. • La química sostenible se encarga del diseño de procesos y productos respetuosos con el medioambiente, de tal modo que se reduzca la ge neración de sustancias contaminantes. Se han ido sustituyendo progre sivamente aquellas industrias que emitían contaminantes sin control por otras que intentan evitar la formación de residuos (figuras inferiores), analizan las consecuencias sobre el medioambiente, el ciclo de vida de los productos que fabrican y utilizan la energía de forma eficiente.

VIDA SUBMARINA

actúa sobre

ä 5.2 Química sostenible y química ambiental

Lleva a cabo un análisis de los vertidos de tu ho gar y elabora un plan de acción al respecto. Te puedes ayudar de estas premisas:

24 Busca información sobre las metas referenciadas en el

esquema anterior y relaciónalas con las situaciones si guientes: a) Desarrollo de medidores de partículas en suspen sión en el aire.

a) Haz una lista de los tipos de vertidos domésticos de tu hogar durante un mes.

b) Desarrollo de envasados de materiales alternativos al plástico que sean biodegradables.

b) Clasifica cada vertido según si se ha separado y de positado en el contenedor adecuado, si es un resi duo que puede reducirse, si se trata de un residuo peligroso (producto de limpieza o medicamento).

c) Reutilización de plásticos en la fabricación de mobi liario urbano.

c) Calcula el gasto de agua de tu hogar, a partir de la factura de la empresa suministradora.

e) Recogida de residuos de talleres mecánicos y otros residuos peligrosos domésticos para su tratamiento.

d) Con la información anterior, elabora un plan de ac ción basado en unos objetivos concretos y compár telo con los miembros de tu hogar.

f) Concienciación de la población a través de un plan de información de como nuestros actos tienen con secuencias en el medioambiente.

d) Estudios de cómo afecta el pH a la vida submarina.

En los «Itinerarios Académicos y Profesionales» de anayaeducacion.es podrás conocer el grado de ingeniería química.

Química sostenible y compromisos ODS Sugerencias metodológicas

En el esquema podemos observar la relación de la química con los ODS.

La química y las metas de los ODS

• Contaminación de suelos, por vertido de sustancias tóxicas, o el uso ex cesivo de fertilizantes, que provoca problemas de empobrecimiento de suelos y exceso de materia orgánica, modificando, así, los ecosistemas.

¿Qué es el desarrollo sostenible?

113

Orientación académica y profesional El alumnado dispone en anayaeducacion.es de información de su interés sobre estudios y profesiones relacionadas con el grado de ingeniería química.

Nos centramos en dos conceptos que no hay que confundir: la química ambiental y la química sostenible. La química ambiental trata sobre el conocimiento de los agentes químicos que causan contaminación a nivel local o con efectos amplios, a corto, medio y largo plazo. Los resultados de las investigaciones de la química ambiental han de estar presentes en los desarrollos industriales que se basen en una química sostenible. Sugerimos al docente explicar el concepto de desarrollo sostenible, entendido como aquel que es capaz de satisfacer las necesidades actuales sin comprometer los recursos y las posibilidades de las futuras generaciones. A partir de los contenidos de este epígrafe, se pueden plantear trabajos de investigación documental o de búsqueda de información. Para ello, sugerimos visitar la página web de tecnologías de medioambiente de la Agencia SINC, agencia pública de ámbito estatal, cuyas siglas significan Servicio de Información de Noticias Científicas, que depende de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT). Navegando por ella, nuestro alumnado tendrá acceso a tecnologías del medioambiente desarrolladas en nuestro país. Si se quiere profundizar en los contenidos de este epígrafe, se puede explicar «la solución fin de tubería», una medida para paliar la contaminación que tampoco es válida, que consiste en modificar el diseño industrial incluyendo medidas correctoras de la contaminación (tratamiento de aguas residuales, control de emisiones, etc.). A diferencia de esta solución, la química verde, o sostenible, recicla los subproductos de los procesos y elimina las emisiones contaminantes.

Sugerimos consultar el material del proyecto editorial relativo a las metas mencionadas en el epígrafe, de modo que se ponga de manifiesto que las relaciones entre la química y el medioambiente son el punto central de varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Soluciones Comprende, piensa, investiga… 22 En función de la legislación y de su cumplimiento, se pueden encontrar fábricas como la de la izquierda en países con leyes más laxas en temas ambientales, o en lugares donde no se vigile adecuadamente el cumplimiento de tal normativa.

23 Para llevar a cabo esta actividad, es conveniente que el alumnado disponga de un plazo de entre-

ga suficientemente largo. Puede desarrollarse durante la unidad, pero que su entrega sea al finalizar el curso. Se puede enfocar como una actividad englobada dentro de las jornadas culturales del centro. Asimismo, se sugiere que se dé libertad al alumnado en la elección del formato en el que van a ser presentados sus resultados.

24 Meta 11.6 Ciudades y comunidades sostenibles: a, c, e. Meta 3.9 Salud y bienestar: a, f. Meta 12.4 Producción y consumo responsable: b, f. Meta 14.3 Vida submarina: d. Meta 6.3 Agua y saneamiento: d.

Unidad

Conocer las causas de los problemas ambientales permite iniciar su solu ción, como hemos visto en el epígrafe anterior. Analizamos aquí tres pro blemas medioambientales que afectan a la atmósfera de nuestro planeta de forma global.

ä 6.1 Efecto invernadero anómalo La temperatura de nuestro planeta se mantiene dentro de unos límites aceptables para la vida gracias a la atmósfera, que se comporta como un invernadero: retiene parte de la energía térmica emitida por la Tierra y deja pasar el resto. Este fenómeno se denomina efecto invernadero. Uno de los principales gases responsables de este efecto es el dióxido de carbono. Como la cantidad de este gas en la atmósfera ha aumentado en las últimas décadas, debido al uso de los combustibles fósiles, se está produciendo un aumento no deseado de la cantidad de energía retenida. Es el llamado efecto invernadero anómalo. Si las emisiones de CO2 no disminuyen, el aumento de la temperatura me dia de la Tierra seguirá aumentando, por lo que el calentamiento global que está sufriendo nuestro planeta tendrá consecuencias catastróficas.

ä 6.2 Lluvia ácida Se llama así al fenómeno contaminante por el cual el agua de lluvia lleva disueltos algunos ácidos muy corrosivos, como el ácido sulfúrico, H2SO4, y el ácido nítrico, HNO3. Estos ácidos se forman cuando las emisiones a la atmósfera de dióxido de azufre, SO2, y óxidos de nitrógeno, NO y NO2, reaccionan con el vapor de agua. Cuando esta agua precipita en forma de lluvia, se denomina lluvia ácida. Sus consecuencias sobre el medioam biente son la destrucción de flora y fauna.

Consecuencias del efecto invernadero y de la lluvia ácida Efecto invernadero

Lluvia ácida

ä 6.3 Destrucción de la capa de ozono La capa de ozono (O3) se sitúa en la estratosfera, y es un escudo que evita que la radiación ultravioleta, que es muy perjudicial, llegue a la superficie terrestre. El funcionamiento correcto de este escudo se basa en que haya suficiente cantidad de ozono que absorba esta radiación.

¿Qué soluciones se han pro puesto a nivel global para redu cir la destrucción de la capa de ozono? ¿En qué productos se encontraban los CFC? ¿Cuáles son los productos que han sus tituido a los CFC? Debate con el resto de la clase sobre la ne cesidad de acordar medidas de alcance planetario.

La presencia en la estratosfera de sustancias como óxidos de nitrógeno y compuestos conocidos como CFC (en cuya composición hay cloro) provo can reacciones químicas que destruyen la capa de ozono. Estos compuestos reaccionan liberando cloro cuando alcanzan la estra tosfera, en donde continuamente se está formando y destruyendo ozono de forma equilibrada. Su presencia altera este equilibrio, haciendo que la cantidad de ozono disminuya.

Formación y destrucción de la capa de ozono Formación de ozono de forma natural 1

+ 4 O2

1 Los rayos UV atacan la molécula de O2 y la dividen en dos áto mos.

Rayos UV

O O3

2 Cada átomo de oxígeno se combina con una molécula de O2 y se obtiene ozono, O3.

+ 4

3 Cada molécula de ozono se combina con otro átomo de oxígeno, dando dos moléculas de O2 como productos.

Trabaja con las imágenes

6 REACCIONES QUÍMICAS Y MEDIOAMBIENTE

En la estratosfera, la radiación UV hace que las moléculas de oxígeno se se paren en átomos. Así, cada átomo se combina con otra molécula de oxígeno, formándose una molécula de ozono. Esta reacción necesita mucha energía y altas temperaturas.

1 Los rayos UV atacan a los CFC y hacen que se libere un átomo de cloro.

Rayos UV

ClO

Los combustibles fósiles suelen llevar impurezas de azufre. Al quemarse con el aire, que contiene oxígeno y nitrógeno, pro ducen dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno.

3 Se forman dos productos: la molécula de O2 y la de ClO.

4 La molécula de ClO se combina con el oxígeno monoatómico.

+ O2

La fusión del hielo continental, consecuencia del calenta miento global, afecta no solo al nivel del mar, sino también al clima mundial, alterando la humedad de la atmósfera.

2 El átomo de cloro ataca a la molécula de ozono.

Los CFC son compuestos que permanecen en la atmósfera durante mucho tiempo. Cuando liberan cloro por efecto de la radiación UV, descomponen el ozono. Observa que al final se vuelve a obtener cloro, que continúa destruyen do ozono.

5 Como resultado, se liberan a la atmósfera una molécula de oxí geno y un átomo de cloro.

En el banco de recursos de anayaeducacion.es puedes encontrar un vídeo interactivo sobre los efectos del dióxido de carbono.

114

Sugerencias metodológicas Terminamos la parte dedicada a la química y el medioambiente, tratando tres problemas de contaminación ambiental que son preceptivos por currículo. • Destacamos que dos de ellos, la lluvia ácida y la destrucción de la capa de ozono, son problemas a los que se ha puesto remedio a través de la legislación. Su estudio nos permite conocer cómo es posible generar un cambio a nivel global si se unen los esfuerzos de los estados.

4 El ciclo se cierra con la reacción, de nuevo, de O2 con rayos UV o como reactivo de la reac ción O2.

Destrucción de la capa de ozono CFC

Reacciones químicas y medioambiente

115

TIC En anayaeducacion.es el alumnado dispone del vídeo «Efectos del CO2 en la atmósfera», que puede utilizar para destacar la importancia de este gas, fundamental para la vida, pero que es nocivo en muchas ocasiones.

• Respecto a la destrucción de la capa de ozono, destacamos las dos figuras del final del epígrafe, donde hemos dado una visión simplificada de las reacciones químicas que forman parte del entramado de la regeneración del ozono. Además, se muestra cómo la introducción de un agente externo, en este caso el cloro, afecta al restablecimiento de la capa de ozono. Puede resultar interesante explicar cuál es la función de la capa de ozono. Para ello, se pueden utilizar imágenes disponibles en Internet, como aquellas que muestran la evolución de la capa de ozono (agencia SINC). • Una de las confusiones más habituales se da entre el efecto invernadero y la destrucción de la capa de ozono. Por ello, deben ponerse de manifiesto las diferencias entre estos dos problemas ambientales. Resulta conveniente encargar a los estudiantes que hagan un pequeño mural que las recoja.

Trabaja con la imagen Las soluciones a nivel global para reducir la destrucción de la capa de ozono pasan por la prohibición del uso de gases que interfieren en la regeneración de esta capa vital para la vida en nuestro planeta. Los gases principales en los que se encontraban los CFC eran los utilizados en aerosoles de uso doméstico, como lacas y desodorantes, y en equipos de refrigeración y aire acondicionado. En los productos de consumo doméstico, estos gases se han sustituido por propano y butano, que son gases inflamables; por ello, se han modificado las precauciones en el uso de estos productos. Los gases utilizados en el aire acondicionado se han sustituido, en la medida de las posibilidades, por otros con similares propiedades.

TALLER DE CIENC

Unidad

IAS

Ciencia recreativa pegamento casero

reacciones químicas

INTRODUCCIÓN Como hemos estudiado, si al mezclar varias sustancias aparecen otras nuevas, diremos que ha ocurrido un cambio químico. En el experimento que te proponemos tienen lugar una serie de reaccio nes químicas, que provocan la aparición de nuevas sustancias; entre ellas, la aparición de una sustancia sólida y el desprendimiento de un gas. Para acelerar el proceso, utilizaremos una fuente de calor.

NECESITAS • Leche. • Vinagre. • Levadura química (bicarbonato sódico). • Una sartén.

• Retira la mezcla de la fuente de calor y continúa agitando. • Por último, trasvásala a un recipiente y tápalo. Podrás utilizarlo como pegamento cuando esté frío y hasta un máximo de dos días, antes de que se estropee.

• Una fuente de calor.

REFLEXIONA Al añadir el vinagre a la leche, has separado la caseí na, el cuajo, del suero, el resto de la leche. Cuando se forma el cuajo, proteínas y grasas, se solidifica y se aglomera por la acción de un ácido (en este caso, el vi nagre), y se obtienen unos grumos que se separan con el colador. Las propiedades de la caseína como pega mento se conocen desde la Antigüedad. Actualmente, se utiliza en la fabricación de colas y pegamentos.

Al añadir la levadura química (bicarbonato sódico) y agua al cuajo, se observa el desprendimiento de un gas. Se trata del dióxido de carbono, que es el resul tado de la reacción química entre el vinagre y el bicar bonato; de esta forma, eliminamos el exceso de ácido (vinagre), porque se consume durante la reacción quí mica. En esta reacción, se obtienen otros productos, como el acetato de sodio, que tiene múltiples aplica ciones industriales.

Pegamento casero

• Experiencia A: comprobaremos la reacción química que tiene lugar entre los metales y el ácido clorhídrico. • Experiencia B: utilizaremos una barra luminiscente para comprobar cómo afecta la temperatura a la velocidad de reacción. PRECAUCIONES El ácido clorhídrico es un líquido muy corrosivo. Sigue las normas de segu ridad para no sufrir ningún percance.

MATERIAL • Barras luminiscentes • Vaso de precipitados • Hielo • Agua • Sal • Virutas metálicas • Disolución de ácido clorhídrico diluida • Disolu ción de ácido clorhídrico algo más concentrada.

ORIENTACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LA EXPERIENCIA EXPERIENCIA A • Vierte un poco de agua en un vaso de precipitados y añade las virutas metálicas.

EXPERIENCIA B • Prepara un vaso de precipitados con agua caliente, y otro con una mezcla de agua, hielo y sal.

• Repite la experiencia anterior, utilizando ahora la diso lución diluida de ácido clorhídrico.

• Flexiona dos barras luminiscentes para provocar que comience la reacción química en su interior.

• Realiza la experiencia anterior, pero utilizando la diso lución algo más concentrada de ácido clorhídrico.

• Introduce una de ellas en el vaso con agua caliente, y la otra en el vaso con la mezcla de hielo, agua y sal.

• Observa y anota lo que ocurre en los tres casos.

• Anota las diferencias que observes en cada caso.

Extrae conclusiones... 1 ¿Cómo explicas las diferencias observadas en el primer

4 Busca información sobre el funcionamiento de las barras

2 ¿Qué reacción química ocurre al mezclar un metal con

5 Explica las diferencias observadas entre la barra intro

paso y el tercer paso de la experiencia A?

ácido clorhídrico? ¿A qué se debe el burbujeo?

3 ¿Cómo explicas las diferencias observadas entre los dos

últimos pasos de la experiencia A? ¿Qué factor está in fluyendo sobre la velocidad de reacción?

116

Taller de ciencias Ciencia recreativa

NUESTRA PROPUESTA Realizaremos dos experiencias:

• Separa el cuajo obtenido del resto líquido colando tu mezcla. • Vierte de nuevo a la sartén, añade una cucharada de levadura química y un poco de agua. Calienta y remueve la mezcla. Al principio observa rás un burbujeo. Continúa calentando y agitando hasta que la mezcla bulla.

• Una taza. • Un colador.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. OBJETIVO El objetivo de esta práctica es tener una evidencia de un cambio químico, y observar cómo afectan la temperatura y la concentración de los reactivos a la velocidad de reacción. PRELIMINARES Elabora un plan para detectar cambios químicos, y para observar cómo afectan la temperatura y la concentración de los reactivos a la velocidad del cambio químico.

EXPERIMENTA • Vierte en una sartén una taza y media de leche y tres cucharadas de vinagre. Calienta, con la ayuda de un adulto, un poco la mezcla, a la vez que remueves con cuchara de madera. Observarás la formación de unos grumos; se trata del cuajo de la leche.

• Una cuchara de madera.

• Una cuchara sopera. • Un recipiente para mezclar

TRABAJO PRÁCTICO

luminiscentes y sobre sus aplicaciones.

ducida en agua caliente y la introducida en el vaso con hielo. ¿Qué factor influye en la velocidad de reacción?

6 Busca información sobre por qué se añade sal al agua con hielo. ¿Qué aplicaciones tiene en la vida cotidiana?

117

El apartado «Ciencia recreativa» está pensado para que el alumnado aplique parte de los conocimientos adquiridos en la unidad en experimentos caseros 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. 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 la fabricación de un pegamento casero a partir de leche. Sugerimos plantear la experiencia haciéndola coincidir con la ejecución de alguno de los murales que proponemos en esta propuesta didáctica, pues pueden utilizarlo para pegar los diferentes componentes del mural

que hayan elaborado. Asimismo, recomendamos que los estudiantes lleven a cabo los pasos de la experiencia acompañados de la explicación de lo que ocurre en cada uno de ellos, para provocar la reflexión acerca de los procesos químicos que implica. Dada la necesidad de utilizar una fuente de calor durante la práctica, insistimos en la importancia de que se cuente con la ayuda de un adulto responsable.

Trabajo práctico Reacciones químicas Este trabajo práctico obedece a un planteamiento abierto, en el que el alumnado es parte activa del diseño experimental. El objetivo de esta práctica es comprobar cómo afectan la concentración de los reactivos y la temperatura a la velocidad de una reacción química. Como ya se ha comentado en esta guía, el conocimiento de los factores que afectan a la velocidad de la reacción química es empírico; la explicación basada en la teoría de las colisiones se abordará en los siguientes cursos. 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 En el primer paso no se aprecia burbujeo, mientras que en el tercero sí. Esta diferencia es debida a

que en el primer paso no se ha producido reacción química alguna, mientras que, en el tercer paso, sí.

2 Aunque no pertenezca al nivel del alumnado, la reacción que tiene lugar es una reacción redox en

la que uno de los productos es un gas. El burbujeo se debe a la aparición del hidrógeno, que es una sustancia gaseosa.

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

El «Mapa conceptual jerárquico» permite que el alumnado pueda organizar y comprender las ideas sobre las reacciones químicas de manera significativa, y ver la estructura cognitiva del contenido objeto de aprendizaje.

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. r el material Recuerda selecciona para tu portfolio. de esta unidad de trabajo

Unidad

APRENDIDO Mapa conceptual jerárquico

1 Copia el esquema en tu cuaderno e incluye: a) El nombre del científico que enunció la ley de la conservación de la masa. b) Una rama nueva con la ley de las proporciones definidas.

c) Un ejemplo de ecuación química indicando cuáles son las fórmulas de los reactivos, las de los productos y los coeficientes estequiomé tricos.

se identifican mediante

se representan por

evidencias físicas

ecuaciones químicas

cambios químicos en los que se produce una

que pueden ser

reordenación de átomos

cambio de color

luz

burbujeo

provocando una transformación de reactivos

la ley de conservación de la masa

compuestos por

energía en forma de calor

fórmulas químicas

coeficientes estequiométricos

Reacciones químicas

1 Escribe tres ejemplos de cambios químicos y tres que no lo sean. ¿De qué tipo son estos últimos? 2 ¿Existe algún cambio químico en la destilación de una mezcla de alcohol y agua? Explica tu respuesta. 3 Clasifica los siguientes cambios en físicos o quími cos: a) Putrefacción de una pieza de fruta. c) Fusión de un trozo de mantequilla en una sartén caliente. d) Cocinado de un filete a la plancha. e) Efervescencia de un medicamento al echarlo en agua. f) Edulcorado de una infusión con sacarina.

¿Qué te hace decir eso? Indica si las siguien tes afirmaciones son verdaderas o falsas, y explica por qué: a) Los productos de una reacción química son siem pre de origen artificial. b) El número de sustancias de los reactivos siempre es igual al número de sustancias de los productos. c) Simbolizamos un cambio químico mediante una flecha.

b) Ebullición del agua.

118

cumplen

productos

Cambios en sistemas materiales

5 Indica los nombres de los reactivos y de los produc tos de estas reacciones químicas, y realiza un dibujo que las represente a escala atómica: a) N2 + O2 8 2 NO. b) C + 2 H2 8 CH4. Características de las reacciones químicas

Las reacciones químicas

son

centes, es decir, aquellas en las que al formarse los productos se produce también la emisión de luz. Sus aplicaciones van desde las barritas que se utilizan en fiestas hasta para ser vistos mientras se bucea.

5 La reacción química libera fotones; así, al aumentar la temperatura, la velocidad de la reacción aumenta, aumentando así la intensidad de la emisión luminosa.

TIC

TRABAJA CON LO

centrado. Esta diferencia es debida a que la reacción química ocurre a mayor velocidad si utilizamos ácido concentrado; estamos verificando el efecto de la concentración de los reactivos sobre la velocidad de reacción.

4 Pretendemos que el alumnado encuentre información sobre las reacciones que son quimiolumis-

Desarrollo del pensamiento

ORGANIZO MI MENTE

3 La diferencia que se observa es la intensidad del burbujeo, que es mayor si utilizamos ácido con-

d) El número de átomos de cada elemento químico presente en los reactivos es igual al número de estos átomos en los productos. e) En una reacción química se obtienen átomos dife rentes en los productos. f) En todas las reacciones químicas siempre hay un producto que se obtiene en estado gaseoso.

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

6 Indica si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas, y justifica tu respuesta: a) La masa de los reactivos se destruye en una reac ción química. b) En una reacción química se reordenan los átomos; por tanto, la suma de las masas de los reactivos y la de los productos es igual. c) Los átomos que forman los productos de la reac ción se generan a partir de los átomos presentes en los reactivos. 7 Si reaccionan completamente 306 g de una sustancia con 72 g de otra, ¿cuál será la suma de las masas de los productos de la reacción? ¿Qué ley has aplicado? 8 Tenemos un trozo de hierro de 224 g que se combi na completamente con oxígeno para formar óxido de hierro; ¿son ciertas o falsas las siguientes afirma ciones? Justifica tu respuesta: a) La masa de óxido de hierro formada será la suma de 224 g más el oxígeno que se ha combinado con el hierro. b) La masa de óxido de hierro será menor que la del hierro de partida. c) La masa de óxido de hierro será la misma que la de hierro. 9

Comprobamos. Reaccionan 8 g de hidrógeno con 64 g de oxígeno y se forman 72 g de agua: a) Comprueba que se cumple la ley de conservación de masa. b) Calcula la masa de agua que se formará si reaccio nan completamente 20 g de hidrógeno.

Productos de origen artificial y natural 10 Clasifica, según su origen, natural o artificial, los si guientes productos: a) Azúcar sin refinar. e) Lino. b) Sacarina. f) Algodón. c) Madera. g) Nailon. d) Formica. h) Acrílico. anayaeducacion.es Consulta los apartados «Para estudiar» y «Aprende jugando» en el banco de recursos.

Química sostenible y compromisos ODS 11 Busca en Internet cuáles son los doce principios de la química verde o sostenible y elabora una presen tación sobre ellos para exponer en clase. ¿Con qué metas de los ODS puedes relacionarlos? 12

CyR. Por parejas, buscad información sobre las metas ODS en anayaeducacion.es y en Internet. A continuación, realizad un póster en donde expli quéis la meta elegida, por qué os parece importante y cómo podríais llevarla a cabo en vuestra clase.

Reacciones químicas y medioambiente 13

Interpretación compartida. Indica si la siguiente afirmación es verdadera o falsa, y explica tu respuesta: «Las emisiones de dióxido de carbono provenientes del uso de combustibles fósiles están provocando un agujero en la capa de ozono, lo que repercute en el clima a nivel planetario».

El espejo. ¿En qué se parecen y en qué se dife rencian el efecto invernadero anómalo y la destruc ción de la capa de ozono?

15 Busca información sobre las sustancias que causan la destrucción de la capa de ozono. 16 En los recipientes a presión, en la actualidad se utili zan gases que no destruyen la capa de ozono, pero que pueden causar daños al usuario si no se toman ciertas medidas de precaución. ¿De qué gases se trata? ¿Cuál es el riesgo que hay que tener en cuenta al manejar estos recipientes? 17 El cambio climático, provocado por el efecto inver nadero anómalo, es un hecho innegable. Busca in formación sobre las cumbres del clima que se han realizado en los últimos años, y sobre las medidas que se han acordado. 18 Los efectos de la lluvia ácida se perciben a mucha distancia del lugar en el que se produce la emisión de gases corrosivos. Durante las décadas de los setenta y ochenta del siglo pasado, este efecto se mostró en masas boscosas europeas. Busca informa ción sobre este hecho y pon ejemplos de lugares en los que pueda comprobarse este efecto de contami nación. ¿Qué soluciones se han propuesto para mi tigar estos efectos y repoblar estas zonas afectadas? 19

Mesa redonda. La tala masiva de bosques y selvas, como el caso del Amazonas; ¿en qué puede perjudicarnos a corto y largo plazo? 119

6 La sal provoca que la temperatura de fusión del agua sea menor; por tanto, al ser la temperatura del cambio de estado menor se consigue que el conjunto esté a una menor temperatura.

Trabaja con lo aprendido Organizo mi mente a) La ley de conservación de la masa se debe a A. Lavoisier. b) La mención a la ley de las proporciones definidas partiría de la palabra «cumplen», al mismo nivel que la caja «la ley de conservación de la masa». c) Respuesta abierta. Se recomienda observar que la ecuación química esté ajustada.

Soluciones de las actividades Cambios en sistemas materiales 1 Tres ejemplos cotidianos de reacciones químicas son el cocinado de los alimentos, la oxidación de

una pieza de hierro y la reacción de combustión del metano. Tres cambios físicos cotidianos son la disolución de la sal en agua, la fusión del hielo y la ebullición del agua. De los citados, uno de los cambios físicos es un proceso de mezcla, y los otros dos son cambios de estado.

2 No existe reacción química; se trata de la separación de los componentes de una mezcla por su diferente temperatura de ebullición.

3 a) Químico. b) Físico. c) Físico. d) Químico. e) Cambio químico, pues hay una reacción en la que se

produce CO2, entre otros compuestos, y cambio físico porque se disuelven esos productos en el agua. f) Físico.

r el material Recuerda selecciona para tu portfolio. de esta unidad de trabajo

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

ORGANIZO MI MENTE

Mapa conceptual jerárquico

1 Copia el esquema en tu cuaderno e incluye: a) El nombre del científico que enunció la ley de la conservación de la masa. b) Una rama nueva con la ley de las proporciones definidas.

c) Un ejemplo de ecuación química indicando cuáles son las fórmulas de los reactivos, las de los productos y los coeficientes estequiomé tricos.

Características de las reacciones químicas

Las reacciones químicas

son

se identifican mediante

cambios químicos en los que se produce una reordenación de átomos

cambio de color

se representan por

evidencias físicas

ecuaciones químicas

que pueden ser

compuestos por

luz

burbujeo

provocando una transformación de reactivos

energía en forma de calor

fórmulas químicas

cumplen la ley de conservación de la masa

coeficientes estequiométricos

productos

Cambios en sistemas materiales

Reacciones químicas

b) Ebullición del agua.

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

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5 Indica los nombres de los reactivos y de los produc tos de estas reacciones químicas, y realiza un dibujo que las represente a escala atómica: a) N2 + O2 8 2 NO. b) C + 2 H2 8 CH4.

Reacciones químicas y medioambiente 13

El espejo. ¿En qué se parecen y en qué se dife rencian el efecto invernadero anómalo y la destruc ción de la capa de ozono?

Mesa redonda. La tala masiva de bosques y selvas, como el caso del Amazonas; ¿en qué puede perjudicarnos a corto y largo plazo? 119

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. Se incluyen aquí las soluciones de las actividades propuestas en las páginas finales: «Trabaja con lo aprendido». Aquellas cuya respuesta requiere de cálculo y representaciones gráficas se ofrecen, desarrolladas, en el solucionario incluido en anayaeducacion.es. Desarrollo del pensamiento El alumnado dispone en anayaeducacion.es de los documentos «¿Qué te hace decir eso?», «CyR» y «El espejo» para conocer las bases para aplicar estas técnicas de pensamiento en la resolución de las actividades.

Reacciones químicas 4 a) Falsa; en la naturaleza ocurren multitud de reacciones químicas. b) Falsa; podemos tener reacciones químicas en las que, por ejemplo, a partir de un reactivo se obtengan varios productos. c) Verdadera; este símbolo se utiliza en las ecuaciones químicas. d) Verdadera; ya que una reacción química es una reordenación de átomos. e) Falsa; se trata solo de una reordenación de átomos, por tanto, los átomos son los mismos, pero forman sustancias diferentes. f) Falsa; no siempre se obtiene un producto gaseoso, en estos casos la evidencia de aparición de burbujeo no será útil, pues se produce una reacción química, y, sin embargo, no se observa esta evidencia.

5 a) Reactivos: nitrógeno y oxígeno; producto: óxido de nitrógeno. b) Reactivos: carbono e hidrógeno; producto: metano.

Características de las reacciones químicas 6 a) Falsa; la masa se conserva en un cambio químico. b) Verdadero. c) Falsa; no se generan átomos, solo se reordenan.

7 La suma de las masas de los productos de la reacción será igual a la suma de las masas de los reactivos; en este caso: 306 g + 72 g = 378 g. Se aplica la ley de conservación de la masa.

8 a) Verdadera. Lo que se expone en la afirmación es el cumplimiento de la ley de conservación de la masa.

b) Falsa; será mayor, puesto que la masa de óxido de hierro es la suma de la masa de hierro y la de oxígeno. c) Falsa, por el mismo motivo que la justificación de la afirmación anterior.

9 a) Para comprobar la ley de conservación de la masa sumamos la masa de los reactivos, 8 g + 64 g, y obtenemos 72 g, que es la masa de los productos, en este caso, el agua.

b) Aplicamos la proporción entre la masa de hidrógeno y la de agua: m m

agua

hidrógeno

72 g 8 m 8g

agua

72 $m 8

hidrógeno

72 $ 20 = 180 g de agua 8

Productos de origen artificial y natural 10 a) Natural. b) Artificial. c) Natural. d) Artificial. e) Natural. f) Natural. g) Artificial. h) Artificial. Química sostenible y compromiso ODS 11 Los doce principios de la química verde son: 1. Prevención. 2. Economía atómica. 3. Uso de metodologías que generen productos con toxicidad reducida. 4. Generar productos eficaces, pero no tóxicos. 5. Reducir el uso de sustancias auxiliares. 6. Disminuir el consumo energético. 7. Utilización de materias primas renovables. 8. Evitar la derivatización innecesaria. 9. Potenciación de la catálisis. 10. Generar productos biodegradabables. 11. Desarrollar metodologías analíticas para la monitorización en tiempo real. 12. Minimizar el potencial de accidentes químicos. Se pueden consultar en inglés en: https://www.epa.gov/greenchemistry/basics-green-chemistry#definition

12 Actividad de respuesta abierta, que puede englobarse con la actividad 23 del epígrafe 5 como parte de un proyecto completo, en el que el producto final sean el póster y el plan de gestión de vertido doméstico. El resto de ejercicios y tareas propuestas en esta unidad pueden ser utilizados como el conocimiento necesario para la elaboración de ese producto en el contexto de un aprendizaje basado en proyectos.

Reacciones químicas y medioambiente 13 La afirmación es falsa. Para que fuera cierta, habría que sustituir «un agujero en la capa de ozono» por «un incremento del efecto invernadero».

r el material Recuerda selecciona para tu portfolio. de esta unidad de trabajo

TRABAJA CON LO

Unidad

APRENDIDO

ORGANIZO MI MENTE

Mapa conceptual jerárquico

1 Copia el esquema en tu cuaderno e incluye: a) El nombre del científico que enunció la ley de la conservación de la masa. b) Una rama nueva con la ley de las proporciones definidas.

c) Un ejemplo de ecuación química indicando cuáles son las fórmulas de los reactivos, las de los productos y los coeficientes estequiomé tricos.

Características de las reacciones químicas

Las reacciones químicas

son

se identifican mediante

cambios químicos en los que se produce una reordenación de átomos

cambio de color

se representan por

evidencias físicas

ecuaciones químicas

que pueden ser

compuestos por

luz

burbujeo

provocando una transformación de reactivos

fórmulas químicas

coeficientes estequiométricos

Reacciones químicas

b) Ebullición del agua.

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energía en forma de calor

cumplen la ley de conservación de la masa

productos

Cambios en sistemas materiales

5 Indica los nombres de los reactivos y de los produc tos de estas reacciones químicas, y realiza un dibujo que las represente a escala atómica: a) N2 + O2 8 2 NO. b) C + 2 H2 8 CH4.

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

Reacciones químicas y medioambiente 13

El espejo. ¿En qué se parecen y en qué se dife rencian el efecto invernadero anómalo y la destruc ción de la capa de ozono?

Mesa redonda. La tala masiva de bosques y selvas, como el caso del Amazonas; ¿en qué puede perjudicarnos a corto y largo plazo? 119

Aprendizaje cooperativo Sugerimos recomendar al alumnado los recurso «Comprobamos», «Interpretación compartida» y «Mesa redonda» disponibles en anayaeducacion.es, para conocer las bases para aplicar esta técnica de aprendizaje cooperativo y utilizarla en la resolución de las actividades.

14 Se parecen en que son fenómenos que afectan a la composición de la atmósfera y en que tienen efectos a escala planetaria. Las diferencias son muchas; por una parte, los agentes que causan ambos problemas ambientales son diferentes (gases de efecto invernadero y CFC) y el problema en sí es distinto (aumento de la temperatura del planeta y penetración de radiación ultravioleta).

15 Algunas de las sustancias que causan la destrucción de la capa de ozono son los CFC, el tetracloruro de carbono, el cloroformo de metilo, los halones y el bromuro de metilo.

16 Se trata de gases inflamables como el propano. Al liberar el contenido de un recipiente a presión se debe estar lejos de una fuente de ignición, como es una llama o una chispa.

17 Puede consultarse información en: https://www.wwf.es/nuestro_trabajo/clima_y_energia/cumbres_del_clima/

18 Sugerimos consultar la página: https://www.iberdrola.com/medio-ambiente/lluvia-acida 19 Respuesta abierta que deben elaborar entre los alumnos y las alumnas como parte del desarrollo de su pensamiento crítico y el trabajo en equipo.