Química II con enfoque por competencias. 2a. Ed. Eduardo Martínez Márquez

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El campo de la química se encuentra en constante evolución gracias a las nue-vas técnicas de estudio y exploración en las ciencias experimentales. El desarro-llo de una nación tiene como pilar a su gente y la aplicación que ésta haga de la ciencia para el bienestar de los suyos y el cuidado del medio ambiente. Son los jóvenes quienes tomarán en sus manos los recursos que nos brinda nuestro pla-neta para su manejo sostenible de las nuevas generaciones. En Química II con enfoque por competencias, segunda edición, se pretende continuar introdu-ciendo a las nuevas generaciones en el conocimiento del apasionante mundo de la química y su relación con su contexto y su vida cotidiana, pues nada en nuestro mundo natural está aislado del resto y todos estamos interconectados; todas las cosas que hagamos modifi carán o mantendrán nuestro equilibrio. Esta obra pretende mostrar la manera en que se comportan la materia y la energía en determinadas situaciones desde la cuantifi cación de los procesos químicos, pasando por la contaminación de agua, aire y tierra, y valorando los sistemas dispersos, hasta llegar al entendimiento de las sustancias orgánicas simples para terminar con las más complejas que forman parte de la vida. Además, se incluyen momentos de refl exión en las actividades, una exploración por el mun-do multimedia y la Internet, y fi nalizamos con actividades experimentales que complementan el conocimiento de los estudiantes y los invitan a explorar con mayor profundidad el mundo de la química.

Segunda ediciónSegunda edición

Con enfoque por competencias

Química II

SEMESTRE

SE G UND

OCon enfoque por competencias

Eduardo Martínez Márquez

Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur

Revisión técnica: M. C. Leticia Ángeles Malagón Vera

Química II

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Datos para catalogación bibliográfica:Martínez Márquez, EduardoQuímica II con enfoque por competenciasISBN: 978-607-522-856-3

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Impreso en México1 2 3 4 5 6 7 18 17 16 15

Química II con enfoque por competencias, segunda ediciónEduardo Martínez Márquez

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Composición tipográfica:Gerardo Larios GarcíaBaktun 13 Comunicación Integral

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CONTENIDO GENERAL

Presentación institucional del fondo editorial Cengage Learning para el estudiante ........ ix

Presentación para el docente .......................................................................................................... xi

Acerca del autor ................................................................................................................................. xiii

¿Cuáles son los componentes del libro? ....................................................................................... xiv

Bloque I Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos

químicos de tu entorno .................................................... 2Examina tus conocimientos ........................................................................................................... 4

Autoevaluación .................................................................................................................................. 4

Objeto de aprendizaje: Mol ........................................................................... 5Bases de la estequiometria ................................................................................................................................... 5

Cantidad de sustancia ............................................................................................................................................. 5

Objeto de aprendizaje: Leyes ponderales: ley de Lavoisier, ley de Proust, ley de Dalton y ley de Richter-Wenzel .................................................. 8Masa molar ................................................................................................................................................................. 8

Volumen molar ......................................................................................................................................................... 15

Determinación de fórmulas químicas .............................................................................................................. 16

Composición porcentual ....................................................................................................................................... 17

Fórmula empírica ...................................................................................................................................................... 20

Cálculo de la fórmula molecular ......................................................................................................................... 23

Reacciones químicas y estequiometria ............................................................................................................ 26

Relaciones mol-mol ................................................................................................................................................. 27

Relaciones mol-masa .............................................................................................................................................. 29

iv Química II

Relaciones masa-masa ........................................................................................................................................... 31

Relación masa-volumen ........................................................................................................................................ 32

Relación volumen-volumen ................................................................................................................................. 33

Objeto de aprendizaje: Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos ................................. 35Reactivo limitante .................................................................................................................................................... 35

Rendimiento de una reacción ............................................................................................................................. 37

Evaluación de aprendizaje ............................................................................................................. 41

Práctica de química: Estequiometría ........................................................................................... 42

Bloque II Actúas para disminuir la contaminación del aire,

del agua y del suelo .......................................................... 48Examina tus conocimientos ........................................................................................................... 50

Autoevaluación .................................................................................................................................. 50

Objeto de aprendizaje: Contaminación del agua, del aire y del suelo .... 51Contaminación atmosférica ................................................................................................................................. 51

Objeto de aprendizaje: Origen ...................................................................... 53Contaminación natural .......................................................................................................................................... 53

Contaminantes antropogénicos primarios y secundarios ........................................................................ 54

Reacciones químicas ............................................................................................................................................... 54

Objeto de aprendizaje: Inversión térmica ................................................... 56Óxidos de azufre (SOx) ............................................................................................................................................ 58

Objeto de aprendizaje: Lluvia ácida ............................................................. 59Óxidos de nitrógeno (NOx) .................................................................................................................................... 61

Objeto de aprendizaje: Esmog ...................................................................... 63Ozono (O3) .................................................................................................................................................................. 65

Hidrocarburos ........................................................................................................................................................... 66

Acetaldehído .............................................................................................................................................................. 66

Plomo ............................................................................................................................................................................ 66

Partículas ..................................................................................................................................................................... 66

Objeto de aprendizaje: Calidad del aire ....................................................... 68

Objeto de aprendizaje: Contaminantes del agua de uso industrial y urbano .................................................................................................... 70

Contenido general v

Propiedades sorprendentes del agua ............................................................................................................... 71

Usos del agua ............................................................................................................................................................ 73

Contaminación de suelos ..................................................................................................................................... 77

Evaluación de aprendizaje .............................................................................................................. 80

Práctica de química: Efectos de la contaminación de aguas en el desarrollo vegetal ....... 80

Bloque III Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos ............ 86Examina tus conocimientos ........................................................................................................... 88

Autoevaluación .................................................................................................................................. 89

Objeto de aprendizaje: Clasificación de la materia: elemento, compuesto y mezclas ............................................................................. 89Mezclas homogéneas y heterogéneas ............................................................................................................. 89

Objeto de aprendizaje: Métodos de separación de mezclas ..................... 91

Objeto de aprendizaje: Sistemas dispersos: disoluciones, coloides y suspensiones ......................................................................................... 95Características de las disoluciones ..................................................................................................................... 95

Disoluciones isotónicas ......................................................................................................................................... 95

Coloides ....................................................................................................................................................................... 96

Características de las suspensiones ................................................................................................................... 98

Objeto de aprendizaje: Unidades de concentración de los sistemas dispersos: porcentual, molar y normalidad ............. 99Concentración de las disoluciones .................................................................................................................... 99

Soluciones empíricas .............................................................................................................................................. 99

Soluciones valoradas .............................................................................................................................................. 100

Partes por millón ...................................................................................................................................................... 103

Objeto de aprendizaje: Ácidos y bases ........................................................... 104Propiedades de los ácidos .................................................................................................................................... 105

Propiedades de las bases ...................................................................................................................................... 105

Ácido y base del agua ............................................................................................................................................. 109

Escala de pH ............................................................................................................................................................... 112


Práctica de química: Elaboración de mayonesa ......................................................................... 121

vi Química II

Bloque IV Valoras la importancia de los compuestos del carbono

en tu vida diaria y entorno ................................................. 126Examina tus conocimientos ........................................................................................................... 128

Autoevaluación ................................................................................................................................ 128

Objeto de aprendizaje: Configuración electrónica y geometría molecular del carbono ...................................................... 129Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp2 y sp3) ...................................................... 130

Hibridación sp3 .......................................................................................................................................................... 131

Hibridación sp2 .......................................................................................................................................................... 132

Hibridación sp ........................................................................................................................................................... 132

Geometría molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal) ....................................................................... 133

Objeto de aprendizaje: Tipos de cadena e isomería .................................. 134Isomería ....................................................................................................................................................................... 135

Objeto de aprendizaje: Características, propiedades físicas y nomenclatura general de los compuestos orgánicos ...................... 137Hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos, aromáticos) ........................................................................... 137

Alcanos ....................................................................................................................................................................... 138

Alquenos ..................................................................................................................................................................... 141

Alquinos ...................................................................................................................................................................... 142

Cicloalcanos ............................................................................................................................................................... 144

Hidrocarburos aromáticos .................................................................................................................................... 145

Objeto de aprendizaje: Grupos funcionales ................................................. 153Alcoholes ..................................................................................................................................................................... 154

Éteres ............................................................................................................................................................................. 155

Aldehídos .................................................................................................................................................................... 156

Cetonas ........................................................................................................................................................................ 157

Ácidos carboxílicos ................................................................................................................................................... 158

Ésteres .......................................................................................................................................................................... 159

Amidas ......................................................................................................................................................................... 159

Aminas ......................................................................................................................................................................... 160

Halogenuros de alquilo ......................................................................................................................................... 161

Objeto de aprendizaje: Importancia ecológica y económica de los compuestos del carbono ............................................................. 164

Contenido general vii

Compuestos orgánicos de importancia económica en México: industrial y ambiental ................ 164

Evaluación de aprendizaje ............................................................................................................ 165

Práctica de química: Obtención de un éster ............................................................................... 167

Bloque V Identificas la importancia de las macromoléculas

naturales y sintéticas ....................................................... 172Examina tus conocimientos ........................................................................................................... 174

Autoevaluación ................................................................................................................................ 174

Objeto de aprendizaje: Macromoléculas, polímeros y monómeros ........ 175

Objeto de aprendizaje: Macromoléculas naturales: carbohidratos, lípidos y proteínas ................................................................................... 175Carbohidratos ............................................................................................................................................................ 175

Lípidos .......................................................................................................................................................................... 196

Proteínas ...................................................................................................................................................................... 201

Niveles de estructuras de las proteínas ............................................................................................................ 204

Algunas propiedades de las proteínas ............................................................................................................. 211

Asociaciones de las proteínas .............................................................................................................................. 213

Objeto de aprendizaje: Macromoléculas sintéticas ................................... 214Polímeros de adición y condensación .............................................................................................................. 214


Práctica de química: Determinación de carbohidratos ............................................................ 228

Bibliografía ........................................................................................................................................ 233

Presentación institucional del fondo editorial ix

Cengage Learning para el estudiante

Estimada(o) estudiante:El libro que tienes en tus manos constituye un compromiso que Cengage Learning Editores ha establecido con la educación de los jóvenes en México. Las condiciones sociales, económicas y culturales de la actualidad exigen la formación de ciuda-danos con capacidades intelectuales y actitudinales que les permitan contribuir al desarrollo constante y sostenible de su entorno; que sean personas reflexivas que posean opiniones personales, así como la habilidad para interaccionar en contextos plurales; que asuman un papel propositivo como integrantes de la sociedad a la que pertenecen, disciernan sobre lo que es relevante y lo que no lo es, establezcan objetivos precisos con base en la información verificable y tengan la inquietud de actualizarse continuamente.

Por ello, Cengage Learning Editores se dio a la tarea de renovar y mejorar las propuestas educativas que hasta la fecha ha ofrecido a jóvenes que estudian el ba-chillerato, de manera que estas constituyan para ustedes verdaderas herramientas de apoyo y les ayuden a responder en forma positiva ante las exigencias y los retos de hoy en día.

Química II con enfoque por competencias, segunda edición, corresponde al progra-ma oficial vigente para los estudiantes de la asignatura de Química II del Bachille-rato General, dentro del campo disciplinar de las ciencias experimentales. Además, contiene ejercicios y actividades que te permitirán consolidar, diversificar y fortale-cer los objetos de aprendizaje adquiridos. Encontrarás mayor sentido de lo que vas aprendiendo al hacer conexiones entre lo que estudias y la realidad de tu entorno.

Esta propuesta educativa se orienta principlamente a que:

• Utilices la noción de mol para realizar cálculos estequiométricos en los que apli-ques las leyes ponderales y argumentes la importancia de tales cálculos en pro-cesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en el entorno.

• Establezcas la relación que existe entre las propiedades de la materia y los cam-bios que se dan en ella, por efectos de la energía. Asimismo, valoras los beneficios y riesgos que tiene utilizar la energía en su vida cotidiana y el medio ambiente.

• Reflexiones la importancia de prevenir el desarrollo de la lluvia ácida a través de la representación práctica de sus efectos.

• Reconozcas la importancia de los sistemas dispersos, como las suspensiones, co-loides y disoluciones, en el campo de la biología, la medicina, la ingeniería, la in-dustria y en su vida cotidiana, al explorar sus propiedades que las distinguen una de otras, utilizando las unidades de concentración en el cálculo de disoluciones de los sistemas y aplicando los diferentes métodos de separación de mezclas en función de sus características.

• Identifiques las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones), calculen la concentración de las disoluciones y com-

Presentación institucional del fondo editorial

x Química II

prendan la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas biológicos y en su entorno.

• Identifiques la nomenclatura, estructura y usos de los compuestos del carbono, especialmente de aquellos que se encuentran en su entorno. Asimismo, utilices las precauciones necesarias para su manejo y ulterior disposición.

• Reconoce la importancia de las macromoléculas naturales (carbohidratos, lípi-dos y proteínas) en los seres vivos, así como la existencia, uso e impacto ambien-tal de las macromoléculas sintéticas, con una actitud responsable y cooperativa en su manejo.

Ten la seguridad de que realizando lo anterior con entusiasmo no solo aprenderás más sobre las ciencias experimentales, sino que desarrollarás actitudes y aptitudes que te permitirán un mejor desenvolvimiento dentro de tu entorno escolar, familiar y social.

Presentación para el docente xi

Química II con enfoque por competencias, segunda edición, presenta una propuesta educativa, en donde el joven encuentra sentido a lo que estudia al estar contex-tualizado el contenido del texto a su vida cotidiana y en ciertos momentos con su posible incorporación profesional dentro de este campo de conocimiento. Para el maestro, es una herramienta importante de apoyo en su quehacer educativo, ya que le permite interactuar con los estudiantes a través del libro en sus diferentes contenidos y actividades.

Un aspecto importante a resaltar en el texto es que en cada bloque que lo forma se presenta una actividad inicial que busca rescatar el conocimiento que el estu-diante posee de la materia, de una manera diferente y poderlo relacionar con los nuevos contenidos. Asimismo, en cada bloque se presentan las competencias que a de alcanzar el estudiante, los atributos de las competencias genéricas y los valores y actitudes que el contenido busca generar en el educando.

En el paseo que hagas en el libro encontrarás en primer término un lenguaje sencillo y ameno para el nivel, sin perder el rigor científico de términos y definicio-nes; por otro lado, el aspecto de cuidado al medio ambiente y el respeto por la na-turaleza está presente en cada uno de los bloques. Presenta actividades que buscan hacer reflexionar al estudiante sobre los contenidos y los lleva a buscar ejemplos en su alrededor y sus actividades diarias, evitando un tanto la repetición de términos y conceptos, sin que por ello no tenga que aprender de memoria ciertos aspectos propios del lenguaje de la química, lo lleva también a incorporar los elementos tec-nológicos al indagar en internet algunas cuestiones propias de esta ciencia. Cada bloque cierra con una práctica de química que, al igual que en la edición anterior, pretende emplear la menor cantidad de reactivos químicos, buscando no contri-buir al impacto ambiental, pero a su vez buscan ser representativas para los jóvenes y termina con una evaluación final que rescata los indicadores de desempeño que deben alcanzar los estudiantes al terminar tanto el bloque como el curso. Otro as-pecto relevante del texto es la parte que estimula al estudiante a averiguar más sobre ciertos contenidos y a relacionar la química con su cotidianidad.

Esta obra se encuentra constituida por cinco bloques correspondientes al pro-grama de la Dirección General de Bachillerato y son los siguientes:

Bloque I. Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos. Introduce a los jóvenes al mundo de los cálculos estequiométricos, desde la obtención de masas molares hasta el rendimiento de una reacción química, pasando por el cálculo de fórmulas empíricas y moleculares, así como la aplicación de las leyes ponderales.

Bloque II. Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo. Describe el origen de la contaminación del agua, aire y suelos, identifica los contaminantes de origen antropogénico, tanto primarios como secundarios. Se identifican las reacciones químicas que se involucran en la contaminación además de describir fenómenos como la inversión térmica y la lluvia ácida, finalizando

Presentación para el docente

xii Química II

con una serie de reflexiones acerca del papel del estudiante en la prevención y cuidado del medio ambiente ante la contaminación.

Bloque III. Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos. Enuncia las características distintivas entre elementos, compuestos y mezclas. Clasifica las características de los sistemas dispersos presentes en el entorno del joven y describe los métodos para separar los distintos tipos de mezclas. Se definen a las disoluciones, coloides y suspensiones con base en el tamaño de partícula en la fase dispersa, haciendo énfasis en los cálculos de concentraciones molar, porcentual y partes por millón de una disolución. Finaliza con una introducción breve de los ácidos y las bases y el cálculo del pH de soluciones acuosas.

Bloque IV. Valoras la importancia de los compuestos del carbono en su entorno. Inicia con un análisis de la geometría molecular del carbono con base en su configuración electrónica. Describe algunas otras propiedades del carbono hasta llegar a los hidrocarburos y su clasificación para que a partir de ahí integren las características distintivas de los grupos funcionales como los alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, entre otros, pasando por aspectos como su nomenclatura, sus propiedades y usos. Se reflexiona nuevamente en la importancia que tiene este tipo de compuestos orgánicos en la vida diaria.

Bloque V. Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas. Describe la estructura y las características de las macromoléculas naturales como los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, así como las macromoléculas sintéticas de adición y condensación. Aborda las diferentes clasificaciones de las macromoléculas y las relaciona directamente con ejemplos del mundo natural y artificial.

La obra busca desarrollar nuevas habilidades, actitudes y valores que perduren y que sean motivo para una búsqueda intensa del conocimiento en su vida personal y profesional. Y que para el profesor sea el detonador para la búsqueda de nuevas actividades que sean representativas para los jóvenes de nuestro tiempo.

El autorEduardo Martínez Márquez

Acerca del autor xiii

Eduardo Martínez MárquezEs especialista en Bioquímica y Química de suelos por la Facultad de Estudios Su-periores Zaragoza de la Universidad Nacional Autónoma de México. En su amplia experiencia profesional ha sido docente de Química y Biología en la Escuela Profe-sional de Contabilidad y Administración, el Centro de Educación Preparatoria, S. C., la Escuela Comercial Cámara de Comercio, la Escuela Comercial de la Ciudad de México y el Colegio Williams. También ha impartido las disciplinas de Química, Álgebra superior, Álgebra lineal y Geometría analítica en la Universidad Tecnoló-gica de México (UNITEC).

Asimismo, se ha desempeñado como asesor académico en el área de Ciencias Naturales, en el Departamento de Desarrollo Académico de la Dirección General del Bachillerato, perteneciente a la Subsecretaría de Educación Media Superior de la Secretaría de Educación Pública (SEP). Entre las actividades que ha realizado se encuentran la revisión de los programas de estudio de las materias de Biología, Química, Física, Matemáticas, Geografía y Ecología; la evaluación de las propuestas de materiales didácticos de los diferentes colegios que integran los subsistemas en todo el país; la asistencia a reuniones académicas para la evaluación didáctica y la participación en la Reforma Curricular del Bachillerato General, entre otras.

Ha impartido cursos sobre impacto ambiental y sus consecuencias actuales, tó-picos de química, manejo de programas de estudio y manejo del libro de Química I para bachillerato. Es autor de los libros Química 1 (Cengage), Química 2 (Cenga-ge); Temas Selectos de Química I (Cengage, 2009) y Temas Selectos de Química II (Cengage, 2008).

Acerca del autor

¿Cuáles son los componentes del libro?

Entrada del bloque. Aquí se mencionan los objetos de aprendizaje que estudiarás en

cada bloque, así como los desempeños y las competencias correspondientes; funciona

como apoyo para que los visualices y sintetices.

Examina tus conocimientos. A partir de esta sección será posible obtener información pertinente sobre tus

conocimientos previos y planear estrategias que promuevan tu aprendizaje.

Autoevaluación. Con esta sección podrás valorar tu desempeño en la actividad que la precede.

Actividad de aprendizaje. Ejercicios para que practiques lo aprendido; algunas se proponen

como:

individuales

o en equipo

al observar el icono correspondiente puedes diferenciarlas.

Desarrollo temático. La presentación y explicación de los

objetos de aprendizaje establecidos por la DGB; una característica de

este texto es su redacción amigable para ti.

xiv Química II

¿Cuáles son los componentes del libro? 1

Glosario. Resalta los términos clave y te ayuda a localizarlos en el texto.

Práctica de química. Sección en la que puedes trasladar los saberes

adquiridos a una situación real y controlada.

TIC. Se proponen páginas de internet cuyos contenidos refuerzan los objetos de aprendizaje.

Evaluación de aprendizaje. Con esta sección se verificará tu nivel de aprendizaje, si alcanzan los objetivos planteados y si se

acreditan o no.

Rúbricas y listas de cotejo. Con estas secciones evaluarás las

actividades correspondientes a cada objeto de aprendizaje.

Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Bloque I

Propósito:• Utiliza la noción de mol para realizar cálculos estequiométricos

en los que aplica las leyes ponderales y argumenta la importancia de tales cálculos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en tu entorno.

Desempeños del estudiante al concluir el bloque:• Aplica el concepto de mol al interpretar reacciones que se

realizan en diferentes ámbitos de su vida cotidiana y en la industria.

• Realiza cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales.

• Argumenta la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

Objetos de aprendizaje:• Mol • Las leyes ponderales:

– Ley de Lavoisier– Ley de Proust– Ley de Dalton– Ley de Richter-Wenzel

• Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

Competencias a desarrollar:• De manera general o colaborativa, identifica problemas,

formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

• Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes.

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

• Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos.

• Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.

• Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Este bloque sirve para que:• Expliques la relación entre los conceptos de mol, masa molar,

masa fórmula y volumen molar.• Resuelvas ejercicios sobre cálculos estequiométricos en los que

se involucran las relaciones masa-masa, mol-mol y volumen.• Resuelvas ejercicios en los que determina el reactivo limitante y

el rendimiento teórico de una reacción.• Sustentes una postura, brindando argumentos, sobre las

implicaciones industriales, ecológicas y económicas que se ocasionan a partir de la omisión de cálculos estequiométricos en la industria.

• Discutas, en grupo, las implicaciones ecológicas y económicas de los cálculos estequiométricos.

Con el aprendizaje y la práctica podrás:• Valorar la importancia del mol para realizar cálculos en el

laboratorio y en la industria química.• Reflexionar sobre la importancia de la aplicación de cálculos

estequiométricos para evitar problemas de carácter ecológico y económico.

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Examina tus conocimientosI. Lee con atención el siguiente texto. Estás por realizar una reunión urgente con tus amigos y piensas ofrecerles sándwiches; para ello, primero

consideras que son muy glotones y que una sola rebanada de jamón y queso no son suficientes, por lo que decides ponerles dos rebanadas de jamón y una de queso haciéndolos triples, es decir, con tres rebanadas de pan. Preparas 80 sándwiches triples, pero te llega más gente de lo esperado y tomas la prevención de hacer sándwiches dobles con tan solo una rebanada de jamón y una de queso para que alcance. Por tanto, procedes a transformar los que tenías.

II. Formen equipos y reflexionen las siguientes preguntas.1. ¿Cuántos sándwiches dobles se obtendrán de la transformación de los triples?2. ¿Qué te sobraría o faltaría en la conversión: pan, jamón, queso, pan?3. ¿Cómo representarías la transformación de triples a dobles sándwiches?4. Si consideras que las rebanadas de pan, jamón y queso pesan 28 g, 15 g y 20 g, respectivamente, ¿cuánto

pan tendrías que comprar si cada bolsa contiene 24 rebanadas?5. ¿Cuánto jamón y queso compraste para hacer 80 sándwiches?6. Si compras 3 kg de cada ingrediente, ¿cuántos sándwiches dobles y triples puedes preparar? y ¿qué tanto te

sobraría o faltaría para completarlos según el caso?

De manera individual lee los desempeños y responde en las columnas “SÍ” y “No” marcando con 4, según corresponda. Después, escribe tus observaciones.

Desempeño Sí NoObservaciones

¿Qué me faltó? ¿Qué aspectos debo mejorar?Identifiqué las ideas principales de la lecturaLocalicé la información importante en el textoReflexioné acerca de mis conocimientos y el tema del bloqueComenté mis respuestas en equipo y en grupoPregunté al(a la) profesor(a) mis dudas

Autoevaluación

Bloque I Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno 5

MolObjeto de aprendizaje

Bases de la estequiometríaLa estequiometría (derivada del griego stoicheion, que significa elemento, y metron, que significa medir), es una rama de la química que trata de las relaciones cuanti-tativas entre elementos y compuestos en las reacciones químicas. La teoría atómica de la materia está íntimamente relacionada con este estudio.

En 1803, el inglés John Dalton (1766-1844), propuso una teoría atómica donde señala que los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos y que átomos iguales forman elementos iguales.

La separación y unión de átomos se realiza en las reacciones químicas donde nin-gún átomo se crea o se destruye, y ningún átomo de un elemento se convierte en un átomo de otro elemento. A su vez, la unión de dos o más átomos diferentes forman los compuestos químicos, los cuales guardan una relación numérica sencilla y que además pueden combinarse en diferentes proporciones para formar más de un com-puesto.

Dalton derivó los aspectos cuantitativos de su teoría de las leyes de cambio quí-mico, justificando la ley de conservación de la masa (Lavoisier, en 1790), la ley de las proporciones definidas (Proust, en 1801) y su misma propuesta, la ley de las proporciones múltiples.

Cantidad de sustanciaUn aspecto importante del trabajo de Dalton fue el intento de determinar las masas relativas de los átomos. Pero un átomo es una partícula increíblemente diminuta y su masa es tan pequeña que no se puede medir con una balanza.

El átomo está formado de subpartículas llamadas protones, neutrones y elec-trones, y que las dos primeras son las que determinan la masa relativa del áto-mo (recuerda que en promedio cada una de estas subpartículas tiene una masa de 1.674×10−24 g) y que empleas las unidades de masa atómica (uma) para fines prácticos de comparación. De ahí que, por ejemplo, la masa atómica del carbono (C) es 12 uma, igual que 2.00×10−23 g , medida demasiado pequeña aun para ser determinada en una balanza.

Pero, ¿cómo puedes medir con cierta confianza la masa atómica de estos átomos tan diminutos? La respuesta puede ser: aumentando el número de átomos hasta tener una cantidad tan grande para pesarla en una balanza, el problema se reduciría en contar el número de átomos de nuestra muestra.

Para salvar esta dificultad, los químicos inventaron una magnitud y una unidad apropiada denominada cantidad de sustancia, cuya unidad es el mol y su abrevia-tura es mol. Sirve para contar cantidades enormes de átomos y moléculas que hay en una muestra.

Puesto que resultaría inconveniente y poco práctico tener que trabajar con can-tidades enormes de átomos (aproximadamente del orden de 2×1025 ), la unidad mol se utiliza para expresar cantidades de átomos, molécula o iones. Por lo tanto, la introducción de la magnitud cantidad de sustancia obedece a razones de comodi-dad a la hora de contar estas entidades elementales.

La palabra mol fue introducida por F. W. Ostwald en 1896, quien derivó este término proveniente del latín que significa “montón enorme”.

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Figura 1.1 La contribución de Dalton más importante a la ciencia fue su teoría de que la materia está compuesta por átomos de diferentes masas que se combinan en proporciones sencillas para formar compuestos.

La masa atómica es la masa promedio de los átomos de un elemento en relación con la masa del átomo de carbono-12 tomada como 12 uma exactamente. G

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6 Química II

Un mol es el número de átomos contenidos en exactamente 12 g de carbono-12.¿Qué significa esto?, que si midieras exactamente 12 g de carbono se tendría un

mol de átomos de carbono-12.Pero, ¿cuántos átomos hay en 12 g de carbono-12? Para conocer cuántos átomos hay

en 12 g de carbono-12 tenemos que determinar la masa de un átomo de carbono, la cual se puede calcular empleando un aparato llamado espectrómetro de masas. La determi-nación hecha por este aparato arroja el resultado de masa de 1.9926×10−23 g del áto- mo de carbono-12. Luego, entonces, para conocer el número de átomos tenemos:

Número de átomos de carbono-12 Número de átomos de Carbono−12 =12g

1.9926×10−23 g= 6.022×1023 átomos Carbono−12

átomos de carbono-12

La parte complementaria de este resultado es que en 12 g de carbono se tiene un mol de átomos de carbono-12, entonces:

1 mol = 6.022×1023 átomos de Carbono−12átomos de carbono-12

Este valor se conoce como número de Avogadro (NA), en honor al físico italiano Amadeo Avogadro (1776-1856), quien investigó diversos aspectos cuantitativos en química.

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Figura 1.2 Un mol de azufre contiene el mismo número de átomos que un mol de plata, el mismo número de átomos que un mol de calcio y el mismo número de átomos que un mol de cualquier otro elemento.

Figura 1.3 Dos o más sustancias pueden tener el mismo número de átomos, pero la masa depende del elemento y está dada por la masa atómica del mismo.

Averigua...

Las aportaciones hechas por Avogadro en la química cuantitativa.

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m Resulta difícil imaginar cuán grande es este número, pero para que tengas una idea considera los siguientes ejemplos: 6 segundos es un lap-so equivalente a aproximadamente 4 millones de veces la edad de la Tie-rra, si pudieras viajar con la rapidez de la luz te tomaría más de 62 000 millones de años recorrer 6×1023 kilómetros y si tuvieras 6×1023 balo-nes de fútbol podrías cubrir la superficie de la Tierra tantas veces que es-tos balones llegarían a una distancia al espacio exterior a más de 300 000 km, equivalente a la distancia que recorre la luz en un segundo o sería igual a alinear aproximadamente 25 planetas Tierra.

Dado que al estudiar una reacción química rara vez se cuentan los números de átomos que intervienen en ella, es más fácil referirse al número de moles de partícu-las, empleando como unidad al mol.

La magnitud cantidad de sustancia se define de forma relacional con la masa, el volumen o el número de entidades elementales contenidas en la sustancia de que se trate. Esta magnitud sirve para contar macroscópicamente entidades elementales es-tableciendo de esta manera su carácter funcional, es decir, ¿para qué se utiliza?

El número de átomos, moléculas o iones que están presentes en una muestra siempre se expresan en moles, por lo que el número de Avogadro se emplea para convertir el número de estas partículas o entidades elementales en número de moles.

Cuando se utiliza el mol, las entidades elementales deben especificarse y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos específicos de tales partículas, aunque por lo general se emplean las tres primeras.


La clave para comprender el concepto de mol radica en que un mol siempre contiene el mismo número de partículas, sin importar de qué sustancia se trate. Así, por ejemplo, un mol de potasio (K) contiene el mismo número de átomos que un mol de cobre (Cu). También es importante especificar si se trata de un mol de átomos como hidrógeno (H), oxígeno (O), cloro (Cl), etc., o un mol de mo- léculas como H2, O2 o Cl2.

Para conocer el número de moles de átomos, moléculas o iones, se considera la siguiente expresión.

Número de moles de átomos, moléculas o iones =NA

Número de átomos, moléculas o iones

O si quisieras conocer el número de átomos, moléculas o iones (entidades ele-mentales) que hay en una muestra considerarías esta otra expresión.

Número de entidades elementales = NANúmero de moles de entidades elementales

Por ejemplo:1. ¿Cuántas moles de átomos de oxígeno hay en 2.15 × 1024 átomos de oxígeno en

una muestra de azúcar?

Número de moles de átomos de O =2.15×1024 átomos O

6.022×1023 átomos/mol= 3.57 mol

Si observas, es más fácil emplear un número pequeño como 3.57 mol de áto-mos de oxígeno, que un número como 2.15 × 1024 átomos de oxígeno.

2. Si la aspirina existen 5.4198 × 1024 átomos de carbono, ¿cuántas moles están presenten en esta molécula?

Número de moles de átomos de C =5.4198 × 1024 átomos C

6.022×1023 átomos/mol= 9 mol

3. Una muestra de agua contiene 2.89 mol de moléculas de agua, ¿cuántas molécu-las están presentes en esta cantidad de moles de agua?

Número de moléculas H2O =2.89 mol H2O × 6.022×1023 moléculas/mol H2O =

1.7403×1024 moléculas de H2O

4. En el universo visible existen aproximadamente 1 × 1022 estrellas. ¿Cuántos mo-les de estrellas contiene el universo visible?

Número de moles de estrellas =1×1022 estrellas

6.022×1023 estrellas/mol= 0.0166 mol de estrellas

8 Química II

I. Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas.1. Se sabe que en una muestra de cafeína existen 3.458 × 1024 átomos. ¿Cuántas moles están presentes en

la muestra?2. Un antibiótico contiene 6.78 mol de átomos de hidrógeno. Determina cuántos átomos de H están

presentes en éste. 3. En nuestro planeta existen aproximadamente 5.8 miles de millones de habitantes. ¿Cuántas moles de

personas habitan la Tierra?

Actividad de aprendizaje 1

TIC

Para ampliar la información sobre el tema, observa los siguientes videos.https://www.youtube.com/watch?v=iyJ7f6ppGaQ https://www.youtube.com/watch?v=oz101ODuNoA

Gera, necesitamos logos para identi�car las siguientes secciones para el> libro de Matemáticas III.> Te pido usar los logos de shutterstock cambiando colorido y agregando> elementos como globo de diálogo, laptop, libro y celular.> > * una persona con globo de diálogo = Actividad individual> * 2 o 3 personas con globo de diálogo = Actividad grupal> * persona con celular = (pendiente de asignación de sección)> * persona con libro abierto en la mano = Sección de lecturas> * persona con Laptop en la mano = Ejercicio> > Estoy anexando archivo Dreamstime para tomarla como idea.> > Los iconos deben quedar en el mismo estilo como los aplicados en la> maqueta que nos elaboraste.> > > Por favor, cualquier duda o aclaración, no dudes en llamarme o escribirme.> > Saludos.

Leyes ponderales: ley de Lavoisier,

ley de Proust, ley de Dalton y ley de Richter-Wenzel

Objeto de aprendizaje

Masa molar En el objeto de aprendizaje anterior se explica cómo se transforma el número de átomos, moléculas o iones en número de moles, pero ¿qué sucede ahora si conozco la masa de una muestra y quiero saber el número de moles de átomos, moléculas o iones presentes en esa muestra; o a la inversa, si conozco el número de moles de átomos, moléculas o iones y quiero determinar la masa que representan esos áto-mos, moléculas o iones?

El concepto que liga la masa con las moles es la masa molar (llamada a menudo de forma incorrecta: peso molecular), la cual se define como la masa de un mol de partículas elementales. Las siguientes expresiones resumen el concepto anterior:

1. La masa molar de un elemento es la masa de un mol de sus átomos.2. La masa molar de un compuesto es la masa de un mol de sus moléculas.3. La masa molar de un compuesto iónico es la masa de un mol de sus iones

fórmula.

Ahora, la pregunta es: ¿cómo se calcula la masa de un mol de cualquier átomo, por ejemplo, el oxígeno?

Recuerda que las masas de los átomos se calculan el espectrómetro de masa y para el caso del oxígeno se tiene un valor aproximado de 2.655 ×10–23 g, por lo que para conocer su masa molar tienes:


Número de átomos=

por mol O (NA )

= 2.655 10 23 g 6.022 1023 átomos/mol

=15.99 g/mol

Masa molar del átomo de O

Masa molar del átomo de O

Masa del oxígeno

En la tabla periódica puedes constatar que cada elemento químico que contiene presenta su masa atómica, dato que corresponde a la masa molar de cada elemento, por lo que no será necesario conocer la masa en gramos de un átomo cualquiera. Sólo consultando la tabla periódica conocerás la masa molar del átomo que quieras.

Por ejemplo:

1. La masa molar del manganeso (Mn) = 54.93 g/mol.2. La masa molar del oro (Au) = 196.97 g/mol, etc.

En resumen, “la masa en gramos de un mol de átomos de cualquier elemento es la masa molar de dicho elemento y se abrevia convencionalmente con M y se expresa en gramos sobre mol (g/mol)”.

La masa molar (M ) del K = 39 g/mol

=1 mol átomos de K

=6.022×1023 átomos de K

La masa molar (M ) del Cu = 63.54 g/mol

=1 mol átomos Cu

=6.022×1023 átomos de Cu

Para determinar la masa molar de un compuesto debes conocer la fórmula del compuesto y su masa molar se puede determinar sumando las masas molares de todos los átomos de la fórmula. Si hay más de un átomo de cualquier elemento, su masa se debe sumar tantas veces como aparezca.

Tabla 1.1 Información química del NaOH y H2SO4.

Fórmula ElementoMasa

atómicaMasa atómica aproximada

Número de átomos

Masa molar total de cada elemento en

g/mol

Masa fórmula

NaOH

Na 22.9897 23 uma 1 23

40 umaO 15.9994 16 uma 1 16

H 1.00794 1 uma 1 1

H2SO4

H 1.00794 1 uma 2 2

98 umaS 32.065 32 uma 1 32

O 15.9994 16 uma 4 64

Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Bloque III

Propósito:• Reconoce la importancia de los sistemas dispersos, como

las suspensiones, coloides y disoluciones, en el campo de la biología, la medicina, la ingeniería, la industria y en su vida cotidiana, al explorar sus propiedades que las distinguen una de otras, utilizando las unidades de concentración en el cálculo de disoluciones de los sistemas y aplicando los diferentes métodos de separación de mezclas en función de sus características.

• Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones), calcula la concentración de las disoluciones y comprende la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas biológicos y en su entorno.

Desempeños del estudiante al concluir el bloque:• Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos

(disoluciones, coloides y suspensiones).• Realiza cálculos sobre la concentración de las disoluciones.• Comprende la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas

biológicos y en su entorno.• Identifica las características de los ácidos y bases y las relaciona

con ejemplos de la vida cotidiana.

Objetos de aprendizaje:• Clasificación de la materia:

– Elemento.– Compuesto.– Mezclas.

• Sistemas dispersos:– Disoluciones.– Coloides.– Suspensiones.

• Métodos de separación de mezclas.• Unidades de concentración de los sistemas dispersos:

– Porcentual.– Molar.– Normalidad.

• Ácidos y bases.

Competencias a desarrollar:• Obtiene de información sobre la interrelación entre la ciencia, la

tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos específicos.• Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la

tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones

éticas y contribuyendo a alcanzar un equilibrio entre el interés y bienestar individual y general de la sociedad.

• Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea hipótesis para contribuir al bienestar de la sociedad.

• Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información que permita responder preguntas de carácter científico y/o realizar experimentos pertinentes, consultando fuentes relevantes.

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones, aportando puntos de vista con apertura, y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

• Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas, dialogando y aprendiendo de personas con distintos puntos de vista.

• Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento, explicitando las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

• Diseña, aplica y prueba la validez de modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

• Expresa ideas y conceptos mediante representaciones gráficas que le permitan relacionar las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

• Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental, advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.

• Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece, asumiendo las consecuencias de sus comportamientos y actitudes.

• Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando las dificultades que se le presenten, siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

Este bloque sirve para que:• Expliques el concepto de elementos, compuestos y mezclas,

utilizando ejemplos de tu vida cotidiana.• Organices gráficamente las características de los sistemas

dispersos y los elementos que deriven.• Clasifiques ejemplos de relación entre las mezclas como

homogéneas o heterogéneas, utilizando un organizador gráfico.

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Examina tus conocimientosI. Lee con atención el siguiente texto.

En el mundo te rodea una infinidad de sustancias que se encuentran en el ambiente, pero algunas más son producto de la creación del hombre debido a la vasta industria química. La mayoría son mezclas en dos fases que al observarlas pueden distinguirse o no, por tal razón las llamamos homogéneas o heterogéneas.

Sin embargo, hay algunos materiales que tienen propiedades intermedias entre las mezclas homogéneas y heterogéneas, y que llamamos sistemas coloidales o en suspensión. Su diferencia radica en el tamaño de las partículas que los forman. Cada sistema tiene sus propiedades, ¿recuerdas cuáles son?

Un hecho común para explicar algunas de las propiedades de estas sustancias a nivel macroscópico es cuando se presenta una polvareda,

en la que se observan las partículas de arena que se levantan por efecto de la luz que se disipa a través de ésta o cuando por efecto de la luz podemos observar partículas de gis al borrar un pizarrón.

Las aplicaciones de estas sustancias son numerosas; por ejemplo, la plata se emplea en forma coloidal se utiliza para eliminar bacterias, parásitos, herpes y virus; para ello, se convierte la plata en un fino polvo que se mezcla en solución que al ser introducido en el organismo y disueltos por los ácidos estomacales pasa a los diferentes órganos para ser consumido por los microorganismos y matarlos. También es empleada para eliminar acné y pie de atleta, curar heridas abiertas, y en la cocina, la industria farmacéutica, las pinturas y los productos de limpieza, etc.

II. Formen equipos, reflexionen las siguientes preguntas y comenten sus respuestas en grupo.1. ¿Cuáles son las diferencias entre solución, coloide, suspensión y emulsión?2. Ejemplifica cada uno de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones). 3. ¿Cuál de las siguientes sustancias son soluciones: humos, esmaltes, pasta de dientes, queso, nubes,

gelatina, sangre, albúmina, salmuera, espumas, talcos, queso, leche y mayonesa?4. ¿Cuál es la diferencia entre un soluto y un solvente?

• Demuestres exitosamente en una actividad experimental las distintas propuestas para la separación de mezclas.

• Expongas ordenadamente los juicios para separar mezclas en tu vida diaria.

• Investigues ejemplos de sistemas dispersos en los seres vivos y los distingas.

• Detalles gráficamente los conceptos y las características de la fase dispersa y dispersora entre las disoluciones, coloides y suspensiones.

• Realices cálculos de porcentaje en masa, molaridad, normalidad y partes por millón como parte de una actividad experimental relacionada con el cálculo de la concentración de soluciones acuosas.

• Cites ejemplos de problemas cotidianos relacionados con los ácidos y bases.

• Plantees hipótesis y propuestas de soluciones a problemas de cálculos del pH en soluciones concentradas de iones hidronios.

• Argumentes los riesgos relacionados a la utilización de sustancias ácidas y básicas en tu persona y el impacto de estas en el medio ambiente.

• Identifiques problemas relacionados con las sustancias ácidas y básicas que impactan en el medio ambiente.

Con el aprendizaje y la prácticas podrás:• Colaborar en el trabajo grupal haciendo aportaciones relacionadas

con las características de elementos, compuestos o mezclas.• Reflexionar sobre la utilidad de conocer las características de los

sistemas dispersos.• Asumir la importancia de los sistemas dispersos que se

encuentran presentes en tu entorno.• Respetar los pasos de los métodos para la separación de

mezclas de acuerdo con sus características.• Ser cuidadoso en el desarrollo del trabajo experimental.• Participar en acciones que promuevan el cuidado de tu

salud y del medio ambiente, aplicando tus conocimientos de concentración de soluciones y de pH.

Bloque III Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos 89

Clasificación de la materia: elemento,

compuesto y mezclas


5. ¿Cuál es la diferencia entre una mezcla homogénea y una mezcla heterogénea?6. ¿Qué relación existe entre un elemento, un compuesto y una mezcla?7. ¿Qué entiendes por concentración?8. Explica brevemente qué es la diálisis.

De manera individual lee los desempeños y responde en las columnas “Sí” y “No” marcando con 4, según corresponda. Después, escribe tus observaciones.

Desempeño Sí NoObservaciones

¿Qué me faltó? ¿Qué aspectos debo mejorar?Identifiqué las ideas principales de la lecturaLocalicé la información importante del textoReflexioné acerca de mis conocimientos y el tema del bloqueComenté mis respuestas en equipo y en grupoPregunté al(a la) profesor(a) mis dudas

Autoevaluación

Mezclas homogéneas y heterogéneasLos sistemas dispersos están presentes en todas partes, como en la naturaleza, la industria, el funcionamiento de los organismos vivos y en infinidad de productos utilizados por los seres humanos. De manera general, la expresión sistema disperso habla de un material sólido, líquido o gaseoso (fase dispersa) que está disuelto en otra sustancia (sólida, líquida o gaseosa) que constituye la fase dispersora.

El agua de las nubes, del caudal de los ríos y del inmenso mar, no es una sustan-cia, pues contiene disueltas muchas sustancias como sales y minerales. Asimismo, producto de la actividad humana descontrolada, se encuentran masas de agua con-teniendo una gran cantidad de contaminantes de diversa índole, que atentan contra la supervivencia de muchas especies animales y del mismo ser humano.

La sangre, los perfumes, los insecticidas en aerosol, las espumas, el aire que respiramos, las tintas, el papel, las bebidas gaseosas, las gasolinas, los sueros fisioló-gicos, las gelatinas, la crema dental y la leche, etc., son algunos de los muchos casos de sistemas dispersos que encontramos en nuestro diario vivir y que proporcionan, en la mayoría de los casos, utilidad debido a sus características peculiares y a la composición y tipo de sistemas dispersos que constituyen.

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Figura 3.1 Sistema disperso.

90 Química II

La materia puede clasificarse de la manera siguiente:

Elementos(Sustancias compuestas

por la misma clase de átomos)

Compuestos(Sustancias formadas

por la unión química de dos o más elementos en proporciones definidas)

Soluciones(Composición homogénea,

una sola fase)

Mezclas heterogéneas(Dos o más fases)

Materia

Sustancias puras(Composición homogénea)

Mezclas de dos o más sustancias

Figura 3.2 Clasificación de la materia.

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Figura 3.3 Elementos químicos.

La figura anterior es un diagrama que muestra que hay dos tipos de sustancias puras: elementos y compuestos.

Los elementos químicos son sustancias que se componen de la misma clase de átomos. Hasta el momento se conocen 109 elementos diferentes y se encuentran organizados, como bien sabemos, en grupos y periodos en la tabla periódica. Los elementos químicos se representan con una o dos letras; por ejemplo, hidrógeno (H), carbono (C), cloro (Cl) y oro (Au). Además, son sustancias que surgen de la unión química, en proporciones perfectamente definidas, de dos o más elementos químicos. Se representan mediante una fórmula que indica la clase y la cantidad de cada uno de éstos. Por ejemplo, H2O, C6H6 y K2Cr2O7.

Sin embargo, en la naturaleza difícilmente existen sustancias puras. Los fenó-menos naturales o la intervención de la actividad humana dan como consecuencia que los elementos y compuestos se encuentren mezclados en diversos grados y de diferentes maneras.

Una mezcla se define como la unión física de dos o más sustancias en proporcio-nes variables. El que una mezcla surja como resultado de una unión física expresa que sus componentes mantienen sus propiedades originales aún cuando se encuen-tren combinados y que, en caso necesario, pueden separarse mediante métodos físicos.

Las proporciones en las que los diversos componentes de una mezcla se combi-nan entre sí dependen de muchos factores como la temperatura, la naturaleza de las sustancias, etc. Si preparas agua de limón notarás que casi nunca queda exactamen-te igual porque quizá agregues más o menos azúcar, más o menos jugo de limón, más o menos agua, etc., y sin embargo es agua de limón.

Cuando el resultado de la mezcla presenta una sola fase, ya sea sólida, líquida o gaseosa, será una mezcla homogénea. El aire, el bronce y el suero que se utiliza en el tratamiento clínico, son ejemplos de mezclas homogéneas.

Si, por el contrario, al efectuarse la mezcla se distinguen los diversos componen-tes, tenemos una mezcla heterogénea, como la que puede observarse en las playas cuando mezclamos arena con agua del mar.

En una mezcla homogénea el estado físico de la fase dispersora determina el estado físico de la mezcla, como puede observarse en la siguiente tabla.

Figura 3.4 a) Mezcla homogénea y b) Mezcla heterogénea.

a)

b)


Tabla 3.1 Tipos de disoluciones.Fase dispersa Fase dispersora Fase resultante Ejemplo

Sólido Líquido Líquida Agua azucaradaLíquido Líquido Líquida Alcohol y agua

Gas Líquido Líquida Bebidas carbonatadasSólido Gas Gaseosa Polvo en el aire, humosLíquido Gas Gaseosa Niebla

Gas Gas Gaseosa AireSólido Sólido Sólida Aleación metálicaLíquido Sólido Sólida Amalgama

Gas Sólido Sólida Hidrógeno en paladio

I. Contesta en tu cuaderno las preguntas y realiza lo siguiente:1. ¿Cuál es la diferencia principal entre una mezcla y un compuesto?2. Escribe dos diferencias entre una mezcla homogénea y una heterogénea.3. Anota tres ejemplos de mezclas, elementos y compuestos.


TIC

Para ampliar la información sobre el tema, observa los siguientes videos.Https://www.youtube.com/watch?V=7rgcrsyzykk Https://www.youtube.com/watch?v=tvhqdmbvqge


Averigua...

Cinco mezclas utilizas con frecuencia en tu hogar o escuela. Menciona si se trata de una mezcla homogénea o heterogénea.

Métodos de separación de mezclasObjeto de aprendizaje

A continuación, describimos algunos de los métodos de separación de mezclas más conocidos que se utilizan tanto en los laboratorios como en situaciones cotidianas.

1. Filtración. Si la fase dispersa es insoluble y de grano relativamente grande (lo cual es característico de las suspensiones), el método de filtración resulta apropiado, dado que el filtro retiene el sedimento y el filtrado obtenido queda

92 Química II

prácticamente libre. Cuando se filtra una mezcla de arena y agua se tiene un ejemplo claro de aplicación de este método de separación.Figura 3.5 Purificación

del agua por filtración. a) Montaje de laboratorio. El agua sucia se pasa por el papel filtro que elimina el lodo y la tierra. b) En una planta para tratamiento de agua se emplea la filtración para retirar las partículas en suspensión en el agua. (a, Charles D. Winters; b, Littlelon, Massachusetts. Vista de la instalación de tanques para tratamiento de hierro y manganeso.) a) b)

Averigua...

¿Cómo empleas la filtración en tu casa o escuela?

2. Cristalización. Cuando se mezcla un sólido iónico como el cloruro de sodio y el agua, la solución resultante es una mezcla homogénea, puesto que no se distin-guen los componentes y se tiene al final una sola fase líquida. Para separar los componentes se puede utilizar el método de cristalización para que el compo-nente líquido se evapore hasta dejar la sal disuelta en forma de cristales.

3. Destilación. Si la mezcla está formada por dos líquidos miscibles entre sí en cualquier proporción, como el etanol y el agua, y además poseen puntos de ebu-llición diferentes, un método adecuado para separar la mezcla es la destilación porque se basa en la diferencia de los puntos de ebullición mencionados. El líquido más volátil (el que hierve a menor temperatura) se separa por la acción del calor, se condensa y se recoge perfectamente puro.

El petróleo es una mezcla de hidrocarburos y sus componentes pueden se-pararse mediante un proceso denominado destilación fraccionada. Para ello, se utiliza una torre equipada con “platos” que recogen las diferentes “fracciones”. La temperatura se controla cuidadosamente y las diferentes fracciones del pe-tróleo se condensan de forma que los más volátiles y ligeros se obtienen en la parte superior y los más pesados en los platos inferiores. De esta manera, se obtienen desde el gas metano (CH4), las gasolinas y el gasóleo.

4. Centrifugación. En ocasiones, la mezcla que se pretende separar está integrada por un sólido de difícil sedimentación debido a que el componente líquido es especialmente denso y esto lo dificulta. Mediante el método de centrifugación se provoca que el sólido se sedimente debido a la fuerza centrífuga que se aplica utilizando un aparato que gira a altas revoluciones y que obliga a las partículas sólidas a concentrarse en un punto determinado.

La centrifugación se aplica con frecuencia en los análisis de sangre para rea-lizar el conteo de glóbulos rojos que se requieren separar del plasma sanguíneo. Una aplicación doméstica del proceso de centrifugación se observa también en

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Figura 3.6 Cristalización de la sal de mar.

Figura 3.7 Muestra un aparato típico de destilación utilizado en el laboratorio químico.


Figura 3.8 Torre de destilación fraccionada.

Figura 3.9 Embudo de separación.

Figura 3.10 Cromatografía de huella genética.

el secado de la ropa, pues la tina de la lavadora gira rápidamente para expulsar el agua en exceso.

5. Sublimación. Algunas veces las mezclas contienen alguna sustancia que puede sublimarse, es decir, tiene la capacidad de pasar directamente del estado sólido al gaseoso mediante la aplicación de calor. En consecuencia, basta que la mezcla se caliente hasta el punto de sublimación y los componentes se separan. Una aplicación cotidiana de la sublimación son las pastillas desodorantes utilizadas en los sanitarios, dado que al sublimarse se libera uno de los componentes de manera gradual.

6. Decantación. Existen algunas mezclas heterogéneas que al reposar sus compo-nentes se separan en fases delimitadas; por ejemplo, el agua y el aceite. La decan-tación es un método sencillo mediante el cual se vierte sobre el borde del reci-piente el componente de la fase superior, quedando en el recipiente el de mayor densidad. En el laboratorio se emplea un embudo especial (de separación) que ayuda a separar los diversos componentes, como se muestra en la ilustración.

7. Cromatografía. Este método de separación muestra mediante bandas de colores los distintos componentes de la mezcla en cuestión. La cromatografía es una técnica que se utiliza para separar sustancias puras de mezclas complejas.

Una experiencia sencilla de cromatografía puedes realizarla utilizando un gis que haría las veces de columna. En la parte inferior del gis se marca un punto con tinta y se sumerge en agua o en un solvente conveniente. Se deja reposar y conforme pasa el tiempo se observa cómo se separan los diversos componentes de la tinta. En la parte inferior quedarán los de mayor densidad y hacia arriba los de menor densidad.

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Tabla 3.2 Métodos de separación de mezclas en la industria.Métodos de separación Aplicación industrial Filtración Purificación de agua.

Fabricación de filtros de aire.Cristalización Producción de sal.Destilación Obtención de productos. Derivados del petróleo.

Fabricación de licores.

Centrifugación Separación de polímeros.Aplicación en análisis clínicos.

Sublimación Liofilización.Fabricación de hielo seco.

Decantación Tratamiento de aguas residuales.Separación de metales.

Cromatografía Separación de pigmentos.Separación de proteínas.

94 Química II

I. Relaciona las columnas, para ello escribe el número correspondiente en los paréntesis.

1. Agua con aceite ( ) Filtración2. Arena fina y agua ( ) Cristalización3. Agua y etanol ( ) Decantación4. Aceite de motor con partículas sólidas ( ) Centrifugación5. Sal común disuelta en agua ( ) Destilación

II. Realiza en tu cuaderno un diagrama u organizador gráfico que muestre las características de los diferentes métodos para separar mezclas.


Evalúa tu diagrama, para ello anota en la columna “Total” el número de la valoración, luego súmalos y obtendrás tu calificación.

Valoración 2 1 0 TotalPresentación del diagrama

Fue en tiempo y forma. No fue en tiempo, pero sí en forma.

No se entrega en tiempo ni en forma.

Elementos del diagrama

Se identifican los conceptos principales, mientras los subordinados han sido bien vinculados.

Los conceptos principales están bien identificados, pero no han sido bien vinculados ni jerarquizados.

No se pueden identificar los conceptos principales ni subordinados, no existe relación entre los conceptos.

Diseño del diagrama

Atractivo y creativo, con organización, sin errores de ortografía.

Bien diseñado, con la información bien organizada, pero con al menos dos errores de ortografía.

Con la información desorganizada y con más de dos errores de ortografía.

Descripción del tema

Clara y detallada. Ambigua, con ideas no claras.

Confusa y sin ideas claras.

Coherencia y organización de los conceptos

Bien organizado con coherencia entre los conceptos.

Con coherencia entre los conceptos, pero un poco desorganizado.

Sin organización y coherencia entre los conceptos.

Calificación

Rúbrica para evaluar un diagrama

TIC

Para ampliar la información sobre el tema, observa los siguientes videos.https://www.youtube.com/watch?v=znQtRUGbn54 https://www.youtube.com/watch?v=8uCXQpL5XSI https://www.youtube.com/watch?v=rHeH3cOm_nI



Sistemas dispersos: disoluciones,

coloides y suspensiones


Los sistemas dispersos pueden clasificarse, básicamente, en tres tipos: soluciones, coloides y suspensiones. El tamaño de la partícula de la fase dispersa es el criterio que se utiliza para efectuar la clasificación.

Tabla 3.3 Clasificación del tamaño de la partícula.Sistema disperso Tamaño de la partícula

Solución Tamaño molecular.Coloide Entre el tamaño molecular y hasta 10 000 veces.Suspensión Mayor que 10 000 veces el tamaño molecular.

Como veremos a continuación, el tamaño de la partícula explica muchas de las características más importantes y distintivas de las soluciones, coloides y suspen-siones.

Características de las disolucionesUna solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias en una sola fase. Al ser una mezcla homogénea indica que a simple vista no se distinguen sus compo-nentes y el que presente una sola fase indica que, dependiendo del estado de agre-gación de la fase dispersora, la solución será líquida, sólida o gaseosa. Lo anterior es importante considerarlo, puesto que de manera cotidiana se piensa casi de manera exclusiva en aquellas que tienen un solvente líquido; sin embargo, existen otras en las que el solvente es gaseoso, como es el caso del aire. Asimismo, existen otras en las cuales el solvente puede ser sólido como en el caso del bronce, el latón o el oro de 18 quilates.

Puesto que el tamaño de la partícula de la fase dispersa en las disoluciones es muy pequeña, la mezcla se realiza, de manera práctica, a nivel molecular, lo cual explica que se presenten como una mezcla homogénea.

El etanol (C2H5OH) y el agua son considerados líquidos miscibles, debido a que pueden mezclarse en cualquier proporción. ¿Cuál es la razón de este compor-tamiento? Tanto el agua como el etanol son sustancias polares. Asimismo, las dos presentan entre sus moléculas enlaces por puente de hidrógeno. A esta propiedad, cuando el agua y el etanol entran en contacto, se establecen puentes de hidrógeno entre las moléculas de ambas sustancias y esto permite la disolución.

Varios sólidos iónicos al mezclarse con el agua forman una solución, pero por razones distintas.

Disoluciones isotónicasEn el desarrollo del proceso osmótico se denomina a la solución con mayor con-centración de soluto como solución hipertónica, mientras que a la solución diluida se le denomina solución hipotónica. Si se deposita en una solución hipotónica una zanahoria, observemos que el flujo de agua la penetrará de forma que se hincha-rá progresivamente. En caso contrario, al depositar una zanahoria dentro de una solución hipertónica, el agua saldrá del interior del vegetal y observemos como se colapsa paulatinamente.

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Figura 3.11 Ejemplo de disolución.

El puente de hidrógeno aparece cuando en una molécula existe algún átomo de hidrógeno unido a alguno de los elementos más electronegativos de la tabla periódica: flúor, oxígeno o nitrógeno.

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En el caso de los seres vivos, como ya se ha mencionado, tiene una importancia excepcional para la supervivencia del organismo el que las células conserven un ba-lance hídrico correcto entre su interior y el líquido que rodea a las células, llamado líquido intersticial. Cuando existe una actividad física demandante, el organismo pierde a través del sudor cantidades importantes de agua, además de algunas sa-les y minerales. Mediante la ingesta de líquido se regulan poco a poco los niveles de agua necesarios. Sin embargo, existen algunos casos en que si no se tiene una hidratación pronta y suficiente, la persona sufre severos problemas por deshidrata-ción. Para remediar lo anterior, los científicos han aprendido a preparar soluciones isotónicas, es decir, mezclas que poseen una concentración similar de solvente al de las células que se encuentran en el interior del organismo, pero con una buena concentración de sales y minerales que ayudan a la rápida reconstitución.

En el tratamiento de los enfermos se utilizan con frecuencia soluciones isotó-nicas como el denominado “suero glucosado” que además de agua conlleva la can-tidad suficiente de sustancias disueltas para ayudar a la recuperación del paciente.

ColoidesCuando el tamaño de la partícula que constituye la fase dispersa tiene un tamaño mayor al molecular, pero no excede 10 000 veces este tamaño; es decir, que no es mayor de 200 μ, así que nos encontramos con un coloide. Este tipo de sistema dis-perso presenta características muy interesantes y un tanto diferentes a los de las disoluciones porque, como se irá comprendiendo a lo largo de la explicación, el tamaño de la partícula condiciona su comportamiento.

Tanto la fase dispersa como la dispersora pueden estar en cualquiera de los tres estados de agregación, pero conviene anotar que si ambos componentes son gaseo-sos no se considera como un sistema coloidal.

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Figura 3.12 Cubos coloide.

Tabla 3.4 Clasificación de los diversos tipos de coloides.

Fase dispersa Fase dispersoraTipo

de coloideEjemplo

Sólida Sólida Sol. sólido Piedras preciosas con color como los rubíes, esmeraldas, etc.

Líquida Sólida Emulsión sólida Jaleas, quesosGaseosa Sólida Sol. sólido Piedra pómezSólida Líquida Sol. líquida Pinturas de aceiteLíquida Líquida Emulsión Mayonesa (aceite en agua)Gaseosa Líquida Espuma Espumas de todo tipoSólida Gaseosa Aerosol sólido Humo de tabacoLíquida Gaseosa Aerosol líquido Spray fijador de cabelloGaseosa Gaseosa No forma un coloide

¿Qué provoca que las partículas coloidales se mantengan siempre en suspen-sión? La pregunta fue contestada por el botánico escocés Robert Brown, en 1827, quien descubrió un movimiento errático de las partículas de la fase dispersa en el seno de la fase dispersora. Al moverse las partículas coloidales de la fase disper-sa, se mueven también aleatoriamente las del medio dispersor y viceversa, lo cual se traduce en que los sistemas coloidales no se asientan salvo el caso en el que la


gravedad se aumente de manera considerable mediante la centrifugación o se agre-gue una sustancia que aglutine a las partículas coloidales.

Las disoluciones verdaderas se distinguen fácilmente de los coloides por el efec-to Tyndall, característico de estos últimos. Posiblemente hayas observado lo que sucede en una mañana brumosa cuando los faros de un automóvil alumbran la niebla frente al vehículo y se nota claramente cómo se proyectan los haces de luz de forma muy nítida sobre la niebla, tal fenómeno es un ejemplo del efecto Tyndall. Una situación similar también se observa cuando las partículas de polvo están sus-pendidas en una habitación.

El efecto Tyndall se presenta porque las partículas coloidales reflejan en diferen-tes ángulos los rayos de luz y puede entonces percibirse el haz de luz de forma clara. Una experiencia muy sencilla para distinguir una solución de un coloide consiste en hacer pasar la luz de una lámpara de mano de forma tal que se nota la trayectoria en el coloide y no así en la solución.

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Figura 3.13 Efecto Tyndall: proyección de los rayos del sol.

Figura 3.14 Aparato de diálisis.

Averigua...

¿Qué pasa cuando haces pasar la luz de una lámpara a través de jugo de naranja, café, gelatina, una solución con alcohol o agua con poca sal disuelta.

En pacientes cuyos riñones han dejado de funcionar se utiliza un tratamiento médico conocido como hemodiálisis o simplemente diálisis. El tratamiento permite eliminar los materiales de desecho de la sangre para que el enfermo pueda realizar sus funciones vitales.

La diálisis es un proceso que se utiliza tomando en cuenta las características de los sistemas coloidales, puesto que la sustancia a purificar se inyecta en un re-cipiente semipermeable por cuyo exterior se hace circular una corriente de agua pura o de alguna solución adecuada. Las partículas de desecho se incorporan a la corriente externa y son extraídas de esta forma, dejando limpio en gran medida el líquido que se encuentra al interior.

Bajo ciertas circunstancias, las partículas coloidales de la fase dispersa pueden llegar a unirse de manera más o menos permanente venciendo las fuerzas de re-pulsión. Cuando esta situación se presenta, los cúmulos de partículas o flocs van creciendo de forma paulatina hasta que adquieren un tamaño suficiente que los hace precipitarse, por acción de la gravedad, hacia el fondo del recipiente.

La floculación es un método que se utiliza ampliamente para precipitar las par- tículas coloidales presentes en el agua residual sujeta a un proceso de potabiliza-ción. Una vez que se han retirado las partículas de mayor tamaño por diversos mé-todos, se agrega un compuesto aglutinante con lo cual los flocs se agrandan hasta llegar a depositarse en el fondo del recipiente.

Debemos dejar claro que absorción y adsorción son palabras muy similares, pero cuyos significados son distintos. En la absorción, el material penetra a través de una membrana hacia el interior del sistema, cuerpo u organismo en cuestión. En otras palabras, es la toma de un material por otro. Tal es el caso del agua cuando se introduce una esponja en ella. El agua se introduce por los poros de la esponja, lo cual equivale a decir que el agua ha sido absorbida por ella.

Los flocs son una masa floculante formada en un fluido a través de la precipitación o la agregación de las partículas en suspensión. G

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Figura 3.15 Principio de floculación.

La adsorción hace referencia a un fenómeno mediante el cual se adhieren mo- léculas o iones polares sobre la superficie de un sistema coloidal. Este fenómeno ocurre porque los iones que se encuentran en la superficie de una partícula no es-tán rodeados completamente por otros átomos o iones como lo están aquellos que se encuentran en el interior. Las partículas coloidales superficiales atraen a molé-culas o iones polares que están en el medio ambiente formando una película fina.

El material adsorbido es clasificado generalmente como fisisorbido o quimisorbido.La fisisorción se debe principalmente a las fuerzas de Van der Waals que, como

posiblemente recordarás, son débiles fuerzas de atracción. Mediante ellas se atraen a las partículas o iones que aparecen en la vecindad de la superficie de adsorción y se acumula una fina capa de material fisisorbido.

Lo que respecta a la quimisorción, ésta ocurre cuando se establece un enlace químico al intercambiar electrones, las partículas o iones del medio ambiente con las de la superficie de adsorción. Como este fenómeno depende en gran medida del área total de la superficie de adsorción se acostumbra pulverizar el material, con lo cual se logra aumentar muchas veces el área de contacto y las reacciones químicas se facilitan en extremo.

Cuando se trata el agua en una planta de purificación como las que encuentras ahora casi en todas partes, una parte esencial del proceso lo constituye el paso del agua “cruda” por el filtro de carbón activado. Este filtro se rellena con un material de carbón finamente pulverizado al que se le ha tratado químicamente para poder atraer tanto partículas coloidales como algunos iones presentes en el agua. De esta forma, al pasar el agua por este filtro, queda prácticamente libre del cloro disuelto, de color y del sabor que poseía.

Las partículas correspondientes son atraídas por la superficie de adsorción y mediante la quimisorción quedan ligadas a la mencionada superficie, dejando el agua lista para continuar con las siguientes etapas del proceso de purificación.

Características de las suspensionesEn una suspensión las partículas de la fase dispersa son mayores que en las diso-luciones y en los coloides. Aproximadamente, el tamaño de una partícula en sus-pensión va de las 10 000 veces el tamaño molecular en adelante, lo cual equivale a tener un tamaño próximo, igual o superior a 200 mμ. En consecuencia, en una suspensión es fácil a simple vista distinguir las partículas que constituyen la fase dispersa y si se dejan reposar por tiempo suficiente llegan a asentarse en el fondo del recipiente por la acción de la gravedad.

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Figura 3.16 Filtro de purificación de agua.

Sin floculación Con floculación

Partículas coaguladas

Partículas coloidales

Arena del filtro

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Química II con enfoque por competencias. 2a. Ed. Eduardo Martínez Márquez

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