QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA
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QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Comprende la interrelación entre materia y energía. Química como una herramienta para la vida Unidad de competencia: Establece la relación que existe entre las propiedades de la materia y los cambios que se dan en ella por efectos de la energía. Asimismo, valora los beneficios y riesgos que tiene utilizar la energía en su vida cotidiana y el medio ambiente. Atributos a desarrollar: 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, Matemáticas o gráficas. 5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. 5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. 5.4 Construye hipótesis y Diseña y aplica modelos para probar su validez. 5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos. 8.1 Propone manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos. 8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo. Tiempo asignado: 5 horas. TEMA 2. COMPRENDE LA INTERRELACIÓN DE LA MATERIA Y LA ENERGÍA Secuencia didáctica 1. Características y manifestaciones de la materia Concepto de materia. Propiedades de la materia Estados de agregación de la materia Cambios de estado Cambios de la materia Secuencia didáctica 2. Características y manifestaciones de la energía Beneficios y riesgos en su consumo Energías limpias o no contaminantes ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 1 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Secuencia Didáctica 1: Características y manifestaciones de la materia. Apertura Actividad 1: A continuación te presentamos conceptos relacionados a la divisibilidad de la materia, ordénalos adecuadamente en la figura, siguiendo el orden propuesto. (De mayor a menor o de lo general a lo particular). Átomo, Partícula elemental, Materia, Sustancia, Cuerpo, Molécula Divisibilidad de la materia _______________ Cuerpo ______________ ______________ _________ partícula elemental Desarrollo Concepto de materia. Si se busca su definición, por ejemplo, en el Diccionario de la Real Academia Española, encontraremos: “Realidad primaria de la que están hechas las cosas”, “Realidad espacial y perceptible por los sentidos, que, con la energía, constituye el mundo físico”. Gracias a los sentidos; el hombre está en contacto con la materia. Así, a través de la vista captamos sombras y colores; por el olfato, olores; por el gusto, sabores; por el oído, sonidos; y por el tacto, texturas. Cada una de estas cualidades que captamos con los sentidos son manifestaciones de la materia, de tal modo que es materia lo que se puede ver, tocar, oír, oler o saborear. Puedes pensar en toda la materia que te rodea, como plásticos, vidrios, sal, azúcar, metales, madera, gasolina, telas, agua, oxígeno, gas doméstico, etcétera. No obstante, es indudable que hay algunos tipos de materia que no pueden captarse fácilmente por medio de los sentidos, por lo que se ha necesitado de la ayuda de algún artefacto que los haga evidente. En la física clásica, los científicos consideraban a la materia y a la energía como entidades diferentes y relacionadas de manera externa. Actualmente, la física cuántica ha demostrado que es posible transformar la materia en energía y viceversa, lo cual ha en su momento originó una revolución en el pensamiento y en la forma de entender nuestro mundo. La famosa ecuación de Albert Einstein, E=mc2, nos habla de la interconversión de masa y energía asociadas con la velocidad de la luz al cuadrado. La naturaleza existe y se manifiesta de dos maneras; como materia o como energía. Todas las cosas y objetos que se encuentran en nuestro entorno están hechas de materia y cada una es diferente, por lo tanto la pregunta sería: ¿Qué criterios o aspectos emplea la Química para estudiar la materia? Los químicos distinguen varias clases de materia según su composición y propiedades. Algunos ejemplos de acuerdo a la composición son las mezclas, las sustancias puras, los elementos y los compuestos, así como los átomos y las moléculas. Todo el material del que están hechas las cosas se forma de sustancias, que se encuentran generalmente mezcladas entre sí, y en muy pocas ocasiones aparecen en forma pura. La materia se puede caracterizar a partir de sus propiedades y composición. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 2 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades características. Algunos ejemplos son el aire, las bebidas gaseosas, la leche y el cemento. Las mezclas no tienen una composición constante, por lo tanto, las muestras de aire tomadas de varias ciudades probablemente tendrán una composición distinta debido a sus diferencias en altitud, contaminación, vegetación, etcétera. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Cuando una cucharada de azúcar se disuelve en agua, obtenemos una mezcla homogénea, es decir, la composición de la mezcla es la misma en toda la disolución. Sin embargo, si se juntan arena y virutas de hierro permanecerán como tales, este tipo de mezcla se conoce como mezcla heterogénea debido a que su composición no es uniforme. Cualquier mezcla, ya sea homogénea o heterogénea, se puede formar y separar en sus componentes puros por medios físicos sin cambiar la identidad de dichos componentes. Así, el azúcar se puede separar de la mezcla de azúcar y agua calentando y evaporando el agua hasta la sequedad. Si se condensa el vapor de agua liberado, es posible obtener el componente agua. Para separar los componentes de la mezcla de hierro y arena, podemos utilizar un imán para recuperar las virutas de hierro, ya que el imán no atrae a la arena. Después de la separación, se recuperan los componentes tal como ingresaron a la mezcla. Una sustancia pura es una forma de materia que tiene una composición constante o definida y con propiedades distintivas. Algunos ejemplos son el agua, el amoniaco, el azúcar, el oro y el oxígeno. Difieren entre sí en su composición y pueden ser identificadas por su apariencia, olor, sabor y otras propiedades manifiestas. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. La tabla periódica reporta los elementos químicos conocidos. Hasta la fecha se han identificado 118 elementos, los químicos representan a los elementos con símbolos de una o dos letras, la primera letra siempre es una mayúscula la siguiente es siempre minúscula. Por ejemplo, Co es el símbolo del elemento cobalto, en tanto CO es la fórmula de la molécula del compuesto monóxido de carbono. La mayoría de los elementos pueden interactuar con uno o más elementos para formar compuestos. Por ejemplo, el agua se puede formar por combustión del gas hidrógeno en presencia del gas oxígeno. El agua tiene propiedades muy diferentes de aquellas de los elementos que le dieron origen; está formada por dos partes de hidrógeno y una parte de oxígeno. Esta composición no cambia, sin importar si proviene de un grifo de Estados Unidos, de un lago de Mongolia o de las capas de hielo de Marte. En consecuencia el agua es un compuesto, es decir, una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas. A diferencia de las mezclas, los compuestos sólo pueden separarse por medios químicos en sus componentes puros. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 3 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Actividad 2: Resuelve la siguiente batería de reactivos. 1. Encierra en un círculo las opciones que constituyen un ejemplo de materia. (Pueden ser más de una) a) Oro b) Amor c) Aire d) Fuego e) Gasolina f) Belleza g) Manzana h) Espíritu 2. Lee con atención los siguientes reactivos y anota dentro del paréntesis la letra que da la respuesta correcta. ( ) Las partículas que forman la materia están: a) Tan juntas las unas a otras que no dejan espacios vacíos. Forman un todo continuo. b) Separadas unas de las otras, por lo tanto, forman un todo discontinuo. c) Tan juntas que es imposible separarlas. ( ) Cuando un ser vivo se muere... a) Todas las partículas que forman su materia dejan de moverse. b) Algunas de las partículas quedan en reposo. c) Las partículas que formaban la materia viva continúan en estado de agitación en el cuerpo muerto y en la materia en la que se transformará el cadáver. 3. De la siguiente lista de materiales identifica si corresponde a un elemento, compuesto, mezcla homogénea o mezcla heterogénea; si desconoces algún concepto investígalo en un diccionario. Material Tipo: elemento/compuesto/mezcla Ensalada de verduras Ácido acetilsalicílico Acetona Compuesto Bebida gaseosa Leche Carbono Acido clorhídrico Tableta de aspirina Puré de papas Vidrio Gas para cocinar Perfume Jabón en polvo 4. Discutan la validez de las siguientes afirmaciones. Anoten las conclusiones. • • • • Todo objeto es material. Cuerpos iguales están constituidos por igual clase de materia. Cuerpos diferentes están constituidos por diferente clase de materia. La misma clase de materia puede constituir objetos iguales o diferentes. 5. Escribe algunas frases que muestren tu comprensión sobre los conceptos (menciona ejemplos): • Objeto: ING. Yolanda Reyes Carbajal • Sustancia: PAG.Página 4 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Propiedades de la materia. La materia está formada por sustancias, cada una de las cuales tiene sus características propias que le dan su identidad y que las hacen diferentes una de otras. Toda sustancia presenta un conjunto de características que nos permiten reconocerla y distinguirla de las demás sustancias. Estas características reciben el nombre de propiedades y pueden clasificarse en propiedades físicas y propiedades químicas, intensivas o extensivas. La observación (determinación) de las propiedades permite distinguir los tipos de materia. Hay diferentes instrumentos que nos permiten medir las propiedades de una sustancia: con la cinta métrica se miden longitudes, en tanto que con la bureta, la pipeta, la probeta y el matraz volumétrico se miden volúmenes; con la balanza se mide la masa, y con el termómetro, la temperatura. Estos instrumentos permiten hacer mediciones de propiedades macroscópicas, es decir, que pueden ser determinadas directamente. Las propiedades microscópicas, a escala atómica o molecular, deben ser determinadas por un método indirecto, la mayoría de las propiedades se determinan indirectamente. Las propiedades pueden emplearse para identificar una sustancia pura, para separar una sustancia de otras cuando se encuentra en una mezcla y determinar la cantidad de una de las sustancias en la mezcla. Las propiedades extensivas son aquellas características de la materia que dependen de la cantidad de masa que el cuerpo posee, los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar. El espacio que ocupan dos bebidas de 600 ml será la suma de esta propiedad llamada volumen; algunos ejemplos son los siguientes: • Masa: cantidad de materia contenida en los objetos. • Inercia: propiedad de los cuerpos de mantener su estado de reposo o de movimiento hasta que una fuerza externa los obligue a cambiar. • Peso: fuerza que ejerza la gravedad sobre el objeto. • Impenetrabilidad: resistencia que opone un objeto a que otro ocupe simultáneamente su lugar, es decir, dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. • Volumen o extensión: espacio que ocupa un objeto. Por su parte, el valor de las propiedades intensivas o específicas no dependen de la cantidad de masa que posee un objeto, sino que corresponden a una sustancia determinada y sirven para identificarla y distinguirla de las demás, por ejemplo, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad, etc. La temperatura es también una propiedad intensiva. Supóngase que se tienen dos recipientes de agua a la misma temperatura; si se mezclan en un recipiente grande la temperatura de esta mayor cantidad de agua será la misma que la del agua de los recipientes separados. A diferencia de la masa, la longitud y el volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no se suman. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 5 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Las propiedades físicas son aquellas que se manifiestan cuando no hay transformación en la estructura interna de la materia. Es decir, tienen que ver con el aspecto de las sustancias y con su comportamiento físico, una propiedad física se puede medir, observar y manifestar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia. Dentro de las propiedades físicas se incluyen las organolépticas, que son las propiedades que se distinguen con los órganos de los sentidos, como son: olor, color, sabor, textura, brillo. Otras propiedades físicas de un cuerpo son: densidad, punto de fusión, temperatura de ebullición, masa, solubilidad, conductividad, etcétera. , otras se manifiestan en los cambios físicos, como son: ebullición, condensación, fundición, solidificación, cristalización, sublimación, etc. Las propiedades químicas, en cambio, describen la capacidad que tiene una sustancia para transformarse, es decir, para formar otras mediante reacciones químicas, por ello sólo puede determinase alterando su estructura interna; en la mayoría de los casos, requiere de una segunda sustancia para que se lleve a cabo. En otras palabras, las propiedades químicas no pueden ser determinadas simplemente por ver o tocar la sustancia, la estructura interna debe ser afectada para que sus propiedades químicas sean manifiestas. Algunos cambios causados por la observación de las propiedades químicas no son tan radicales ni tan irreversibles como los provocados por la combustión. Por ejemplo, la hidratación es la reacción que ocurre cuando se determina, en una sustancia, la propiedad de incorporar moléculas de agua a su estructura para formar otra sustancia. Este proceso algunas veces puede revertirse: se restablece la sustancia original y se recuperan las moléculas de agua. Las propiedades químicas pueden ser usadas para crear clasificaciones de los químicos. Algunos ejemplos de estas propiedades son: electronegatividad, potencial de ionización, pH, reactividad, calor de combustión, entalpía de formación, inflamabilidad, estado de oxidación, reducción y oxidación. ¿Cómo lo explicas? Una sonda espacial que en la Tierra tiene un peso de 800 kilos al estar en Marte su peso es de 303.2 kg y si se ubica en Júpiter su peso será 2026.4 k Nuevos materiales. Nanotubos Biocompatibles Superconductores Nanoesferas Clasificación de algunas propiedades del Hidróxido de Sodio: Propiedad de la muestra de Física o química NaOH Es solida Física Es blanca Física Inodora Física Soluble en agua y en alcohol Física Se disuelve, con Química desprendimiento de calor en el HCl diluido La densidad es 2.13 gr/ml Física o Su punto de fusión es 323 C Física No es combustible Química Semiconductores Cristal líquido Plasma Supersólidos Extensiva o intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Intensiva Lee con atención el siguiente texto: El benzoato de sodio polvo blanco, inodoro, cristalino o granular; con sabor astringente; soluble en agua y en alcohol. Se obtiene al neutralizar ácido benzoico con solución de bicarbonato sódico, la solución se filtra, se concentra y se deja cristalizar. También es combustible, poco tóxico. Punto de fusión: por encima de 300°C. Densidad relativa 1,44 gr/ml. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 6 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Su uso en alimentos está limitado al 0.1 %. Su almacenamiento se debe hacer en lugares frescos lejos de fuentes de calor o chispas. Comercialmente algunos de sus usos son: conservación de alimentos, antiséptico, medicina, preparaciones farmacéuticas, intermedio para la fabricación de colorantes, inhibidor de la herrumbre y el moho. Actividad 3: 1. Con base en la información leída, identifica las propiedades y completa la siguiente tabla; anotando las propiedades del benzoato de sodio mencionadas en el texto: Benzoato de sodio Propiedades Física o química Combustible Química Intensiva o extensiva Intensiva 2. Anota en el cuadro una E si la propiedad es extensiva y una I si la propiedad es intensiva. Porosidad □ Volumen □ Temperatura de fusión □ Longitud □ Energía cinética □ Punto de ebullición □ Densidad □ Energía potencial □ Sabor □ Combustibilidad □ 3. Observa atentamente los objetos/cuerpos que se encuentran en tu salón de lase/escuela/casa y anota cinco de ellos en la tabla, señala con una X las características que presenta cada uno. Una vez que hayas realizado lo anterior, tacha con marcatexto o colorea las características o propiedades comunes a todos los cuerpos/objetos. Característica /propiedad Cloralex Pizarrón Objetos Corteza de un árbol Lámpara Gasolina Ocupan un lugar en el espacio Son rugosos Son tóxicos Presentan brillo Emiten luz Color Solubles en agua Son inflamables Tienen masa Son resistentes (dureza) ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 7 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Estados de agregación de la materia ¿En cuántos estados se presenta la materia? ¿Cuáles son? No obstante que a nuestros sentidos la materia se presenta como continua, en realidad es discontinua; es decir, está compuesta por pequeñísimas partículas. Cuando se habla de estados de agregación, nos referimos a la manera en que las partículas que constituyen a la materia se unen o se agregan unas a otras, así es como se forman los objetos que nos rodean. La unión entre las partículas se presenta de muy diversas maneras, ya que pueden estar: • Muy unidas. • A distancia media. • Muy separadas unas de otras. Si observas a tu alrededor te darás cuenta de que existe materia en tres estados básicos, uno que es el estado sólido como el cuaderno donde escribes, el lápiz o pluma con qué lo haces, el estado líquido como el agua que bebes; y el estado gaseoso como el aire o el oxígeno que necesitas respirar. A fines del siglo XIX que se propuso la teoría cinético - molecular, la cual establece que la energía y el movimiento están relacionados con el comportamiento de las moléculas y explica las propiedades de los estados de la materia. Los postulados de la teoría cinética molecular son: • La materia está constituida por pequeñas partículas. • Las partículas se encuentran en constante movimiento el cual depende de la energía cinética y determina la temperatura del cuerpo. • Las partículas interactúan ente sí, interviniendo fuerzas de atracción (cohesión) y separación (repulsión) entre ellas. Cada uno de los estados de agregación de la materia, presenta características muy particulares que permiten diferenciar a uno de los otros, estas mismas características pueden servir para definirlos: Sólido: Es un estado en el cual la materia presenta forma y volumen definido y no se puede comprimir. Las partículas se encuentran en un ordenamiento cristalino y geométrico; cada una de ellas vibra en su lugar y las fuerzas de atracción son fuertes. Líquido: En este estado la materia adopta la forma del recipiente que la contiene y al igual que los sólidos no se puede comprimir, además de presentar volumen definido. Las partículas se encuentran relativamente separadas, pero conservan cierta cohesión o interacción. Gaseoso: En este estado la materia no tiene forma ni volumen definido ya que adopta la forma y el volumen del recipiente que la contiene, además de que en este estado la materia se puede comprimir. Presenta gran separación entre sus partículas, cada una de ellas se mueve a grandes velocidades y choca con las demás, de tal manera que no se pierde ni se gana energía (a esto se le conoce como choques perfectamente elásticos). Las fuerzas de atracción entre sus moléculas son prácticamente nulas. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 8 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Plasma: Estado de la materia, generalmente gaseoso, en el que algunos o todos los átomos o moléculas están separadas en forma de iones. Este estado de la materia no se presenta bajo condiciones normales de presión y temperatura, se forma a temperatura muy elevada, cuando la materia absorbe energía y se separa formando iones positivos y electrones, o en algunas ocasiones núcleos atómicos y electrones libres; por lo que es un excelente conductor. Es la forma más común de la materia en el Universo, pero la menos común en la Tierra. En la Tierra, los plasmas naturales los encontramos en rayos durante una tormenta y en las capas superiores de la atmósfera, donde se produce el fenómeno denominado aurora. Los plasmas pueden crearse aplicando un campo eléctrico a un gas a baja presión, como en los tubos fluorescentes o de neón (lámparas). Estos plasmas producidos artificialmente, aún cuando se les llame así no tienen las características del plasma que se encuentra en el universo, pero sí son conductores; por ejemplo, el que encontramos en las pantallas planas de televisión (tv plasma). Actividad 4: 1. Anota en los renglones: si el objeto que se presenta corresponde a una mezcla o a una sustancia pura (elemento o compuesto) y en qué estado de agregación molecular se encuentra. Objetos y sustancias El CO2 que exhalamos Elemento/Compuesto/mezcla Estado de agregación Ensalada de frutas El nitrógeno atmosférico Una tableta de aspirina Cappuccino frappé Un anillo de graduación La materia del Sol Talco 2. Una vez revisado el tema “estados de agregación”, resuelve lo siguiente: Representa con un dibujo sobre cómo están organizadas las moléculas en: a) Un refresco formado por agua, azúcar y dióxido de carbono. b) El aire que existe en una habitación. c) En un terrón de azúcar Cambios de estado . Al observar la naturaleza, es evidente que no todas las sustancias se presentan en el mismo estado de agregación: se pueden ver algunas en estado sólido, otras en estado líquido y otras en estado gaseoso. Algunas llegan a cambiar ante nuestros ojos de manera espontánea, como el agua que se evapora para formar nubes y, después de algunos cambios significativos en su temperatura, se condensa y regresa a su estado líquido. Si las condiciones climáticas lo permiten, se efectuará el cambio de líquido a sólido, en forma de hielo. La materia cambia de un estado a otro por efecto de la temperatura y presión. El aumento en la temperatura puede provocar que las moléculas se muevan con mayor velocidad, esto hace que se separen y cambien posiblemente a un estado líquido o gaseoso, el aumento en la presión produce el efecto contrario y provoca que se acerquen más las moléculas. El siguiente esquema presenta sintéticamente los cambios de estado. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 9 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Cambios de estado de la materia ¿Qué se necesita para que la materia cambie de un estado de agregación a otro? http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/cam bios.htm Actividad 5: Identifica el cambio de estado de agregación de cada ejemplo y su causa. Registra tu respuesta en la siguiente tabla escribiendo el cambio de estado que se lleva a cabo y el factor que origina dicho cambio en los siguientes ejemplos: Ejemplos Cambio de estado Factor que la origina El desgaste de una pastilla desodorante para sanitario. La cera de una vela que se enfría El espejo se empaña si respiramos sobre él La formación de escarcha Al sacar una botella del congelador esta se cubre de agua La ropa mojada se seca al sol La vaporización de cristales de iodo La formación de rocío durante la noche Anota 5 o más ejemplos Cambios de la materia. La naturaleza nos proporciona día a día múltiples ejemplos de cambio; la descomposición de un alimento, la maduración de los frutos, el marchitamiento de las flores, la combustión de la madera, la fusión del hielo, la oxidación de los metales, el cambio de color de las hojas, etc. son cambios de la materia que nos demuestran que ésta se transforma continuamente. Siempre que una sustancia cambia, alguna forma de energía interviene; un cambio es una conversión de la materia, de una a otra forma distinta, debido a su interacción con la energía. A los cambios que se presentan en la materia también se les conoce como fenómenos y pueden ser de tres tipos: físicos, químicos y nucleares. Físicos. Se presentan cuando la materia cambia de forma, tamaño, estado de agregación etc. ejemplo: evaporación del agua, fusión del hielo, estiramiento de una liga, lijado de la madera, trituración de una piedra, es decir, todos aquellos cambios que no alteran la estructura interna de la materia y por lo tanto no se forman nuevas sustancias. Estas modificaciones o fenómenos físicos desaparecen al cesar la causa que los origina y en su mayoría son reversibles. Químicos. Se presentan cuando se forma una nueva sustancia con propiedades distintas por ejemplo: descomposición de la carne, maduración de los frutos, combustión de la madera; es decir aquellos cambios que alteran la estructura de la materia. Durante una reacción química se alteran la estructura y composición de la materia; a partir de sustancias iniciales se obtienen otras distintas. Generalmente se ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 10 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA dice que son cambios irreversibles, pero en algunos casos se puede volver a las sustancias iniciales, es decir, es reversible. Nucleares. Se presentan cuando se modifica la constitución del núcleo atómico. Al proceso en el que cambió el núcleo se le llama reacción nuclear; el calor que producen es un millón de veces mayor que el de una reacción química. Estos cambios no son fácilmente observables y se presentan cuando en el sol, el hidrógeno se transforma en helio, en las plantas nucleares y en los elementos radiactivos, a través de procesos conocidos como fisión nuclear (división de núcleos) o fusión nuclear (unión de núcleos). Cierre: Actividad 6: 1. Escribe en el paréntesis la(s) letra(s) que correspondan de acuerdo a la clave mostrada a continuación, puedes emplear más de una respuesta para cada ejemplo. Opciones: E= elemento C=compuesto MH=mezcla homogénea MHT=mezcla heterogénea CE=cambio de estado G =gaseoso PF=propiedad física PQ=propiedad química CG=cambio físico CQ=cambio químico CN=cambio nuclear S=solido L=liquido Ejemplos: ( ) Ensalada de frutas ( ) Grafito es de color gris ( ) Fotosíntesis ( ) Explosión de una bomba atómica ( ) Oxidación de un metal ( ) Elaboración de un yogurt ( ) Densidad del agua ( ) Alambre de cobre ( ) Una limonada ( ) Leche ( ) Cloruro de sodio ( ) Reacción entre el H y el O ( ) Preparación de un pastel ( ) Coloración de una tela ( ) Mercurio de un termómetro ( ) Petróleo ( ) Bronce ( ) Shampoo ( ) Encender el motor de un auto ( ) Transformación de H en He en el Sol 2. A continuación se presenta el análisis de agua de un manglar. • • • • Análisis químico Agua de El Manglar Materiales presentes en un litro de agua: Salinidad: 28 gramos de sales disueltas en un litro de agua. Se detectaron: cloruro de sodio, cloruro de potasio y cloruro de magnesio, carbonato de calcio y sulfato de sodio. Gases disueltos: oxígeno y dióxido de carbono Residuos: mercurio y plomo Clasifica los diferentes materiales encontrados en elementos, compuestos y mezclas ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 11 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Actividad 1 Conceptual Identifica los conceptos relacionados con la materia. Autoevaluación Actividad 2 Conceptual Comprende la clasificación de la materia. Evaluación Producto: completar diagrama Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Ordena conceptos relativos a la divisibilidad Muestra seguridad al ordenar de la materia. conceptos. Calificación otorgada por el docente Evaluación Producto: batería de reactivos Saberes Procedimental Aplica la clasificación de la materia a materiales cotidianos. Calificación obtenida: Actitudinal Se percata e la importancia del conocimiento del lenguaje químico, para el desarrollo del curso. Calificación otorgada por el docente Autoevaluación Evaluación Actividad 3 Producto: tabla Calificación obtenida: Saberes Conceptual Reconoce las propiedades de la materia. Autoevaluación Actividad 4 Conceptual Caracteriza los estados de agregación de la materia. Autoevaluación Procedimental Distingue las propiedades de la materia en objetos cotidianos. Actitudinal Se interesa por atender lo referente a las propiedades de los materailes. Calificación otorgada por el docente Evaluación Producto: dibujo y tabla Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Representa gráficamente la organización de las Se da cuenta del grado de partículas, de productos de uso cotidiano. comprensión, que al momento Indica el estado de agregación de objetos o sustancias tiene sobre el tema. cotidianas. Calificación otorgada por el docente Actividad 5 Conceptual Reconoce los cambios de estado de la materia. Autoevaluación Actividad 6 Conceptual Reconoce las propiedades y cambios de la materia. Autoevaluación ING. Yolanda Reyes Carbajal Evaluación Producto: tabla de datos Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Ejemplifica los cambios de estado, aplicados Practica la observación, en forma a las transformaciones ocurridas en su metódica. entorno. Calificación otorgada por el docente Evaluación Producto: tabla de datos Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Distingue las Se interesa por las manifestaciones y características de propiedades y cambios los objetos y sustancias de su entorno. de las sustancias, en Asume el uso adecuado de los términos estudiados. materiales cotidianos. Calificación otorgada por el docente PAG.Página 12 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Secuencia Didáctica 2. Características y manifestaciones de la energía. Apertura Actividad 1 Con base en lo ocurrido en la combinación de limpiador de horno con agua, explica la relación entre materia y energía. ¿Por qué se habla tan recurrentemente de utilizar energías limpias? ¿Cuál es la opción más eficiente para producir energía? ¿Es posible utilizar el viento para producir energía eléctrica? Desarrollo Para contestar estas preguntas definiremos primeramente a la energía como: Todo aquello que tiene capacidad para realizar un trabajo. Otra de las definiciones sobre energía señala que es la propiedad por la cual todo cuerpo o sistema material puede transformarse, modificando su estado o posición, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. La energía existe en varias formas, pero todas ellas pueden clasificarse en dos tipos: potencial y cinética. La energía potencial es la que tienen los objetos debido a su posición. Pertenecen a esta categoría la energía química y la nuclear. Otros ejemplos de energía potencial son: la que tiene el agua almacenada en una presa y la de un resorte comprimido o estirado. La energía cinética es la que tienen los cuerpos debido al movimiento. Pertenecen a esta categoría: la energía eléctrica (movimiento de electrones), la energía calorífica (movimiento de moléculas), la energía luminosa (movimiento de ondas electromagnéticas) y la energía mecánica (movimiento de las piezas de una máquina). En todos los cambios que tiene la materia se libera o se absorbe energía. Generalmente, los cambios físicos involucran cantidades de energía más pequeños, en tanto que en algunos cambios químicos fluyen grandes cantidades de energía. Así como la materia sufre cambios continuos, la energía en la naturaleza también se transforma de una forma a otra, como lo muestra el siguiente esquema. Antes de 1905 se pensaba que la materia y la energía eran dos cosas totalmente distintas. Albert Einstein estableció, mediante su muy conocida ecuación E=mc 2, que la materia y la energía son dos cosas que se pueden transformar una en la otra, es decir, que la energía se transforma en materia y viceversa, uniendo de esta manera las dos leyes existentes, una sobre la conservación de la materia y la otra que habla acerca de la conservación de la energía, en una sola ley cuyo enunciado establece que: La materia y la energía no se crean ni se destruyen y pueden transformarse una en la otra, de tal forma que la cantidad de energía y materia existentes en el universo, en la actualidad es la misma que existía al inicio de éste. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 13 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA En la actualidad demostrar esta ley resulta difícil, ya que se requieren aparatos de medición muy precisos y que puedan detectar estas transformaciones de materia en energía y de energía en materia. En la actualidad la materia se transforma la energía en los cambios nucleares. Actividad 2 1. Contesta al final del enunciado, si se refiere a la energía potencial o cinética. La energía de una cucharada de miel: __________________________ La energía de un balón en movimiento: _________________________ Una resortera lista para disparar: ______________________________ El viento de un tornado: ______________________________________ Una pila de celular: __________________________________________ 2. Después de discutir en equipo, indiquen las transformaciones que sufre la energía en cada uno de los siguientes casos: Ejemplo: Al encender una lámpara de baterías: Química, eléctrica, lumínica y calorífica De la energía hidráulica de una presa hasta la energía luminosa en una lámpara_____________________. De la energía solar hasta la energía consumida por una persona al caminar_________________________. De la energía química del petróleo hasta energía cinética de un auto en movimiento_________________. De la energía química del gas natural en una termoeléctrica hasta la energía calorífica de los alimentos calentados en un microondas_______________________. ING. Yolanda Reyes Carbajal PAG.Página 14 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Beneficios y riesgos en su consumo La primera forma de energía que utilizó el hombre, aparte de la de su propio cuerpo, fue el calor del sol en forma directa para secar prendas de vestir para calentarse en las épocas de frío y desecar alimentos para su mayor conservación. Otra forma de energía que el hombre ha utilizado desde tiempos inmemorables fue el fuego, para darse calor, cocinar alimentos, pulir las puntas de sus lanzas. Posteriormente utilizó la energía del viento y las corrientes para mover barcos. Actualmente la energía que mueve al mundo principalmente son los combustibles fósiles, tales como el petróleo, carbón mineral o hulla y el gas natural, los cuales se prevé se extinguirán en los próximos años. El hombre ha tenido que pagar un alto costo por el consumo de combustibles fósiles, ya que la combustión de éstos libera gases contaminantes como el dióxido de carbono, el cual participa activamente en el calentamiento global del planeta (efecto invernadero) y óxido de nitrógeno y azufre los cuales son causantes de la lluvia ácida, del smog, etc. Otra fuente de energía que se utiliza actualmente es la energía por fisión nuclear, la cual a pesar de haber participado en accidentes de plantas termonucleares causando contaminación radioactiva, se sigue considerando como una alternativa para el futuro. Energías limpias o no contaminantes. Ante la inminente desaparición de los combustibles fósiles, los graves problemas de contaminación y deterioro ambiental ocasionado por el uso de estos energéticos, y la cada vez mayor demanda de energía de nuestra época y del futuro, el hombre se ha visto en la necesidad de buscar y desarrollar nuevas formas o fuentes de energía, que le permitan obtener la energía eléctrica suficiente para las necesidades del hogar y de la industria sin afectar los ecosistemas. Entre las fuentes de energía que se encuentran alternando con los combustibles fósiles, están la energía solar, energía hidráulica, energía nuclear, las cuales presentan ventajas y desventajas. También se están desarrollando tecnologías para utilizar como combustibles del futuro al hidrógeno y al metano obtenido de la biomasa y al alcohol obtenido por fermentación; pronto, en nuestro medio, se estarán usando biocombustibles. Asimismo, se desarrolla la tecnología para que los automóviles utilicen la energía solar y la energía química de celdas o baterías. Cierre Actividad 3 Después de investigar en diversas fuentes de información, selecciona la información más adecuada y lee sobre las diferentes fuentes de energía. Trabajando en equipo determinen las ventajas y desventajas en la aplicación de cada una de ellas y completen la siguiente tabla. Fuente energética Combustibles fósiles Energía solar Energía eólica Biomasa Energía mareomotriz ING. Yolanda Reyes Carbajal Origen Ventajas Desventajas PAG.Página 15 de 16 QUIMICA: I MATERIA Y ENERGIA Energía nuclear Geotérmica Hidrógeno Biocombustibles Actividad 4 Lee atentamente los siguientes casos y escribe tu reflexión, indicando cuál de ellos considera una actitud positiva o negativa. Argumenta tu respuesta. • Una familia formada por mamá, papá y un hijo de 4 años, utiliza una Hummer para su transporte en la ciudad. • En la compra de dos manzanas y tres peras, éstas son empacadas en bolsas de plástico por separado. • En un kínder se trabajan todos los ejercicios de pintado en hojas de segundo uso. • Las lámparas de jardín de la casa de tus abuelos permanecen encendidas toda la noche. • En tu cuarto tienes adornos luminosos que constantemente están encendidos. Actividad 1 Conceptual Relaciona a la energía involucrada en los cambios de las sustancias. Autoevaluación Evaluación Producto: pregunta de respuesta estructurada Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Explica la relación de materia y energía en los cambios en Se percata de la relación de los temas sustancias conocidas. estudiados. Practica la integración de los conceptos. Calificación otorgada por el docente Evaluación Actividad 2 Producto: cuestionario Calificación obtenida: Saberes Conceptual Reconoce los tipos de energía. Procedimental Distingue los tipos y transformaciones de la energía en procesos cotidianos. Autoevaluación Actitudinal Esta atento a la presencia de diversos tipos de energía en el entorno, sus características e interrelacion. Calificación otorgada por el docente Conceptual Distingue entre las fuentes de energías limpias y las contaminantes. Autoevaluación Evaluación Producto: reporte escrito de investigación Calificación obtenida: Saberes Procedimental Actitudinal Reporta por escrito las fuentes, ventajas y desventajas del Valora los beneficios y riesgos en el consumo uso de los diferentes tipos de energías. d ela energía. Calificación otorgada por el docente Actividad 4 Producto: texto Actividad 3 Evaluación Calificación obtenida: Saberes Conceptual Contrasta los diferentes comportamientos ante el uso de la materia y la energía. Autoevaluación ING. Yolanda Reyes Carbajal Procedimental Argumenta la importancia que tienen las energías limpias en el cuidado del medio ambiente. Actitudinal Promueve el uso responsable de la materia y energía. Calificación otorgada por el docente PAG.Página 16 de 16
