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Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO UNIDAD 4: Moléculas y cristales LA CIENCIA A NUESTRO ALREDEDOR -PÁG. 89 1. En la naturaleza, tanto el hidrógeno como el nitrógeno se encuentran formando moléculas diatómicas. Representa gráficamente dichas moléculas mediante el modelo de bolas, sabiendo que el tamaño del átomo de nitrógeno es mayor que el del hidrógeno. Molécula de hidrógeno: Molécula de nitrógeno: 2. Indica el número y la clase de átomos que hay en las fórmulas químicas de las siguientes sustancias: Cl2, H2O, SiO2, NH3 y CO2. Cl2: dos átomos iguales del elemento cloro H2O: dos átomos iguales del elemento hidrógeno y un átomo del elemento oxígeno. SiO2: un átomo del elemento silicio y dos átomos del elemento oxígeno. NH3: un átomo del elemento nitrógeno y tres átomos del elemento hidrógeno. CO2: dos átomos del elemento oxígeno y uno de carbono. 3. En algunos sitios, cuando en clase de química nombran al fósforo, lo llaman tetrafósforo, ¿sabrías decir por qué? Para remarcar la diferencia entre el elemento químico fósforo y la molécula del mismo formado por la unión de cuatro átomos de fósforo. ACTIVIDADES-PÁG. 90 1. Sabiendo que los números atómicos del carbono, nitrógeno, flúor y neón son, respectivamente, 6, 7, 9 y 10, dibuja los diagramas de Lewis de dichos elementos químicos . · C· · 61 . :N· · . :F: ·· .. :Ne: ·· Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO ACTIVIDADES-PÁG. 102 2. Busca información en Internet, en libros de tu casa, de tu centro educativo o de una biblioteca y responde: ¿Para qué se utiliza el carbón actualmente? ¿Cómo se obtiene? ¿En qué lugares de España todavía se extrae carbón? ¿Qué tipo de carbón se extrae? ¿Es un sector de futuro? El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos químicos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. Es utilizado como combustible fósil y es un recurso no renovable. La mayor parte del carbón se formó durante el período Carbonífero (entre hace 359 y 299 millones de años). El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos. En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón. Si por ejemplo un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido por descenso del continente o por una transgresión marina y los restos vegetales se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo. En las cuencas hulleras se conservan tanto en el carbón como en las rocas intercaladas restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical. Tipos de carbón: - Hulla: esta roca presenta distintos porcentajes de carbono que van entre el 50% y el 80% de su totalidad. Se caracteriza por su ser negra con brillo grasoso o mate, es quebradiza, sumamente dura y se compone de lignito comprimido. - Turba: este material se caracteriza por su abundancia de carbono, posee un color pardo más bien oscuro y está compuesto por materia orgánica compacta. Algo que lo diferencia de los otros materiales es que la turba puede desmenuzarse. - Antracita: este mineral es el que presenta la mayor cantidad de carbono, el cual alcanza el 95% de su composición total. Cuenta con un brillo y dureza característicos. 62 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO - Lignito: esta tiene una textura similar a la madera, materia de la cual proviene. Es de color pardo o negro y se conforma a partir de la turba comprimida. En España se extrae carbón en el Norte Peninsular en las comarcas de Asturias y León. De todas formas, aunque al hablar de la minería del carbón en España casi todo el mundo piensa en Asturias (y es que esta región desde hace casi dos siglos ha aportado más de la mitad de la producción nacional de este mineral) en lo tocante al resto de España, al margen de las zonas mineras asturianas, habría que destacar sobre todo las mencionadas explotaciones leonesas y también algunos pequeños reductos que sobrevivieron hasta hace poco en otras zonas como las minas de hulla de Ciudad Real, o las explotaciones de lignito en Teruel, La Coruña o Barcelona. El carbón constituye un mineral formado como resultado de un largo proceso geológico fundamentalmente basado en la acumulación de rocas minerales erosionadas junto a fragmentos de vegetación. En algunos casos esos conjuntos sufren transformaciones que implican el enriquecimiento en carbono de las rocas para formar distintas variedades de lo que conocemos como carbón. En concreto y dependiendo de la forma en que ha discurrido todo este proceso, más complejo de lo sugerido en estas escasas líneas, podemos encontrar cuatro clases de carbón: turba (un carbón marrón oscuro, poroso, escasamente denso y con bajo poder calorífico), lignito (carbón negruzco, un poco más compacto que el anterior y con un poder calorífico normal), hulla (carbón negro, claramente pétreo y compacto, y con un poder calorífico importante), y antracita (carbón negro brillante, denso, duro). Los dos últimos tipos son los más usuales en el subsuelo español en general y asturiano en particular. En concreto, es la minería de la hulla la que tradicionalmente ha gozado de mayor peso productivo y humano. Pues bien, en cuanto a la estructura geológica que alberga ese carbón resulta que el Norte peninsular no cuenta con estratos perfectamente “planos” y superpuestos como una acumulación de mantas, estructura que sería la ideal y permite incluso la explotación a cielo abierto, muy barata, como es frecuente en un país mineralmente muy rico como los EE.UU. En general el carbón que existe en las placas norteñas, que es donde está la mayoría, resulta muy difícil de extraer ya que se encuentra en unas placas geológicas plegadas, comprimidas, y profundamente alteradas en su estructura. En otras palabras, en el proceso de formación de las capas carboníferas asturianas desapareció la regularidad tan apreciada en la explotación de yacimientos de mineral. Así lo que encontramos son zonas ricas en carbón mezcladas con docenas o cientos de metros de “tierra” hasta la siguiente bolsa de carbón que además puede darse en diagonal y no en horizontal (la forma ideal de extraerlo por motivos obvios) y a gran profundidad. En otras palabras, los yacimientos de carbón norteños no son tan densos como los de otras partes del mundo, lo que hace que para extraer una miserable tonelada haya que desplazar unos volúmenes de tierra mucho más importantes que los que hay que mover en otras zonas. Pero este no es el principal problema. Además, las fuertes presiones a que fueron sometidas las capas de carbón de la región explican, en definitiva, la gran proporción de carbón “menudo” que aparece al extraer el carbón asturiano así como la escasa cantidad de granos en el carbón asturiano. Lo anterior tiene una serie de consecuencias que se traducen en una mala calidad de cara a satisfacer las necesidades del mercado. En primer lugar el carbón asturiano suele ser blando con lo que se desmenuza más fácilmente que otros carbones. Esto lleva a que en una tonelada de carbón asturiano haya un 30% de carbón menudo o de mala calidad más que en una tonelada de carbón inglés, por citar un caso cercano y no particularmente bueno ni malo (entre otras cosas porque la minería allí ha sido desmantelada hace más de 20 años siendo su carbón mucho mejor y más 63 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO rentable). Teniendo en cuenta que el menudo tradicionalmente se pagaba una quinta o una cuarta parte más barato que otros tipos de carbón, en el mejor de los casos, el carbón asturiano ha sido históricamente menos rentable en el mercado que casi cualquier otro carbón del planeta. En segundo lugar el carbón asturiano es un carbón “sucio”, impregnado de tierra y minerales, lo cual obliga a lavarlo. Esto encarece los costes por los gastos de añadir un proceso a la producción pero también porque en el lavado se pierde carbón (debido a la reseñada blandura del mismo que lo lleva a deshacerse y diluirse). A todo esto habría que añadir dos problemas más. Para empezar las dificultades para transportar el carbón extraído en León o las cuencas asturianas de forma rápida y barata hasta puertos donde exportarlo. Y por si fuera poco el carbón asturiano, tiene unas proporciones de azufre y fósforo en el mismo superiores al óptimo deseable, lo cual hacía imprescindible para la empresa que adquiriese carbón asturiano la importación de una cierta proporción de carbones de otro lugar y con bajo contenido de azufre cuya mezcla redujese el contenido en azufre y fósforo del total. Es decir en general extraer carbón en España y en particular en las zonas más ricas en el mismo (el Norte) es un mal negocio, porque el carbón de estas zonas es malo para la siderurgia, difícil y caro de extraer y casi imposible de exportar en un precio competitivo. Esto lleva siendo así desde hace más de cien años y ya desde el siglo XIX era más barato comprar carbón en Inglaterra o Rusia y traerlo a España, incluso a los puertos asturianos, que lo que costaba sacarlo de un pozo asturiano y llevarlo a ese mismo puerto a 30 km. Y encima el carbón hispano en comparación era peor de cara a usarlo en una fundición por ejemplo, por su mala composición química. Por tanto para explicar por qué esta actividad ha sido vital y ha llegado a ser la base productiva de una región e incluso a dar trabajo a más de 300.000 personas en su época de esplendor no hay que partir de la lógica empresarial porque nunca la ha habido. Esto solo se explica por dos razones. En un primer momento por los pingües beneficios para el empresariado de diversas subvenciones del Estado español. El Estado de la época de la Restauración subvencionaba vía aranceles la producción de algo que no era rentable porque el empresariado que poseía las minas era el mismo que formaba las élites que controlaban ese mismo Estado o bien se trataba de compañías extranjeras bien relacionadas en España. Era una forma de detraer legalmente recursos de la caja común del Estado a sus bolsillos por parte de influyentes hombres de negocios bien relacionados en las altas esferas. Controlaban los partidos políticos liberales y a través de ello decretaban como política económica la subvención de un sector que no era rentable pero que poseían y controlaban. De hecho para poder competir en el mercado español con los carbones ingleses en 1877 se constituyó la Asociación de Industriales Hulleros de Asturias que reunió a la patronal minera estableciendo un grupo de presión en Madrid para favorecer el carbón asturiano. Se consiguió con ello la subida de la protección arancelaria de 1,25 pesetas a 2,50 pesetas de la época por tonelada, así como la obligación de consumir carbón nacional en la marina de guerra, arsenales y fábricas de armas estatales. Son los inicios de la tradicional intervención del Estado español para hacer artificialmente competitivo en el mercado nacional al mineral patrio. Ni que decir tiene que si este carbón asturiano era a duras penas rentable en el mercado nacional – y solo gracias a fuertes subvenciones o a las dificultades aduaneras que se ponía al carbón del exterior-, en el mercado internacional no tenía salida. Más adelante el franquismo, en su etapa de aislamiento continuó con la producción ante la falta de comercio con el exterior. Finalmente cuando a partir de los años 60 ya no era rentable ni necesario para absolutamente nadie en España la producción de carbón apareció una paradoja. Esos empresarios y el 64 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO propio franquismo habían creado un monstruo: una inmensa masa de mineros medio analfabetos incapaces de adaptarse a cualquier otra actividad productiva y a la vez fuertemente politizados y organizados. Pasaba a ser imposible desmontar el sector por una simple medida de orden social, hacerlo suponía automáticamente un grave problema político. Esta es la única razón por la que existen minas de carbón en España durante los últimos 50 años, pero ya de forma clarísima los últimos 30 en los que no existe prácticamente ni una sola explotación que sea empresarialmente racional sino que todas están insertas en una compleja y poderosa red de intereses a los cuales el Estado y la UE reparten unos 60.000 millones de las antiguas pesetas al año desde hace mucho, para mantener una mano de obra menguante (pero no demasiado) produciendo algo que tiene poco sentido económico. Hay que señalar la curiosa paradoja: el sector productivo que más ha capturado la imaginación, ha creado una mitología del héroe minero, ha dado el sustrato para históricos levantamientos políticos que pusieron en jaque al Estado en 1917, 1934 y 1962 parte de un absoluto absurdo, ni en España ha existido una potente industria siderometalúrgica que necesitase nunca ese carbón (la siderurgia vasca con muy buen criterio prefería comprar carbón inglés), ni jamás fue rentable extraerlo salvo algunos períodos entre 1830 y 1900 o entre 1914 y 1920 (como resultado del desabastecimiento que provocó la Primera Guerra Mundial). ACTIVIDADES-PÁG. 105 3. Explica si el bicarbonato de sodio y el hipoclorito de sodio son compuestos químicos iónicos o covalentes. El bicarbonato de sodio y el hipoclorito de sodio son dos sales poliatómicas, que tienen la fórmulas NaHCO 3 y NaClO. Están formadas por los iones Na+ y HCO3- y Na+ y ClO-. El catión y su anión respectivo forman un conjunto iónico y la agrupación dentro de cada anión es covalente. 4. Escribe las ecuaciones de disociación o ionización del ácido nítrico, del hipoclorito de sodio y del bicarbonato de sodio. HNO3 H+ + NO3NaClO Na+ + ClONaHCO3 Na+ y HCO3- 5. Busca información complementaria e indica qué se entiende por polímero. Los polímeros (del griego poly: «muchos» y mero: «parte») son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita. 65 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO ACTIVIDADES-PÁG. 107 6. Escribe las fórmulas del hidróxido sódico, del tetracloruro de carbono, del cuarzo, del cobre y del sulfato de bario. NaOH, CCl4, SiO2, Cu y BaSO4. 7. ¿Por qué se utiliza agua destilada en vez de agua del grifo para la realización de los ensayos de conductividad en disolución? Para utilizar agua pura y no añadir iones existentes en el agua del grifo que conducen la electricidad y contaminan el resultado. 8. Da una razón que explique por qué no se han realizado pruebas para comprobar las temperaturas de fusión y ebullición de las sustancias puras empleadas en el laboratorio. Porque sus valores están en la mayor parte de los casos fuera del rango de 0 C - 100 C, que es el utilizado corrientemente en el laboratorio. 9. Busca información complementaria en Internet y haz un resumen sobre las fichas de seguridad del tetracloruro de carbono, el ácido sulfúrico y el ácido nítrico. -El tetracloruro de carbono es un compuesto químico sintético, organoclorado, no inflamable, antiguamente utilizado como extintor y en la producción de refrigerantes, pero actualmente abandonado debido a su toxicidad. Es un líquido incoloro de olor ligeramente dulce. Se obtiene haciendo pasar cloro (Cl2) por sulfuro de carbono (S2C), en presencia de pentasulfuro de antimonio, y separando el tetracloruro de carbono del monocloruro de azufre formado (temperatura de ebullición 135,6 °C) por destilación fraccionada. Puede encontrarse en pequeñas cantidades en el aire. El tetracloruro de carbono se usó en la industria como un buen líquido refrigerante, un potente plaguicida y fungicida, un potente producto desengrasante -elimina con suma facilidad ceras, aceites y grasas, tanto las saponificables como las que no lo son-, desinfectante genérico, como solvente en pinturas de aeromodelismo y de uso doméstico, y como agente extintor por la liberación de fosgeno. Cuando se degrada, forma sustancias químicas que pueden ser perjudiciales para la capa de ozono. El tetracloruro de carbono puede entrar al cuerpo por vía endógena o exógena, ya sea por vía inhalatoria o aspirado, por absorción a través de la piel y mucosas, por vía ocular u oral o por heridas abiertas. Se elimina por orina o exhalación. Si uno hubiese ingerido depresores del sistema nervioso central como diazepam o una ingesta abusiva de alcohol, el cuadro clínico se ve más comprometido, pudiendo ocasionar la muerte por fallo hepático grave o paro cardiorespiratorio. Asimismo es un cancerígeno conocido, y puede ser causa de leucemia linfoide, cirrosis y cáncer de hígado y de pulmón. Todos estos daños son irreversibles. Afecta al sistema nervioso siendo depresor del mismo y conllevando leves alucinaciones. También, dependiendo la cantidad ingerida, puede causar mareos, visión borrosa, desmayos, vértigo, vómitos, arcadas, graves alucinaciones con pérdida del conocimiento, bajada en la presión arterial, aumento de la temperatura corporal, fiebres, delirios, agresividad, estados sedativos similares al del coma y dolores de cabeza. 66 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO - El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo y es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Después se llevan a cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral. Reacciona violentamente con agua y compuestos orgánicos con desprendimiento de calor. El ácido sulfúrico fumante, también llamado oleum, es una solución al 10 a 70% de trióxido de azufre en ácido sulfúrico. El oleum es la forma de ácido sulfúrico que a menudo se transporta en ferrocarril. La mayor parte del ácido sulfúrico existente en el aire se forma a partir del dióxido de azufre liberado cuando se quema carbón, petróleo y gas natural. El dióxido de azufre que se libera forma trióxido de azufre lentamente, y éste reacciona con agua en el aire formando ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico se disuelve en el agua presente en el aire y puede permanecer suspendido durante períodos de tiempo variados; es removido del aire en la lluvia. El ácido sulfúrico en la lluvia contribuye a la formación de la lluvia ácida. El ácido sulfúrico en agua se separa dando lugar a iones de hidrógeno y aniones sulfato. Uno puede estar expuesto al ácido sulfúrico si trabaja en la industria de recubrimiento de metales; si fabrica detergentes, jabones, abonos, baterías de plomo-ácido; o si trabaja en talleres de imprenta y publicidad o fotografía. Debido a que el dióxido de azufre forma ácido sulfúrico cuando entra en contacto con las superficies húmedas de las vías respiratorias o la piel, los efectos causados por el dióxido de azufre y el ácido sulfúrico son similares. En la industria, respirar pequeñas gotas de ácido sulfúrico o tocarlo con la piel son las maneras más probables de exposición al ácido sulfúrico. De acuerdo a los estudios de Salud si uno vive cerca de sitios de desechos peligrosos que contienen ácido sulfúrico corre un riesgo de exposición más alto que la población general al respirar aire contaminado. Para esta gente, el riesgo de exposición puede aumentar si pasan tiempo al aire libre, especialmente si hacen ejercicios al aire libre. Uno también puede estar expuesto al ácido sulfúrico cuando toca el material que se forma en el exterior de la batería de su automóvil. También se forma ácido sulfúrico cuando ciertas soluciones para limpiar inodoros se mezclan con agua. Por lo tanto, si estos productos tocan la piel o se tragan accidentalmente, se puede sufrir exposición al ácido sulfúrico. Si uno inhala dióxido de azufre, se forman pequeñas gotas de ácido sulfúrico cuando el dióxido de azufre entre en contacto con agua. Pequeñas gotas de ácido sulfúrico pueden entrar directamente a las vías respiratorias. Dónde se depositarán las gotas en las vías respiratorias depende del tamaño de las gotas y de cuán profunda es la respiración. Las gotas pequeñas se depositarán en áreas más profundas del pulmón. Si uno respira a través de la boca, más gotas se depositarán en los pulmones que si respira solamente a través de la nariz. Los productos de degradación del dióxido de azufre se eliminan en la orina. El ácido sulfúrico produce sus efectos por acción directa sobre los tejidos con los que entra en contacto. El ácido sulfúrico y otros ácidos son muy corrosivos e irritantes y afectan directamente el área de la piel, los ojos, y de las vías respiratorias y el tubo digestivo con la que entran en contacto si ocurre exposición a concentraciones suficientes. Respirar vapores de ácido sulfúrico puede producir erosión de los dientes e irritación de las vías respiratorias. Beber ácido sulfúrico concentrado puede quemar la boca y la garganta y 67 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO puede producir un agujero en el estómago y producir la muerte. Si usted toca ácido sulfúrico, le quemará la piel. Si el ácido sulfúrico hace contacto con sus ojos, producirá lagrimeo y quemaduras en los ojos. El término "quemaduras" se refiere a quemaduras producidas por una sustancia química, no a quemaduras producidas por contacto con un objeto caliente. Hay personas que han quedado ciegas cuando les lanzaron ácido sulfúrico en la cara. Respirar pequeñas gotas de ácido sulfúrico en los niveles que se encuentran en el aire en un día con alta contaminación puede dificultar la respiración. Esto es más probable que ocurra si usted ha estado haciendo ejercicio o si sufre de asma. Esto también es más probable que ocurra en niños que en adultos. Respirar gotas de ácido sulfúrico puede afectar la capacidad del sistema respiratorio para remover otras partículas pequeñas que ha inhalado. Si usted inhala anhídrido sulfúrico, éste se transforma en ácido sulfúrico en la parte alta del sistema respiratorio, y los efectos que puede experimentar serán similares a los causados por respirar ácido sulfúrico. - El ácido nítrico es un líquido viscoso y corrosivo que puede ocasionar graves quemaduras en los seres vivos. Es utilizado comúnmente como un reactivo de laboratorio. Se utiliza para fabricar explosivos como la nitroglicerina y trinitrotolueno (TNT), así como fertilizantes como el nitrato de amonio. Tiene usos adicionales en metalurgia y en refinado, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis química. Cuando se mezcla con el ácido clorhídrico forma el agua regia, un raro reactivo capaz de disolver el oro y el platino. El ácido nítrico también es un componente de la lluvia ácida. Los problemas que ocasiona el ácido nítrico en la salud son similares a los que produce el ácido sulfúrico. EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS DE RECAPITULACIÓN- PÁG. 108 La unión entre átomos 1. Consulta una tabla periódica e indica el número de electrones de la corteza de los átomos del flúor, sodio, argón y oxígeno. El flúor tiene Z = 9, luego posee 9 electrones en su corteza. El sodio tiene Z = 11 y, por tanto, 11 electrones. El argón tiene Z = 18 y 18 electrones. El oxígeno Z = 8 y posee 8 electrones. 2. ¿Qué diferencia hay entre Cl2 y 2 Cl? Cl2 representa una molécula de cloro, formada por la unión de dos átomos de cloro y 2 Cl representa a dos átomos de cloro individuales y sin unir entre sí. 3. ¿Por qué la fórmula química del sulfuro de dihidrógeno es H2S y no HS? Porque la capacidad de combinación del hidrógeno es uno y la del azufre dos. 68 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO 4. ¿Por qué la fórmula química del cloruro de hidrógeno es HCl y no H2Cl? Porque la capacidad de combinación del hidrógeno y del cloro son uno. Enlace químico 5. Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas y razona la respuesta: a) Solo existen cristales de sustancias iónicas. b) Los compuestos covalentes no tienen elevadas temperaturas de fusión. c) Los metales conducen la corriente eléctrica en estado sólido. d) Los sólidos moleculares son sustancias simples. a) Solo existen cristales de sustancias iónicas es falsa, pues también pueden haber cristales de sustancias con enlace covalente: los sólidos covalentes cristalinos, como el diamante o el cuarzo. b) Los compuestos covalentes no tienen elevadas temperaturas de fusión es falsa, pues los cristales covalentes cristalinos tienen elevadas temperaturas de fusión. c) Los metales conducen la corriente eléctrica en estado sólido es verdadera, pues ello es una característica del enlace metálico. d) Los sólidos moleculares son sustancias simples es falsa, pues también pueden ser compuestos químicos, como el cuarzo. 6. Establece relaciones correctas entre las dos filas siguientes: Ganar electrones Compartir electrones Perder electrones Electrones libres Enlace metálico Enlace covalente Enlace iónico - Ganar electrones Compartir electrones con con Enlace iónico Enlace covalente Perder electrones con Enlace iónico Electrones libres con Enlace metálico 7. Atendiendo a la situación en la tabla periódica de los elementos químicos Na, O, Cl y Ca, indica de qué naturaleza, iónica o covalente, son los compuestos químicos siguientes, de fórmula Cl 2O3, Na2O y CaCl2. Cl2O3: covalente. Na2O: iónico. CaCl2: iónico 8. Ordena los siguientes elementos químicos de mayor a menor carácter metálico: S, Li, Au y Si. El menor el S, luego el Si y después el Li y el Au. 69 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO 9. Explica, en términos de electrones, la formación de los siguientes compuestos químicos: CaO, BaI 2 y K2S. CaO es un compuesto iónico donde el calcio transfiere dos electrones al oxígeno para formar los iones Ca2+ y O2-. BaI2 es un compuesto iónico donde el bario transfiere dos electrones que son recibidos uno por cada yodo para formar los iones Ca2+ y los aniones I-+ I-. K2S es un compuesto iónico donde cada potasio transfiere un electrón, de forma que los dos electrones transferidos son recibidos por el azufre para formar los iones K+ + K+ y S2-. 10. A partir de los elementos químicos señalados en la tabla periódica adjunta, indica cómo serán: a) Los enlaces en los compuestos químicos formados entre H y C; Mg y F; y Br y O. b) Las fórmulas químicas de dichos compuestos químicos. 1 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 2 13 14 15 16 17 O F 18 H C Mg Br a) Entre H y C covalentes. Entre Mg y F iónicos. Entre Br y O covalentes b) Los más simples son: CH4, MgF2 y Br2O. Enlace iónico 11. Un elemento químico X tiene cinco electrones de valencia y se combina con otro elemento Y para formar un compuesto iónico de fórmula YX3. a) Escribe los iones de dicho compuesto. b) Representa las ecuaciones de los procesos que tienen lugar en los átomos X e Y hasta formar sus respectivos iones. a) YX3 Y3+ + 3 Xb) Y3+ + 3 e3 X + 3 e - 3 X- 12. ¿Qué compuesto químico de los dos siguientes, NaF y Fe2S3, tiene un mayor carácter iónico? Explica la formación de los iones en cada caso. El NaF por estar los dos elementos químicos muy separados en la Tabla Periódica y tiene lugar: NaF Na+ + F70 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO Y en el Fe2S3 2 Fe3+ + 3 S2- 13. ¿Cómo se forma el compuesto iónico entre el sodio y el azufre sabiendo que está formado por iones Na+ y aniones S2-? El sulfuro de sodio es: Na2S 2 Na+ + S2- 14. Escribe las ecuaciones de disociación de los siguientes compuestos iónicos: a) BaO. b) MgF2. c) Ca3N2. d) Sulfuro de potasio. e) Nitrato de calcio. a) BaO Ba2+ + O2b) MgF2 Mg2+ + 2 Fc) Ca3N2 3 Ca2+ + 2 N3d) Sulfuro de potasio: K2S 2 K+ + S2e) Nitrato de calcio: Ca(NO3)2 Ca2+ + 2 (NO3)- Enlace metálico 15. ¿Qué se entiende por modelo en el campo de la ciencia? En ciencias se denomina modelo científico a una representación abstracta, conceptual, gráfica, visual o física, de fenómenos, sistemas o procesos a fin de analizar, describir, explicar, simular (en general, explorar, controlar y predecir esos fenómenos o procesos). Un modelo permite determinar un resultado final a partir de unos datos de entrada. Se considera que la creación de un modelo es una parte esencial de toda actividad científica. 16. ¿Sirve el modelo de burbujas para explicar todas las propiedades metálicas? No. Es una primera aproximación al estudio de los metales, pero dicho modelo no permite explicar las propiedades conductoras de los metales. 17. ¿Por qué no se puede escribir en el lenguaje químico el acero mediante un símbolo químico o una fórmula química? Porque es una aleación, y, por tanto, una mezcla homogénea del hierro con otro o más elementos químicos. 18. La unión en los metales por medio del enlace metálico es intensa. ¿Cómo se explica el que estos se puedan deformar sin sufrir rotura? 71 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO Por la naturaleza del enlace que hace que los electrones de valencia se puedan mover entre los huecos de la red cristalina del metal y ello hace que no sea una estructura rígida y el metal se pueda deformar sin romperse. Enlace covalente 19. Escribe los diagramas de Lewis de las moléculas de cloruro de hidrógeno, amoníaco, metano y tricloruro de fósforo. .. H:Cl: ·· H .. H:N:H ·· H .. H:C:H ·· H .. :Cl: .. .. .. :Cl:P:Cl: ·· ·· ·· 20. ¿Es cierto que los compuestos químicos covalentes se representan mediante moléculas? Los compuestos covalentes moleculares sí, los reticulares no. 21. Justifica la formación de moléculas diatómicas de flúor y de azufre. Para alcanzar la estructura estable por compartición de electrones entre los átomos del mismo elemento químico. 22. El disulfuro de carbono está formado por dos elementos químicos no metálicos. a) ¿Qué tipo de enlace hay entre ambos? b) ¿Es soluble este compuesto químico en agua? c) ¿Es conductor del calor? a) De tipo covalente. b) Por ser covalente no polar no es soluble en agua. c) No por ser covalente. 23. Indica entre las siguientes sustancias Na2S, S2 y H2S, la gradación del carácter iónico de menor a mayor. De menor a mayor es: S2 ,H2S y Na2S (compuesto iónico). 24. ¿Por qué el tetracloruro de carbono es un compuesto covalente no polar si tiene cuatro enlaces covalentes C-Cl con una naturaleza polar? 72 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO Por su forma tetraédrica que hace que se compense la naturaleza polar de unos enlaces con otros. Masa fórmula o molecular y composición centesimal 25. Consulta la tabla periódica y determina la masa molecular o masa fórmula, según corresponda, del: a) Ácido nítrico. b) Ácido sulfúrico. c) Hipoclorito de sodio. d) Bicarbonato de potasio. Utilizando los valores de masas atómicas proporcionadas por la tabla periódica, resulta: a) HNO3: M = 1 · 1 u + 1 · 14 u + 3 · 16 u = 63 u b) H2SO4: M = 2 · 1 u + 1 · 32 u + 4 · 16 u = 98 u c) NaClO: M = 1 · 23 u + 1 · 35,5 u + 1 · 16 u = 74,5 u d) NaHCO3: M = 1 · 23 u + 1 · 1u + 1 · 12 u + 3 · 16 u = 84 u 26. Determina la composición centesimal del: a) Ácido nítrico. b) Ácido sulfúrico. c) Hipoclorito de sodio. d) Bicarbonato de potasio. a) % de H 1u · 100 1,59 % 63 u % de N 14 u · 100 22,22 % 63 u % de O 3 · 16 u · 100 76,19 % 63 u b) % de H 2u · 100 2,04 % 98 u % de S 32 u · 100 32,65 % 98 u % de O 4 · 16 u · 100 65,31 % 98 u c) % de Na 23 u · 100 30,87 % 74,5 u % de Cl 35,5 u · 100 47,65 % 74,5 u % de O 16 u · 100 21,48 % 74,5 u 73 Física y Química 3º ESO d) % de Na SOLUCIONARIO 23 u · 100 27,38 % 84 u % de H 1u · 100 1,19 % 84 u % de C 12 u · 100 14,29 % 84 u % de O 3 · 16 u · 100 57,14 % 84 u 27. Si la composición centesimal del cloro en el HCl es 97,27 %, halla las masas atómicas del cloro y del hidrógeno sin consultar la tabla periódica. Del Cl es 97,27 % y del H es 100 – 97,27 = 2,73 % La masa atómica del hidrógeno se sabe que es 1 u, luego: % de H 1 · 100 2,73 % y = 36,63 u y Como: % de Cl x x · 100 97,27 % · 100 97,27 % x = 35,63 u y 36,63 u Determinación del tipo de enlace químico 28. Una sustancia pura presenta las siguientes propiedades: a) Aspecto formado por cristales incoloros. b) Temperatura de fusión: 808 °C. c) Temperatura de ebullición: 1465 °C. d) Soluble en agua. e) Conduce la corriente eléctrica en disolución. ¿Qué tipo de enlace es previsible que exista en esta sustancia? Dichas propiedades informan que se trata de una sustancia iónica. 29. El H2S es un gas a temperatura ambiente, mientras que en las mismas condiciones el Na 2S es un sólido. a) Justifícalo. b) Indica lo que representan dichas fórmulas químicas. a) Porque el H2S es una sustancia covalente y el Na2S es un compuesto iónico. b) El H2S es una molécula cuyos enlaces son H-S-H, mientras que el Na2S está formado por los iones 2 Na+ + S2-. 30. Según su posición en la tabla periódica, predice qué tipo de compuesto químico se formará entre los siguientes elementos químicos y escribe su fórmula química: a) Bromo con potasio. b) Azufre con calcio. c) Silicio con oxígeno. 74 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO a) Bromo con potasio: KBr y es un compuesto Iónico. b) Azufre con calcio: CaS y es un compuesto iónico. c) Silicio con oxígeno: SiO2 y es un compuesto covalente. 31. El elemento químico X tiene seis electrones de valencia y el elemento químico Y solo tiene un electrón de valencia. Justifica la fórmula del compuesto químico formado entre X e Y suponiendo que es: a) Un compuesto químico covalente. b) Un compuesto químico iónico. a) Y2X formado por los enlaces: Y-X-Y b) Y2X formado por los iones 2 Y+ + X2ACTIVIDADES DESAFÍO PISA -PÁG. 111 Actividad 1 Indica cual puede ser el propósito del texto: A: Concienciar sobre el respeto a la investigación realizada en España. B: Argumentar sobre las propiedades del grafeno. C: Dar a conocer la investigación de base que se realiza en España. D: Difundir también el trabajo realizado por los galardonados con el premio Nobel de Física en 2010. La respuesta es: A, C y D. Actividad 2 Busca información complementaria y explica lo que se entiende por el plan I+D+i. La ciencia y la tecnología en España se entienden como el conjunto de políticas, planes y programas llevados a cabo por los organismos del gobierno orientadas a la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i), así como las infraestructuras e instalaciones científicas y tecnológicas españolas. Se encuentra regulada por la Ley 14/2011, de 1 de junio, de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación, de forma que el Plan Nacional de I+D+I mantiene, como objetivos últimos, tres principios generales, entendidos como grandes directrices que orientan la política científica y tecnológica española: - Estar al servicio del ciudadano y de la mejora del bienestar social. - Contribuir a la generación de conocimiento. - Contribuir a la mejora de la competitividad empresarial. El Plan Nacional formula los siguientes objetivos estratégicos: a) Relacionados con el Sistema español de ciencia-tecnología-empresa: - Incrementar el nivel de la ciencia y la tecnología españolas, tanto en tamaño como en calidad. - Aumentar el número y la calidad de los recursos humanos, tanto en el sector público como en el privado. 75 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO - Fortalecer la dimensión internacional de la ciencia y la tecnología españolas, con especial referencia al Espacio Europeo de Investigación e Innovación. - Potenciar el papel del sistema público en la generación de conocimiento de carácter fundamental. - Mejorar la percepción y comunicación de los avances de la ciencia y la tecnología en la sociedad española. b) Relacionados con la coordinación del sistema español de ciencia-tecnología-empresa: - Reforzar la cooperación entre la Administración Central del Estado y las CCAA y, en particular, mejorar la coordinación entre el Plan Nacional I+D+I y los planes de I+D+I de las CCAA. - Mejorar la coordinación entre los órganos de gestión del Plan Nacional I+D+I, así como perfeccionar los procedimientos de evaluación y gestión del Plan Nacional I+D+I. - Impulsar la cooperación y coordinación entre las instituciones del sector público de I+D. c) Relacionados con la competitividad empresarial: - Elevar la capacidad tecnológica e innovadora de las empresas. - Promover la creación de tejido empresarial innovador. - Contribuir a la creación de un entorno favorable a la inversión en I+D+I. - Mejorar la interacción, colaboración y asociación entre el sector público de I+D y el sector empresarial. Actividad 3 Busca información complementaria, incluyendo Internet, y explica por escrito qué es el grafeno con tus conocimientos de física y química y de tecnología de los materiales. El grafeno es una estructura bidimensional laminar plana, de un átomo de grosor, formada por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panel de abeja mediante enlaces covalentes entre átomos de carbono. El nombre de grafeno proviene de grafito + eno. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Por tanto, el grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, formada por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja. La estructura básica del grafeno con enlaces carbono-carbono se repite en un número importante de estructuras, incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono y los fulerenos. El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; si hay celdas pentagonales o heptagonales se considera que son defectos. Ante la presencia de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la presencia de 12 pentágonos crearía un fulereno. De la misma forma, la inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son cilindros de grafeno. A modo de resumen, el término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales. En este sentido, el grafeno ha sido definido como un conjunto de anillos de seis átomos de carbono. La molécula más grande de este tipo se constituye de 222 átomos. El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un nuevo material. La realidad, sin embargo, es que el grafeno ha sido conocido y descrito desde hace al 76 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO menos medio siglo. El enlace químico y su estructura se describieron durante la década de 1930. La palabra grafeno fue oficialmente adoptada en 1994, después de haber sido usada de forma indistinta como monocapa de grafito, en el campo de la ciencia de superficies, aunque hasta 2004 no se pudo aislar el grafeno. Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los nanotubos de carbono, están relacionadas con el grafeno. Tradicionalmente, los nanotubos de carbono se han descrito como hojas de grafeno enrolladas sobre sí mismas, y de hecho las propiedades de los nanotubos de carbono se describen y entienden fácilmente en términos de las del grafeno. Actividad 4 ¿Por qué existe un gran interés actual en la comunidad científica en desarrollar la investigación sobre el grafeno? El gran interés del grafeno reside en sus potenciales aplicaciones que lo hacen que pueda ser un material revolucionario, ya que: El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados y sustituir al silicio en los mismos. La industria de semiconductores –uno de los campos donde el grafeno como material parece ser más prometedor–, pues permitirá construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno. Los expertos consideran que los dispositivos de grafeno van a ser sustancialmente más rápidos que los de silicio, que se emplean en la actualidad en la mayoría de aparatos electrónicos, con lo que se podrán fabricar dispositivos y ordenadores mucho más flexibles y eficientes. Se cree que los transistores de grafeno serán mucho más rápidos que los actuales transistores de silicio, lo que originará ordenadores más eficientes y menos costosos, ya que el carbono es un material fácil de conseguir. Su contaminación también será menor que la de los productos basados en el silicio. Pero, además, como el grafeno es transparente y un buen conductor, es ideal para producir pantallas táctiles flexibles, paneles de luz plegables o, incluso, paneles solares. Al combinarlo con los plásticos, el grafeno puede transformarlos en conductores de electricidad mientras que los hacen más resistentes al calor y mecánicamente más robustos. Esta capacidad puede utilizarse en nuevos materiales súper fuertes, pero que al mismo tiempo sean delgados, elásticos y livianos. En el futuro, los satélites, aeroplanos, y automóviles podrían ser fabricados con este tipo de materiales que incluyan al grafeno. Actividad 5 En relación con la adjudicación del premio Nobel de Física de 2010, elabora en grupos de tres alumnos, un Power Point sobre el grafeno. Dicho Power Point debe contener una primera diapositiva con el título del trabajo desarrollado y debe incluir el nombre de los integrantes del trabajo realizado. La presentación deberá contener como máximo seis diapositivas e incluirán a los galardonados con el premio Nobel de Física de 2010, una breve biografía y el trabajo realizado por los mismos, las características del grafeno y una breve reseña sobre los premios Nobel de Física. El Power Point debe ser explicado oralmente por los componentes del trabajo, y en su valoración se 77 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO tendrá en cuenta tanto aspectos formales como la utilización de fotografías, títulos y subtítulos adecuados y el uso de animaciones en las transiciones entre las diapositivas y en relación con el texto utilizado hay que tener en cuenta que el mismo debe ser comprensible a la luz de los conocimientos teóricos del nivel del curso de la clase. Un posible power point puede ser el siguiente: 78 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO MI PROYECTO -PÁG. 112 PASO 7: La química contribuye al desarrollo Analiza las cinco fotografías siguientes y con base en ello: a) Explica lo que se muestra en cada una de las fotografías. b) Justifica cuál es el papel de la química en el descubrimiento de nuevos materiales. c) A partir de dichas fotografías, elabora una pequeña redacción de diez líneas y explica como la química contribuye al desarrollo de la sociedad. d) El amoníaco es una sustancia de gran interés en la química. Busca información en Internet sobre sus propiedades, utilidades y ficha de seguridad. a) - Material de construcción, hay ladrillos, piedra, madera y plástico. - Esqueleto de una carrocería metálica de un automóvil. - Un teléfono móvil. - Recipientes de plástico de productos de limpieza. - Recipiente de plástico que contiene amoníaco líquido. b) La época actual está caracterizada por el descubrimiento de nuevos materiales que nos está ofreciendo posibilidades tecnológicas solo antes soñadas en la ciencia ficción y es la química la que ocupa un papel protagonista en esta acción. La física, la química y la informática han hecho posible este avance, y uno de los elementos que ha hecho posible esta nueva generación de materiales es el carbono. Los nuevos materiales son productos de nuevas tecnologías fruto del desarrollo de la química y la física aplicada, de la ingeniería y de la ciencia de los materiales. Se han diseñado para responder a nuevas necesidades o a alguna aplicación tecnológica. El rápido progreso de la electrónica durante la segunda mitad del siglo XX se explica por el refuerzo mutuo entre la investigación de materiales y su aplicación industrial práctica en áreas tan distintas como la ingeniería, la medicina, la construcción, las telecomunicaciones o la informática. 79 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO Los avances de la física y la aparición de la electrónica combinada con los progresos de la ciencia de los materiales han dado lugar a circuitos eléctricos y electrónicos muy reducidos capaces de controlar señales eléctricas de muy baja intensidad, gracias a nuevos materiales eléctricos como: - Semiconductores: Materiales como el silicio, galio o selenio, arseniuro de galio, etc., cuya resistencia al paso de la corriente depende de factores como la temperatura, la tensión mecánica o el grado de iluminación que se aplica. Con ellos se fabrican microchips para ordenadores y circuitos de puertas lógicas. - Superconductores: Materiales como el mercurio por debajo de 4 K de temperatura, nanotubos de carbono, aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, etc., que al no oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica, permiten el transporte de energía sin pérdidas. - Piezoeléctricos: Materiales como el cuarzo, la turmalina, cerámicas y materiales plásticos especiales, dotados de estructuras micro cristalinas, que poseen la capacidad de transformar la energía mecánica en eléctrica y viceversa. Se utilizan como sensores y actuadores en dispositivos electrónicos como relojes, encendedores, micrófonos, radares, etc. Pero la química tiene su mayor protagonismo en descubrimientos como: - Todos los materiales plásticos derivados de los polímeros. - Siliconas: Polímeros en los que las cadenas están formadas por silicio en lugar de carbono. Son materiales muy flexibles, ligeros y moldeables. Son aislantes del calor y de la electricidad y no les afectan ni el agua, ni las grandes variaciones de temperatura. No sufren rechazo en tejidos vivos. Se usan para fabricación de revestimientos exteriores, tapar y sellar grietas, fabricación de prótesis e implantes, material quirúrgico, cirugía estética, etc. - El coltán: formado por dos minerales, la columbita y la tantalita, de los que se extraen el tántalo y el niobio, metales necesarios para la fabricación de microprocesadores, baterías de móviles, componentes electrónicos, aleaciones de acero para oleoductos, centrales nucleares, etc. El 80% de las reservas conocidas se encuentra en la República Democrática del Congo. Por ello hay en esta región una amplia zona de conflicto y de guerras por el control de las minas de diamantes, oro, uranio y coltán. - La fibra óptica: son fibras constituidas por un núcleo central de vidrio muy transparente, dopado con pequeñas cantidades de óxidos de germanio o de fósforo, rodeado por una fina capa de vidrio con propiedades ópticas ligeramente diferentes. Atrapan la luz que entra en ellas y la transmiten casi íntegramente. - Materiales inteligentes, activos o multifuncionales: materiales como los recubrimientos termocrómicos, capaces de responder de modo reversible y controlable a diferentes estímulos físicos o químicos externos, cambian de color según la temperatura, en caso de incendio, movimientos, esfuerzos, etc. Se utilizan como sensores, actuadores, etc. en domótica y sistemas inteligentes de seguridad. - Materiales con memoria de forma: materiales como las aleaciones metálicas de níquel y titanio, variedades de poliuretano y poliestireno capaces de «recordar» la disposición de su estructura espacial y volver a ella después de una deformación. Se utilizan en sistemas de unión y separación de alambres dentales para ortodoncia, películas protectoras adaptables y válvulas de control de temperatura. - Materiales híbridos: materiales formados por una fibra y una matriz, como fibras de vidrio y de carbono con una matriz de poliéster o matriz metálica o de cerámica. Son materiales ligeros y de gran resistencia mecánica y altas temperaturas, utilizados en la industria aeronáutica y de embarcaciones, en motores y 80 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO reactores de aviación. c) La Química es una ciencia diferente de las demás disciplinas científicas. Así, mientras que las Matemáticas o la Física adoptan una perspectiva que les permite ver el mundo desde un punto de vista externo, creando teorías abstractas que abarcan Universos enteros, la Química extrae su conocimiento de la manipulación de las sustancias para crear otras nuevas, con fines más concretos. Todas nuestras actividades cotidianas se ven influenciadas en mayor o menor media por ella. Sin embargo, si se pregunta a cualquiera por el impacto que tiene la Química en sus vidas, la respuesta usual será poco o nada, y, en todo caso de forma negativa (contaminación, adulteración de alimentos, cambio climático, etc.). Sin embargo, la salud, el aumento de la esperanza de vida, la responsabilidad de alimentar a un planeta con recursos limitados, la defensa, etc., son aspectos en los que la Química ejerce una influencia única, determinando la forma en la que vivimos ahora y en la que viviremos en el futuro. La Química ha llegado a nuestros hogares para mejorar nuestra calidad de vida, ayudar a nuestra economía e incluso colaborar con el medio ambiente. En cualquier ámbito del día a día, los productos químicos y sobre todo los plásticos, son ya indispensables en la mejora de la sostenibilidad, ayudando en aspectos tan diversos como la energía, el transporte o los materiales usados en cirugía. Los aislamientos, las cubiertas, las fachadas exteriores y los tabiques están hechos con componentes plásticos que nos ayudan a ahorrar energía conservando el calor y aislando de los ruidos exteriores. d) El amoníaco es un gas incoloro con un olor desagradable. Es más ligero que el aire, su densidad es 0,589 veces que la del aire de la atmósfera. Es fácilmente condensado y el líquido ebulle a – 33,3 °C y se congela a – 77,7 °C en cristales blancos. El amoníaco es miscible con agua. La solución acuosa de amoníaco es una base. Cuando se mezcla oxígeno, se quema con una llama de color verde amarillento pálido. En una alta temperatura y en la presencia de un catalizador, el amoníaco se descompone en sus elementos constituyentes. Aproximadamente el 83 % del amoníaco se utiliza como fertilizantes de suelos de nitrógeno para incrementar el rendimiento de los cultivos como el maíz y el trigo. El amoníaco es directa o indirectamente el precursor de la mayor parte de los compuestos químicos que contienen nitrógeno. Virtualmente, todos los compuestos sintéticos de nitrógeno son derivados del amoníaco. Uno de los derivados más importantes el ácido nítrico. El material clave se genera gracias al proceso de Ostwald por oxidación de amoníaco con aire sobre un catalizador de platino, con una temperatura entre 700 °C y 800 °C y 9 atm. El amoníaco casero es una solución de NH3 en agua (hidróxido de amoníaco) usado con el propósito de limpiar superficies. Uno de sus usos más comunes es limpiar cristal, porcelana y acero inoxidable. También se usa frecuentemente para limpiar hornos y absorbiendo elementos para ablandar en la suciedad. El amoníaco casero tiene una concentración de 5 a 10% de amoníaco. El amoníaco se usa para eliminar contaminación microbiana para matar a las E. coli. Gracias a las propiedades vaporización del amoníaco, es útil como un refrigerante. Era usado comúnmente por la popularización del clorofluorocarbono. El amoníaco es usado incansablemente en la industria de la refrigeración y para los pistas de hockey por su alta eficiencia de conversión de energía y bajo costo. No obstante, tiene la desventaja de ser tóxico, lo que le restringe su uso doméstico y a pequeña escala. Junto con su uso moderno de refrigeración por compresión de vapor, se utilizó junto con hidrógeno y agua en refrigeración de absorción. 81 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO Como combustible en motores de cohetes espaciales y en la fabricación de explosivos. El amoníaco, como vapor liberado por sales aromáticas, tiene un uso importante como estimulante respiratorio. El amoníaco es comúnmente usado en la manufactura ilegal de metanfetaminas. El amoníaco líquido es usado para el tratamiento de materiales de algodón, dándole propiedades como mercerización, usando metales álcalis, se usa para prelavar lana. Precauciones de seguridad La toxicidad de las soluciones de amoníaco no suelen causar problemas a los humanos o a otros mamíferos, por un mecanismo específico que existe para prevenir su almacenamiento en la sangre. El amoníaco se convierte en fosfato de carbonilo por la enzima carbonil fosfato sintetasa, y luego entra al Ciclo de la Urea para ser incorporado a los aminoácidos o excretado en la orina. De cualquier modo, los peces y anfibios no tienen este mecanismo, pues normalmente eliminar el amoníaco de sus cuerpos con excreción directa. El amoníaco incluso en concentraciones diluidas es altamente tóxico para animales acuáticos, y por esa razón es clasificado "peligroso para el ambiente". Se cree que la toxicidad del amoníaco es una causa de la aun inexplorada pérdida de peces en criaderos. El exceso de amoníaco puede ser acumulado y causar alteraciones metabólicas o incrementar el pH en el cuerpo del organismo expuesto. La tolerancia varía entre las diferentes especies de peces. En concentraciones menores, alrededor de 0,05 mg/L, el amoníaco no-ionizado es dañino para los peces y puede provocar un descenso en el crecimiento de peces y en su dieta, reduce la fertilidad y fecundidad e incrementa el estrés y susceptibilidad a infecciones por bacterias y enfermedades. La exposición a un exceso de amoníaco, los peces pueden sufrir pérdidas en el equilibrio, hiper-excitabilidad, incrementar actividad respiratoria, absorción de oxígeno y aumentar el ritmo cardiaco. En concentraciones excediendo 2,00 mg/L, el amoníaco provoca branquia y daños en los tejidos, letargo extremo, convulsiones, coma y la muerte. Las soluciones de amoníaco (5 - 10%) se usan en limpiadores caseros, particularmente para cristal. Estas soluciones son irritantes para los ojos y la membrana mucosa, y en una menor proporción para la piel. Se debe tener precaución en nunca mezclar estas soluciones con cualquier líquido que contenga blanqueadores, pues puede provocar un gas peligroso. Mezclarlo con productos que contengan clorina u oxidantes poderosos, como blanqueadores caseros, pueden llevar a producir gases peligrosos como la cloramina. El vapor de amoníaco de soluciones concentradas de amoníaco son severamente irritantes a los ojos y el tracto respiratorio, y estas soluciones solo pueden ser manejadas en una campana de humo. Soluciones saturadas pueden desarrollar una presión significativa en una botella cerrada en un clima cálido, y la botella deberá ser abierta con cuidado; esto no es normalmente un problema para soluciones al 25%. Las soluciones de amoníaco no deben mezclarse con halógenos, pues productos tóxicos y/o explosivos se forman. El contacto prolongado de soluciones de amoníaco con sales de plata, mercurio o yodo pueden también resultar en productos explosivos: dichas mezclas son formadas normalmente en análisis cualitativos inorgánicos, y deben ser ligeramente acidificadas pero no concentradas antes de que el análisis sea completado. El amoníaco es clasificado como tóxico y peligroso para el medio ambiente. El gas es inflamable (Temperatura de autoignición: 651 °C) y puede formar mezclas explosivas con el aire (16-25%). La exposición repetida a niveles más bajos de amoníaco, disminuye la sensibilidad al olor del gas: 82 Física y Química 3º ESO SOLUCIONARIO normalmente el hedor es detestables en concentraciones menores a 50 ppm, pero individuos insensibilizados no podrías detectarlo inclusive a concentraciones de 100 ppm. En concentraciones elevadas, el amoníaco irrita la garganta, inflama los pulmones, daña las vías respiratorias y los ojos. Según aumenta la concentración puede llegar a producir edema pulmonar o la muerte cuando supera las 5000 ppm. Si la persona inhaló el tóxico, trasládela inmediatamente a un sitio donde pueda tomar aire fresco, e inmediatamente después acudir rápidamente al médico. En contacto con la piel, el amoníaco puede producir irritación de la piel, sobre todo si la piel se encuentra húmeda. Además, puede llegar a quemar y ampollar la piel al cabo de unos pocos segundos de exposición con concentraciones atmosféricas superiores a 300 ppm. Si el químico está en la piel o en los ojos, enjuague con agua abundante al menos por 15 minutos. El amoníaco es gaseoso en condiciones atmosféricas normales siendo poco probable su ingestión. Sin embargo, en caso de producirse, puede destruir la mucosa gástrica, provocando severas patologías e incluso la muerte. Si la persona ingirió el amoníaco, suminístrele agua o leche inmediatamente, a menos que el médico haya dado otras instrucciones. No suministre leche ni agua si el paciente presenta síntomas que dificulten la deglución (problemas al tragar), tales como vómitos, convulsiones o disminución de la lucidez mental. PASO 8: Hay vida porque somos química Busca información complementaria en la Red y explica: a) La esperanza de vida durante el Imperio romano era tan solo de veinticinco años, frente a los más de ochenta años actuales en las sociedades avanzadas. ¿Guarda este hecho alguna relación con el desarrollo de la química? b) Explica el significado de la frase «tienes vida porque eres química». c) ¿Por qué a veces se usa un sentido peyorativo negativo para referirse a que algo tiene química? a) Es sobre todo por los avances de la industria farmacéutica aplicada a la medicina, en donde juega un papel predominante la Química. Envejecer saludablemente es la aspiración de cualquier individuo. Son muchas las enfermedades que pueden deteriorar la calidad de vida durante la vejez, pero hay que decir que la esperanza de vida mundial ha pasado de los 40 a los 60 años en apenas un siglo. En este contexto, los países desarrollados, incluido España, han llegado a alcanzar (e incluso superar) los 80 años, por los cuidados de alimentación, médicos y farmacéuticos que tenemos las personas, especialmente en los países desarrollados. b) La base de la vida es las reacciones químicas que tienen lugar en nuestro organismo, sin las cuales no habría vida, e incluso la muerte se puede asociar al desarrollo de procesos químicos. c) Para destacar sus propiedades negativas, especialmente las derivadas de procesos de contaminación o por la existencia de aditivos, que aunque sirven, por ejemplo, para mejorar la conservación de alimentos, también influyen en cambiar propiedades organolépticas de alimentos naturales, etc.. 83
