elementos y compuestos UNA INVESTIGACION ELEMENTAL
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Instituto Inmaculada Concepción Valdivia Departamento de Ciencia y Educación Tecnológica Química: Anabella Hurtado Barra GUIA DE APRENDIZAJE La verdadera serenidad refleja la paz del alma y es fruto del cumplimiento exacto NOMBRE: ________________________________________________________________________ FECHA APLICACIÓN: CAPACIDAD: DESTREZAS: VALOR: ACTITUD: CONTENIDO: III MEDIO PLAN DIFERENCIADO RAZONAMIENTO LOGICO Y ANALIZAR Identificar, Analizar, Aplicar y Determinar Respeto y Fe Escuchar y perseverancia Un trabajo experimental sin riesgos: Elementos y compuestos. IDENTIFICAR acerca de una “investigación científica” leyendo y marcando con destacador hechos relevantes, enfatizando la perseverancia. Una manzana, un recipiente con agua y un vaso no parecen a simple vista semejantes, pero con todo y todo son parecidos en ciertos aspectos, y su similitud es importante. Al introducir la manzana en el recipiente, asciende el nivel del agua, porque parte de ésta cede su sitio a la manzana, puesto que la manzana y el agua ocupan un lugar en el espacio y ambas a la vez no pueden ocupar el mismo especio. Al introducir el vaso por su boca, en el agua, ¿se llenará con el agua el recipiente?. Vemos que tal cosa no ocurre, porque en el vaso vacío hay aire que también ocupa espacio. No onstante la diferencia, verá de que todos ocupan espacio. Sin darnos cuenta, hemos comenzado a investigar la materia “El arte de investigar” Se aprende a investigar, indagando: como se aprende a pintar, o hacer algo haciéndolo. Pero el aprendizaje, en ciertos aspectos del arte de la investigación de cosas sencillas, y después por otras más difíciles, a fin de que se capacite para investigar por su cuenta. 1.- Una investigación elemental por objeto darle la oportunidad para que observe, mida, analice, planee, diseñe y controle experimentos, y para que busque referencias, es decir, despertarle el deseo de aprender y usar los procesos científicos. Estas investigaciones para principiantes se ilustran con fotografía o dibujos, según lo requiera el curso, para ver cómo se lleva a cabo la investigación. tiene 2.- Una investigación personal Habiendo visto mediante la investigación elemental cómo para hacer una investigación, pasará a efectuar “Una investigación personal.” Para ello se plantea una pregunta, y se dan indicaciones unas indicaciones (o ninguna). 3.- Extensión de los conceptos se trata de investigaciones más completas. Algunas se pueden realizar en una hora, otras llevan semanas o meses para terminarse. Aquí debe trabajar nuevamente por su cuenta, y la posibilidad de realizar correctamente la investigación depende bastante de la manera de entender los métodos de investigación. TEMA 1 NUESTRO AMBIENTE ESTA CONSTITUIDO POR MATERIA Una manzana es materia. El agua es materia. El agua es materia. El aire es materia. También lo es cualquier cosa que ocupe espacio y tengo masa. Todos están constiuido por materia, del mismo modo que el medio que nos rodea. A pesar de ser así, la manzana, el aire y el agua son distintos. ANALIZAR estos objetos, comenzando por la manzana utilizando los tipos de investigaciones planteados. Cuando come manzanas, ¿en realidad que ha ingerido? Parece que una manzana contiene, por lo menos, tres sustancia; hidrógeno, oxígeno (en el agua) y carbono. Valiéndose de los instrumentos apropiados, un químico puede analizar una de estas frutas y descomponerlas en las sustancias que la constituyen. No tiene más que que calentar una porción de manzana hasta que arda el carbono y escape, dejando sólo una ceniza de color gris. En la ceniza encontramos que hay otras substancias. Usando métodos especiales de análisis químico pone en evidencia todas estas substancias en la manzana. HIDROGENO, CLORO, FÓSFORO, CARBONO, AZUFRE, SODIO, NITROGENO, CALCIO, SILICIO, POTASIO, MAGNESIO, OXIGENO. Entonces una manera de describir lo que hay en una manzana es listar las SUSTANCIAS O ELEMENTOS que contiene. ¿Qué es un elemento? Una sustancia constituida por una sola clase de átomos. Así, el hidrógeno es un elemento que consta únicamente de átomos de hidrógeno. A su vez, el oxígeno consta sólo de átomos de oxígeno. Los átomos de una sustancia constituyen su masa. Así un objeto, como la manzana, tiene dos características: ocupar un espacio y tener masa. Cualquier objeto que ocupa espacio y tiene masa está constituido por materia. La materia de una manzana está constituida por átomos que no están como elementos. En las manzana cómo en muchas cosas de nuetro ambiente, los elementos se combinan para formar compuestos. Algunos de los átomos de los elementos de hidrógeno y oxígeno de una manzana se han combinado para formar el compuesto llamado agua. Otros átomos de estos mismos elementos combinados con el carbono forman el compuesto conocido como azúcar. ALGUNAS DE LAS SUSTANCIAS PRESENTES EN UNA MANZANA COMPUESTOS ELEMENTOS PRESENTES EN LOS COMPUESTOS Agua hidrógeno y oxígeno Azúcar carbono, hidrógeno, oxígeno Sal sodio, cloro Vitamina C carbono, hidrógeno, oxígeno Pectina carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno Según eso, otra manera de describir la composición de una manzana es listar sus compuestos. Así como también sus elementos. ALGUNAS DE LAS SUSTANCIAS PRESENTES EN LA SANGRE HUMANA EN: COMPUESTOS ELEMENTOS PRESENTES EN LOS COMPUESTOS Agua hidrógeno y oxígeno Azúcar carbono, hidrógeno, oxígeno Sal sodio, cloro Globulina carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno Azufre. Hemoglobina carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno Azufre y hierro. ELEMENTOS PRESENTES EN: UN JOVEN 1. Oxígeno 65% 2. Carbono 18% 3. Hidrógeno 10% 4. Nitrógeno 3% 5. Calcio 2% 6. Fósforo 1% 7. Potasio, silicio, cloro, sodio, 1% flúor, cobre, yodo, PLANTA DE MAIZ 1. Oxígeno 75% 2. Carbono 13% 3. Hidrógeno 10% 4. Nitrógeno 0,5% 5. Calcio 0,1% 6. Fósforo 0,1% 7. Potasio 1,3% TIERRA 1. Oxígeno 2. Carbono 3. Hidrógeno 4. Nitrógeno 5. Calcio 6. Fósforo 7. Silicio 8. Potasio 49% 0,09% 0,88% 0,03% 3,4% 0,1% 25% 21,5% ESTRATEGIA A DESARROLLAR: 1) ANALIZAR tipos o ejemplos de materia, señalando en un texto en su cuaderno: características de la materia, nombre de algo que no sea materia, elementos y magnesio, hierrocomunes 1% de una manzana y cuerpo humano, compuestos comunes compuestos manganeso, contenidoscinc tanto en la sangre como en una manzana, elementos que hay en estos compuestos. 2) APLICAR conceptos relevantes tratados a la solucion de problemas, contestando las siguientes interrogantes, enfatizando la perseverancia. a) Se tuvieras que analizar carne de res. ¿qué clase de elementos y compuestos encontrarías? b) Cuando el hombre fue a la Luna, tuvo que llevar consigo su medio ambiente. ¿Qué elementos y compuestos deben estar presentes en ese medio? Una investigación elemental: sobre las sustancias que hay en una manzana. Caliente un pedazo de manzana en un tubo de ensayo a la llama suave de un mechero bunsen. Mantenga la boca del tubo alejada del investigador y de cualquier otra persona. ANOTE: ¿qué va ocurriendo al ir calentando la manzana? En el interior del tubo aparecen gotas de agua; continúe calentando. ¿qué sucede?. Una investigación personal: ¿Qué hay, además, en los alimentos? Caliente espinaca picada en un crisol de porcelana (cerca de una ventana abierta) hasta que el carbono formado se queme totalmente y sólo quede una ceniza blanca o gris. Realice algunas pruebas químicas para identificar algunas de las sustancias que están presentes en la cenizas. Qué sucedera si calienta pan en un tubo de ensayo. Compruebe su diagnóstico. Acerca de un cangrejo o de un caracol El residuo sólido que dejó la operación con agua de mar, como podemos verificar en la investigación, da un color amarillo a la llama. Los químicos saben que esto indica la presencia de un compuesto del elemento sodio. Por otra parte, acaba de observar la formación de un material sólido que enturbia la solución, originalmente clara, de los sólidos de agua de mar cuando se les agrega una solución de nitrato de plata. El que se forma, cuando reaccionan dos soluciones claras, se llama precipitado. También ha visto que al dejarlo en reposo, el precipitado se asienta en el fondo del tubo de ensayo. La formación de un precipitado con solucion de nitrato de plata demuestra que el agua contenía cloruro (sal formada por el elemento cloro). Todos los cloruros reaccionan así con una solución de nitrato de plata. Uno de los más comunes es el cloruro de sodio: sal de mesa. Partiendo de la prueba de la llama y de la prueba del nitrato de plata, tenemos la evidencia de que el agua contenía el compuesto llamado cloruro de sodio. El análisis químico completo del agua de los océanos, lagos, arroyos, utiliza procedimientos del mismo tipo que los empleados en nuetsra investigación. Los sólidos disueltos encontrados al analizar el agua de mar contenían estas sustancias. DETERMINAR la fórmula quimica de compuestos químicos completando el cuadro adjunto, enfatizando la perseverancia. IDENTIFICAR los elementos químicos que forman las fórmulas quimicas determinadas, completando el cuadro adjunto. COMPUESTOS FORMULA QUIMICA ELEMENTOS EN COMPUESTOS Cloruro de sodio Cloruro de magnesio Sulfato de calcio Sulfato de potasio Cloruro de potasio Bromuro de magnesio Bicarbonato de calcio Sulfato de magnesio Yoduro de sodio Dejemos en reposo media hora, otra muestra de agua de mar, en un lugar caliente. Transcurrido este tiempo, vemos que se acumulan burbujas en el interior del recipiente. Corresponden a los gases que estaban disueltos en el agua: oxígeno, nitrógeno, bióxido de carbono, argón, helio y neón. Vemos que hay el doble de nitrogeno que de oxígeno, y las proporciones relativas de cada uno son diferentes de la atmósfera. El porcentaje de sales disueltas en el agua es casi el mismo en todos los océanos; en cambio, el porcentaje de de gases disueltos varía en distintas partes del mar y en condiciones diferentes. ANÁLISIS QUÍMICO DEL AGUA Muchas de las sustancias del agua son importantes en la vida orgánica: pero el oxígeno y el agua en sí mismas son las de mayor importancia. En este punto podemos preguntarnos: ¿qué es pues, el agua? ¿De qué manera determina el químico los elementos de que consta?. Realice la siguiente investigación elemental sobre “La composición del agua” Separar los elementos del agua pasando una corriente electrica por un aparato especial el cual usted debe averiguar como se construye y cuales son las mejores condiciones condiciones para que ocurra la reacción. Un poco de ácido sulfúrico en el agua, conduce mejor la corriente electrica. Al entrar ésta se consume electricidad: el agua se descompone en sus elementos y se ven subir burbujas de gas por los tubos. ¿Cuánto gas recoge cada tubo? ¿Cuál contiene el hidrógeno? ¿Cuál, el oxígeno?. Pruebe con los gases de ambos tubos. Coloque en un tubo de ensayo sobre el tubo que contenga menos cantidad, suficiente para llenar aquél. Introduzca una astilla incandescente en él ¿qué pasa? Deje salir gas de otro tubo hasta llenar un segundo tubo de ensayo seco. Acerque una astilla incandescente a la boca de éste. ¿ ué pasa?. Averigue la naturaleza de lso productos. Para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno, como se ha visto en la investigación, hacemos pasar energía eléctrica por el agua, proceso que se llama electrólisis. En una ecuación verbal la electrólisis del agua se representa como: agua + energía hidrógeno + oxígeno Para identificar el oxígeno desprendido, usamos como ya lo hemos hecho, la prueba de la astilla que se inflama en seguida, indicando que el oxígeno recogido es bastante puro. Para identificar el hidrógeno desprendido, tambien acercamos una astilla, esta vez ardiendo, no incandesciente, a la boca del tubo. Hay una ligera explosión (sin peligro), y se oye un sonido como “pop”. Por esto se llama “prueba pop”, a este ensayo de la astilla ardiendo. Hay explosión cuando el hidrógeno, mezclado con un poco de aire, se inflama y arde muy rápidamente. Se desprende energía calórifica y se forman gotas de agua dentro del tubo de ensayo. Hidrógeno + oxígeno agua + energía del aire Tenga en cuenta que es una reaccion de oxidación en la cual el hidrógeno reacciona con el oxígeno. Además, se desprende energía con la rapidez suficiente para que haya combustión. APLICAR conceptos claves desarrollando las siguientes estrategias enfatizando la perseverancia. 1) Suponga que tiene un sólido blanco desconocido, muy parecido a la sal de cocina. ¿Cómo podría determinar, en el laboratorio, si la sustancia contiene cloruro de sodio? 2) Sean dos tubos de ensayo, vacíos en apariencia y cerrados; se le dice que ambos contienen el mismo gas y sospecha que no es el aire. ¿Cómo podría determinar si es oxígeno o hidrógeno? 3) La reacción que ocurre cuando se electroliza el agua, ¿es una reaccion de oxidación? Explique por qué. 4) Señale cinco o mas elementos del mar NUEVOS CONCEPTOS 1.- Suponga que se descompone ciertas cantidades de agua en oxígeno e hidrógeno y después se combinan los dos elementos. a) Escriba ecuaciones verbales para expresar los dos cambios químicos habidos. b) Localice los cambios de energía. 2.- La mayoría de las plantas enraizan en el suelo y, por supuestos, los suelos están formados por elementos y compuestos. a) ¿En qué sentido se puede decir que el medio ambiente de un roble es análogo al de los animales del mar?¿en qué difieren los dos medios ambientes? b) Con luz solar, una planta puede vivir en recipiente herméticamente cerrado mucho tiempo. ¿Por qué no, un animal?