Guía EXUNI-BG Ciencias Experimentales

GUÍA PARA EL
SUSTENTANTE
Examen único para la acreditación del
BACHILLERATO GENERAL
CIENCIAS
EXPERIMENTALES
TEMARIO.
FÍSICA:
1. La física: Conceptos intuitivos de espacio, materia, energía y
tiempo.
2. Principales ramas de la física clásica.
3. Principales de la física moderna.
4. Medición.
•
Sistema Internacional de Unidades (SI).
•
Problemas de conversión de unidades.
•
Problemas de notación científica.
5. Identificar características y propiedades del Movimiento
Rectilíneo Uniforme (MRU).
•
Velocidad y rapidez.
6. Características y propiedades del Movimiento Rectilíneo
Acelerado (MRUA).
7. Fuerza.
•
La acción de las fuerzas.
•
Medición de la fuerza.
8. Leyes de Newton.
•
1ra. Ley de Newton.
•
2da.Ley de Newton.
•
3ra. Ley de Newton
9. Energía
•
Tipos de Energía.
•
Energía cinética (Ec)
•
Energía potencial gravitatoria (Epg).
10. Fluidos.
•
Comportamiento de los fluidos.
•
Propiedades físicas de los fluidos.
11. Presión.
•
Presión hidrostática.
•
Presión atmosférica.
12. Principios de Pascal y de Arquímedes.
13. Calor y temperatura.
•
Medida de la temperatura.
•
Medición de calor.
1
14. Energía interna.
15. Termodinámica.
16. Leyes de la electricidad.
•
Introducción al estudio de la electricidad.
•
Ley de Coulomb
•
Campo eléctrico.
•
Voltaje.
•
Resistencia eléctrica.
•
Circuitos eléctricos.
•
Circuito eléctrico más simple.
•
Potencia eléctrica.
QUÍMICA.
1. La química.
2. Materia y Energía.
•
Las partículas de que se compone la materia.
•
Estado en que se puede manifestar la materia.
•
Propiedades físicas de la materia.
3. Isótopos.
4. Modelos atómicos.
5. Interpretación de la tabla periódica.
•
Estructura de la tabla periódica.
•
Familias.
6. Enlaces químicos e interacciones intermoleculares
•
Tipos de enlaces.
7. Nomenclatura química inorgánica.
•
Fórmula de los elementos.
•
Fórmulas de compuestos iónicos.
8. La noción de mol.
•
Masa molecular.
9. La contaminación de aire, agua y suelo.
•
Contaminación del agua y formas de purificarla.
10. Clasificación de los contaminantes.
11. Los sistemas dispersos.
12. Mezclas.
•
Métodos de separación de mezclas.
13. Ácidos y Bases.
14. Reacciones Químicas.
2
BIOLOGÍA.
1. La Biología como ciencia de la vida.
2. Principales niveles de organización de la materia viva.
3. Principales aplicaciones del conocimiento biológico.
4. Características de los componentes de los seres vivos.
5. La célula como la unidad fundamental de los seres vivos.
•
Importancia de la célula y teoría celular.
•
Evolución celular.
•
Evolución de las primeras células.
•
Estructura celular.
•
Reproducción celular.
6. Los principios del Metabolismo de los seres vivos.
7. Tipos de reproducción celular y de los organismos.
•
Reproducción asexual.
•
Reproducción sexual.
8. Avances científicos y tecnológicos.
9. Patrones de herencia no mendeliana.
10. La biotecnología.
11. Principios estructurales y funcionales de los seres vivos.
12. Las plantas como organismos complejos de gran importancia
para los seres vivos.
13. Evolución.
ECOLOGÍA.
1. La ecología.
2. La ecología y su relación con otras ciencias.
3. Los niveles básicos de ecología en tu contexto.
4. Los factores ambientales.
•
Factores bióticos.
•
Factores abióticos.
5. Características de la población.
6. Características de una comunidad.
7. Alternativas de solución a los problemas de impacto ambiental
y desarrollo sustentable.
8. Sistema y ecosistema.
9. La dinámica de los ecosistemas que integran la biósfera.
10. Aplicaciones de la ecotecnología.
3
INTRODUCCIÓN.
En términos del ACUERDO número 02/04/17 por el que se modifica el
diverso número 286 por el que se establecen los lineamientos que
determinan las normas y criterios generales, a que se ajustarán la
revalidación de estudios realizados en el extranjero y la equivalencia
de estudios, así como los procedimientos por medio de los cuales se
acreditarán conocimientos correspondientes a niveles educativos o
grados escolares adquiridos en forma autodidacta, a través de la
experiencia laboral o con base en el régimen de certificación referido a
la formación para el trabajo, así como el Acuerdo número 656 por el
que se reforma y adiciona el Acuerdo número 444 por el que se
establecen las competencias que constituyen el marco curricular
común del Sistema Nacional de Bachillerato, y se adiciona el diverso
número 486 por el que se establecen las competencias disciplinares
extendidas del bachillerato general, elaboró una guía de estudios
relativa al Examen Único General de Conocimientos para la
acreditación del Bachillerato General (EXUNI-BG) diseñada para
orientar al sustentante para presentar la evaluación correspondiente:
PLANEACIÓN.
La planeación consiste en fijar el camino concreto de acción que ha de
seguirse, estableciendo los principios que habrán de orientar la
secuencia de operaciones y las determinaciones de tiempos y de
números necesarios para el aprendizaje.
PLANEACIÓN ESTRATÉGICA.
Se debe, implementar y evaluar las decisiones interfuncionales que
permiten a través de la organización alcanzar sus objetivos; Los
propósitos y objetivos consisten en identificar cómo eliminar las
deficiencias, que puedan presentarse en cualquiera de los procesos.
Es necesario identificar los problemas que se enfrentan con el plan
estratégico y distinguir de ellos los propósitos que se alcanzarán con
dichos planes. Una cosa es un problema y otra un propósito. Uno de
los propósitos pudiera ser resolver el problema, pero otro pudiera ser
agravar el problema. Todo depende del "vector de intereses del actor"
que hace el plan. Entonces la estrategia en cualquier área: escolar,
educativa, militar, negocios, política, social, etc. – “todo problema es
generado o resuelto por uno o varios actores”.
La Planificación Estratégica (PE) es una herramienta de gestión que
permite apoyar la toma de decisiones en torno al quehacer actual y al
camino que deben recorrer en el futuro para adecuarse a los cambios
4
y a las demandas que les impone el entorno y lograr la mayor
eficiencia, eficacia, calidad en el ser y el hacer.
La estrategia consiste en la determinación de los objetivos básicos a
largo y/o corto plazo para verificar el éxito en la aplicación de las
Humanidades en todos los campos laborales.
MODELOS DE PLANEACIÓN ESTRATÉGICA.
Se deben determinar los objetivos estratégicos y, con esa base, decidir
cuáles son las acciones que se deben tomar para establecer o alcanzar
una meta. Se debe realizar un análisis detallado de nuestra realidad,
actividades y competencias que se tienen para decidir:
●
●
●
●
Cuáles son nuestras fortalezas.
Cuáles son nuestras áreas de oportunidad.
Con qué elemento y herramientas contamos para lograr el o
los objetivos.
Cuáles pueden ser nuestros retos a enfrentar para lograr el o
los objetivos.
PROPÓSITOS BÁSICOS.
A través del Examen Único General de Conocimientos para la
Acreditación del Bachillerato General (EXUNI-BG) evalúa los
conocimientos y habilidades equivalentes al campo disciplinar básico
de humanidades contenidos en el Marco Curricular Común del Sistema
Nacional de Bachillerato (SNB) de la Educación Media Superior (EMS).
La evaluación general de Humanidades tiene como propósito evaluar
si una persona cuenta con los conocimientos, habilidades y destrezas
equiparables a cierta área del saber y con los cuales pueda
desempeñar una actividad profesional en particular o en su caso
transitar por el Sistema Educativo Nacional. Este tipo de evaluación se
rige por una serie de criterios de calidad que exigen el diseño de
instrumentos los cuales definan con rigor y claridad los conocimientos,
competencias, habilidades y destrezas implicadas para la acreditación
del Bachillerato General.
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FÍSICA.
1. LA FISICA: CONCEPTOS INTUITIVOS DE ESPACIO, MATERIA,
ENERGÍA Y TIEMPO.
Es la ciencia que estudia la materia y la energía, así como la forma en
que estas se relacionan. Explica que pasa cuando el agua se congela o
hierve. Porqué arde el fuego y cómo fluye la electricidad. Trata sobre
qué es la luz, cómo se mueven las cosas, cómo se produce el sonido.
La física es la ciencia que se ocupa de los componentes fundamentales
del Universo, de las fuerzas que éstos ejercen entre sí y de los efectos
de dichas fuerzas. Está estrechamente relacionada con las demás
ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas.
El tiempo, espacio, materia y energía son conceptos fundamentales de
la física que nos ayudan a comprender la naturaleza del universo.
El tiempo es una medida de la progresión de los acontecimientos y de
la secuencia en que ocurren. Proporciona un marco para comprender el
orden y la duración de los acontecimientos. En física, el tiempo suele
considerarse una dimensión independiente, junto con las tres
dimensiones del espacio, formando un marco de cuatro dimensiones
conocido como espacio-tiempo.
El espacio se refiere a las tres dimensiones (longitud, anchura y altura)
que definen la extensión física y la posición de los objetos. Proporciona
un marco para comprender las relaciones espaciales entre los objetos y
las distancias entre ellos.
Por materia (y antimateria, que es un tipo de materia) se entiende todo
lo que tiene masa y ocupa espacio. Incluye todas las sustancias físicas,
como átomos, moléculas y estructuras más grandes como planetas,
estrellas y galaxias.
La energía es una propiedad de la materia y los campos que les permite
realizar un trabajo o producir cambios. Existe en diferentes formas. La
energía suele conservarse, lo que significa que puede transformarse de
una forma a otra, pero nunca se crea ni se destruye.
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La Física se divide para su estudio en dos grandes grupos: la Física
Clásica, la Física Moderna y Física Cuántica.
Tipos de física
Los tipos de física se definen en función de la velocidad de los fenómenos
que estudian, en referencia con la velocidad de la luz.
𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒍𝒖𝒛
𝒄 = 𝟑𝑿 𝟏𝟎 𝟖 𝒎/𝒔
Tipos de Física según la velocidad del fenómeno:
Clásica:
De velocidad baja.
Moderna:
De velocidad media.
Cuántica:
De alta velocidad.
2. PRINCIPALES RAMAS DE LA FISICA CLÁSICA.
La física clásica estudia todos aquellos fenómenos en los cuales la
velocidad es muy pequeña comparada con la velocidad de propagación
de la luz.
Mecánica.
DIVISIÓN DE LA FÍSICA CLÁSICA
Estudia el movimiento de los cuerpos y se
divide en cinemática y dinámica.
Térmica.
Estudia la energía calorífica.
Fluidos.
Estudia el comportamiento de los líquidos y
los gases.
Acústica.
Estudia el sonido.
Óptica.
Estudia la luz y sus fenómenos.
Estudia
los
fenómenos
eléctricos
magnéticos.
Electromagnetismo.
y
3. PRINCIPALES RAMAS DE LA FISICA MODERNA.
La física moderna se encarga de todos aquellos fenómenos producidos
a la velocidad de la luz o con valores cercanos a ella. Esto es debido a
que la física clásica no describe con precisión los fenómenos que se
suceden a la velocidad de la luz. En la física moderna también se
estudian los fenómenos subatómicos.
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DIVISIÓN DE LA FÍSICA MODERNA.
Explica el comportamiento de los móviles con
Relatividad.
velocidades cercas a la luz y la gravedad.
Investiga las partículas elementales y sus
Física de partículas.
interacciones.
Estudia el origen, estructura, evolución y destino
Cosmología.
del universo.
Astrofísica.
Estudia los fenómenos astronómicos.
Estudia la materia y la luz a escala atómica y
Mecánica cuántica.
subatómica.
Es una medida de la progresión de los acontecimientos y de la
secuencia en que ocurren:
a) Energía.
b) Tiempo.
c) Materia.
d) Espacio.
Proporciona un marco para comprender las relaciones espaciales
entre los objetos y las distancias entre ellos:
a) Energía.
b) Materia.
c) Espacio.
d) Tiempo.
Es todo lo que tiene masa y ocupa espacio:
a) Energía.
b) Materia.
c) Espacio.
d) Tiempo.
Es una propiedad de la materia y los campos que les permite
realizar un trabajo o producir cambios:
a) Espacio.
b) Energía.
c) Materia.
d) Tiempo.
8
Es la cantidad de materia que posee un cuerpo.
a) Energía.
b) Masa.
c) Tiempo.
d) Espacio.
En un fenómeno físico:
a) No hay cambios apreciables.
b) No cambian las propiedades físicas de la materia.
c) Cambian las propiedades físicas y químicas de la materia.
d) No cambian las propiedades químicas de la materia.
Objeto de estudio de la física.
a) Interacciones materia y energía.
b) Los compuestos orgánicos.
c) Origen y evolución de los seres vivos.
d) La materia y su transformación.
Ciencia que estudia la materia y la energía, así como la forma en
que estas se relacionan.
a) Ecología.
b) Biología.
c) Física.
d) Bioética.
División de la física que estudia todos aquellos fenómenos en los
cuales la velocidad es muy pequeña comparada con la velocidad
de propagación de la luz.
a) Física cuántica
b) Física clásica.
c) Física primitiva.
d) Física moderna.
La física
estudia aquellos fenómenos que tienen velocidad
media en comparación con la velocidad de la luz.
a) Cuántica.
b) Moderna.
c) Renacentista.
d) Clásica.
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División de la física que se encarga de todos aquellos fenómenos
producidos a la velocidad de la luz o con valores cercanos a ella.
a) Física clásica.
b) Física moderna.
c) Física cuántica.
d) Física primitiva.
4. MEDICIÓN.
La Física es una ciencia basada en las observaciones y medidas de los
fenómenos físicos.
Medir. Es comparar una magnitud con otra de la misma especie llamada
patrón.
Magnitud. Es todo aquello que puede ser medido.
Unidad. Es una magnitud de valor conocido y perfectamente definido
que se usa como referencia para medir.
Sistema internacional de unidades.
El Sistema Internacional de Unidades es un lenguaje universal que
permite el intercambio de información relacionada con las operaciones
de medición, es decir con la metrología.
El Sistema Internacional de Unidades (SI) adoptó ese nombre en el año
de 1960, por la 11va. Conferencia General de Pesas y Medidas, órgano
de decisión de la Convención del Metro.
Un sistema de unidades de medida es un conjunto de unidades
confiables, uniformes y adecuadamente definidas que sirven para
satisfacer las necesidades de medición.
En todo sistema de unidades, éstas se clasifican de acuerdo al tipo de
magnitudes que se emplean, siendo estas: fundamentales y derivadas.
1) Magnitudes fundamentales: Son aquellas que, combinadas, dan
origen a las magnitudes derivadas. Existen siete magnitudes
fundamentales:
10
Magnitudes y unidades fundamentales del SI
2) Las magnitudes derivadas: Son aquellas que provienen de las
fundamentales como resultado de una multiplicación o división de
dos o más unidades iguales o diferentes, por ejemplo; la unidad de
área que es el m2 se forma de multiplicar metro por metro.
3) Magnitudes escalares: Son aquellas que solo presentan número
(cuyo valor es independiente de cualquier sistema de ejes) y unidad
(sistema de unidades fijado).
Algunas magnitudes escales son:
Masa (m)
Longitud (L)
Tiempo
(t)
Temperatura (T)
Presión (p)
Trabajo mecánico (W)
11
Energía cinética (Ec) Energía potencial (Ep)
Módulo de un vector Rapidez.
4) Magnitudes vectoriales: Son las magnitudes que cuentan con:
cantidad, unidad, dirección y sentido. Pueden ser representadas
mediante vectores (flechas).
Algunas magnitudes vectoriales son:
Peso (w)
Fuerza (F)
Velocidad (V)
Aceleración (a)
Torsión o torque
Posición.
Campo eléctrico
Tensión eléctrica.
Todo vector está definido por cuatro propiedades:
•
Punto de aplicación. El lugar donde “nace” el vector. Esto define
el sistema de referencia usado para definir la vector.
•
Dirección. La orientación con respecto a un eje del sistema de
referencia elegido.
•
•
Sentido. Hacia qué lado de la recta de acción se dirige el vector.
Módulo. La longitud del vector.
Problemas de conversión de unidades.
A veces será necesario convertir una cantidad expresada en una unidad
a una cantidad equivalente expresada en otra. La conversión de
unidades implica el cambio de medida de una cantidad de un sistema
de unidades a otro. Por ejemplo:
1000 [m] = 1 [km]
1000 [g] = 1 [kg]
100 [cm] = 1 [m]
Estas unidades se expresarían verbalmente como que “hay mil metros
en un kilómetro”, “mil gramos en un kilogramo” o “cien centímetros en
un metro”. Que es lo mismo que 1000 [m/km], 1000 [g/kg] y 100
[cm/m], esto se lee “mil metros por kilómetro”, “mil gramos por
kilogramo” o “cien centímetros por metro”.
Existen diferentes Sistemas de Unidades:
• Sistema Internacional de Unidades (SI): es el más usado en la
actualidad. También se le conoce como MKS. Entre sus principales
unidades están el Metro, Kilogramo, Segundo, Newton, Joule,
Pascal, Watt.
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• Sistema Cegesimal de Unidades (cgs): entre sus unidades están el
Centímetro, el Gramo, el Segundo, Dina, Ergio.
• Sistema Anglosajón de Unidades: entre sus unidades están el pie
(ft), la libra (lb), el segundo, libra fuerza, poundal, caballo de
fuerza.
Para convertir unidades de un sistema a otro o realizar conversiones
dentro de un mismo sistema:
Multiplicamos las unidades de la magnitud que queremos convertir por
un factor de conversión:
13
14
Problemas de notación científica.
Cuando se trabaja con números muy grandes o muy pequeños, los
científicos, matemáticos e ingenieros usan notación científica para
expresar esas cantidades.
La notación científica es una abreviación matemática, basada en la idea
de que es más fácil leer un exponente que contar muchos ceros en un
número. Números muy grandes o muy pequeños necesitan menos
espacio cuando son escritos en notación científica porque los valores de
posición están expresados como potencias de 10. Cálculos con números
largos son más fáciles de hacer cuando se usa notación científica.
La forma general en notación científica es a x 10n donde a es mayor o
igual que 1 y menor a 10 y n, es un entero.
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Conversión de números en sistema decimal a notación científica:
a) Números MAYORES que UNO
•
Se toman los primeros dos o tres dígitos A LA IZQUIERDA DE LA
MAGNITUD
•
Se escribe un punto después del PRIMERO de éstos.
•
Se escribe “x 10”
•
Se cuenta (a la izquierda) cuantas veces se “movió el punto”.
Ese resultado es el exponente de la base 10
b) Números MENORES que UNO (siempre inician con CERO PUNTO)
•
Se toman los primeros dos o tres dígitos A LA DERECHA, a partir
del primero QUE NO SEA CERO
16
•
•
Se escribe un punto después del PRIMERO de éstos. Se escribe “x
10”
Se cuentan TODOS los ceros (incluido el que está antes de punto)
que están antes de los números seleccionados. Ese resultado es
el exponente de la base 10 pero debe ser negativo.
Unidad fundamental de la masa en el sistema internacional es:
a) Libra.
b) Kilogramo.
c) Tonelada.
d) Gramo.
Una de las magnitudes fundamentales evaluadas por la física es:
a) Presión.
b) Longitud.
c) Aceleración.
d) Trabajo.
Se desea medir la estatura de un niño; se toma una vara y se
obtiene que el niño mide dos varas y media. ¿Qué función tuvo
la vara de medición?
a) Magnitud vectorial.
b) Patrón de medida.
c) Longitud.
d) Magnitud física.
Unidad absoluta con la que se mide la temperatura.
a) °C (Celsius).
b) °F (Fahrenheit).
c) °R (Rankine).
d) °K (Kelvin).
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Unidades del MKS para fuerza, trabajo, potencia y presión son:
a) Dina, Ergio, Ergio/segundo y Baria.
b) Newton, Joule, Watt y Pascal.
c) Newton, Ergio, Ergio/s y Pascal.
d) Dina, Ergio, Watt y Baria.
Unidad fundamental de la longitud en el sistema internacional
es:
a) Pie.
b) Metro.
c) Centímetro.
d) Año luz.
Al convertir 10800 segundos en horas obtenemos:
a) 3 horas.
b) 2 horas.
c) 18 horas.
d) 180 horas.
La unidad de medida de la energía en el sistema internacional de
Unidades (SI) es:
a) Newton.
b) Watt. o vatio.
c) Julio.
d) Pascal.
La unidad de medida de la presión en el sistema internacional de
Unidades (SI) es:
a) Newton.
b) Watt. o vatio.
c) Pascal.
d) Julio.
Son aquellas que provienen de las fundamentales como
resultado de una multiplicación o división de dos o más unidades
iguales o diferentes:
a) Magnitudes escalares.
b) Magnitudes vectoriales.
c) Magnitudes fundamentales.
d) Magnitudes derivadas.
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Son aquellas magnitudes que cuentan con: cantidad, unidad,
dirección y sentido:
a) Escalares.
b) Derivadas.
c) Fundamentales.
d) Vectoriales.
El número cuatro mil millones en notación científica se escribe:
a) 4 x 109.
b) 4 x 106.
c) 4 x 108.
d) 4 x 107.
El número 543 231 000.16 en notación científica se escribe
como:
a) 54.3 x 107.
b) 5.43 x 108.
c) 5.43 x 103.
d) 543 x 106.
Se quiere medir la estatura de un niño, se toma una vara y se ve que
mide 2 varas y media, ¿Cómo se denomina a la vara de medición?
a) Patrón de medida.
b) Magnitud física.
c) Longitud.
d) Magnitud vectorial.
5. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES
RECTILÍNEO UNIFORME (MRU).
DEL
MOVIMIENTO
Mecánica: Es la parte de la física que estudia el movimiento de los
cuerpos (cinemática) y las causas (dinámica) que lo originan.
Cinemática: Se encarga del estudio del movimiento, sin importar la
causa.
Movimiento: cambio de posición en función del tiempo. Un cuerpo está
en movimiento cuando cambia de posición con respecto a un punto de
19
referencia, transcurrido cierto tiempo para ello; intervienen tres
elementos:
▪
la distancia o longitud que recorre el móvil,
▪
la trayectoria o camino que sigue,
▪
el tiempo que tarda en recorrerlo.
La distancia en línea recta de un punto a otro se denomina
desplazamiento.
De acuerdo con la velocidad de los movimientos, los movimientos
pueden ser uniformes y variados.
Móvil: cuerpo que cambia de posición.
Trayectoria: línea que une las diferentes posiciones que va ocupando un
móvil en el tiempo.
Distancia: Medida de longitud de la velocidad por el tiempo transcurrido.
Rapidez: Distancia que recorre un móvil en la unidad de tiempo. Es una
magnitud escalar, solo considera magnitud y unidad.
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU).
El MRU se define el movimiento en el cual un objeto se desplaza en línea
recta, en una sola dirección, recorriendo distancias iguales en el mismo
intervalo de tiempo, manteniendo en todo su movimiento una velocidad
constante y sin aceleración. Esto implica que:
▪
El espacio recorrido es igual que el desplazamiento.
▪
En tiempos iguales se recorren distancias iguales.
▪
La rapidez o celeridad es siempre constante y coincide con el
módulo de la velocidad.
Ecuaciones y gráficas en el MRU.
Posición.
Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m) y se obtiene
por medio de la siguiente expresión:
donde:
x = x0 + vt
x es la posición en un momento dado.
x0 es la posición inicial.
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v es la velocidad que tiene el cuerpo a lo largo del movimiento.
t es el intervalo de tiempo durante el cual se mueve el cuerpo.
Velocidad.
En el MRU, la velocidad del cuerpo es constante y por tanto igual a la
velocidad inicial. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el
metro por segundo (m/s).
Velocidad: Es la variación de la posición de un cuerpo por unidad de
tiempo. La velocidad es un vector, es decir, tiene magnitud, dirección y
sentido.
La magnitud de la velocidad, conocida también como rapidez o
celeridad, se suele expresar como distancia recorrida por unidad de
tiempo; se expresa, por ejemplo, en kilómetros sobre hora o metros
sobre segundo
𝑑
𝑉=
𝑡
La velocidad de un móvil es directamente proporcional a la distancia
recorrida e inversamente proporcional al tiempo empleado.
V = Velocidad (m/s) (Km/h)
d = distancia (m) (Km)
t = tiempo (seg) (h)
donde: v es la velocidad.
v0 es la velocidad inicial.
21
Ejemplos:
22
Velocidad y rapidez.
La rapidez indica el movimiento de un objeto entre dos posiciones; es
la razón de cambio de la posición en una unidad de tiempo.
La velocidad, es un vector, ya que para definirla es necesario especificar
su tamaño (equivalente a la rapidez) y su dirección.
En física es importante distinguir la rapidez (magnitud escalar) de la
velocidad (magnitud vectorial), para calcular la rapidez de un objeto
medimos la distancia que se mueve y el tiempo que tarda en recorrerla,
después, dividimos la distancia entre el tiempo.
La unidad en que se mide la rapidez es “n” y la velocidad está dada por
la unidad de la distancia dividida entre la unidad de tiempo, es decir,
m/s (en unidades del SI).
La siguiente imagen se refiere a:
a) M.R.U.
b) M.R.U.A.
c) M.C.
d) M.O.
La velocidad de un móvil es una magnitud vectorial porque:
a) Tiene dirección y sentido.
b) Tiene magnitud.
c) Tiene aceleración.
d) Cambia de dirección.
Movimiento rectilíneo en el que el móvil recorre distancias
iguales en tiempos iguales.
a) MCU.
b) Caída libre.
c) MRU.
d) MRUA.
Un móvil recorrió 280 m en 40 s. ¿Cuál es la velocidad con que
viaja?
23
a) 7 m/s
b) 0.14 m/s
c) 7 m/s2
d) 0.14 m/s2
Una bicicleta se mueve con velocidad constante de 4 m/s, ¿cuál
es la distancia que recorre durante 8 s?
a) 2 m
b) 12 m
c) 32 m.
d) 0.5 m.
Un vehículo tarda 6 horas en recorrer una distancia de 540 Km.
¿Cuál es su velocidad?
a) 3240 km/h.
b) 45 km/h.
c) 180 km/h.
d) 90 km/h.
Un móvil viaja rectilíneamente con velocidad constante de 8
m/s, ¿en cuánto tiempo recorre 120 m?
a) 15 s.
b) 960 s.
c) 0.06 s.
d) 10 s.
Seleccione el ejemplo que represente un MRU.
a) La rueda de la fortuna
b) Una piedra cayendo al vacío
c) Una bala disparada hacia arriba
d) El vuelo de una mosca
Un cuerpo se mueve en una trayectoria recta a razón constante
de 8 m/s, ¿En cuánto tiempo recorre 120 m?
1. 10 segundos
2. 960 segundos
3. 15 segundos
4. 0.66 segundos
24
Una bicicleta se mueve con velocidad constante de 4 m/s, ¿cuál es la
distancia que recorre durante 8 s.?
a) 25m
b) 32m
c) 40m
d) 30m
6. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES
RECTILÍNEO ACELERADO (MRUA).
DEL
MOVIMIENTO
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado incluye a la caída
libre y al tiro vertical cambiando ciertas variables.
M.R.U.A. Caída libre y Tiro vertical.
Distancia (d) Altura (h)
Aceleración (a) Aceleración de la gravedad (g)
g = 9.81m/ s2 ≈ (10 m/ s2 )
Aceleración: es la relación de cambio de la velocidad en el tiempo
transcurrido y se representa con la siguiente ecuación:
Al analizar la ecuación anterior se obtienen las siguientes conclusiones:
▪
Si la velocidad final es mayor que la velocidad inicial entonces la
aceleración es positiva y +a por lo tanto el móvil acelera.
▪
Si la velocidad final es menor que la velocidad inicial entonces la
aceleración es negativa -a y por lo tanto el móvil desacelera (frena).
Análisis del M.R.U.A.
▪
Si el móvil parte del reposo, entonces su velocidad inicial (vi) es
igual a cero.
25
▪
Si el móvil se detiene (frena), entonces su velocidad final (vf) es
igual a cero.
Características de MRUA.
En este movimiento el objeto siempre se desplaza con una componente
horizontal de aceleración en (ax) constante; por lo tanto sus
características principales son:
1. La aceleración siempre es constante.
2. La velocidad se incrementa en la misma proporción por cada
intervalo de tiempo.
3. La rapidez y la velocidad media son iguales.
4. El espacio recorrido en un intervalo de tiempo siempre es mayor que
en el intervalo anterior.
Gráficas de Movimientos.
Ejemplos:
Un vehículo se mueve a razón de 10 m/s, al transcurrir 20 s, su
velocidad es de 40 m/s. ¿Cuál es su aceleración?
Un motociclista parte del reposo y con una aceleración de 2 m/ s2 ¿Qué
distancia habrá recorrido después de 4 s?
26
Caída Libre:
La caída libre es un MRUA. Todo cuerpo que cae desde el reposo o
libremente al vacío, su velocidad inicial valdrá cero y su aceleración será
de g = 9.81 m/s2.
La caída libre se emplea en la medición de la gravedad terrestre. Al dejar
caer un objeto y medir el tiempo que tarda en caer, es posible calcular
la aceleración debida a la gravedad y, por lo tanto, la fuerza gravitatoria
en un lugar específico.
Las fórmulas a emplear en la caída libre, son casi las mismas que para
el MRUA, con alguna leve modificación, ya que en la caída libre la
velocidad inicial es de CERO m/s. Es decir, en este movimiento se parte
de un cuerpo en reposo a una altura determinada que se deja caer
libremente, teniendo un movimiento rectilíneo vertical y una aceleración
constante que es la gravedad.
Ejemplos:
Un niño deja caer una pelota desde una ventana de un edifico y tarda 3
s en llegar al suelo, ¿Cuál es la altura del edificio? Considerar g = 10
m/s2.
27
Se deja caer un objeto desde un puente que está a 80 m del suelo ¿Con
qué velocidad el objeto se estrella contra el suelo? Considerar g = 10
m/s2.
Cambio en la velocidad de un cuerpo con respecto al tiempo.
a) Aceleración.
b) Movimiento.
c) Velocidad.
d) Rapidez.
Aceleración de un auto que parte del reposo y alcanza una
velocidad final 20 m/s, en un tiempo de 4 s.
a) 0.2 m/
b) 100 m/s2
c)
5 m/s2
d) 80 m/s2
Un auto viaja a 5 m/s, después de 15 s, su velocidad final es de
35 m/s. ¿Cuál es su aceleración?.
a) 4 m/s2.
b) 2 m/s2.
c) 2.5 m/s2.
d) 5 m/s2.
Un cuerpo parte del reposo y se acelera a razón de 3 m/s2, ¿cuál
es la velocidad después de 5 s?
a) 34 m/s.
b) 20 m/s.
c) 29 m/s.d.
d) 15 m/s.
Movimiento de trayectoria rectilínea
aceleración constante igual a la gravedad.
a) Tiro vertical.28
hacia
abajo,
con
b) Tiro Parabólico.
c) Caída libre.
d) MRU.
Se deja caer un cuerpo desde un puente y tarda 2 s en llegar al
agua. ¿Cuál es la altura del puente?
a) 9.81 m
b) 19.62 m
c) 39.24 m
d) 96.23 m
Se deja caer una piedra de lo alto de un edificio y tarda 3 s, en
llegar al suelo. ¿Cuál será la altura de dicho edificio? (Considere
g=10 m/s2).
a) 90 m.
b) 180 m.
c) 15 m.
d) 45 m.
Se deja caer una piedra dentro de un pozo y ésta tarda 2.5 s en
llegar al fondo. ¿Qué profundidad aproximada tiene el pozo?
a) 30 m.
b) 61 m.
c) 12 m.
d) 24 m.
Una pelota en caída libre, llega al piso con una velocidad de 30
m/s, ¿a qué altura estaba antes de caer?
a) 45 m.
b) 90 m.
c) 10 m.
d) 1.5 m.
La gráfica representada señala el desplazamiento de un cuerpo
en distintas etapas: ¿En qué punto se observa una disminución
de la aceleración?
a) I.
b) II.
II
c) III.
I
III
d) IV.
IV
29
Un auto se mueve a razón de 5 m/s, después de 15 s. Su
velocidad es de 35 m/s. ¿Cuál es su aceleración?
a) 2 m/s.
b) 2.5 m/s.
c) 4 m/s.
d) 5 m/s.
Un móvil recorrió 50 metros de un punto (1) a un punto (2), la
línea que une los dos puntos se conoce como:
a) Vector.
b) Trayectoria.
c) Distancia.
d) Movimiento.
7. FUERZA.
Acción o influencia que modifica el estado de reposo o de movimiento
de un objeto. La fuerza que actúa sobre un objeto de masa m es igual
a la variación del momento lineal de dicho objeto respecto del tiempo.
La fuerza es un agente capaz de producir una aceleración, es decir, un
cambio en la velocidad de un cuerpo.
La acción de las fuerzas.
Una fuerza es una acción que se ejerce sobre un objeto y que, como
consecuencia, modifica su estado. Por ejemplo, puede cambiarlo de
lugar, romperlo, deformarlo, ponerlo en movimiento o detenerlo. En
otras palabras, al aplicar una fuerza sobre un objeto se produce un
efecto.
Empujar, arrastrar, sujetar, tirar, atraer, ... Todas estas palabras
describen la acción de un cuerpo sobre otro, y en física nos referimos a
ellas con un solo término: fuerza. Nosotros observamos fuerzas por las
deformaciones o los cambios de velocidad que producen estas fuerzas
en los cuerpos.
Aceleraciones: Las fuerzas también pueden producir aceleraciones en
los cuerpos. Por ejemplo, cuando aplicamos una fuerza sobre un balón
30
para lanzarlo a canasta, el balón cambia su velocidad, es decir, adquiere
una cierta aceleración. Así ocurre también cuando empujamos un
objeto, cuando lanzamos una piedra a un estanque o cuando abrimos
una puerta. En este caso, los equipos de medición primario, generan el
vector fuerza, a partir del uso de masas (“pesos muertos”) que se
colocan en reposo sobre un cuerpo (transductor o instrumento de
medición) y en conjunto con la atracción gravitacional del lugar donde
se encuentren (atracción gravitacional) se puede determinar la cantidad
de fuerza que se está aplicando.
Deformaciones: Cuando aplicamos una fuerza sobre un objeto elástico,
se produce una deformación en el objeto. Así ocurre, por ejemplo, si
intentamos aplastar un objeto de gomaespuma, si estiramos un muelle,
o al doblar una varilla metálica. Con esta aplicación, los transductores
de fuerza miden la deformación que sufren por una fuerza aplicada de
manera axial, y es esa relación entre deformación/FYP/Fuerza que se
determina la cantidad de fuerza que se está aplicando.
Una fuerza es cualquier acción capaz de modificar el reposo, el
movimiento o la forma de los objetos. Para que exista una fuerza, debe
haber dos cuerpos. Sin embargo, no siempre es necesario que se toquen
entre sí.
▪
Cuando el objeto afectado y el cuerpo que aplica la fuerza están en
contacto, se la denomina fuerza por contacto, como cuando
golpeamos un clavo con un martillo para clavarlo en la pared.
▪
Si el objeto y el cuerpo que aplica la fuerza no se tocan entre sí, se
la denomina fuerza a distancia, como la fuerza de atracción entre
la Tierra y la Luna
Medición de la fuerza.
Si la fuerza es aplicada a un kilogramo de masa se produce una
aceleración de 1 m/s2, la unidad se denomina Newton (N).
1𝑁 =
1𝑘𝑔 ∙ 𝑚
𝑠2
Existen diferentes formas de medir la fuerza, según los diversos
sistemas:
31
• Sistema Internacional de Unidades. En este sistema, la masa se
mide en kilogramos y la aceleración en metros sobre segundos al
cuadrado. Así, la fuerza se mide en Newtons (N), siendo un Newton
igual a un kilogramo por metro sobre segundos al cuadrado
(kg.m/s2).
• Sistema Técnico. Este sistema mide la fuerza según unidades
técnicas de masa (u.t.m.), sin depender de otras magnitudes. Por
eso es una unidad fundamental. La medida de fuerza en este
sistema es el kilogramo-fuerza (kgf).
• Sistema Cegesimal de Unidades. Su medida de fuerza es el dina
(dyn). La dina es una fuerza que aplica a un gramo de masa, le
produce una aceleración de un cm por segundo al cuadrado.
1 dina = 1 g cm/s²
• Sistema anglosajón de unidades. Su medida de fuerza es la libra
fuerza (lbf).
1N=100, 000 dinas; 1Kgf= 9.8 N
Tipos de fuerza:
Entre los diversos tipos de fuerza, los principales son:
• Fuerza gravitatoria. Es la fuerza de atracción entre dos cuerpos.
Depende de la distancia entre ambos y de sus masas.
• Fuerza electromagnética. Repercute sobre los cuerpos que están
cargados eléctricamente. Entre los cuerpos cargados con cargas
opuestas existe una fuerza que los atrae, mientras que entre los
cuerpos cargados con cargas iguales existe una fuerza que los repele.
La fuerza electromagnética interviene en transformaciones físicas y
químicas de átomos y moléculas.
• Fuerza nuclear fuerte. Mantiene unidos los componentes de los
núcleos atómicos: los neutrones y los protones.
• Fuerza nuclear débil. Es la responsable, entre otras cosas, de los
decaimientos beta del núcleo atómico.
• Fuerza de rozamiento estática. Es la resistencia que ofrece un cuerpo
para ser movido, es igual (pero en sentido contrario) a la fuerza
mínima necesaria para moverlo.
• Fuerza elástica. Es la capacidad que tienen determinados objetos
para recuperar su forma original al ser deformados. Por ejemplo, los
32
resortes. La fuerza elástica depende de ciertas propiedades físicas de
los objetos.
• Fuerza de rozamiento. Cuando un objeto se mueve sobre otro, la
resistencia que el segundo ofrece al movimiento del primero se
denomina fuerza de rozamiento.
• Fuerza normal. Es la fuerza que la superficie sobre la que se apoya
un cuerpo ejerce sobre él. Su dirección es perpendicular a la
superficie.
• Fuerza de empuje. Los fluidos (líquidos o gases) ejercen una fuerza
de empuje a los cuerpos que están sumergidos en ellos. Esta fuerza
tiene dirección vertical y sentido hacia arriba.
Una fuerza de 200 N, actúa sobre un cuerpo de 40 kg. ¿Qué
aceleración proporciona esa fuerza al cuerpo?
a) 50 m/s2
b) 5 m/s2.
c) 0.2 m/s2
d) 8000 m/s2.
Aquello que empuja o tira de un cuerpo:
a) Presión.
b) Palanca.
c) Fuerza.
d) Trabajo.
Fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos.
a) Gravitación universal.
b) Gravedad.
c) Fricción.
d) Peso.
Fuerza que ejerce el aire sobre todos los cuerpos.
a) Presión molecular.
b) Presión atmosférica.
c) Presión hidrostática.
d) Presión absoluta.
33
Resistencia que ocurre cuando un objeto se mueve sobre otro.
a) Fuerza de empuje.
b) Fuerza normal.
c) Fuerza de rozamiento.
d) Fuerza elástica.
Es una acción que se ejerce sobre un objeto y que, como
consecuencia, modifica su estado.
a) Trabajo.
b) Presión.
c) Fuerza.
d) Energía.
Es la fuerza de atracción entre dos cuerpos. Depende de la
distancia entre ambos y de sus masas.
a) Fuerza nuclear.
b) Fuerza gravitatoria.
c) Fuerza normal.
d) Fuerza electromagnética.
8. LEYES DE NEWTON.
Isaac Newton, para explicar todos los fenómenos relativos al
movimiento de los cuerpos, estableció su teoría de la mecánica clásica,
la cual está formada por una serie de leyes relacionadas entre sí, entre
ellas tenemos a las tres leyes de la distancia a las que se les llama
comúnmente Leyes de Newton del movimiento.
PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA
Para cambiar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, basta
aplicarle una fuerza.
La inercia es una propiedad general de la materia en virtud de la cual
los cuerpos tienden a conservar su estado de reposo o de movimiento
rectilíneo uniforme.
34
SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA
Al aplicar una fuerza constante a un cuerpo, la aceleración producida es
directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente
proporcional a la masa del cuerpo.
𝐹
𝐹=𝑚𝑎
𝑎
F = Fuerza (N).
m = masa (Kg).
a = aceleración (m/s2).
La aceleración es directamente proporcional a la fuerza:
•
A mayor f, mayor a.
•
A menor f, menor a.
La aceleración es inversamente proporcional a la masa:
•
A mayor m, menor a.
•
A menor m, mayor a.
Peso (W). Es la fuerza de atracción que ejerce la tierra, sobre cualquier
cuerpo que esta sobre su superficie. El peso se mide con un
dinamómetro y su unidad en el sistema internacional es el newton (N).
W = mg
PROBLEMAS.
1.
¿Qué aceleración se produce en una esfera de metal de 15 kg
de masa, si recibe una fuerza constante de 90 Newton?
2.
¿Qué fuerza constante es necesaria aplicar a un auto de 2500
Kg de masa para producir una aceleración de 5 m/s2.
3.
Al aplicarle una fuerza constante de 300,000 dinas a un cuerpo,
se produce una aceleración de 2 m / s2. ¿Cuál es la masa del
cuerpo?
TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA ACCIÓN Y REACCIÓN.
A toda acción corresponde una reacción, de igual magnitud, pero de
sentido contrario.
La tercera ley de Newton es un principio que a veces se presta a
confusiones, pero es importante destacar y precisar que las dos fuerzas:
acción y reacción, se aplican sobre los cuerpos.
35
LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL.
La fuerza que ejerce un objeto dado con masa m 1 sobre otro con masa
m2 es directamente proporcional al producto de las masas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:
𝐺 𝑚1 𝑚2
𝐹=
𝑑2
m1 = masa del primer cuerpo en kg
m2 = masa del segundo cuerpo en kg.
d = distancia que separa a los centros de gravedad
G = Constante de la gravitación universal = 6.67 x 10-11 N m2 / kg2
F = Fuerza de atracción entre las masas en Newton (N).
"La inercia es la propiedad por la que los cuerpos tienden a
conservar su estado de reposo o movimiento". Es el enunciado
de la:
a) Segunda ley de Newton.
b) Ley de la fuerza.
c) Primera ley de Newton.
d) Tercera ley de Newton.
Fuerza aplicada a un móvil de 10 kg que viaja con una
aceleración de 4 m/s2.
40 N.
20 N.
9 N.
2.5 N.
"A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud, pero
con sentido contrario". Es el enunciado de la:
Segunda ley de Newton.
Tercera ley de Newton.
Primera ley de Newton.
Ley de gravitación universal.
“La fuerza con que se atraen dos objetos es proporcional al
producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia que los separa”. Es el enunciado de la Ley de la:
Fricción.
Inercia.
Gravedad.
Gravitación universal.
36
Masa de un cuerpo cuyo peso es de 588.6 N.
60 kg.
588.6 kg.
30 kg.
50 kg.
Fuerza de un cuerpo con una masa de 10 kg y una aceleración
de 4.5 m/s2.
45 newton.
4.5 newton.
45 dina.
4.5 dina.
Según la Primera Ley de Newton, un cuerpo conserva su estado
de reposo o de movimiento debido a la:
a) Masa y aceleración.
b) Acción-reacción.
c) Inercia.
d) Gravedad
Es la fuerza requerida para acelerar un cuerpo
a) Ampere.
b) Joule.
c) Newton.
d) Kilogramo/ metro.
Un cuerpo se encuentra en reposo dentro del espacio:
a) Inercia.
b) Movimiento cero.
c) Fase cinemática.
d) Movimiento rectilíneo.
¿Qué trabajo se realiza al aplicar una fuerza de 875 N para que
una carga recorra 38 m?
a) 33250 J
b) 8758 J.
c) 4869 J.
d) 4758 J.
37
Observa: Si ambos cuerpos reciben la misma fuerza, pero al
cuerpo B se le agregan posteriormente 20 Kg de masa. ¿Qué
podemos concluir según la 2ª ley de movimiento?
A
B
a) La aceleración de A y B es igual porque el plano es horizontal.
b) La aceleración de B aumenta porque crece su masa.
c) La aceleración de B disminuye porque está en relación inversa
con la masa.
d) La aceleración de B disminuye porque está en relación directa
con la masa.
Se obtiene multiplicando la fuerza aplicada por la distancia
recorrida.
a) Cantidad de movimiento.
b) Potencia.
c) Fuerza.
d) Trabajo.
Se aplica una fuerza horizontal de 20 N sobre un objeto y éste se
desplazó 4 m. ¿Cual es el trabajo realizado?
a) 80 J.
b) 40 J.
c) 0.2 J.
d) 5 J.
Es la unidad de medida del Trabajo en el Sistema Internacional.
a) Kilogramo/metro,
b) Joule.
c) Ampere.
d) Newton.
38
a) Se levantó un cuerpo de 1000 N hasta una altura de 5 m
sobre el suelo. ¿Qué trabajo se realizó?
b) 500 J.
c) 1 000 J.
d) 5 000 J.
e) 200 J.
9. ENERGÍA.
La energía es la capacidad de una fuerza de generar una acción o un
trabajo. El término proviene del vocablo griego “enérgeia”, que significa
“actividad”, y se usa en diversas áreas del conocimiento como son la
física y la química. Toda fuerza que realiza un trabajo sobre un objeto
provocará un cambio de energía en él. De manera resumida podemos
decir que energía es todo aquello que nos permite realizar un trabajo.
Tipos de energía
Existen diferentes tipos de energía que conocemos tenemos: la energía
eléctrica que tienen las pilas o acumuladores, la energía química de los
alimentos o combustibles, la energía radiante que nos proporciona el
sol, la energía térmica que utilizamos para cocinar los alimentos, la
energía nuclear de una bomba atómica, entre otros.
Energía electromagnética: Es una forma de energía radiante que se
propaga como una onda. Es la energía de la radiación solar, que llega a
la superficie de la Tierra como luz y calor, y también la de las ondas del
celular, de la radio o del microondas. De acuerdo con las frecuencias,
las ondas electromagnéticas tienen distintas propiedades. Las ondas
electromagnéticas se propagan en el vacío, por eso se puede ver la luz
de las estrellas y es posible comunicarse con una nave enviada a Marte.
Energía química: Este tipo de energía se encuentra siempre presente en
la materia, ya que se almacena en los enlaces atómicos. Las reacciones
químicas y el calor que estos producen durante la combustión pueden
utilizarse para generar trabajo o movimiento. Es la energía asociada con
las transformaciones de átomos y moléculas.
39
Energía térmica: Es la energía relativa al calor y una de las formas de
energía más usuales. El calor se produce por reacciones atómicas, como
en el Sol; por reacciones químicas, como cuando se quema leña o papel;
por rozamiento o por el metabolismo de algunos seres vivos, como los
mamíferos. Se transfiere por medio de ondas caloríficas.
Energía eléctrica: Es la energía proveniente del flujo de electrones y de
los campos eléctricos. Los electrones son partículas atómicas que tienen
carga eléctrica y que al moverse en un conductor generan una corriente
eléctrica. Esta corriente eléctrica se transmite por cables y llega hasta
los enchufes de los hogares. Energía que se debe al flujo de electrones
de carga negativa.
Energía nuclear: Es la energía que está en el núcleo de los átomos y que
se puede liberar mediante los procesos de fusión y fisión.
▪
La fusión consiste en juntar dos núcleos atómicos de átomos
livianos como el hidrógeno. Al producirse la unión de estos
núcleos se libera gran cantidad de energía en forma de calor.
▪
La fisión nuclear consiste en dividir el núcleo de un átomo
pesado como el uranio. Al romperse el núcleo también se libera
gran cantidad de energía en forma de calor. En las centrales
nucleares esto sucede de manera controlada y se utiliza el calor
para generar vapor. El vapor mueve una turbina que genera
electricidad.
Energía gravitacional: Es la energía de la fuerza de gravedad, la fuerza
de atracción ejercida entre dos cuerpos que tienen masa. Explica la
caída de los cuerpos y el movimiento de los planetas.
Energía mecánica: Es la suma de la energía cinética y la energía
potencial en un sistema.
Energía cinética.
La Energía Cinética: Se define como la capacidad que tiene un cuerpo
para realizar un trabajo en virtud de su movimiento. La poseen los
cuerpos en movimiento y dependen de la velocidad a la cual éstos se
mueven.
La expresión matemática es:
40
𝐸𝑐 =
Ec = Energía cinética (J)
m = masa (Kg)
V = velocidad (m/s)
𝑚𝑉2
2
Problemas.
1. Un auto tiene una masa de 1300 kg y lleva una velocidad de 90 km /
h Calcula su energía cinética.
2. Un insecto tiene una masa de 3 gramos y vuela a una velocidad de 5
cm / s. ¿Qué energía cinética en erg tiene?
Energía Potencial.
La Energía Potencial: Se define como la energía que tienen los cuerpos
en virtud de su posición o configuración. La tienen los cuerpos en reposo
y depende de la altura a la que se encuentre dicho cuerpo.
La fórmula que define a la energía potencial es:
𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ
Dónde:
Ep = Energía potencial (J)
m = masa (Kg)
h = altura (m)
Problemas.
1. Calcula la energía potencial respecto al suelo, de un cuerpo que tiene
una masa de 40 kg y se encuentra a una altura de 6m.
2. ¿A qué altura del suelo se encuentra suspendida una esfera de metal
que tiene una masa de 40 kg y posee una energía potencial de 4704
joules?
Aquello que nos permite realizar un trabajo.
a) Energía.
b) Fuerza.
c) Potencia.
d) Rapidez.
Energía que poseen los cuerpos en movimiento.
a) Mecánica.
b) Cuántica.
41
c) Potencial.
d) Cinética.
Energía cinética que posee un auto cuya masa de 1300 kg y que
viaja a una velocidad de 90 m/s.
a) 10 530 000 J.
b) 5 265 000 J.
c) 6 250 J.
d) 117 000 J.
Forma de transferencia de calor desde un cuerpo a otro por
contacto directo.
a) Fricción.
b) Radiación.
c) Convección.
d) Conducción.
Energía que se debe al flujo de electrones de carga negativa.
a) Radiante.
b) Química.
c) Atómica.
d) Eléctrica.
Es la suma de la energía cinética y potencial en un sistema.
a) Potencial.
b) Mecánica.
c) Sinérgica.
d) Cinética.
Energía que poseen todos en cuerpos en virtud de la altura a la
que se encuentran.
a) Potencial.
b) Mecánica.
c) Química.
d) Cinética.
Altura a la que se encuentra suspendida una esfera metálica
cuya masa es de 40 kg y posee una energía potencial de 4704 J.
a) 1.2 km.
b) 12 km.
42
c) 12 m.
d) 120 m.
Energía potencial de un cuerpo que se encuentra a 6 m de altura
y tiene una masa de 40 kg.
a) 39 J.
b) 1010 J.
c) 784 J.
d) 2354 J.
Un cuerpo de 600 N se eleva a una altura de 25 m, ¿cuál es su
energía potencial?
a) 1 500 J.
b) 400 J.
c) 15 000 J.
d) 24 J.
Energía que se transfiere por medio de ondas caloríficas.
a) Química.
b) Eléctrica.
c) Térmica.
d) Mecánica.
Energía asociada con las transformaciones de átomos y
moléculas.
a) Química.
b) Térmica.
c) Cuántica.
d) Eléctrica.
10. FLUIDOS.
Los fluidos son medios materiales continuos formados por sustancias en
las que existe una atracción débil entre sus partículas. Por eso, cambian
de forma sin que se produzcan en su interior fuerzas que tiendan a
restituir su configuración original.
Solo los líquidos y gases son considerados fluidos. Los sólidos no fluyen
y por eso tienden a conservar su forma.
43
Comportamiento de los fluidos.
Las moléculas de los líquidos y gases no se mantienen en posiciones
fijas, se pueden mover libremente deslizándose unas sobre otras y esto
impide que la materia en dichos estados tenga forma propia; por lo cual
un líquido toma la forma del recipiente que lo contiene.
Se denomina fluido a todo cuerpo cuyas moléculas tienen poca fuerza
de atracción entre sí y toma siempre la forma del recipiente en donde
está contenido.
Las moléculas de los líquidos se pueden mover libremente debido a que
la fuerza de atracción es más débil que en los sólidos, lo que permite
que tengan mayor libertad de rotación y traslación, además de la
vibración.
En los gases, la distancia entre las partículas aún es mayor que en los
líquidos. Se puede decir que las moléculas experimentan muy poca
fuerza de atracción y mayor energía cinética. Debido a eso, las
moléculas se mueven por todas partes y fluyen con entera libertad. Por
esta razón son capaces de llenar cualquier recipiente que las contenga
y por esto los gases no tienen forma ni volumen definido.
Los líquidos y los gases tienen la propiedad de fluir, es decir, ante una
mínima fuerza que se les aplique, porciones de ellos se desplazan sobre
las porciones restantes del material.
Los fluidos tienen características físicas elementales que los definen y
diferencian de otras formas de la materia, tales como:
• Deformabilidad infinita. Sus moléculas siguen movimientos no
acotados y entre todas ellas no existe una posición de equilibrio.
• Compresibilidad. Es posible comprimir fluidos hasta cierto grado, o
sea, hacerlos ocupar un volumen inferior al dado. Los gases son más
compresibles que los líquidos.
• Viscosidad. Se llama así a la tensión interna del fluido que se opone
al movimiento, es decir, a la resistencia a desplazarse que ofrece un
fluido y que es mucho mayor en los líquidos que en los gases.
44
• Ausencia de memoria de forma. Los fluidos ocupan la forma del
recipiente que los contiene, es decir, si se deforman, no vuelven a la
configuración original, por lo tanto, carecen totalmente de
elasticidad.
Propiedades físicas de los fluidos.
Tensión superficial. Es causada por la fuerza de atracción que ejercen
las moléculas que se encuentran en la superficie de un líquido y esto
hace que éste se comporte como una finísima membrana elástica que
puede soportar el peso de un cuerpo muy ligero.
Ejemplo: La tensión superficial del agua es la responsable de que las
gotas pequeñas sean esféricas y que la superficie libre del agua
soporte el peso de insectos pequeños como por ejemplo un
mosquito.
Cohesión. Es la fuerza de atracción entre partículas que mantiene unidas
las moléculas de una misma sustancia.
Ejemplo: si unimos dos gotas de agua o dos gotas de mercurio se forma
una sola.
Adhesión. Es la propiedad de la materia por la cual se unen dos
superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en
contacto, y se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares.
Ejemplo: las gotas de agua en el parabrisas de un automóvil.
Viscosidad. Es la propiedad que tienen los fluidos de oponer resistencia
a fluir.
Ejemplo: la miel resbala más lentamente que la leche en la misma
superficie.
Capilaridad. Es una propiedad física de los líquidos que depende de su
tensión superficial, se presenta cuando existe contacto entre un líquido
y una pared sólida especialmente si son tubos muy delgados.
Ejemplo: del ascenso de la savia de los árboles hasta sus hojas.
Densidad. La densidad es una propiedad especifica de la materia que
relaciona la cantidad de masa con el volumen de un determinado
45
cuerpo. La densidad nos permite identificar distintas sustancias y puede
ser calculada en forma directa midiendo independientemente la masa y
el volumen y matemáticamente se expresa:
donde:
A continuación revisaremos cómo obtener la densidad de diferentes
sustancias.
Ejemplo: Calcula la densidad del aluminio, si se sabe que 2 m3 tienen
una masa de 4000 kg. Considera los cinco pasos que se muestran como
el orden de la solución.
Solución:
Si un artesano deseara determinar el peso real de una pieza de acero y
no conociera su masa, tendría que considerar el peso del cuerpo y su
volumen. A esta relación se le conoce como peso específico (Pe) de una
sustancia, la cual se puede expresar como:
Recordando que el peso está determinado por W = (m)(g) podemos
reescribir esta expresión de la siguiente manera:
46
El cociente de m entre V representa la densidad, por lo tanto, también
se puede expresar el peso específico en función de la densidad es decir:
donde:
Ejemplo 1: ¿Cuál es el peso específico del oro si su densidad es de
193000 kg/m3?
Solución:
Ejemplo 2: Calcula el peso y el peso específico de un cubo de aluminio
cuyo volumen es 27 cm3 y su masa es de 284 g. Considera la gravedad
como 980 cm/s2
Solución:
47
Leyes de gases
A) LEY DE AVOGADRO
Establecida por Amadeo Avogadro en 1811. Indica la relación entre el
volumen y la cantidad de gas cuando la presión y la temperatura se
mantienen constantes. En términos generales, si la cantidad de gas en
un contenedor se incrementa, el volumen aumenta también. Si la
cantidad de gas disminuye, el volumen también lo hace. Se puede
expresar de la siguiente manera:
𝑉
𝑉1 𝑉2
=𝑘=
=
= 𝑉1𝑛2 = 𝑉2𝑛1
𝑛
𝑛1 𝑛2
Donde k es una constante derivada de la ley del gas ideal, y es igual a
RT/P, mientras que R es la constante universal de los gases.
B) LEY DE BOYLE
Indicada por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte llegó a las mismas
conclusiones, pero no publicó su trabajo sino hasta 1676. Debido a esto
también se le llama Ley de Boyle-Mariotte. Esta ley establece que la
presión de un gas en un recipiente es inversamente proporcional al
volumen, siempre y cuando la temperatura y la cantidad sean
constantes. Es decir, cuando el volumen de un contenedor se
incrementa, la presión decrece y viceversa.
𝑃1 𝑃2
𝑃𝑉 = 𝑘 =
=
= 𝑃1𝑉1 = 𝑃2𝑉2
𝑉2 𝑉1
C) LEY DE CHARLES
Descrita por Jack Charles en 1787. Muestra la relación entre el volumen
y la temperatura de una muestra de gas cuando la presión y la cantidad
son constantes: si la temperatura de una muestra de gas aumenta,
48
también lo hace el volumen, y si la temperatura baja, el volumen de gas
se reduce.
𝑉
𝑉1 𝑉2
=𝑘=
=
= 𝑉1𝑇2 = 𝑉2𝑇1
𝑇
𝑇1 𝑇2
D) LEY DE GAY-LUSSAC
Enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios del siglo XIX.
Describe la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando
el volumen y la cantidad son constantes: si la presión de un contenedor
de una muestra de gas es aumentada, la temperatura también crece,
en tanto que, si la presión se reduce, la temperatura también lo hace.
𝑃
𝑃1 𝑃2
=𝑘=
=
= 𝑃1𝑇2 = 𝑃2𝑇1
𝑇
𝑇1 𝑇2
E) ECUACIÓN GENERAL DEL ESTADO GASEOSO
También llamada “Ley combinada de los gases”, debido a que surge de
la combinación de las tres leyes anteriores (Boyle, Charles y GayLussac). Establece la relación entre la presión, la temperatura y el
volumen de una muestra de gas, cuando éstas son variables, en tanto
que la cantidad se mantiene constante. Matemáticamente, se define de
la siguiente manera: “En una muestra de gas, la relación entre el
producto de su presión por su volumen, dividido entre su temperatura
absoluta, se mantiene constante”.
𝑃𝑉
𝑃1𝑉1 𝑃2𝑉2
= 𝑘 = 𝑇1 =
𝑇2
𝑇
F) LEY DEL GAS IDEAL
Descrita por vez primera por Emil Clapeyron en 1834. Resulta de la
combinación de varias leyes de gases y sus unidades de medida.
Establece que el estado de la cantidad (n) de un gas ideal (en moles)
está determinado por su presión (P), volumen (V) y temperatura (T).
Con esta fórmula es posible realizar aproximaciones precisas del estado
de cualquier gas con condiciones determinadas. La fórmula se escribe
de la siguiente manera:
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
Donde:
▪
▪
▪
▪
P = Presión absoluta en atmósferas (atm).
V = Volumen absoluto en litros (L).
n = Cantidad de gas en moles.
T = Temperatura absoluta en kelvin (K).
49
▪
R = Es la constante universal de los gases y equivale a 0.082 L
atm/ mol K o 8.3144 J/mol K.
En un recipiente cerrado se tienen 70 moles de un gas bajo las
condiciones: P= 12 atm, V= 28 L, R= 0.082 atm lt / ºK mol. De
acuerdo con lo anterior, ¿a qué temperatura se encuentra dicho
gas?
a) 886.07 ºK.
b) 1991.86 ºK.
c) 365.85 ºK.
d) 58.53 ºK.
A temperatura constante, la presión de un gas en un recipiente
es inversamente proporcional al volumen". Es la Ley de:
a) Avogadro.
b) Gay – Lussac.
c) Charles.
d) Boyle - Mariotte.
Proceso térmico cuando la temperatura del sistema permanece
constante.
a) Adiabático.
b) Isocórico.
c) Isotérmico.
d) Isobárico.
Un gas a presión constante ocupa un volumen de 40 cm 3 a una
temperatura de 20 ºC. ¿Qué volumen ocupará el gas a una
temperatura de 60 ºC?
a) 13.3 cm3.
b) 30 cm3.
c) 120 cm3.
d) 45.46 cm3.
"La presión de una masa fija de gas, a volumen constante, es
directamente proporcional a la temperatura absoluta". Es la ley
gases de:
a) Charles.
b) La entropía.
c) Boyle.
50
d) Gay – Lussac.
Un gas inicialmente se encuentra a una temperatura de 5 oC, 7
atm de presión y 27 litros de volumen. Si éste se comprime a 15
litros y la temperatura aumenta a 12 oC, ¿cuál es la presión luego
de estos cambios.?
a)
b)
c)
d)
19 atm.
110
30.24 atm.
5.25 atm
Proceso térmico en el que el sistema no recibe ni cede calor.
a) Isobárico.
b) Adiabático.
c) Isotérmico.
d) Isocórico.
Proceso térmico realizado a presión constante.
a) Isobárico.
b) Isocórico.
c) Adiabático.
d) Isotérmico.
11. PRESIÓN.
La presión es la fuerza aplicada perpendicularmente sobre cada unidad
de área o superficie.
La presión se expresa como:
donde:
P es la presión, su unidad es N/m2 en el SI.
F es la fuerza, su unidad es el Newton (N) en el SI.
A es el área, su unidad es el m2 en el SI.
51
m es la masa, su unidad es el kilogramo SI.
g es la aceleración gravitatoria, que equivale a 9.8 m/s2.
Ejemplo: Calcula la presión que ejerce una mujer de 70 kg sobre sus
pies, al estar de pie sobre una superficie de 0.067 m2.
Solución:
Presión hidrostática.
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica
que estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan
fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Presión hidrostática: se puede definir como aquella que ejerce un líquido
en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión
hidrostática depende de la densidad del fluido y de la profundidad en la
que esté la persona, a este fenómeno se le conoce como el principio
fundamental de la hidrostática.
La presión hidrostática (Ph) se relaciona con el peso específico del
líquido y de la altura, matemáticamente se expresa con la siguiente
fórmula:
Recordando que el peso específico se puede expresar como P e = ρ g y
sustituyendo esta expresión en la fórmula de la presión hidrostática, se
obtiene presión hidrostática en función de la densidad:
52
donde:
Ejemplo 1: Un buzo se encuentra a 10 m de profundidad en el mar,
¿cuál es la presión?
Solución:
Ejemplo 2: Luis le pregunta a Juan cómo puede saber si el agua puede
subir hasta su departamento sin necesidad de usar una bomba, ya que
su departamento se encuentra a 8 m de altura con respecto a la planta
baja. Juan le pregunta si conoce con qué presión llega el agua en la
planta baja, Luis le contesta que es de 0.04 Pa. Juan afirma: entonces
sí podemos saber si se necesitará una bomba para que suba el agua.
Solución:
53
Presión atmosférica.
Se llama atmósfera (del griego atmos, aire o gas, y sfeira, esfera), a
la capa de aire que envuelve a la Tierra y que es indispensable para la
vida animal y vegetal.
La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire, por su peso,
sobre los cuerpos físicos que están en contacto con él.
Esta presión, de acuerdo con el principio fundamental de la hidrostática,
cambia dependiendo la altura, por lo que el valor varía; por ejemplo, en
la ciudad de Puebla es diferente que en la de Veracruz. Los instrumentos
que se utilizan para medir la presión atmosférica se llaman barómetros
y manómetros.
Tanto el barómetro como el manómetro fueron diseñados considerando
el experimento de Torricelli. La diferencia entre uno y otro es que el
manómetro mide la presión de un fluido con relación a la presión
atmósferica.
Presión absoluta
Como la presión atmosférica actúa sobre todos los objetos y sustancias
que están en la naturaleza, si un líquido está en un recipiente al
descubierto (alberca, río, mar, laguna, entre otros), la presión total a
una profundidad determinada (h) se obtiene sumando la presión
atmosférica y la hidrostática.
54
A esta suma de presiones se le conoce como presión absoluta,
matemáticamente se expresa:
Ejemplo: Determina la presión absoluta cuando un buzo se encuentra
en el océano a una profundidad de 300 m. Considera que la densidad
del mar es de 1024 kg/m3 y la presión atmosférica de 100000 Pa.
Solución:
Es la fuerza aplicada perpendicularmente sobre cada unidad de
área o superficie.
a) Potencia.
b) Presión.
c) Trabajo.
d) Peso.
Presión que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del
recipiente que lo contiene:
a) Presión.
b) Presión hidrostática.
c) Presión atmosférica.
d) Presión absoluta.
Capa de aire que envuelve a la Tierra y que es indispensable para
la vida animal y vegetal.
55
a)
b)
c)
d)
Ionósfera.
Presión atmosférica.
Biosfera.
Atmósfera.
Presión que cambia dependiendo la altura, por lo que el valor
varía; por ejemplo, en la ciudad de México es diferente que en la
de Cancún:
a) Presión manométrica.
b) Presión absoluta.
c) hidrostática.
d) Presión atmosférica.
Es la suma de la presión atmosférica y la presión hidrostática.
a) Presión hidrostática.
b) Presión manométrica.
c) Presión atmosférica.
d) Presión absoluta.
En Acapulco se tiene una presión atmosférica de 15 pascales y
una presión hidrostática de 8 pascales. ¿Cuál es la presión
absoluta en ese sitio?
a) 0.53 pascal.
b) 23 pascal.
c) 1.875 pascal.
d) 7 pascal.
Se coloca un peso de 150 newton en una superficie de 0.125 m2.
¿Cuál es la presión que recibe esa superficie?
a) 18.75 pascal.
b) 1200 pascal.
c) 149 pascal.
d) 1000 pascal.
12. PRINCIPIOS DE PASCAL Y ARQUÍMEDES.
Principio de Pascal.
La presión ejercida en cualquier parte de un fluido incompresible y en
equilibrio dentro en un recipiente de paredes indeformables, se
transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido.
56
El principio de Pascal se utiliza en las plataformas que elevan los coches
cuando se quiere revisar el motor. El sistema que se aplica consiste en
que el aire se comprime y ejerce una presión sobre el aceite que está
en el depósito subterráneo. El aceite le transmite la presión a un cilindro,
que es el que finalmente levanta el automóvil.
Principio de Pascal. La presión externa, ejercida sobre una parte de un
fluido encerrado en un recipiente, se transmite en todas las direcciones
y llega a todos los puntos del líquido sin disminuir su magnitud.
Este principio es fundamental en toda máquina hidráulica, como el gato
hidráulico, el freno, el ascensor y otras máquinas.
Con la expresión anterior se puede determinar cualquiera de las
variables, donde F1 y F2 son las fuerzas de entrada y de salida,
respectivamente, y su unidad es el Newton (N). Luego A1 y A2
corresponden al área de entrada y área de salida expresadas en metros
cuadrados (m2). Por lo tanto, de esta ecuación se deduce que:
Ejemplo: Se desea elevar un cuerpo de 200 kg utilizando un elevador
hidráulico de plato grande circular de 0.75 m2 de superficie y el plato
57
pequeño de 0.40 m2 de superficie; calcula la fuerza que debe realizar el
émbolo pequeño.
Solución:
Principio de Arquímedes.
Es un principio físico que afirma que todo objeto sumergido parcial o
totalmente en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del
fluido desalojado. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático
o de Arquímedes, y se mide en Newton.
De acuerdo con lo anterior, resulta que el empuje que recibe cualquier
cuerpo sumergido será igual al volumen sumergido multiplicado por el
peso específico del fluido que se trate, es decir:
Empuje = (peso específico del líquido) (volumen).
Como Pe= ρ g entonces:
Donde:
E = Empuje (N).
g = gravedad (9.81 m/s2 ).
ρ = densidad del fluido (Kg/m3).
V = volumen (m3).
El principio de Arquímedes da lugar a tres casos, teniendo en cuenta el
peso del cuerpo.
58
1. El peso del cuerpo (P) sea igual a la fuerza del empuje (E),
entonces el cuerpo se mantiene en equilibrio dentro del líquido.
2. El peso del cuerpo (P) es mayor que la fuerza de empuje (E),
entonces el cuerpo se hunde hasta encontrar algo que lo
sostenga.
3. El peso del cuerpo (P) es menor que la fuerza de empuje (E),
entonces el cuerpo flota, es decir, algo de él queda en la
superficie del líquido.
Ejemplo: Un cuerpo tiene un volumen de 200 cm3. Calcula el empuje
que recibe cuando se sumerge en agua.
Solución:
59
"La presión ejercida en cualquier parte de un fluido
incompresible y en equilibrio dentro en un recipiente de paredes
indeformables, se transmite por igual en todas las direcciones
en todo el fluido". Se refiere al:
a) Principio de Arquímedes.
b) Principio de Pascal.
c) Prensa hidráulica.
d) Principio de Bernoulli.
Este principio es fundamental en toda máquina hidráulica, como
el gato hidráulico, el freno, el ascensor y otras máquinas:
a) Principio de Pascal.
b) Principio de Arquímedes.
c) Prensa hidráulica.
d) Principio de Bernoulli.
Afirma que "todo objeto sumergido parcial o totalmente en un
fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido
desalojado":
a) Prensa hidráulica.
b) Principio de Arquímedes.
c) Principio de Bernoulli.
d) Principio de Pascal.
De acuerdo con el peso del cuerpo, el Principio de Arquímedes
establece que si el peso de cuerpo (P) es igual a la fuerza de
empuje, entonces:
a) El cuerpo se mantiene en equilibrio dentro del líquido.
b) El cuerpo es expulsado del líquido.
c) El cuerpo queda en la superficie del líquido y flota.
d) El cuerpo se hunde hasta encontrar algo que lo sostenga.
De acuerdo con el peso del cuerpo, el Principio de Arquímedes
establece que si el peso de cuerpo (P) es igual que la fuerza de
empuje (E), entonces:
a) El cuerpo se hunde hasta encontrar algo que lo sostenga.
b) El cuerpo queda en la superficie del líquido y flota.
c) El cuerpo es expulsado del líquido.
d) El cuerpo se mantiene en equilibrio dentro del líquido.
60
13. CALOR Y TEMPERATURA.
La diferencia entre calor y temperatura radica en que el calor se define
como el movimiento o intercambio de energía entre cuerpos, mientras
que la temperatura es la medida de la agitación de las moléculas de un
cuerpo.
La relación entre calor y temperatura es que para que la temperatura
de un cuerpo cambie debe haber una transferencia de calor.
¿Qué es el calor?
La definición de calor en física es la transferencia de energía térmica que
fluye de un cuerpo con mayor temperatura a otro de menor
temperatura.
El equilibrio térmico se alcanza cuando la temperatura entre ambos
cuerpos es la misma. En física no existe tal concepto como "la cantidad
de calor de un cuerpo".
La transmisión del calor puede ocurrir de las siguientes maneras:
El calor es la energía que pasa de un cuerpo o sistema a otro. La
transferencia de calor solo se produce cuando existe una diferencia de
temperatura entre dos cosas.
61
▪
▪
▪
Conducción: la transferencia de calor ocurre cuando un cuerpo u
objeto está en contacto con otro.
Ejemplos: Sartén de hierro fundido sobre una hornilla encendida
Hielo derretido en la mano.
Los pies calientes en la arena.
La taza de café caliente.
El planchado de la ropa.
El termómetro.
Convección: se produce por movimiento de gases o líquidos a
diferentes temperaturas.
Ejemplos: Sistemas de calefacción domésticos.
El fluido en los termos acumuladores.
Horno de microondas.
Secador de pelo.
Corrientes oceánicas.
Radiación: es una transferencia de calor sin que los cuerpos estén
en contacto. Por eso, esta se da mediante la emanación de energía
a través de ondas electromagnéticas.
Ejemplos: El calor del Sol.
La arena caliente en una playa.
Brasas de una hoguera.
Horno solar.
Termómetro infrarrojo.
Cámaras de bronceado.
Un ejemplo que ilustra esto sería el de una olla de agua hirviendo: el
fuego calienta la olla (radiación), el metal de la olla calienta el agua
(conducción) y el agua caliente sube por efecto del calor (convección).
62
La calorimetría es la parte de la física que estudia el calor, es decir, la
transferencia de energía de un cuerpo para otro.
Medición del calor.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) el calor se mide en
unidades de energía Joules o Julios (J). También se puede medir en
calorías, siendo 1 caloría =4,186 Joules.
Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calor necesaria
para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión
desde 15 hasta 16 °C. Esta unidad se denomina a 2 veces caloría
pequeña o caloría gramo para distinguirla de la caloría grande, o
kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías y se emplea en nutrición.
Medida de la temperatura.
La temperatura que indique el termómetro será también la temperatura
del cuerpo en cuestión. Se recalca que, lo que un termómetro indica es
su propia temperatura, por esto es importante conocer el concepto de
equilibrio térmico.
Los grados son una unidad de medida que se utiliza para determinar la
temperatura de un cuerpo, de algún objeto o algún lugar.
Escalas de temperatura: La temperatura de un sistema se puede
expresar en diferentes escalas de temperatura: Celsius, Kelvin y
Fahrenheit, Rankine.
63
Existen fórmulas matemáticas para convertir una temperatura en una
escala a otra.
Ejemplo:
Convertir 700°C a °F y en escala K
𝐾 = ℃ + 273.15
𝐾 = 700 + 273.15 = 𝟗𝟕𝟑. 𝟏𝟓
𝑲
℉ = (1.8 × °𝐶) + 32
℉ = (1.8 × 700) + 32
℉ = 1260 + 32 = 𝟏𝟐𝟗𝟐 ℉
Calor necesario para aumentar 1 °C
sustancia.
a) Calor especifico.
b) Calorimetría.
c) Calor cedido.
d) Caloría.
64
a 1 gr de cualquier
Afirmación que expresa correctamente la diferencia entre calor
y temperatura.
a) Ambas indican la cantidad de energía en un sistema.
b) El calor indica caliente o frio y la temperatura se mide con el
termómetro.
c) El calor se asocia al movimiento de las moléculas y la
temperatura a su energía cinética.
d) El calor se asocia al movimiento de las moléculas y la
temperatura mide la cantidad de calor.
Cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un
cuerpo o sistema y el cambio de la temperatura que
experimenta.
a) Capacidad calorífica.
b) Calor específico.
c) Calor latente.
d) Temperatura.
Temperatura a la cual las partículas dejan de moverse.
a) Calor latente.
b) Calor específico.
c) Cero absoluto.
d) Calor cedido.
Cuando una sartén se calienta sobre una estufa encendida, se
dice que el calor se transfiere por:
a) Propagación.
b) Reflexión.
c) Radiación.
d) Conducción.
Forma de transferencia en la que el calor se propaga a través de
un fluido.
a) Dilatación.
b) Convección.
c) Radiación.
d) Conducción.
65
Incremento de las dimensiones de un cuerpo como consecuencia
de un aumento en su temperatura.
a) Reflexión.
b) Convección.
c) Compresión.
d) Dilatación.
Ciencia que trata los procesos de transferencia del calor.
a) Termodinámica.
b) Electromagnetismo.
c) Acústica.
d) Óptica.
Instrumento que mide temperaturas.
a) Vernieres.
b) Termómetro.
c) Termostato.
d) Manómetro.
¿Cuántos °F equivalen a -25 °C?
a) 248.15 °F.
b) -5.5 °F.
c) -13 °F.
d) 298.15 °F.
Equivalencia de 49 grados centígrados a grados Fahrenheit.
a) 120.2 oF.
b) 12.02 oF.
c) 9.44 oF.
d) 42.8 oF.
Convertir 240 ºF a ºC.
a) 150. 5 ºC.
b) 251.15 ºC.
c) 513.15 ºC.
d) 115.5 ºC.
66
14. ENERGÍA INTERNA.
En física, la energía interna (U) de un sistema intenta ser un reflejo de
la energía a escala macroscópica. Más concretamente, es la suma de:
▪
▪
La energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías
cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro
de masas del sistema, y de
La energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a
las interacciones entre estas individualidades.
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional
del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el
cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o
electrostático externo.
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el
resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos
que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y
vibración) y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas
intermoleculares) e intramolecular de la energía de enlace.
En física, esta energía de un sistema, intenta ser un reflejo de la
energía a escala macroscópica.
a) Energía molecular.
b) Energía interna (U).
c) Energía potencial.
d) Energía cinética.
Este tipo de energía en un sistema, es la suma de las energías
cinética interna y potencial interna.
a) Energía interna (U).
b) Energía cinética interna.
c) Energía potencial interna.
d) Energía molecular.
Es la suma de las energías cinéticas de las individualidades que
forman un sistema respecto a su centro de masas.
67
a)
b)
c)
d)
Energía interna (U).
Energía molecular.
Energía potencial interna.
Energía cinética interna.
15. TERMODINÁMICA.
Es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de
temperatura, presión y volumen de un sistema físico, a un nivel
macroscópico.
La raíz “termo” significa calor y dinámica se refiere al movimiento, por
lo que estudia el movimiento del calor en un cuerpo.
Leyes de la Termodinámica:
Ley Cero: Si dos sistemas encuentran en equilibrio térmico con un
tercer sistema, entonces los dos sistemas se encuentran en equilibrio
entre sí.
Si un sistema A y un sistema B están a la misma
temperatura y B está a la misma temperatura que C,
entonces A y C están a la misma temperatura.
Si ponemos en contacto dos cuerpos y uno está más caliente que el otro,
la transferencia de calor hará que se llegue al equilibrio térmico, un
estado en el que la temperatura de ambos objetos es igual y, mientras
en el sistema no entre un tercer cuerpo con calor distinto, la
temperatura se mantendrá constante.
Primera ley de la termodinámica. Cuando un sistema es sometido a
un ciclo termodinámico el calor cedido por el sistema será igual al
trabajo recibido por el mismo. Esta, ley se refiere al principio de
conservación de la energía.
La energía ni se crea ni se destruye. Solo puede
transformarse o transferirse de un objeto a otro.
Esta ley establece que, al suministrar una determinada cantidad de calor
(Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del
68
incremento de la energía interna del sistema (ΔU) menos el trabajo (W)
efectuado por el sistema sobre sus alrededores:
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
Segunda ley de la termodinámica: regula la dirección en que se han
de llevar a cabo los procesos termodinámicos, por tanto. la imposibilidad
de que ocurran en sentido contrario y en algunos casos la imposibilidad
de convertir completamente la toda la negaría de un tipo a otro sin
pérdidas.
Principio de la entropía.
La cantidad de entropía en el Universo tiende a incrementarse con el
tiempo La entropía es una magnitud física que mide el grado de
desorden de un sistema. Pues bien, esta ley de la termodinámica afirma
que, a medida que pasa el tiempo, la entropía tiende a aumentar
inevitablemente, es decir, que se incrementa el grado de desorden en
el Universo.
Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será el movimiento de las
moléculas en la materia, ya sea sólida, líquida o gaseosa.
A más movimiento, más desorden.
Tercera Ley de la termodinámica: Propuesta por Walther Nerst,
afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto
mediante un proceso finito de procesos físicos.
69
Principio de Nernst:
Al llegar al cero absoluto de
cualquier proceso físico se detiene.
temperatura,
Rama de la física que estudia los efectos de los cambios de
temperatura, presión y volumen de un sistema físico, a un nivel
macroscópico.
a) Térmica.
b) Hidráulica.
c) Termodinámica.
d) Termostática.
"Si ponemos en contacto dos cuerpos y uno está más caliente
que el otro, la transferencia de calor hará que se llegue al
equilibrio térmico." Esto se refiere a la
de la
termodinámica.
a) Ley cero.
b) Primera ley.
c) Tercera ley.
d) Segunda Ley.
"Cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico el
calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el
mismo." Esto se refiere a la
de la termodinámica.
a) Segunda Ley.
b) Primera ley.
c) Tercera ley.
d) Ley cero.
"Cuando un cuerpo frio y uno caliente entren en contacto, nunca
ocurrirá que el cuerpo caliente se caliente mas y que el frio se
enfríe más." Esto se refiere a la
de la
termodinámica.
a) Ley cero.
b) Primera ley.
c) Segunda Ley.
d) Tercera ley.
70
Magnitud física que mide el grado de desorden de un sistema.
a) Calor.
b) Entropía.
c) Entalpía.
d) Energía interna.
"Es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto
mediante un proceso finito de procesos físicos." Esto se refiere
a la
de la termodinámica.
a) Primera ley.
b) Tercera ley.
c) Ley cero.
d) Segunda Ley.
16. LEYES DE LA ELECTRICIDAD.
Por electricidad se comprende un conjunto de fenómenos físicos
vinculados a la presencia y transmisión de cargas eléctricas. Existen
varios conceptos básicos que están íntimamente relacionados con la
electricidad.
Introducción al estudio de la electricidad.
La electricidad es una fuente versátil y transformadora, capaz de
aprovecharse de distintos modos:
▪ Generar luz. Las lámparas y bombillas permiten aprovechar el flujo
eléctrico en el vacío para irradiar luz, iluminando distintos ambientes
y extendiendo la vida diurna más allá de la caída del sol.
▪ Generar calor. El efecto Joule describe cómo el paso de los electrones
por un conductor genera energía calórica, que puede ser
aprovechada mediante resistencias para calefaccionar, soldar o
incluso cocinar.
▪ Generar movimiento. Diversos tipos de aparatos son activados
mediante electricidad para generar movimiento, como los motores y
rotores, que convierten la energía eléctrica en mecánica.
▪ Transmitir datos. Mediante sistemas electrónicos, circuitos eléctricos
o redes de cableado, la electricidad permite activar componentes de
diversa naturaleza a lo largo de distancias enormes.
71
La electricidad consiste en la transmisión de electrones de la última capa
de los átomos (la más lejana) a la de un átomo siguiente, fluyendo a lo
largo de la materia conductora y alterando en el camino ciertas
propiedades de la misma.
Por otro lado, la electricidad es acumulable, para lo cual se inventaron
las pilas o baterías (acumuladores), capaces de absorber corriente
eléctrica y almacenarla en su contenido químico, para ser recuperada
posteriormente.
Conductores: Un material es conductor cuando sus átomos que lo
constituyen se caracterizan por la gran movilidad de electrones y
permiten que un electrón viaje a través de él con mayor rapidez y
mínima resistencia.
Aislantes: Un aislante o no-conductor es aquel material donde el
movimiento de los electrones es nulo.
Carga eléctrica: Es la propiedad que tiene la materia de constituirse por
átomos que a su vez se componen de electrones (carga negativa),
protones (carga positiva) y neutrones (sin carga eléctrica).
Corriente eléctrica: Es la cantidad de carga que circula por un conductor
en un tiempo determinado En el Sistema Internacional de unidades la
corriente eléctrica se mide en Amperes.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica
se denomina coulomb (símbolo C).
Formas de electrización: Un cuerpo puede electrizarse por tres formas:
frotamiento, contacto e inducción.
▪ Electrización por frotamiento. Si frotamos una barra de ebonita con
un paño de lana podemos verificar que el material y el paño han
quedado electrizados. Las cargas desarrolladas son de signos
distintos.
▪ Electrización por contacto. Es cuando se toca un cuerpo con otro
cuerpo electrizado esto pasa en la mayoría de los metales.
72
▪ Electrización por inducción. Cuando un cuerpo cargado se aproxima
a otro cuerpo, en el extremo del cuerpo próximo al que está
electrizado aparece una carga inducida de signo opuesto al de la
carga inductora y en extremo opuesto aparece una carga del mismo
signo.
Ley de Coulomb.
“Establece que la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas
puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas
e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.”
donde:
F = fuerza en Newtons (SI).
q = carga eléctrica en Coulombs (SI).
R = distancia en metros (SI).
k = constante de coulomb = 9 x 109 N m2 / coulomb2.
73
Ley de las cargas eléctricas:
Cargas opuestas se atraen.
Cargas iguales se rechazan o repelen.
Campo eléctrico.
Un campo eléctrico es un campo físico o región del espacio que
interactúa con cargas eléctricas o cuerpos cargados mediante una fuerza
eléctrica. Su representación por medio de un modelo describe el modo
en que distintos cuerpos y sistemas de naturaleza eléctrica interactúan
con él.
Estos campos eléctricos pueden ser consecuencia de la presencia de
cargas eléctricas, o bien de campos magnéticos variables, como lo
demostraron los experimentos de los científicos británicos Michel
Faraday y James C. Maxwell.
Así, un campo eléctrico es esa región del espacio que se ha visto
modificada por la presencia de una carga eléctrica. Si esta carga es
positiva, genera líneas de campo eléctrico que «nacen» en la carga y se
extienden hacia fuera con dirección radial. Si, por el contrario, la carga
es negativa, las líneas de campo «mueren» en la carga. Si se acerca
una carga a la región del espacio donde existe un campo eléctrico, ésta
experimentará una fuerza eléctrica con una dirección y sentido.
Los campos eléctricos no son medibles directamente, con ningún tipo de
aparato. Pero sí es posible observar su efecto sobre una carga ubicada
en sus inmediaciones, es decir, sí es posible medir la fuerza que actua
sobre la carga (intensidad). Para ello se emplean newton/coulomb
(N/C).
Intensidad del campo eléctrico
74
La carga eléctrica positiva genera un campo eléctrico hacia afuera y la
negativa, hacia dentro.
La intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que
representa la fuerza eléctrica F actuando sobre una carga determinada
en una cantidad precisa de Newton/Coulomb (N/C).
Esta magnitud suele denominarse sencillamente “campo eléctrico”,
debido a que el campo en sí mismo no puede ser medido, sino su efecto
sobre una carga determinada.
Fórmula del campo eléctrico: La ecuación que relaciona un campo
eléctrico E con la fuerza que ejerce sobre una carga q está dada por la
siguiente ecuación:
F = qE
Donde:
F es la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga eléctrica q.
E es la intensidad.
q es la carga eléctrica en coulombs.
Tomando en cuenta que si la carga es positiva (q > 0), la fuerza eléctrica
tendrá el mismo signo que el campo y q se moverá en el mismo sentido;
mientras que si la carga es negativa (q < 0), ocurrirá todo al revés.
Voltaje.
El voltaje es la magnitud que da cuenta de la diferencia en el potencial
eléctrico entre dos puntos determinados. También llamado diferencia de
potencial eléctrico o tensión eléctrica, es el trabajo por unidad de carga
eléctrica que ejerce sobre una partícula un campo eléctrico, para lograr
moverla entre dos puntos determinados.
Cuando se unen dos puntos que presentan diferencia de potencial
eléctrico con un material conductor, se producirá un flujo de electrones,
lo que se conoce como corriente eléctrica, que llevará parte de la carga
desde el punto de mayor al de menor potencial.
Dicha diferencia de potencial eléctrico es el voltaje, y dicha corriente
cesará en cuanto ambos puntos tengan el mismo potencial, a menos
75
que se mantenga cierta diferencia de potencial mediante un generador
o una fuente externa de algún tipo.
De ese modo, cuando se habla del voltaje de un solo punto, se lo refiere
en comparación con cualquier otro cuerpo con el que entre en contacto
y cuyo potencial se asume igual a cero.
El voltaje también recibe el nombre de “diferencia de potencial”, “fem”,
“fuerza electromotriz”. Se mide en volts o voltios.
Resistencia eléctrica.
La Resistencia Eléctrica es la oposición o dificultad al paso de la corriente
eléctrica. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase
por el la corriente, más resistencia tendrá.
La resistencia eléctrica se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la
letra R.
Para el símbolo de la resistencia eléctrica, dentro de los circuitos
eléctricos, podemos usar dos diferentes:
Da igual usar un símbolo u otro.
En un circuito eléctrico encontramos resistencia en los propios cables o
conductores y en los (lámparas, motores, etc.).
76
Ley de Ohm.
La cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por
resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza
electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la
resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la
fórmula:
V=RI
donde:
I = Intensidad de corriente (Ampers o amperios.).
V = Fuerza electromotriz (volts o voltios).
R = Resistencia eléctrica (ohms ó Ω).
Ejemplo 1. Calcula la intensidad de la corriente que alimenta a una
lavadora de juguete que tiene una resistencia de 10 ohmios y funciona
con una batería con una diferencia de potencial de 30 V
El problema nos pide la corriente, por lo que tendremos que aplicar la
ley del ohm, para hallarla.
Por lo que necesitamos 3 Amperes, para alimentar a la lavadora de
juguete.
Ejemplo 2. Calcula el voltaje, entre dos puntos del circuito de una
plancha, por el que atraviesa una corriente de 4 amperios y presenta
una resistencia de 10 ohmios.
77
En este caso no es necesario despejar, porque se usa la formula directa
V = RI.
Por lo que tendríamos 40 Volts como respuesta, que serían los que
atraviesan entres los dos puntos de la plancha.
Circuitos eléctricos.
Un circuito eléctrico es un sistema por el cual circula la corriente
eléctrica. Los circuitos transforman la energía eléctrica en otra forma de
energía.
En otras palabras, un circuito corresponde a un conjunto de elementos
que se encuentran relacionados y en los que circula la electricidad.
Recordemos que la electricidad es un fenómeno que se origina a través
de las cargas eléctricas. Cuando estas cargas se mueven por un material
como un cable de cobre, se denomina corriente eléctrica.
Pueden ser:
I. Circuitos con resistencia en configuración Serie.
Si se apaga uno, se apagan todos.
II. Circuito con resistencias en paralelo. Un circuito en paralelo es aquel
en que las resistencias están, una detrás de la otra.
Si se apaga uno los demás siguen encendidos.
Fórmulas:
RT= R1 + R2 + R3 + Rn. Serie.
1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/Rn… Paralelo.
78
Circuito eléctrico más simple.
Los circuitos eléctricos simples están formados por un conjunto de
elementos o conductores que, si los conectamos de manera adecuada,
nos permitirán hacer funcionar una lámpara, una linterna o un motor
eléctrico.
El recorrido de la electricidad en un circuito simple se inicia en la fuente
de energía, la que pasa a través de los conectores, para llegar a un
receptor que transforme la energía eléctrica en otro tipo de energía,
normalmente en energía lumínica y térmica en el caso de las ampolletas.
También en los circuitos eléctricos hay interruptores, los cuales poseen
como función interrumpir o permitir el paso de la electricidad.
Un circuito eléctrico simple se caracteriza por tener solo un receptor, el
cual puede ser una ampolleta o bombilla eléctrica, un timbre o un motor
eléctrico.
Elementos básicos de un circuito eléctrico.
Los elementos básicos de un circuito eléctrico simple son los siguientes:
Fuente de energía o Generador: Corresponde a una fuente de energía
que entrega la energía eléctrica al circuito. Las fuentes de energía son
la red eléctrica de nuestros hogares, las pilas y baterías.
79
Conectores o hilos conductores: En un circuito eléctrico, se utilizan para
unir los diferentes elementos que lo conforman. Además de permitir que
la electricidad circula a través de ellos. Por lo general son cables,
formados por uno o más alambres de un material conductor.
Receptor: Su función es recibir y transformar la energía eléctrica en otro
tipo de energía como térmica, lumínica, cinética o sonora.
Interruptor: Es un dispositivo que posee como función interrumpir o
permitir el paso de la electricidad. Un interruptor posee dos posiciones:
Abierto: No deja pasar la electricidad.
Cerrado: Si deja pasar la electricidad.
Potencia eléctrica.
La potencia se define como la energía o trabajo consumido o producido
en un determinado tiempo. En los circuitos eléctricos la unidad de
potencia es el Vatio (en castellano) o Watt en inglés; según la
bibliografía, se usan dos letras, W (watt) o P (Potencia).
La unidad de potencia eléctrica watt tiene correspondencia con otras
unidades de potencia, una de las más utilizadas, por ejemplo, con
motores, son los caballos. (CV o HP).
Fórmula y despejes:
80
La potencia eléctrica en el recibo de la luz.
Para calcular la potencia eléctrica en el recibo de luz, necesitaríamos
conocer tanto el consumo de energía eléctrica (expresado en kilovatioshora, kWh) como la potencia contratada (expresada en kilovatios, kW).
La potencia contratada es la cantidad máxima de energía que se puede
consumir simultáneamente en un hogar o negocio y se establece al
contratar el servicio eléctrico con la compañía suministradora.
Supongamos que en tu factura de luz, has consumido un total de 300
kWh durante el mes. Además, la potencia contratada para tu hogar es
de 5 kW.
Para calcular la potencia eléctrica media (o potencia activa), podemos
utilizar la fórmula:
Potencia Eléctrica (kW) =Consumo de Energía (kWh)/Horas en el Mes
Si asumimos que hay 30 días en el mes y que cada día tiene
aproximadamente 24 horas, podemos calcular la potencia eléctrica de
la siguiente manera:
Potencia Eléctrica (kW) =
300 kWh
30 días x 24 horas/día
Potencia Eléctrica (kW) =
300 kWh
720
Potencia Eléctrica (kW) =
0.4167 kW
Entonces, la potencia eléctrica media en tu hogar es aproximadamente
0.4167 kW.
Es aquel material donde el movimiento de los electrones es nulo:
a) Vidrio.
b) Aislante.
c) Conductor.
d) Carga eléctrica.
81
¿Qué resistencia tiene una lámpara conectada a una fuente de
120 voltios, si la corriente es de 8 amperes?
a) 15 ohm.
b) 16 ohm.
c) 8 ohm.
d) 10 ohm.
Es aquel material donde sus átomos permiten que un electrón
viaje a través de él con mayor rapidez y mínima resistencia:
a) Conductor.
b) Carga eléctrica.
c) Aislante.
d) Vidrio.
Es la cantidad de carga que circula por un conductor en un
tiempo determinado:
a) Resistencia.
b) Electrostática.
c) Corriente eléctrica.
d) Carga eléctrica.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga
eléctrica se mide en:
a) Coulombs.
b) Julios.
c) Amperes.
d) Ergios.
"Cuando un cuerpo cargado se aproxima a otro cuerpo, en
el extremo del cuerpo próximo al que está electrizado aparece
una carga inducida de signo opuesto al de la carga inductora."
Esta es una forma de electrización:
a) Por deducción.
b) Por frotamiento.
c) Por contacto.
d) Por inducción.
"Si tallamos una barra de ebonita con un paño de lana
podemos verificar que el material y el paño han quedado
electrizados." Esta es una forma de electrización:
82
a)
b)
c)
d)
Por deducción.
Por contacto.
Por inducción.
Por frotamiento.
"Establece que la fuerza de atracción o de repulsión entre dos
cargas puntuales es directamente proporcional al producto de
las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia." Lo anterior se refiere a:
a) Ley de Coulomb.
b) Ley del magnetismo.
c) Ley de las cargas eléctricas.
d) Ley de Ohm.
Es una región del espacio que interactúa con cargas eléctricas o
cuerpos cargados mediante una fuerza eléctrica:
a) Circuito eléctrico.
b) Nube electrónica.
c) Carga eléctrica.
d) Campo eléctrico.
Es la magnitud que da cuenta de la diferencia en el potencial
eléctrico entre dos puntos determinados:
a) Potencial eléctrico (P).
b) Intensidad de corriente (I).
c) Voltaje (V).
d) Resistencia (R).
Selecciona la intensidad de la corriente que alimenta a un
juguete que tiene una resistencia de 10 ohmios y funciona con
una batería con una diferencia de potencial de 30 V.
a) 3 amperes.
b) 40 amperes.
c) 0.3 amperes.
d) 300 amperes.
83
QUÍMICA.
1. LA QUÍMICA.
La química es la ciencia que estudia la composición, estructura y
propiedades de la materia, incluyendo su relación con la energía y
también los cambios que pueden darse en ella a través de las llamadas
reacciones.
Es la ciencia que estudia las sustancias y las partículas que las
componen, así como las distintas dinámicas que entre éstas pueden
darse.
La química se encuentra presente en la gran mayoría de los procesos
industriales, así como en aspectos muy cotidianos de nuestra vida.
Gracias a ella se han desarrollado materiales complejos adaptados a
nuestras diversas necesidades a lo largo de la historia.
Desde las aleaciones metálicas, hasta los compuestos farmacológicos o
los combustibles para impulsar nuestros medios de transporte, el
conocimiento de las reacciones químicas ha sido fundamental. De hecho,
gracias a la química hemos modificado el mundo a nuestro alrededor,
para bien y para mal.
2. MATERIA Y ENERGÍA.
La materia se define como aquello que se extiende en una determinada
región del espacio-tiempo, que posee una cantidad determinada de
energía y que está sujeto a cambios en el tiempo.
En general la química atribuye a la materia tres rasgos o propiedades
fundamentales:
▪
Posee una masa determinada, que se evidencia en un peso, un
volumen y unas dimensiones cuantificables.
▪
Ocupa un lugar en el espacio, que no puede ser ocupado al mismo
tiempo por otro cuerpo.
▪
Perdura en el tiempo, aunque no necesariamente de la misma
forma: el hielo es ciertamente materia, y no deja de serlo cuando
se derrita o cuando el agua que lo compone se evapore. Estos
cambios en su estado físico (o estado de agregación de la materia)
dependen de la cantidad de energía que posea.
84
Todo lo que existe en el universo es energía. Esta se puede presentar
en forma de materia. Materia es la energía que contiene una masa que
ocupa un volumen en el espacio, tiene inercia, pueden producir trabajo
y es perceptible a nuestra vista.
Partículas que componen la materia.
La materia está compuesta por pequeñas partículas denominadas
átomos.
Los átomos están formados por otras partículas más diminutas que se
llaman partículas subatómicas. Las más importantes son protones,
neutrones y electrones. Los protones y los neutrones se ubican en el
núcleo del átomo, mientras que los electrones se sitúan en la corteza
del núcleo y giran a gran velocidad en los orbitales.
Estas partículas más pequeñas que el átomo, se llaman partículas
subatómicas:
▪
Protones: partículas con carga positiva, están ubicados en el núcleo
del átomo.
▪
Neutrones: partículas sin carga; tienen una masa tamaño similar a
los protones, se los ubican en el núcleo del átomo.
▪
Electrones: presentan carga negativa igual a 1 y masa despreciable
(dos mil veces menor que los protones y neutrones). Se mueven
alrededor del núcleo en distintos niveles de energía.
Cuando se unen dos o más átomos se forma una molécula. Si las
sustancias están formadas por átomos de dos o más elementos
diferentes en proporciones definidas, se conocen como compuestos
químicos. En cambio, si los átomos de una molécula son iguales se habla
de elemento químico.
Molécula: Partícula más pequeña de la materia que conserva sus
propiedades físicas y químicas, que solo puede descomponerse por
85
medios químicos y se representa mediante fórmulas químicas. Puede
estar formada por átomos iguales o diferentes.
Compuesto: Sustancias químicas formadas por dos o más elementos de
diferente tipo, de modo que cada uno de éstos pierde sus propiedades
intrínsecas.
Sustancia: Toda porción de materia que comparte determinadas
propiedades intensivas.
Sustancia pura: Aquella que no se puede descomponer en otras
mediante procedimientos físicos. Es posible que ésta se descomponga
mediante reacciones químicas. Si se descompone en más de un
elemento, se dice que es una sustancia compuesta; de lo contrario, es
una sustancia simple.
Estado en que se puede manifestar la materia.
La materia es todo aquello que tiene masa e inercia y ocupa un lugar en
el espacio. Todas las cosas están hechas de materia, las sólidas (como
la piedra o el hierro), las líquidas (como el aceite o el mar) y las gaseosas
(como el aire que respiramos).
Cada estado de la materia tiene particularidades diferentes:
Sólidos
Líquidos.
Gases
Tienen volumen y forma definidos.
Sus partículas están muy ordenadas y muy próximas entre sí.
Forman una estructura firme.
Gran fuerza de cohesión y baja fuerza de adhesión.
Tienen volumen fijo, pero varían su forma según su recipiente.
Sus partículas están en contacto, aunque pueden cambiar de posición.
Sus partículas se pueden mover con libertad.
Baja fuerza de cohesión y alta fuerza de adhesión.
No tienen volumen fijo ni forma definida.
Sus partículas están muy separadas.
Se mueven con gran facilidad y ocupan todo el espacio en el que se
encuentran.
No tiene fuerzas de cohesión ni de adhesión.
En un sólido, los átomos o moléculas se encuentran en contacto entre
sí y fuertemente ligados, de manera que su movimiento relativo es
mínimo. Por esta razón los sólidos conservan su forma.
En los líquidos, en cambio, aunque los átomos también se hallan en
contacto, no están fuertemente ligados entre sí, de modo que fácilmente
pueden desplazarse, adoptando el líquido la forma de su recipiente.
86
Los átomos o las moléculas de los gases están alejados unos de otros,
chocando frecuentemente entre sí, pero desligados, de manera que
pueden ir a cualquier lugar del recipiente que los contiene.
Cambios de estado:
Los cambios de estado se deben a las variaciones de temperatura que
experimentan los cuerpos. A mayor temperatura, la fuerza de cohesión
disminuye y viceversa.
En el esquema las flechas rojas indican aumento de temperatura,
mientras que las de color azul indican disminución de la temperatura.
Los cambios en la materia pueden ser físicos o químicos.
1. Los cambios físicos son los que se producen sin que se modifique la
estructura íntima de la materia. Por ejemplo, los cambios de estado.
2. Los cambios químicos, conocidos también como reacciones químicas,
hacen que una sustancia se convierta en otra. Por ejemplo, cuando
el hierro reacciona con el aire, produciéndose su oxidación.
Propiedades físicas de la materia:
Las propiedades generales de la materia son:
▪ La extensión: permite ocupar un espacio determinado.
▪ La masa: es la cantidad de materia que contiene un cuerpo.
▪ La inercia: impide el desplazamiento sin la influencia de una fuerza,
impenetrabilidad que hace que otra materia no pueda ocupar el
mismo espacio.
87
▪ La porosidad: implica los intersticios entre las partículas que la
conforman.
▪ La divisibilidad: es la capacidad de subdivisión en partes del todo de
la materia.
▪ La elasticidad: Permite que la materia vuelva a su forma original.
Las propiedades específicas de la materia son:
▪ La densidad: Es la relación entre la masa que tiene el cuerpo y el
volumen que ocupa.
▪ El volumen: Es el punto de ebullición que se refiere a la temperatura
en que, exclusivamente los líquidos, hierven.
▪ El punto de fusión: Depende de la propiedad específica de la materia
sólida, por el cual pasa de la solidez a un estado líquido.
▪ El grado de conductividad de energía eléctrica: Hay cuerpos que
conducen la energía eléctrica de mayor manera que otras, también
hay materias que directamente son inconducentes y aislantes de
energía eléctrica, esto depende de las características particulares del
cuerpo material.
▪ El grado de conductividad térmica: La conducción térmica es la
transferencia de energía que se expresa en el aumento o la
disminución de la temperatura de la materia, como en el caso
anterior es la propiedad material la que condiciona o facilita la
influencia térmica.
Por otro lado, las propiedades pueden ser clasificadas en extensivas o
intensivas:
▪ Las propiedades extensivas: son aquellas que el valor medido reside
en las propiedades de la masa. Por ejemplo: el peso, el área,
volumen, la presión de gas, la disminución o el aumento de calor,
etc.
Densidad: Es la relación de la masa de una sustancia con el
volumen ocupado por esa masa, es la masa por unidad de
volumen y se expresa con la ecuación:
𝑚
𝑑=
𝑣
Y se expresa en unidades como: g/ml, g/cm3.
Peso: Es la cantidad de fuerza gravitatoria con la que la Tierra
atrae un cuerpo cualquiera. Su unidad en el SI es el Newton (N).
88
▪ Las propiedades intensivas: en cambio son valores medidos que no
dependen de la masa, por ejemplo, el color, sabor, reactividad, la
electronegatividad, etc. Las propiedades intensivas son aquéllas que
no dependen de la cantidad de materia.
Ciencia que estudia las sustancias y partículas que las
componen, así como las distintas dinámicas que entre éstas
pueden darse.
a) Química.
b) Biología.
c) Bioquímica.
d) Física.
Principal objeto de estudio de la Química:
a) Energía.
b) Materia y energía.
c) Materia y masa.
d) Materia.
Aquello que se extiende en una determinada región del espaciotiempo, que posee una determinada cantidad de energía:
a) Materia.
b) Materia y energía.
c) Materia y masa.
d) Energía.
Sustancia formada por la combinación química de dos o más
elementos de la tabla periódica.
a) Elemento.
b) Materia.
c) Sustancia.
d) Compuesto.
Sustancia compuesta por un mismo tipo de átomos.
a) Molécula.
b) Mezcla.
c) Compuesto.
d) Elemento.
89
Partícula subatómica de carga positiva que se localiza en el
núcleo del átomo:
a) Hadrón.
b) Neutrón.
c) Protón.
d) Electrón.
Partícula subatómica de carga negativa que se localiza en los
niveles de energía del átomo:
a) Protón.
b) Electrón.
c) Hadrón.
d) Neutrón.
Puede descomponerse por medios químicos y se representa
mediante fórmulas químicas. Puede estar formada por átomos
iguales o diferentes:
a) Materia.
b) Molécula.
c) Materia.
d) Elemento.
Estado de agregación en el cual sus partículas están muy
cercanas entre sí y posee forma definida:
a) Gas.
b) Sólido.
c) Plasma.
d) Líquido.
Relación de la masa de una sustancia con el volumen ocupado
por ésta:
a) Peso.
b) Densidad.
c) Volumen.
d) Masa.
90
Cambio de sólido a líquido al aumentar la temperatura:
a) Deposición.
b) Ebullición.
c) Fusión.
d) Ebullición.
Propiedades en las que el valor medido reside en las propiedades
de la masa:
a) Intensivas.
b) Extensivas.
c) Particulares.
d) Generales.
¿A qué se debe que en una olla de presión los alimentos se
cuezan más rápido?
a) Al grosor de la olla.
b) A que la olla es hermética.
c) A la disminución de presión por unidad de área.
d) Al aumento de presión por unidad de área.
Propiedades cuyos valores medidos no dependen de la masa, por
ejemplo, el color.
a) Generales.
b) Extensivas.
c) Intensivas.
d) Específicas.
Cambio de líquido a gas al aumentar la temperatura.
a) Fusión.
b) Deposición.
c) Ebullición.
d) Solidificación.
3. ISÓTOPOS.
Los isótopos son átomos cuyos núcleos atómicos tienen el mismo
número de protones, pero diferente número de neutrones y diferente
número de masa. No todos los átomos de un mismo elemento son
idénticos y cada una de estas variedades corresponde a un isótopo
diferente.
91
La palabra isótopo se utiliza para indicar que todos los tipos de átomos
de un elemento químico están ubicados en el mismo sitio de la tabla
periódica.
Según la definición de isótopo, cada uno, de un mismo elemento tienen
el mismo número atómico (Z) pero cada uno tiene un número de masa
diferente (A).
•
Número atómico (Z): corresponde al número de electrones y
de protones en el átomo.
•
Número de masa (A): corresponde a la suma de neutrones y
protones del núcleo.
Ejemplos:
Esto significa que los diferentes isótopos de un mismo átomo se
diferencian entre ellos por el número de masa.
Una vez desarrollada la información que nos proveen el número atómico
(Z) y el número de masa (A), podemos ver que los isótopos también se
diferencian por el número de neutrones que tienen.
A pesar que puedan tener cualquier cantidad de neutrones hay algunas
combinaciones de protones y neutrones preferidas en los diferentes
átomos.
Los que son ligeros (con pocos protones y neutrones) tienden a igualar
la cantidad de neutrones y protones, mientras.
92
Isótopos de origen natural
Los elementos que se pueden encontrar en la naturaleza pueden estar
en una gran variedad de configuraciones distintas. La masa que aparece
en la tabla periódica de los elementos es el promedio de todas las masas
de todos ellos que se pueden encontrar de forma natural.
Los isótopos del hidrógeno, por ejemplo, son de origen natural.
El hidrógeno se puede presentar en tres configuraciones distintas: el
protio, el deuterio, y el tritio. Estos tres isótopos se utilizan como
combustible de la fusión nuclear. En el aspecto de las armas nucleares,
son los elementos básicos que conforman la bomba de hidrógeno.
La mayoría de los elementos naturales están formados por varios
isótopos naturales que sólo pueden ser separados por procedimientos
físicos.
Isótopos inestables.
Los isótopos inestables son átomos radiactivos: sus núcleos cambian o
se desintegran emitiendo radiaciones y se convierten en otros isótopos
o elementos.
Los isótopos estables tienen una vida media del orden de 3000 millones
de años.
Se pueden encontrar con exceso o carencia de neutrones. Estos átomos
pueden existir durante algún tiempo, pero son inestables. Precisamente,
esta inestabilidad es lo que se busca en el combustible nuclear. Al ser
inestables resulta mucho más fácil generar reacciones de fisión nuclear.
Por lo general, lo que hace que un átomo sea inestable es el núcleo
grande. Si un núcleo se vuelve lo suficientemente grande a partir de la
cantidad de neutrones será inestable e intentará expulsar sus neutrones
y/o protones para lograr la estabilidad. La emisión de neutrones /
protones, así como la radiación gamma es la radioactividad.
Si el número de masa de un átomo es A = 39 y su número
atómico es Z = 19, ¿cuántos protones tiene?
a) 20 p+.
b) 58 p+.
c) 19 p+.
d) 39 p+.
93
¿Cuántas partículas subatómicas tiene el cobre en cada uno de
sus átomos?
a)
b)
c)
d)
29 p+, 29 e-, 58 n0.
29 p+, 29 e-, 35 n0.
29 p+, 35 e-, 58 n0.
29 p+, 58 e-, 35 n0.
¿Cuántas partículas subatómicas tiene el uranio en cada uno de
sus átomos?
a) 92 p+, 143 e-, 235 n0
b) 92 p+, 92 e-, 143 n0
c)
92 p+, 92 e-, 184 n0
d) 92 p+, 92 e-, 235 n0
Átomos del mismo elemento químico con diferente número de
masa.
a) Elemento.
b) Isotérmico.
c) Isótopo.
d) Sustancia.
Indica el número de protones y de electrones que tiene un
átomo.
a) Número de oxidación.
b) Valencia (V).
c) Número de masa (A).
d) Número atómico (Z).
Si al número de masa (A) se le resta el número atómico (Z), se
obtiene el total de
que tiene el átomo.
a)
b)
c)
d)
Electrones.
Partículas.
Neutrones.
Protones.
Seleccione el número de neutrones que tiene el átomo:
a)
b)
c)
d)
20 neutrones.
24 neutrones.
64 neutrones.
44 neutrones.
4. MODELOS ATÓMICOS.
Se conoce como modelos atómicos a las distintas representaciones
gráficas de la estructura y funcionamiento de los átomos. Los modelos
atómicos han sido desarrollados a lo largo de la historia de la humanidad
a partir de las ideas que en cada época se manejaban respecto a la
composición de la materia.
El átomo se define como la partícula más pequeña de la materia y está
formado por subpartículas: protón (carga positiva, p+), electrón (carga
negativa, e-) y neutrón (carga neutra, n0).
Nombre
Símbolo
Descubrimiento
Protón
p+, H+
1919, por Ernest
Rutherford
Electrón
e-
1897, por
Thomson
Neutrón
n0
1932, por James
Chadwick
J.
95
J.
Propiedades
Carga eléctrica positiva. Su
cantidad define el tipo de
elemento.
Carga eléctrica negativa. Partícula
fundamental. Su cantidad define al
átomo como un ion positivo o
negativo.
Se encuentra en el núcleo.
Sin carga eléctrica. Su cantidad
define el tipo de isótopo.
Modelo atómico de Dalton (1803 d.C.)
El primer modelo atómico con bases científicas nació en el seno de la
química, propuesto por John Dalton en sus “Postulados Atómicos”.
Sostenía que todo estaba hecho de átomos, indivisibles e
indestructibles, incluso mediante reacciones químicas.
Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí y diferentes de
los átomos de otros elementos y que al combinarse lo hacen en
proporciones definidas y con números enteros.
Modelo atómico de Lewis (1902 d.C.)
También llamado “Modelo del Átomo Cúbico”, en este modelo Lewis
proponía la estructura de los átomos distribuida en forma de cubo, en
cuyos ocho vértices se hallaban los electrones. Esto permitió avanzar en
el estudio de las valencias atómicas y los enlaces químicos, sobre todo
luego de su actualización por parte de Irving Langmuir en 1919, donde
planteó el “átomo del octeto cúbico”.
Estos estudios fueron la base de lo que se conoce hoy como el diagrama
de Lewis, herramienta muy útil para explicar el enlace covalente.
Modelo atómico de J. J. Thomson (1904 d.C.)
Este modelo es previo al descubrimiento de los protones y neutrones,
por lo que asumía que los átomos estaban compuestos por una esfera
de carga positiva y los electrones de carga negativa estaban incrustados
en ella, como las pasas en el pudín. Dicha metáfora le otorgó al modelo
el epíteto de “Modelo del Pudín de Pasas”.
Este modelo hacía una predicción incorrecta de la carga
positiva en el átomo, pues afirmaba que esta estaba
distribuida por todo el átomo.
96
Modelo atómico de Rutherford (1911 d.C.)
Ernest Rutherford realizó una serie de
experimentos en 1911 a partir de láminas de
oro. En estos experimentos determinó que el
átomo está compuesto por un núcleo
atómico de carga positiva (donde se
concentra la mayor parte de su masa) y los
electrones, que giran libremente alrededor
de este núcleo formando una nube
electrónica. En este modelo se propone por primera la existencia del
núcleo atómico.
Su modelo se representa como un sistema planetario girando alrededor
del núcleo.
Modelo atómico de Bohr (1913 d.C.)
Niels Bohr propuso un modelo para explicar la
naturaleza de los átomos que se basó en la teoría
cuántica, sus postulados derivan en que los
electrones en los átomos se mueven alrededor del
núcleo en niveles de energía definidos y estando
ahí no absorben ni desprenden energía, además de
que pueden pasar de un nivel a otro siempre y
cuando absorban o desprendan energía mediante cantidades unitarias
llamadas cuantos.
El modelo de Bohr se resume en tres postulados:
•
Los electrones trazan órbitas circulares en torno al núcleo sin
irradiar energía.
•
Las órbitas permitidas a los electrones son aquellas con cierto
valor de momento angular (L) (cantidad de rotación de un
objeto) que sea un múltiplo entero del valor , siendo
h=6.6260664×10-34 y n=1, 2, 3….
•
Los electrones emiten o absorben energía al saltar de una órbita
a otra y al hacerlo emiten un fotón que representa la diferencia
de energía entre ambas órbitas.
97
Modelo atómico de Sommerfeld (1916 d.C.)
Este modelo fue propuesto por Arnold
Sommerfield para intentar cubrir las
deficiencias que presentaba el modelo de
Bohr.
Se basó en parte de los postulados
relativistas de Albert Einstein. Entre sus
modificaciones está la afirmación de que
las órbitas de los electrones fueran circulares o elípticas, que los
electrones tuvieran corrientes eléctricas minúsculas y que a partir del
segundo nivel de energía existieran dos o más subniveles. Anunció que
los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas circulares o
elípticas, y que a partir del segundo nivel existen dos o más subniveles
en el mismo, introdujo el número cuántico azimutal.
Modelo atómico de Schrödinger (1926 d.C.)
Propuesto por Erwin Schrödinger a partir de los
estudios de Bohr y Sommerfeld, concebía los
electrones como ondulaciones de la materia, lo cual
permitió la formulación posterior de una
interpretación probabilística de la función de onda
(magnitud que sirve para describir la probabilidad
de encontrar a una partícula en el espacio) por
parte de Max Born.
Eso significa que se puede estudiar probabilísticamente la posición de
un electrón o su cantidad de movimiento, pero no ambas cosas a la vez,
debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
Este es el modelo atómico vigente a inicios del siglo XXI, con algunas
posteriores adiciones. Se le conoce como “Modelo CuánticoOndulatorio”.
98
Afirmación que no pertenece a la teoría cinética molecular.
a) Existe una atracción entre moléculas.
b) La distancia entre átomos es mayor, en comparación con su
tamaño.
c) Durante las colisiones se pierde energía.
d) Los gases están formados por partículas diminutas.
El átomo es como un pequeño sistema solar, con un núcleo
cargado positivamente que se encuentra rodeado por electrones
que viajan en órbitas circulares alrededor de él. Es la teoría
atómica de:
a) Rutherford.
b) Bohr.
c) Thomson.
d) Chadwick.
Teoría atómica del primer átomo nucleado. "Los átomos tienen
un núcleo central donde se encuentra el mayor porcentaje de su
masa. Los electrones giran alrededor del núcleo".
a) Sommerfeld.
b) Rutherford.
c) Bohr.
d) Thompson.
"El átomo es una esfera gelatinosa de carga positiva y en ella
están incrustadas las partículas negativas". Es el modelo
atómico de:
a) Bohr.
b) Dalton.
c) Thomson.
d) Rutherford.
5. INTERPRETACIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA.
En química, la tabla periódica de los elementos es un sistema ordenado
de todos los elementos identificados. Estos elementos componen todo
lo que hay en nuestro universo.
99
La tabla periódica es un esquema que incluye a los elementos químicos
dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que
refleja la estructura de los elementos.
Estructura de la tabla periódica.
Los elementos se organizan en filas horizontales incrementando el
número atómico. El número atómico, ubicado en la parte superior
izquierda del símbolo del elemento, representa la cantidad de protones
que hay en el núcleo de un átomo.
Debajo del símbolo del elemento se indica el peso atómico, que es el
peso promedio de los protones y neutrones en un átomo. Debido a que
los átomos naturalmente se presentan con diferentes cantidades de
neutrones, conocidos como isótopos, la masa atómica es un promedio
de los pesos de todos los isótopos de un átomo determinado.
La tabla periódica de los elementos está constituida por filas horizontales
y columnas verticales.
Periodos: Las filas horizontales a lo largo de la tabla periódica se
denominan períodos. La tabla periódica contiene siete períodos. En cada
período, los números atómicos de los elementos aumentan de izquierda
a derecha. Todos los elementos del mismo período tienen la misma
cantidad de capas electrónicas, pero cantidades diferentes de electrones
y protones.
100
•
•
•
•
El primer periodo corto, contiene dos elementos.
Los periodos cortos 2 y 3, contienen ocho elementos cada uno.
Los periodos largos 4 y 5, contienen 18 elementos.
El periodo largo 6 contiene 32 elementos e incluye al grupo de los
lantánidos.
• El periodo largo 7 incluye el grupo de los actínidos, ha sido
completado sintetizando núcleos radiactivos más allá del elemento
92, el uranio.
Familias: Son los grupos de elementos que aparecen en nueve de las
18 columnas verticales de la tabla periódica. Las familias de elementos
químicos tienen propiedades similares, como sus configuraciones
electrónicas.
101
Los grupos o familias (columnas verticales de la tabla periódica) se
clasifican tradicionalmente de izquierda a derecha utilizando números
romanos seguidos de las letras 'A' o 'B', en donde la 'B'. Actualmente se
clasifican también con números arábigos del1 al 18 como se puede ver
en la figura anterior.
Todos los elementos de un grupo presentan una gran semejanza y, por
lo general, difieren de los elementos de los demás grupos. Por ejemplo,
los elementos del grupo IA, a excepción del hidrógeno, son metales con
valencia química +1; mientras que los del grupo VIIA, exceptuando el
ástato, son no metales, que normalmente forman compuestos con
valencia -1.
Características:
1.-Los elementos están presentados en orden creciente, siguiendo su
número atómico (cantidad de protones) de izquierda a derecha y de
arriba a abajo.
2.-La tabla está estructurada en siete filas llamadas periodos y 18
columnas llamadas grupos o familias.
3.- Está seccionada en cuatro bloques: s, p, d y f.
102
4.-Agrupa en los bloques TRES grupos: Metales, no-metales y
metaloides incluidos los gases raros.
▪
METALES, los ubicados en los bloques:s,d, f
▪
NO-METALES, los ubicados en el bloque P.
▪
METALOIDES ubicados en el bloque P.
5.- Los grupos son: GRUPO A y GRUPO B, según el bloque a que
pertenecen:
▪
GRUPO A, corresponden a los que están en orbitales: S, y P.
También se les llaman “Elementos Representativos”.
▪
GRUPO B, corresponden a los que están en orbitales: d, y f.
También llamados metales de transición y metales de transición
interna.
6.- Las familias o grupos contienen elementos químicos con las mismas
propiedades físicas y químicas.
7.- Los renglones o periodos indican el número de niveles de energía
ocupados.
Propiedades Periódicas.
Las propiedades periódicas de los elementos químicos son las
características de los elementos que están relacionadas por su ubicación
en la tabla periódica de acuerdo a su número atómico, conociendo sus
valores se pueden conocer las propiedades o comportamiento químico
de los elementos químicos y se denominan periódicas porque se repiten
103
secuencialmente o de modo regular en la Tabla periódica cada número
determinado de elementos.
Son las propiedades físicas y químicas de los elementos que varían con
regularidad periódica cuando se ordenan por orden creciente de su
número atómico.
Electronegatividad: es la capacidad o fuerza que un átomo tiene para
atraer hacia si los electrones de un enlace
químico. Sirve para determinar si los enlaces
que unen a los átomos de una sustancia es
iónico o covalente.
Los átomos que tienen mayor atracción por
los electrones están ubicados en la esquina
superior derecha (no metales) de la tabla
periódica, tienden a formar iones negativos.
Radio atómico: se refiere al tamaño de los átomos y se mide por la
distancia que hay entre el núcleo de un átomo y su electrón más
externo. Si relacionamos los cationes (iones positivos que pierden
electrones) son más pequeños en radio atómico que los átomos
originales, esto pasa porque cuando el átomo pierde electrones
desocupa orbitales atómicos, de forma contraria los aniones (iones
negativos que ganan electrones) son más grandes que los átomos
originales puesto que sus electrones se extienden más en los orbitales.
104
Afinidad electrónica: es la energía que se desprende cuando un átomo
neutro gana un electrón y se convierte en un anión. Las medidas de
afinidad electrónica se usan para indicar que elementos tienen mayor
poder oxidante (elementos que aceptan electrones y se reducen)
Energía de ionización: es la energía que requiere absorber un átomo
aislado que está en estado fundamental para quitar su electrón de
valencia y se convierta en un catión
Número de oxidación: Es el número de electrones que gana
(negativo), cede (positivo) o comparte (neutro) cuando se une con otro
u otros elementos. La capacidad de combinación de un elemento define
al número de oxidación. Éste está íntimamente relacionado con la
configuración electrónica.
Algunos elementos pueden tener diferentes números de oxidación según
el compuesto del que forme parte.
La periodicidad en el número de oxidación de los elementos de un mismo
grupo generalmente es común. El número de oxidación más alto que
presenta un elemento coincide con el número del grupo al que pertenece
(desde 1 hasta 7).
Por ejemplo:
Los elementos del grupo 1 (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) tienen número de
oxidación +1.
Los elementos del grupo 2 (Be, Mg, Ca, Sr…) tienen número de oxidación
+2.
Los elementos del grupo 4 (C, Si, Ge, Sn, Pb…) tienen varios números
de oxidación, pero el más alto es +4.
105
Carácter metálico: Un elemento desde un punto de vista electrónico,
se considera metálico, cuando cede fácilmente electrones.
Clasificación de los elementos según al estado de agregación.
Metales
No metales.
Metaloides.
Conductores.
Maleables.
Poseen dureza.
Tienes de 1 a 3 electrones de valencia.
Poseen brillo característico.
Son dúctiles y tenaces.
Aislantes.
No son maleables.
Son frágiles.
Tienen de 5 a 7 electrones de valencia.
Opacos.
Fáciles de rayar.
No son
Exhiben propiedades intermedias entre las
de los metales y los no metales.
En un fenómeno físico:
a) Las propiedades químicas de la materia no cambian.
b) Las propiedades físicas de la materia no cambian.
c) Hay un cambio en las propiedades físicas y químicas de la
materia.
d) No hay cambios apreciables en la materia.
Son propiedades físicas de la materia:
a) Poder combustible y oxidante.
b) Corrosividad y adherencia.
c) Solubilidad y número de valencia.
d) Masa, volumen, densidad.
106
En la tabla periódica la disposición vertical señala:
a) Los periodos.
b) Las familias.
c) Los bloques.
d) Las tierras raras.
En la tabla periódica la disposición horizontal señala:
a) Los periodos.
b) Las familias.
c) Los no metales.
d) Las tierras raras.
Los ocho grupos de la familia A reciben el nombre de:
a) Metales pesados.
b) Elementos representativos.
c) Familias A.
d) Gases nobles.
¿Qué nombre recibe la familia formada por He, Ne, Xe, Ar, Kr?
a) Metales de transición.
b) Gases nobles.
c) Halógenos.
d) Calcógenos.
Nombre que reciben los elementos de la familia IA:
a) Metales alcalinos.
b) Calcógenos.
c) Halógenos.
d) Metales alcalinotérreos.
Total de elementos en la tabla periódica actual.
a) 110.
b) 118.
c) 98.
d) 152.
En la tabla periódica, los elementos químicos están ordenados
en forma ascendente de acuerdo a su:
a) Número de masa (A).
b) Valencia.
107
c) Masa atómica (ma).
d) Número atómico (Z).
La valencia del aluminio es:
a)
b)
c)
d)
27.
3.
13.
40.
6. ENLACES QUÍMICOS E INTERACCIONES INTERMOLECULAES.
Un enlace químico es la fuerza que une a los átomos para formar
compuestos químicos. Esta unión le confiere estabilidad al compuesto
resultante. La energía necesaria para romper un enlace químico se
denomina energía de enlace.
Es la fuerza de atracción que existe entre los átomos o las moléculas
cuando se involucran los electrones externos (electrones de valencia)
para dar origen a nuevas sustancias con propiedades distintas.
Un elemento es una sustancia que no puede descomponerse en otras
más simples, sus átomos tienen el mismo número atómico, es decir,
son iguales entre sí.
Una molécula es la partícula más pequeña de la materia que conserva
todas sus propiedades físicas y químicas, y se representan por fórmulas
químicas. La molécula es la unión de dos o más elementos químicos.
Un compuesto es una sustancia química formada por dos o más
elementos de diferente tipo, de tal manera que cada uno pierde sus
propiedades.
Tipos de enlace químico:
Existen tres tipos de enlace químico conocidos, dependiendo de la
naturaleza de los átomos involucrados:
A) Enlace covalente
Ocurre entre átomos no metálicos y de cargas electromagnéticas
semejantes (por lo general altas), que se unen y comparten algunos
108
pares de electrones de su capa de valencia. Es el tipo de enlace
predominante en las moléculas orgánicas y puede ser de tres tipos:
simple (A-A), doble (A=A) y triple (A≡A), dependiendo de la cantidad
de electrones compartidos.
Propiedades generales
▪ Temperaturas de fusión bajas. A temperatura ambiente se
encuentran en estado gaseoso, líquido (volátil) o sólido de bajo punto
de fusión.
▪ Temperatura de ebullición baja.
▪ No conducen la electricidad en ningún estado físico dado que los
electrones del enlace están fuertemente localizados y atraídos por
los dos núcleos de los átomos que los comparten.
▪ Son muy malos conductores del calor.
▪ La mayoría son poco solubles en agua. Cuando se disuelven en agua
no se forman iones dado que el enlace covalente no los forma, por
lo tanto, si se disuelven no conducen la electricidad.
Los enlaces covalentes se clasifican en:
▪
Covalente no polar: Se da entre dos átomos del mismo elemento,
por lo que la diferencia de electronegatividad es igual a cero.
▪
Covalente polar: Ocurre cuando dos átomos no metálicos con
diferentes electronegatividades se unen, quedando uno con una
carga parcial negativa y el otro con una carga parcial positiva,
además de que la diferencia de
electronegatividad es menor a 1.7
Pauling.
109
▪
Covalente coordinado o dativo: en este enlace uno de los átomos
es el que aporta el par electrónicos de unión.
B) Enlace iónico
También llamado polar, salino o electrovalente. Es un tipo de enlaces
que se forman entre un metal y un no metal gracias a la transferencia
de electrones del elemento metálico al no metálico y unidos por fuerzas
electrostáticas. Forma moléculas dipolo, que se refiere a las moléculas
eléctricamente asimétricas y que tiene cargas opuestas en dos puntos.
Ejemplos:
Consiste en la atracción electrostática entre partículas con cargas
eléctricas de signos contrarios llamadas iones (partícula cargada
eléctricamente, que puede ser un átomo o molécula que ha perdido o
ganado electrones, es decir, que no es neutro).
Los enlaces iónicos forman iones.
Ión: Átomos que han cedido o ganado electrones y por tanto quedan
cargados eléctricamente. Constituido por un átomo o molécula que no
110
es eléctricamente neutro. El proceso mediante el cual se producen iones
se llama “ionización”.
Anión:
Se conoce como anión (o aniones) a los iones que poseen una carga
eléctrica negativa, o sea, que han ganado electrones en una reacción
química que les dio origen. Pueden estar constituidos por uno o por
varios átomos, pero incluso, en este último caso la carga global de la
molécula (su estado de oxidación) es siempre negativa.
Existen tres tipos de aniones:
▪ Monoatómicos. Aquellos constituidos por un único átomo que ha
ganado electrones. Por ejemplo: Cloruro (Cl–).
▪ Poliatómicos. Provienen de una molécula que ha ganado electrones
en una reacción química, o bien de un ácido que ha perdido
protones. Por ejemplo: Sulfito (SO2-).
▪ Ácidos. Provienen de un ácido poliprótico (que poseen múltiples
hidrógenos ionizables) al cual se le han extraído protones. Por
ejemplo: Fosfato diácido (H2PO4–).
Catión.
Los cationes han perdido uno o varios electrones. Son iones que tienen
carga eléctrica positiva. Al igual que los aniones, los cationes también
pueden estar compuestos por uno o más átomos, siempre que la carga
total del compuesto, en este caso, sea positiva.
111
Cation +
Cede electrones.
Presenta carga positiva.
Se oxida.
Es el agente reductor.
Anión Acepta o recibe electrones.
Presenta carga negativa.
Se reduce.
Es el agente oxidante.
Propiedades
▪ Poseen temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas. Sólidos a
temperatura ambiente. La red cristalina es muy estable por lo que
resulta muy difícil romperla.
▪ Son duros, resistentes al rayado.
▪ No conducen la electricidad en estado sólido, los iones en la red
cristalina están en posiciones fijas, no quedan partículas libres al
disolverse y pueden conducir la electricidad en dicha situación.
▪ Al fundirse también se liberan de sus posiciones fijas los iones,
pudiendo conducir la electricidad.
C) Enlace metálico.
Los átomos de los metales también pueden formar enlaces utilizando
los electrones más externos con los átomos más cercanos a ellos, así
que, un enlace metálico se forma entre dos átomos metálicos.
Se da únicamente entre átomos metálicos de un mismo elemento, que
por lo general constituyen estructuras sólidas, sumamente compactas.
Es un enlace fuerte, que une los núcleos atómicos entre sí, rodeados de
sus electrones como en una nube.
Propiedades:
▪ Temperaturas de fusión y de ebullición muy elevadas. Son sólidos a
temperatura ambiente (excepto el mercurio que es líquido).
▪ Buenos conductores de electricidad y calor.
▪ Son dúctiles (facilidad de formar hilos) y maleables (facilidad de
formar láminas) al aplicar presión.
▪ Son en general duros (resistentes al rayado).
▪ La mayoría se oxida con facilidad.
D) Enlaces intermoleculares.
112
Se les denomina así a las fuerzas de atracción que existen entre
moléculas.
Fuerzas de Van Der Waals.
Son fuerzas de interacción que se llevan a cabo
cuando un gas se somete a presión y
temperaturas críticas que hacen que éste pase
al estado líquido o sólido.
Puentes de hidrógeno.
Es una atracción electrostática entre el hidrógeno enlazado a un átomo
de mayor electronegatividad, como F, N u O.
Compuesto formado con enlaces covalentes.
a) K2SO4
b) NaCl
c) NaNO3
d) CO
Tipo de enlace que posee una molécula de Dióxido de Carbono
(CO2):
a) Metálico.
b) Puente de hidrógeno.
c) Covalente.
d) Iónico.
113
¿Qué tipo de enlace entre
representación de Lewis?
a)
b)
c)
d)
átomos muestra la siguiente
Iónico.
Covalente.
Covalente coordinado.
Metálico.
Enlace formado por dos no metales:
a) Iónico.
b) Puente de Hidrógeno.
c) Covalente.
d) Metálico.
Diferencia
entre
fuerzas
intermoleculares
y
fuerzas
intramoleculares.
a) Las intermoleculares se dan entre moléculas iguales, las
intramoleculares se dan fuera de la molécula.
b) Las intermoleculares se dan entre moléculas diferentes, las
intramoleculares se dan dentro de la molécula y la mantienen
unida.
c) Las intermoleculares se dan entre moléculas diferentes, las
intramoleculares se dan fuera de la molécula.
d) Las intermoleculares se dan entre moléculas iguales, las
intramoleculares se dan dentro de la molécula y la mantienen
unida.
¿Cuál de las siguientes estructuras tiene un enlace iónico?
a) CH4
b) H2O
c) H2
d) Fe2O
114
Molécula formada por enlaces iónicos.
1. CO2
2. SO4
3. CuBr2
4. NH3
Atracción electrostática entre el hidrógeno y átomos de mayor
electronegatividad.
1. Puente de nitrógeno.
2. Enlace metálico.
3. Puente de hidrógeno.
4. Enlace iónico.
NaCl, CaF2, K2O, BaS son compuestos que ejemplifican los
enlaces de tipo:
a) Covalente.
b) Coordinado.
c) Polar.
d) Iónico.
Complete la siguiente oración: Un
es un ión con
carga
lo que significa que los átomos que lo
conforman tienen un
de electrones.
a) Catión – positiva – exceso.
b) Anión – negativa – exceso.
c) Átomo – negativa – déficit.
d) Catión – negativa – exceso.
115
7. NOMENCLATURA QUIMICA INORGÁNICA.
En química se conoce como nomenclatura (o nomenclatura química) al
conjunto de normas y fórmulas que determinan la manera de nombrar
y representar a los diversos compuestos químicos conocidos por el ser
humano, dependiendo de los elementos que los componen y de la
proporción en cada elemento.
La importancia de la nomenclatura química radica en la posibilidad de
nombrar, organizar y clasificar los diversos tipos de compuestos
químicos, de manera tal que solamente con su término identificativo se
pueda tener una idea de qué tipo de elementos los componen y, por lo
tanto, qué tipo de reacciones pueden esperarse de estos compuestos.
Existen tres sistemas de nomenclatura química:
▪
Sistema estequiométrico o sistemático (recomendado por la
IUPAC). Nombra los compuestos en base al número de átomos de
cada elemento que los forman. Por ejemplo: El compuesto Ni 2O3
se llama trióxido de diníquel.
▪
Sistema funcional, clásico o tradicional. Emplea diversos sufijos y
prefijos (como -oso, -ico, hipo-, per-) según la valencia atómica
de los elementos del compuesto. Este sistema de nomenclatura
se encuentra mayormente en desuso. Por ejemplo: El compuesto
Ni2O3 se llama óxido niquélico.
▪
Sistema STOCK. En este sistema el nombre del compuesto incluye
en números romanos (y a veces como subíndice) la valencia de
los átomos presentes en la molécula del compuesto. Por ejemplo:
El compuesto Ni2O3 se llama óxido de níquel (III).
Por otro lado, la nomenclatura química varía dependiendo de si se trata
de compuestos orgánicos o inorgánicos.
Fórmulas de los elementos.
Existen reglas para nombrar a los compuestos químicos, pero primero
debemos identificarlos.
116
Funciones Químicas Inorgánicas.
Función química.
Óxidos.
Óxidos
metálicos
Óxidos no
metálicos o
Anhídridos.
Metal + Oxígeno
MO
No Metal + Oxígeno
XO
MOH
MH
HX
Sales binarias.
Metal + radical OH
Metal + Hidrógeno
Hidrógeno + no metal
Hidrógeno + no metal
oxígeno.
Metal + no metal
Oxisales.
Metal + no metal + oxígeno.
Hidróxidos.
Hidruros.
Hidrácidos.
Ácidos.
Sales
Formula
General
Estructura molecular.
Oxiácidos.
+
HXO
MX
MXO
donde: M = Metal, X = No metal, H = Hidrógeno, O = Oxígeno.
Óxidos Metálicos
Óxido cuproso (Cu2O).
Óxido cúprico (CuO
Óxido áurico (Au2O3).
Óxido de titanio (TiO2).
Óxido de zinc (ZnO).
Hidróxidos.
Hidróxido de sodio, NaOH.
Hidróxido de bario, Ba(OH)2.
Hidróxido de aluminio, Al(OH)3.
Hidróxido de zinc, Zn(OH)2.
Hidróxido férrico, Fe(OH)3.
Hidróxido de litio, LiOH.
Anhídridos (Óxido no metálico)
Anhídrido telúrico (TeO2).
Anhídrido silícico (SiO2).
Anhídrido nitroso (N2O3).
Anhídrido nítrico (N2O5).
Anhídrido manganoso (MnO2).
Anhídrido hipocloroso (Cl2O)
Hidruros.
Hidruro de sodio (NaH).
Hidruro de bario (BaH2).
Hidruro de calcio (CaH2).
Hidruro de manganeso (MnH3).
Hidruro de estroncio (SrH2).
Hidruro ferroso (FeH2).
117
Hidrácidos.
Ácido clorhídrico, HCl.
Ácido sulfhídrico, H2S.
Ácido bromhídrico, HBr.
Ácido selenhídrico, H2Se.
Ácido yodhídrico, HI.
Ácido telurhídrico, H2Te.
Ácido fluorhídrico, HF
Oxiácidos u Oxácidos.
Ácido bromoso (HBrO2).
Ácido fosfórico (H3PO4).
Ácido silícico (H4SiO4).
Ácido hipocloroso (HClO).
Ácido crómico (H2Cr2O4).
Ácido brómico (HBrO3).
Ácido dicrómico (H2Cr2O7)
Sales binarias.
Cloruro de sodio (NaCl).
Cloruro de hierro (II) (FeCl2).
Sulfuro de cobalto (III) (Co2S3).
Cloruro de calcio (CaCl2).
Fluoruro de sodio (NaF).
Bromuro de calcio (CaBr2).
Yoduro de plata (AgI).
Oxisales. (Sales ternarias)
Nitrato de sodio (NaNO3).
Nitrito de sodio (NaNO2).
Sulfato de cobre (I) (Cu2SO4).
Clorato de potasio (KCIO3).
Sulfato de sodio (Na2SO4).
Carbonato de calcio (CaCO3).
Sulfato de calcio (CaSO4).
Fórmulas de compuestos iónicos.
Para representar a los compuestos inorgánicos (los que no contienen
carbono) se utilizan más frecuentemente las fórmulas molecular y
desarrollada.
▪
La fórmula molecular es aquella que indica únicamente el tipo y
número de átomos que se encuentran presentes en un compuesto.
▪
La fórmula desarrollada es aquella que indica todas las uniones o
enlaces entre los átomos de un compuesto
La fórmula del amoniaco nos indica:
118
Cuando el subíndice es 1 se puede omitir, no es necesario escribirlo. La
escritura del símbolo de un elemento en la fórmula indica que se
encuentra presente un átomo de él.
En el caso de los compuestos iónicos, la formula química se forma
primero con un catión seguido de un anión. Fórmula química:
CATIÓN + ANION.
Para la escritura correcta de las fórmulas es necesario tomar en cuenta
lo siguiente:
Se escribe en primer lugar el símbolo del elemento menos
electronegativo que es el catión o ión positivo, seguido del elemento
más electronegativo que es el anión o ión negativo, las valencias se
cruzan sin signo y se anotan como coeficientes de los elementos:
El cruzamiento se realiza para equilibrar las cargas y el número de
átomos en el compuesto. Por ejemplo, en el cloruro de berilio, la
valencia del berilio es 2, lo que indica que puede donar 2 electrones. La
valencia del cloro es 1, lo que indica que necesita un electrón para
completar 8 en su último nivel de energía, es decir, por cada átomo de
berilio que se combine, se necesitan dos átomos de cloro:
Cuando los subíndices son iguales se simplifican y se anotan como
coeficientes:
119
En este caso se dividieron ambos subíndices entre 2.
Los compuestos NaOH y Ca(OH)2 son:
a) Hidróxidos.
b) Ácidos.
c) Anhídridos.
120
d) Sales.
Los compuestos HF, HBr, y HCl son:
a) Hidróxidos.
b) Hidrácidos.
c) No metales.
d) Oxiácidos.
El elemento químico que más combinaciones forma en la
naturaleza es:
a) Carbono.
b) Oxígeno.
c) Selenio.
d) Helio.
El compuesto formado por un no metal y oxígeno, recibe el
nombre de:
a) Hidróxidos.
b) Óxido metálico.
c) Anhídrido.
d) Hidrácido.
Un elemento químico cuya formula es Hidrógeno + No metal
recibe el nombre de:
a) Hidrácido.
b) Oxiácido.
c) Anhídrido.
d) Hidruro.
8. LA NOCIÓN DE MOL.
Mol: Cantidad de sustancia de moléculas o partículas de una sustancia
determinada y se mide en moles. Por convención, 1 mol es igual a 6.023
x 1023 partículas, conocido como Número de Avogadro
El mol es definido como la cantidad de materia que contiene
determinado número de entidades elementales (átomos, moléculas,
etc).
121
La masa de un mol de sustancia (llamada masa molar) es equivalente a
la masa atómica o molecular (según se haya considerado un mol de
átomos o de moléculas) expresada en gramos.
Para calcular los moles es necesario conocer la masa atómica o la
molecular, dependiendo de si se trata de átomos o compuestos
respectivamente. Entonces, para calcular el número de moles de
moléculas o átomos de una sustancia cualquiera debe realizarse la
fracción entre la masa de la sustancia, sobre su masa molecular o
atómica. Por ejemplo, si queremos calcular el número de moles de X
escribimos:
Donde: es el número de moles de X, m(X) es la masa de X y M(X) es
la masa atómica o molecular de X.
Masa molar o molecular.
Es la suma de todas las masas atómicas de la molécula o compuesto.
La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los
elementos que componen la molécula. En el caso de la molécula de
agua, H2O, su masa molecular sería:
(masa atómica del H: 1.0079, masa atómica del O: 15.99994)
(Se multiplica por 2 ya que ésa es la cantidad de veces que el elemento
H está presente en la molécula).
La masa molar de una sustancia coincide numéricamente con la masa
molecular, aunque son cosas distintas. A pesar de que se sigue diciendo
vulgarmente peso molecular, el término correcto es masa molecular.
Ejemplo: Determina la masa molar de ácido sulfúrico, H2SO4
Hidrógeno
1X2=2
122
Azufre:
32 x 1 = 32
Oxígeno
16 x 4 = 64
Así que la suma dará un total de: 98 g/ mol
Ejemplo: Calcula la masa molar del bicarbonato de sodio, NaHCO3
Na
22.98977 x 1= 22.9877
H
1.00794 x 1= 1.00794
C
12.0107 x 1= 12.0107
O
15.9994 x 3= 47.9982
Así que la suma dará 84.0061g/mol
La unidad con la cual se cuantifica la masa que posee un átomo, es
decir, su masa atómica, es la Unidad de Masa Atómica (UMA, símbolo
u), también llamada Dalton (símbolo Da, en honor al químico inglés
John Dalton).
Ejercicios: Determinar la masa
compuestos:
1. NaCl: Cloruro de Sodio
2. FeS: Sulfuro ferroso o Pirita.
3. CaCl2: Cloruro de Calcio.
4. NH4NO3: Nitrato de Amonio
5. AgNO3: Nitrato de Plata.
6. CaCO3: Carbonato de Calcio.
7. Ca3(PO4)2 : Fosfato de Calcio.
8. Na2SO4: Sulfato de Sodio
molecular
de
los
siguientes
Masa molar de los compuestos.
La masa molar de un elemento se define como los gramos que
contiene el número de Avogadro de átomos y se obtiene
convirtiendo las unidades de masa atómica que aparecen en la tabla
periódica a gramos, es decir la masa molar de un elemento es la
masa atómica expresada en gramos.
Un mol de un elemento va a contener el número de Avogadro.
Ejemplo:
123
Elemento
Masa atómica
Masa molar
Numero de Avogadro
Na
22.99 uma
22.99 g
6.022*1023 átomos
Para determinar la masa molar de un compuesto se requiere sumar
las masas molares de cada uno de los átomos de la fórmula.
Ejemplo: determinar la masa molar del agua H2O
2 H = 2(1.008) = 2.016 g
1 O = 1(16.00) =16.00g
18.02 g
Por lo tanto, 1 mol de agua es igual a 18.02 g.
Composición porcentual.
Se le llama así a la forma de determinar la cantidad de partes que
hay de 100 partes o el por ciento en masa de cada elemento del
compuesto y debe ser igual independientemente del tamaño de la
muestra.
Se calcula determinando la masa molar del compuesto para después
dividir la masa de cada elemento entre la masa total del compuesto
y multiplicar por 100.
Ejemplo: calcular la composición porcentual del cloruro de sodio,
NaCl
La masa molar es
1 Na = 1(22.99 g) = 22.99 g
1 Cl = 1(35.45 g) = 35.45 g
58.44 g (masa molar)
22.99
𝑔
𝑁𝑎
× 100 = 39.44%
58.44
𝑔
35.45
𝑔
𝐶𝑙
𝐶𝑙:
× 100 = 60.66%
58.44
𝑔
𝑁𝑎:
124
Cuantificación de masa
En algunos cohetes espaciales el combustible es una mezcla de
hidrógeno y oxígeno, los cuales reaccionan para formar agua.
Supongamos que queremos saber cuánta agua obtendremos si hacemos
reaccionar 0.25 moles de O2 con hidrógeno gaseoso. La reacción es la
siguiente:
2𝐻(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⟶ 2𝐻2𝑂 (𝑙)
Esto también lo podemos expresar en moles: tenemos 1 mol de O 2 en
los reactivos y obtenemos 2 moles de agua en los productos.
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 ≏ 2 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 2 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂
=
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎𝑑𝑎
𝑂2
2 𝑚𝑜𝑙1
𝐻2𝑚𝑜𝑙
𝑂
H2O producida (mol) = (0.25 𝑚𝑜𝑙 𝑂 ) × (
) = 0.50 mol H2O
2
Molaridad
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
)
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Una forma de expresar la concentración
de una solución es por medio de la
molaridad, la cual mide la cantidad de
moles de soluto por cada litro de
disolvente.
𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 = (
Masa Molecular de H2SO4 si las masas atómicas son H = 1 gr, S
= 32 gr y O = 16 gr.
a) 97 gr/mol.
b) 98 gr/mol.
c) 49 gr/mol.
d) 110 gr/mol.
Masa molecular de NH4Cl si las masas atómicas son H = 1 gr, N
= 14 gr y Cl = 35 gr.
a) 35 gr/mol.
b) 50 gr/mol.
c) 53 gr/mol.
d) 95 gr/mol.
125
Peso fórmula de NaOH si los pesos atómicos son Na = 23 gr, O =
16 gr y H = 1 gr.
a) 23 gr/mol.
b) 40 gr/mol.
c) 16 gr/mol.
d) 54 gr/mol.
¿Cuántos átomos hay en 1 mol de gas nítrico?
a) 7.022 x 1027 átomos.
b) 6.22 X 1023 átomos.
c) 7.22 x 1024 átomos.
d) 6.022 x 1023 átomos.
9. LA CONTAMINACIÓN DE AIRE, AGUA Y SUELO.
La contaminación ambiental es uno de los principales problemas que se
está dando a nivel global desde ya hace mucho tiempo, afectando a todo
el planeta, a su biodiversidad y a la salud de las personas.
Son diferentes los tipos de contaminación que existen, todo depende de
la zona o elemento que se ve afectado y del tipo de agentes
contaminantes que producen el problema. Toda contaminación está
causando grandes consecuencias a las que hay que poner solución. Aún
estamos a tiempo de paliar los efectos de la contaminación ambiental,
pero quizás mañana no.
Se entiende por contaminación ambiental cuando existe la presencia de
sustancias nocivas en el agua, aire o suelo. Las sustancias nocivas son
lo que llamamos contaminantes ambientales, pudiendo tener diferente
origen. Además, se encuentran en diferentes concentraciones y en
diferentes lugares.
La contaminación del aire y del agua, el calentamiento global, la lluvia
ácida, la deforestación, los incendios forestales son solo algunos de los
problemas ambientales que estamos enfrentando en este momento. Es
responsabilidad de todos cuidar el medio ambiente.
Contaminación del agua y formas de purificarla.
Se define como la acumulación de una o más sustancias ajenas al agua
que pueden generar una gran cantidad de consecuencias, entre las que
se incluye el desequilibrio en la vida de los seres vivos.
126
El agua se contamina a través de los medicamentos que tiramos por el
retrete o el aceite que vertimos por el fregadero. Los residuos que se
arrojan al mar o los ríos, son otros ejemplos. También lo son los micro
plásticos, cuyas concentraciones en el mar están aumentando de
manera acelerada. Y es que cada año, 8 millones de plásticos acaban en
el mar alterando la vida de los ecosistemas que viven en ellos, según
datos de la ONU.
Causas de la contaminación del agua.
Vertido de contaminantes en el agua.
El calentamiento global que altera el equilibrio de los océanos.
La deforestación.
Aguas fecales.
Tráfico marítimo (principal causa de la contaminación por plásticos).
Los derrames de combustible.
Evitar la contaminación del agua está en nuestra mano. Estas son
algunas de las medidas que podemos tomar para eliminar la presencia
de contaminantes en el agua:
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Reducir las emisiones CO2.
Eliminar el uso de pesticidas y otros tipos de productos químicos
que suponen una amenaza para nuestra naturaleza.
Depurar las aguas residuales.
No utilizar agua contaminada para el regadío de cultivos.
Fomentar la pesca sostenible.
Eliminar el uso de plásticos de un solo uso.
Formas de purificar el agua.
Alcalinizador de agua.
El purificador y alcalinizador: está presente en dos versiones, bajo o
sobre tarja y ambos tienen la misma función, purificar y alcalinizar el
agua potable.
Este producto funciona mediante un cartucho alcalinizador que le dará
al agua minerales como el calcio, magnesio y potasio, además cuenta
con esfera cerámica de control de pH y carbón activado granular.
Además, cuenta con un proceso de ultrafiltración, este cuenta con poros
5000 veces más delgados que un cabello humano para retener hasta el
99.99% de bacterias; el cartucho cual retendrá sedimentos del agua
127
como tierra, arena o partículas presentes en la red hidráulica, también
mejorará el sabor, olor y color del agua.
Purificación por carbón activado.
El carbón activado es uno de los métodos más utilizados para la
purificación de agua potable y prácticamente la mayoría de los
purificadores hacen uso de este elemento para mejorar la limpieza del
agua.
El carbón activado, gracias a su composición física atrae moléculas como
toxinas, microorganismos o contaminantes, así como químicos.
Las impurezas del agua pueden ser fácilmente atrapadas con un filtro
de carbón activado que no permite su paso hacia la salida del agua.
Purificación por ósmosis inversa.
La ósmosis inversa se utiliza cuando el agua potable que se quiere
purificar presenta una cantidad mayor de contaminantes, como por
ejemplo metales pesados.
Esto se logra mediante un proceso de purificación por 5 etapas:
▪
▪
▪
▪
▪
La primera etapa consiste en un cartucho de polipropileno que
retiene sedimentos del agua como arena, insectos u óxido de las
tuberías.
El cartucho de carbón activado primario es el segundo paso, este
retiene sustancias disueltas en el agua, así como sabores y olores
como pesticidas o cloro.
El tercer cartucho es el de carbón activado secundario brindando
una doble protección a las sustancias que podría haber en el agua.
La 4ta etapa es la membrana de ósmosis inversa, esta remueve
virus, bacterias, metales pesados y las altas concentraciones de
sales del agua.
Finalmente está el cartucho de carbón activado pulidor, este
terminará de mejorar el color, sabor y olor del agua.
Esquema de planta purificadora de aguas.
También hay tecnologías contrastadas de tratamiento de aguas
residuales urbanas e industriales; y tecnologías sostenibles que no solo
procuran disminuir la contaminación, sino que tratan de prevenir los
problemas.
128
Según sea la utilización posterior, los tratamientos pueden ser:
La potabilización, para agua de bebida. Proceso que consta de varias
etapas que varían según la calidad del agua natural inicial, por lo general
son el desbaste, aireación, coagulación-floculación, decantaciónfiltración,
desinfección,
tratamiento
de
fangos,
desalación,
ablandamiento.
Aguas de proceso para la industria, que requieren unas características
de calidad que pueden ser más o menos exigentes, dependiendo del
empleo en cada industria concreta.
Planta desalinizadora, en construcción.
Tratamientos de aguas residuales. Los vertidos de aguas residuales son
la fuente de la mayor parte de la contaminación que puede hallarse en
las aguas naturales.
El control de esta contaminación mediante la depuración o tratamiento
de dichas aguas constituye un aspecto fundamental desde el punto de
vista ecológico y de obligado cumplimiento desde el punto de vista legal.
Cualquiera que sea su procedencia, los vertidos de aguas residuales
presentan una amenaza para los seres vivos y el medio ambiente.
Los tres tipos principales de aguas residuales, según sean sus usos, son:
urbanas, industriales y agropecuarias.
El conocimiento de la composición de las aguas residuales es
fundamental para la gestión correcta de los vertidos, en lo referente a
recogida, tratamiento y evacuación de los mismos.
Existen unos principios básicos fundamentales, recomendados para los
proyectos tecnológicos de depuradoras, basados en la máxima
reutilización de aguas limpias y semi-limpias: reducción de caudales,
separación inmediata de residuos donde se producen sin incorporarlos
a las corrientes de desagüe, para ser tratados separadamente.
Los posibles usos del agua reutilizada son: agrícolas (riego), municipales
o urbanos (limpieza, riego), recreativos (lagos artificiales), industriales
(lavado, refrigeración, desalinización).
Contaminación del aire.
Se denomina aire a la combinación de gases que forma la atmósfera
terrestre, mantenidos sujetos alrededor de la Tierra por la fuerza de
129
gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta, es
particularmente delicado.
La contaminación del aire (tanto el exterior como en de interiores) es la
presencia en él de agentes químicos, físicos o biológicos que alteran las
características naturales de la atmósfera.
Los aparatos domésticos de combustión, los vehículos de motor, las
instalaciones industriales y los incendios forestales son fuentes
habituales de contaminación de aire. Los contaminantes más
preocupantes para la salud pública son las partículas en suspensión, el
monóxido de carbono, el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de
azufre. La contaminación del aire exterior y de interiores provoca
enfermedades respiratorias y de otros tipos y es una de las principales
causas de morbimortalidad.
Los datos de la OMS muestran que casi toda la población mundial (el
99%) respira un aire que supera los límites recomendados por la
Organización y contiene altos niveles de contaminantes (en inglés);
además, estos datos indican que la exposición es más elevada en los
países de ingresos medianos y bajos.
La calidad del aire está estrechamente relacionada con el clima del
planeta y los ecosistemas de todo el mundo. Muchas de las fuentes de
contaminación atmosférica (por ejemplo, la quema de combustibles
fósiles) emiten también gases de efecto invernadero. Por consiguiente,
las políticas orientadas a reducir la contaminación del aire son una
estrategia beneficiosa para el clima y la salud, pues reducen la carga de
morbilidad y ayudan a mitigar el cambio climático a corto y largo plazo.
Contaminación del suelo.
La contaminación del suelo envenena los alimentos que comemos, el
agua que bebemos y el aire que respiramos, por lo que su dimensión es
aún desconocida, y se requiere contar con más datos a escala mundial
para sopesarlos, ya que el gran potencial de los suelos para filtrar y
amortiguar los contaminantes, degradando y atenuando sus efectos
negativos, es una capacidad finita.
La mayoría de los contaminantes de los suelos proceden de actividades
humanas como las prácticas agrícolas no sostenibles, las actividades
industriales y la minería, los residuos urbanos no tratados y otras
prácticas no respetuosas con el entorno.
130
Apoyados en la tecnología, los científicos son capaces de identificar los
contaminantes no detectados anteriormente, pero al mismo tiempo,
estas mejoras tecnológicas conducen a la liberación de nuevos
contaminantes en el medio ambiente.
La Agenda para el Desarrollo Sostenible 2030 y los Objetivos de
Desarrollo Sostenible 2, 3, 12 y 15 impulsan metas que recomiendan la
consideración directa de los recursos del suelo, especialmente la
contaminación y degradación del suelo en relación con la seguridad
alimentaria.
Es hora, precisa el organismo internacional, de descubrir esta realidad
amenazante, y llama a combatir la contaminación del suelo que requiere
que unamos nuestras fuerzas y pasar a la acción para contribuir a la
contaminación del suelo.
10. CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES.
Los contaminantes pueden clasificarse en químicos, físicos y biológicos.
QUÍMICOS:
▪
Irritantes: Los que provocan una reacción inflamatoria de la piel o
de las mucosas del tacto respiratorio y tejido pulmonar.
▪
Corrosivos: Los que en contacto con la piel, pueden destruir los
tejidos sobre los que actúan.
▪
Asfixiantes: Capaces de impedir el suministro de oxígeno.
▪
Anestésicos y narcóticos: Depresores del sistema nervioso.
▪
Neumoconióticos: Sustancias particuladas que, a través de la
deposición o acumulación en los pulmones, provocan alteraciones
de naturaleza fibrótica en el tejido pulmonar.
▪
Sensibilizantes: Provocan reacciones alérgicas, principalmente en
el sistema respiratorio.
▪
Tóxicos sistémicos: Los que atacan a un órgano específico (hígado,
riñones, etc.).
▪
Cancerígenos: Los que pueden provocar cáncer o un aumento de
su frecuencia.
▪
Mutágenos: Producen alteraciones en el material genético de las
células (ADN).
131
FÍSICOS:
▪
Ruido: Es una energía ondulatoria producida en el medio elástico,
el aire, por una vibración. Los efectos que el ruido puede producir
son los conocidos como sordera o hipoacusia.
▪
Estrés Térmico: Se produce cuando la cantidad de calorías que el
cuerpo genera para mantener sus funciones fisiológicas, más las
que genera al ejercer una actividad física y la que absorbe del
medio ambiente, no son adecuadamente evacuadas al exterior.
Efectos: calambres, síncope calórico, y golpe de calor.
▪
Iluminación: Factor ambiental cuyo fin es facilitar la visualización
de las cosas dentro de su contexto espacial, de modo que el trabajo
se pueda realizar en las condiciones aceptables de eficiencia y
seguridad. Si es deficiente puede ser causa de accidentes o fatiga
visual.
▪
Vibraciones: Oscilación de una partícula o cuerpo alrededor de una
posición de referencia, que al trasmitirse al cuerpo humano puede
afectar a la salud.
▪
Radiaciones: Energías radiantes, producidas por distintas fuentes.
Se clasifican en:
▪
No ionizantes o electromagnéticas: infrarrojas, ultravioletas,
microondas o láser. Pueden quemar la piel o las estructuraas
fundamentales.
▪
Ionizantes: Dañan la estructura celular(Rayos Gamma y Rayos
X).
BIOLÓGICOS:
▪
Bacterias: Organismos unicelulares, visibles al microscopio, y
capaces de vivir en un medio sin necesidad de valerse de otros
organismos. Infecciones (tuberculosis, etc.)
▪
Virus: Agentes no celulares, parásitos, sólo visibles con microscopio
electrónico (hepatitis, sida, etc.).
▪
Hongos: Formas complejas de estructura vegetal (micosis, asma,
etc.).
▪
Parásitos: Organismos animales que se desarrollan en el interior
del organismo humano (Malaria, etc.)
132
Aguas que transportan desechos urbanos:
a) Corrosivas.
b) Pesadas.
c) Blandas.
d) Negras.
Contaminantes que no se descomponen por procesos naturales.
a) Degradables.
b) Biodegradables.
c) No degradables.
d) De degradación lenta.
Ejemplo de un ectoparásito:
a) Amiba.
b) Fasciola.
c) Piojo.
d) Cisticerco.
Contaminante del suelo originado por nitrógeno en forma de
nitratos, al combinarse con agua puede acidificar el suelo.
a) Fertilizantes.
b) Desechos metálicos.
c) Desechos orgánicos.
d) Desechos industriales.
Contaminantes del suelo derivados del petróleo.
a) Monóxido de Carbono.
b) Hidrocarburos.
c) Fertilizantes.
d) Desechos metálicos.
Los materiales no degradables son perjudiciales debido a que:
a) Modifican las cadenas alimenticias.
b) Favorecen el desarrollo de plagas.
c) Aumentan la producción de dióxido de carbono.
d) Tienden a acumularse en la naturaleza.
Proceso contaminante que ocurre cuando la capacidad para
neutralizar los ácidos es baja.
a) Oxidación.
133
b) Acidificación.
c) Ozonización.
d) Neutralización.
11. SISTEMAS DISPERSOS.
Los sistemas dispersos o dispersiones son una mezcla de dos o más
sustancias que se produce cuando una sustancia se distribuye en el seno
de otra u otras.
En un sistema disperso se definen dos fases: una dispersa y otra
dispersante. Se denomina fase dispersa a aquella que se encuentra
distribuida en el seno de otra, esta otra recibe a su vez el nombre de
fase dispersante.
Los sistemas dispersos pueden clasificarse en tres tipos:
soluciones,
coloides y
suspensiones.
El tamaño de la partícula de la fase dispersa es el criterio que se utiliza
para efectuar la clasificación.
Sistema
disperso.
Tamaño de partícula.
Solución.
Tamaño molecular.
Coloide.
Entre el tamaño molecular y hasta 10,000 veces el
tamaño molecular.
Suspensión.
Mayor que 10,000 veces el tamaño molecular.
Soluciones.
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias en una
sola fase. Al ser una mezcla homogénea indica que a simple vista no se
distinguen sus componentes y el que presente una sola fase indica que,
dependiendo del estado de agregación de la fase dispersora, la solución
será líquida, sólida o gaseosa.
134
Lo anterior es importante considerarlo, puesto que de manera cotidiana
se piensa casi de manera exclusiva en aquellas que tienen un solvente
líquido; sin embargo, existen otras en las que el solvente es gaseoso,
como es el caso del aire y otras en las cuales el solvente puede ser sólido
como en el caso del bronce, el latón o el oro de 18 quilates.
La siguiente imagen nos muestra el proceso de disolución:
En una solución el estado físico de la fase dispersora determina el estado
físico de la mezcla, como puede observarse en la siguiente tabla:
Fase dispersa
Sólido.
Líquido.
Gas.
Sólido.
Líquido.
Gas.
Sólido.
Líquido.
Gas.
Fase dispersora
Líquido.
Líquido.
Líquido.
Gas.
Gas.
Gas.
Sólido.
Sólido.
Sólido.
Fase resultante
Líquida.
Líquida.
Líquida.
Gaseosa.
Gaseosa.
Gaseosa.
Sólida.
Sólida.
Sólida.
Coloides.
Cuando el tamaño de la partícula que constituye la fase dispersa tiene
un tamaño mayor al molecular, pero no excede 10,000 veces este
tamaño; es decir, que no es mayor de 200 μ, tenemos un coloide.
Tanto la fase dispersa como la dispersora pueden estar en cualquiera de
los tres estados de agregación, pero si ambos componentes son
gaseosos no se considera como un sistema coloidal.
135
Fase dispersa
Sólida.
Líquida.
Gas.
Sólida.
Líquida.
Gas.
Sólida.
Líquida.
Gas.
Fase dispersante
Sólida.
Sólida.
Sólida.
Líquida.
Líquida.
Líquida.
Gas.
Gas.
Gas.
Tipo de coloide
Sol sólido.
Emulsión sólida.
Sol sólido.
Gel.
Emulsión.
Espuma.
Aerosol sólido.
Aerosol líquido.
No se forma coloide.
Suspensiones.
En una suspensión las partículas de la fase dispersa son mayores que
en las disoluciones y en los coloides. Aproximadamente, el tamaño de
una partícula en suspensión va de las 10000 veces el tamaño molecular
en adelante, lo cual equivale a tener un tamaño próximo, igual o
superior a 200 mμ. En consecuencia, en una suspensión es fácil a simple
vista distinguir las partículas que constituyen la fase dispersa y si se
dejan reposar por tiempo suficiente llegan a asentarse en el fondo del
recipiente por la acción de la gravedad.
Las suspensiones son las mezclas heterogéneas más comunes, en
ocasiones son conocidas como emulsiones porque se mezclan dos
líquidos inmiscibles.
Concentración de soluciones.
Se le llama concentración a la cantidad de soluto disuelto en una
cantidad dada de disolución. Tomando en cuenta la cantidad de soluto
en un disolvente, las disoluciones se pueden clasificar como cualitativas
y cuantitativas.
Las cualitativas se consideran soluciones empíricas y se clasifican en
soluciones diluidas, concentradas, saturadas y sobresaturadas.
136
Los términos de cualitativos de concentración resultan imprecisos
cuando se requiere expresar las cantidades de los componentes de una
solución por lo que se requieren métodos cuantitativos, la concentración
se calcula con precisión. Tanto el soluto como el disolvente se dividen
en unidades químicas y físicas de concentración.
12. MEZCLAS.
Se le llama así al conjunto de dos o más elementos o compuestos sin
que se combinen químicamente, las sustancias se juntan y no pierden
sus propiedades originales.
137
Las mezclas son formas mixtas de la materia sumamente frecuentes en
la vida cotidiana, y muchos de los materiales que usamos son el
resultado de un procedimiento de mezclado o mixtura.
Los componentes de una mezcla pueden hallarse en distintos estados
de agregación (sólidos, líquidos, gaseosos, plasmas, o combinaciones
entre ellos).
Las mezclas se clasifican atendiendo a qué tan factible sea identificar a
simple vista sus distintos componentes.
▪
▪
▪
▪
Las mezclas homogéneas. Son aquellas en que los componentes no
pueden distinguirse. Se conocen también como soluciones.
Las mezclas heterogéneas. Son aquellas en que los componentes
pueden distinguirse con facilidad, debido a que poseen una
composición no uniforme, o sea, sus fases se integran de manera
desigual e irregular, y por eso es posible distinguir sus fases.
Mezclas gruesas o dispersiones gruesas. Son aquellas en las que el
tamaño de las partículas es apreciable a simple vista.
Suspensiones o coloides. Son aquellas en las que una fase es
normalmente fluida (gaseosa o líquida) y la otra está compuesta
por partículas (generalmente sólidas) que quedan suspendidas y se
depositan al pasar el tiempo.
Ejemplos de mezclas:
HOMOGÉNEAS
Agua potable
Agua con azúcar
Aire
Bronce
Leche con chocolate
HETEROGÉNEAS
Agua y aceite
Ensalada
Coctel de frutas
Agua con arena
Leche con cereal
Métodos de separación de mezclas
Los componentes o fases de una mezcla se hallan unidos mecánica o
físicamente. Por eso, a menudo se ven alteradas sus propiedades físicas,
como el punto de ebullición o de fusión.
Sin embargo, al no producirse cambios químicos permanentes, es
posible emplear mecanismos físicos de separación para extraer cada
138
uno de los componentes de una mezcla. Dichos mecanismos físicos
suelen ser térmicos (cuando involucran calor) o mecánicos (cuando
involucran el desplazamiento o el movimiento).
Decantación: En él, las partículas cuya densidad es mayor que el agua,
sedimentan en el fondo del decantador por acción de la gravedad.
Ebullición: Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado
gaseoso.
Evaporación: Es el proceso físico por el cual los átomos o moléculas en
estado líquido pasan al estado gaseoso. A diferencia de la ebullición,
éste es un proceso paulatino y no es necesario que toda la masa alcance
el punto de ebullición.
Cromatografía: Es un método de separación físico que permite que en
mezclas complejas identificar sus componentes, gracias a los tiempos
de retención del analito en una fase estacionaria.
Destilación: Sirve para separar líquidos con diferentes puntos de
ebullición. El vapor de la sustancia separada se condensa y se canaliza
a un recipiente separado.
Tamización: Se da entre sólidos, se separa con una malla o tamiz y las
partículas más pequeñas pasarán a través de la malla.
Imantación: Se da entre sólidos, por ejemplo, entre arena y limadura
de hierro.
Filtración: Se utiliza una malla o filtro para separar un sólido de un
líquido, por ejemplo, una mezcla de arena con agua.
Porción de materia en donde existe más de una sustancia y éstas
pueden separarse mediante métodos físicos.
1. Compuestos.
2. Materia.
3. Elemento.
4. Mezcla.
139
Los líquidos a diferencia del estado gaseoso presentan:
1. Mayor compresibilidad y menor cohesión molecular.
2. Menor compresibilidad y mayor cohesión.
3. Mayor compresibilidad y forma definida.
4. Menor compresibilidad y forma definida.
De acuerdo con las propuestas de John Dalton, es la sustancia
constituida por una sola clase de átomos:
1. Compuesto.
2. Elemento.
3. Molécula.
4. Materia.
¿Qué sustancias de la siguiente tabla son mezclas?
1. Alcohol.
2. Aluminio.
3. Miel.
4. Aire.
5. Dióxido de carbono.
a)
b)
c)
d)
3 y 4.
3 y 5.
4y5
1 y 5.
Método de separación que consiste en pasar una fase móvil a
través de una fase estacionaria fija sólida.
a) Filtración.
b) Evaporación.
c) Destilación.
d) Cromatografía.
Método de separación en el que las partículas con densidad
mayor que el agua, sedimentan en el fondo del decantador.
a) Evaporación.
b) Cromatografía.
c) Destilación.
d) Decantación.
140
Diferencia entre mezcla homogénea y mezcla heterogénea.
a) Ninguna, ambas tienen una fase.
b) La mezcla homogénea tiene más de una fase y la heterogénea
tiene una fase.
c) Ninguna, ambas tienen más de dos fases.
d) La homogénea tiene una fase y la heterogénea tiene más de
una.
13. ÁCIDOS Y BASES.
Los ácidos y las bases son sustancias que existen en la naturaleza y que
se distinguen por su nivel de pH, es decir, por su grado de acidez o
alcalinidad. Ambos, sin embargo, suelen ser sustancias corrosivas, a
menudo tóxicas, que sin embargo poseen numerosas aplicaciones
industriales y humanas.
Los ácidos son sustancias de pH inferior a 7 (pH del agua igual a 7,
considerado neutro), en cuya química figuran comúnmente grandes
cantidades de iones de hidrógeno al añadirles agua. Suelen reaccionar
ante otras sustancias perdiendo protones (H+).
Las bases, en cambio, son sustancias de pH superior a 7, que en
disoluciones acuosas suelen aportar iones de hidroxilo (OH–) al medio.
Suelen ser potentes oxidantes, es decir, reaccionan con los protones del
medio circundante.
El concepto de ácido y base, para lo cual existen tres teorías que los
definen.
Teoría
Ácido
Base
Arrhenius
Sustancia que contiene
hidrógenos y que en
solución
acuosa
los
produce.
Sustancia
que
contiene
hidróxido y que produce estos
iones en solución.
BrǿnstedLowry
Donador
(H+)
Receptor de protones (H+)
Lewis
Receptor de un par de
electrones.
de
protones
141
Donador
de
electrones.
un
par
de
Reacciones ácido-base.
La reacción entre ácidos y bases se denomina neutralización y
elimina más o menos las propiedades ácidas o básicas de ambos
compuestos, produciendo agua y una sal en su lugar.
Las reacciones de neutralización o reacciones ácido base, son
generalmente exotérmicas. Esto significa que desprenden energía en
forma de calor. Son reacciones de neutralización porque al reaccionar
un ácido con una base, estos neutralizan sus propiedades mutuamente.
Cuando una reacción ácido-base está totalmente neutralizada, el pH se
iguala a 7. La palabra sal describe cualquier compuesto iónico cuyo
catión provenga de una base, como por ejemplo sería el sodio en el
hidróxido de sodio (Na+ del NaOH) y cuyo anión provenga de un ácido
por ejemplo el cloro en el ácido clorhídrico (Cl- del HCl).
Potencial de Hidrógeno.
El pH es una medida que sirve para establecer el nivel de acidez o
alcalinidad de una disolución. La “p” es por “potencial”, por eso el pH se
llama: potencial de hidrógeno.
Se expresa como el logaritmo negativo de base 10 de la concentración
de iones hidrógeno. La siguiente ecuación representa esta definición:
142
¿Qué relación existe entre el nivel de acidez y el pH?
Las disoluciones ácidas tienen una alta cantidad de iones hidrógeno.
Esto significa que tienen bajos valores de pH y, por tanto, su nivel de
acidez es alto. Así, una disolución será más ácida o menos ácida
dependiendo de la cantidad de iones hidrógeno que tenga.
Por otra parte, las disoluciones básicas (alcalinas) tienen bajas
cantidades de iones hidrógeno. Esto significa que tienen elevados
valores de pH y, por tanto, su nivel de acidez es bajo.
La escala de medida del pH.
La escala de pH se utiliza para medir el grado de acidez de una
disolución y, como el pH está relacionado con el pOH, entonces sabiendo
el grado de acidez de una disolución, también podemos saber su grado
de basicidad.
Así, la escala de pH va desde el valor 0 hasta el 14. Por ejemplo, las
sustancias con valor de pH=0 son las más ácidas (menos básicas), las
que tienen pH=7 son neutras, y las que tienen pH=14, son las menos
ácidas (más básicas).
La escala de pH nos permite dar en forma numérica y sencilla la
acidez o basicidad de una solución.
143
14. REACCIONES QUÍMICAS.
Una reacción química es aquélla que resulta de la combinación
química de dos o más elementos o compuestos, por lo tanto,
siempre implican un cambio.
Las sustancias que participan en la reacción química se llaman
reactivos y las sustancias formadas se llaman productos.
Una ecuación química es la expresión abreviada de un cambio
químico o de una reacción química y se escribe como se describe a
continuación:
a) Los reactivos se separan mediante una flecha que nos indica
la dirección de la reacción. Los reactivos se escriben a la
izquierda y los productos a la derecha de la flecha, además
de que se pueden colocar signo más entre cada reactivo o
productos.
b) Los coeficientes que van a la izquierda de cada sustancia
indica la cantidad de átomos que interactúan durante la
reacción.
144
Clasificación de reacciones químicas
145
Reacciones de oxido-reducción.
También llamadas redox, son aquellas reacciones en las que uno o
más pares de electrones se transfieren entre los reactivos,
provocando un cambio en sus estados de oxidación. Para que exista
una reacción de oxidación reducción, en el sistema debe haber un
elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:
El agente reductor es la sustancia que causa la disminución en el
estado de oxidación de otra sustancia, el agente reductor se oxida
en el transcurso de la reacción.
El agente oxidante es la sustancia que causa un incremento en el
estado de oxidación de otra sustancia. El agente oxidante es
reducido en el transcurso de la reacción.
Ley de conservación de la materia
La ley de la conservación de la materia, propuesta por Lavoisier en
1774, establece que no se observa ningún cambio en la masa total
de las sustancias que participan en un cambio químico, por lo que
se puede resumir de la siguiente forma:
“La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”
146
Balanceo de ecuaciones químicas
El balanceo consiste en igualar el número de átomos de cada elemento
tanto en los reactivos como en los productos, y sirve para verificar la
Ley de la Conservación de la Materia (La materia no se crea ni se
destruye solo se transforma).
“El total de átomos en los reactivos debe ser igual al total de
reactivos en los productos.”
Ejemplo:
Contar el número de elementos existentes en dicha ecuación de lado
de los reactivos y del lado de los productos, empezando por:
metales, no metales, dejando para el final al oxígeno e hidrógeno
(en caso de que la ecuación los contenga).
Reactivos:
Productos.
Al = 1
O=2
Al = 2
O=3
La reacción no está balanceada porque no se cumple la ley de la
conservación de las reacciones química.
“En una reacción química, los átomos no se crean ni
se destruyen, solo se recombinan”
Ejemplo:
147
La reacción anterior, NO está balanceada.
Ejemplo:
La reacción química SI está balanceada.
Según la teoría de Arrehnius, ¿cuál es la característica de los
ácidos?
a) En disolución acuosa producen iones hidrógeno.
b) En disolución acuosa producen iones hidróxido.
c) Son mezcla de iones hidróxido e hidrógeno.
d) Al ionizarse producen iones hidróxido.
¿Qué tipo de reacción es la siguiente?
HCl + NaOH --------------> NaCl + H2O
a)
b)
c)
d)
Síntesis o formación.
Disociación.
Ácido base.
Combustión.
¿Cuál de las siguientes reacciones químicas está balanceada?
a) 4HCl + 2MnO2 --------------- > MnCl2 + 2H20 + Cl2
b) 4HCl + MnO2 --------------- > MnCl2 + 2H20 + Cl2
c) 8HCl + 2MnO2 --------------- > 2MnCl2 + 2H20 + Cl2
d) HCl + 2MnO2 --------------- > 2MnCl2 + H20 + Cl2
148
¿Qué tipo de reacción química es la siguiente?
Al2(CO3)3 --------------> Al2 O3 + CO2
a)
b)
c)
d)
Síntesis.
Sustitución doble.
Neutralización.
Descomposición.
Autoridad que actualmente regula los estándares para la
denominación de los compuestos químicos.
a) IACS.
b) IUPAC.
c) QUIMES.
d) ONU.
Selecciona la reacción de neutralización.
a) H2O + CO2 -------------- >- H2CO3
b) AgNO3--------------- > AgCl + KNO3
c) NaCl + KBr --------- > NaBr + KCl
d) HCl + NaOH ---------NaCl + H2O
La química orgánica hace referencia a los compuestos del:
a) Carbonato.
b) Hidrógeno.
c) Oxígeno.
d) Carbono.
Cuando en una reacción química un elemento capta electrones,
se dice que ocurre una:
a) Oxidación.
b) Formación.
c) Reducción.
d) Combustión.
149
BIOLOGÍA.
1. LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA VIDA
Las ciencias biológicas son aquellas que se dedican a estudiar la vida y
sus procesos. Se trata de una rama de las ciencias naturales que
investiga el origen, la evolución y las propiedades de los seres vivos.
La biología es la ciencia que estudia el origen, la evolución y las
características de los seres vivos, así como sus procesos vitales, su
comportamiento y su interacción entre sí y con el medio ambiente.
La palabra, como tal, se forma con las raíces griegas:
*BIOS: que significa ‘vida’,
*LOGÍA: que significa ‘ciencia’ o ‘estudio’.
Como tal, la biología se encarga de describir y explicar el
comportamiento y las características que diferencian a los seres vivos
1. como individuos
2. considerados en su conjunto
3. como especie.
La importancia de la investigación científica en la Biología radica en el
mejoramiento de la calidad de vida en cualquier tipo de organismo.
Ramas de la biología
Las principales ramas de la Biología son:
▪
Anatomía: estudia las estructuras internas y externas de los seres
vivos.
▪
Bacteriología: estudio de las bacterias.
▪
Bioquímica: estudio de los procesos químicos.
▪
Ecología: estudia los organismos y sus relaciones, incluso, con el
medio ambiente.
▪
Embriología: estudia el desarrollo de los embriones.
▪
Entomología: estudio de los insectos.
▪
Etología: estudio del comportamiento humano y animal.
▪
Biología evolutiva: estudio del cambio que sufren los seres vivos a
través del tiempo.
▪
Genética: estudio de los genes.
▪
Histología: estudio de la composición y estructura de los tejidos.
150
▪
▪
▪
▪
▪
Inmunología: estudios de los mecanismos del cuerpo para combatir
toxinas, antígenos, entre otros.
Micología: estudio de los hongos.
Microbiología: estudio de los microorganismos.
Taxonomía: estudio que permite clasificar a los seres vivos.
Virología: estudio de los virus.
Ciencias auxiliares de la biología
Una ciencia auxiliar es aquella que funciona como soporte de otra
ciencia para que ésta cumpla con sus metas y objetivos. Se trata de
disciplinas científicas que pueden complementar a una ciencia en ciertos
casos específicos.
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Química: estudia las sustancias y reacciones químicas que ocurren
en los seres vivos.
Geografía: Apoya a la biología en cuando a las características
climáticas y de ecosistema de los lugares donde se desarrolla la
vida. Términos como “bioma” son producto de esta mirada en
conjunto, que conduce a la biogeografía.
Estadística: Ciencia auxiliar de la Biología que le proporciona
herramientas de cálculo, probabilidad y conteo, encargada del
cálculo de las probabilidades y cálculo poblacional.
Historia: La perspectiva histórica ayuda a comprender la evolución
de la vida en el planeta.
Computación. Pone todas sus herramientas y capacidad al estudio
y desarrollo informático de los seres vivos, así como diseño y
simulación.
Ingeniería. Ayuda al desarrollo de nuevas tecnologías tanto de
estudio como de aplicación en la vida diaria.
Nanotecnología: La manipulación de la vida a nivel molecular o
subcelular permite que estas dos disciplinas ofrezcan abordajes
inéditos de los problemas biológicos del hombre y de los distintos
ecosistemas.
Física: Ayuda a comprender el funcionamiento estructural de los
seres además de procesos orgánicos que involucren fenómenos
físicos.
Paleontología: Ayuda al estudio de los seres vivos que existieron en
el pasado.
151
▪
Óptica: permitió el surgimiento de ramas de la biología como la
microbiología: biología del mundo microscópico, cuyo estudio sería
imposible sin los aparatos (microscopios).
Estudia las células:
a) Anatomía.
b) Citología.
c) Parasitología.
d) Zoología.
La sangre es un tipo de:
a) Cartílago.
b) Fluido.
c) Tejido.
d) Líquido.
Estudia la estructura de la materia:
a) Física.
b) Química.
c) Biología.
d) Fisicoquímica.
Rama de la Biología que estudia la estructura de los organismos.
a) Geodesia.
b) Organización.
c) Fisiología.
d) Anatomía.
Ciencia auxiliar de la Biología que le proporciona herramientas
de cálculo, probabilidad y conteo.
a) Aritmética.
b) Estadística.
c) Cálculo Diferencial.
d) Geometría.
Rama de Biología que usa herramientas como el microscopio
para observar células.
152
a)
b)
c)
d)
Nanotecnología.
Física.
Mecánica.
Óptica.
La palabra Biología se forma de las raíces “Bio” que significa vida
y “Logos” que significa:
a) Saber.
b) Conocimiento.
c) Aprendizaje.
d) Estudio.
Seleccione el objeto de estudio de las ciencias biológicas.
a) Analizar las características de los organismos, especies y sus
interacciones con el entorno.
b) Analizar solo el comportamiento de los organismos, así como
sus reacciones en el ambiente.
c) Analizar las diferentes relaciones de cada especie y comunidad.
d) Analizar las diferentes relaciones de cada especie y ecosistema.
2. PRINCIPALES NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA
VIVA.
153
La célula se define como “partícula fundamental de vida”, es decir, lo
más pequeño que tiene vida. Por tanto, las moléculas, átomos y
partículas subatómicas no poseen vida, pero sí forman parte de la
materia.
Niveles moleculares.
Molécular: Nivel de organización en el cual, los enlaces químicos
producen sustancias como los carbohidratos o el agua.
Niveles biológicos.
A partir de estos niveles, estamos en presencia de estructuras que
caracterizan a los seres vivos.
Nivel de organelos: Las macromoléculas se juntan y forman organelos,
estructuras con funciones básicas determinadas, como sintetizar
proteínas o realizar la fotosíntesis. Ejemplos de organelos son: Los
ribosomas,
Célula: Unidad mínima de la vida: todos los seres vivientes se componen
de al menos una (unicelulares) o más células (pluricelulares). Ejemplos:
Bacterias, amebas, virus.
Tejidos (tisular): Conjunto de células que se agrupan entre sí. Ejemplo:
piel, mucosas, hueso, sangre.
Órgano: Conjunto de tejidos. Ejemplos: El corazón, las hojas de las
plantas.
Sistema: Conjunto de órganos que se ayudan mutuamente, o funcionan
de manera mancomunada. Ejemplos: Sistema cardiovascular, Aparato
respiratorio.
Organismo o individuo: Conjunto de órganos que permiten el
funcionamiento general del ser vivo y lo definen como un individuo.
Ejemplos: ser humano, una planta
Nivel ecológico:
A partir de estos niveles, se establecen interacciones entre los diferentes
organismos vivos, un área que es objeto de estudio de la ecología.
154
Población: Conjunto de organismos de la misma especie en un mismo
tiempo y lugar determinado. Ejemplos: La población de gallinas en una
granja, la población de humanos en México.
Comunidad: Conjunto de poblaciones en un lugar determinado.
Ejemplos: Un lago es una comunidad conformada por peces, algas,
cianobacterias, insectos y aves. Una granja es una comunidad formada
por cerdos, vacas, gallinas, conejos y patos, con poblaciones de hierbas
y arbustos, e insectos polinizadores como abejas.
Ecosistema: Conjunto de comunidades interconectadas así y ubicadas
en un hábitat específico, lo llamaremos un ecosistema teniendo en
cuenta los factores bióticos como abióticos. Ejemplos: manglares, selva,
tundra, desierto, etc.
Biósfera: Se llama así al conjunto ordenado de la totalidad de los seres
vivos, la materia inerte y el medio físico en que se encuentran y con el
que se relacionan de distinta manera.
Nivel planetario: Si bien la vida como la conocemos existe únicamente
en la Tierra, hasta ahora, ésta es apenas uno más de millones de
planetas de diverso tamaño y constitución, orbitando soles todavía más
masivos y en eterna fusión de sus elementos atómicos en el espacio.
Ejemplo:
Para el estudio ecológico del ajolote mexicano, se pueden considerar los
siguientes niveles de organización, ordenados de menor a mayor nivel
de complejidad: Ajolote como individuo, población de ajolote,
comunidad lacustre, ecosistema de Xochimilco.
Nivel en que se ubican las plantas y el ser humano:
a) Comunidad.
b) Población.
c) Individuo.
d) Especie.
Nivel de organización de la materia, al que pertenecen bacterias
y amebas:
155
a)
b)
c)
d)
Tejido.
Celular.
Molecular.
Organelo.
Nivel de organización en el cual, los enlaces químicos producen
sustancias como los carbohidratos o el agua:
a) Molecular.
b) Endémico.
c) Atómico.
d) Celular.
En estos niveles encontramos estructuras que caracterizan a los
seres vivos:
a) Ecológicos.
b) Subatómicos.
c) Microbiológicos.
d) Biológicos.
Seleccione el orden de menor a mayor complejidad los niveles
de organización:
1. Átomo 2. Célula 3. Individuo 4. Molécula
5. Órgano
6. Tejido
a)
b)
c)
d)
1, 4, 2, 6, 5, 3.
1, 4, 3, 2, 6, 5.
3, 5, 6, 2, 4, 1.
1, 4, 2, 3, 6, 5.
A partir de estos niveles de organización de la materia
encontramos estructuras que caracterizan a los seres vivos:
a) Niveles Subatómicos.
b) Niveles Biológicos.
c) Niveles Ecológicos.
d) Todas las anteriores.
Es el nivel de organización de la materia al que pertenecen
bacterias:
a) Nivel Celular.
156
b) Nivel Protista.
c) Nivel Microbiológico.
d) Todas las anteriores.
Dentro de los niveles de organización biológica, la sangre
corresponde al nivel conocido como:
a) Órgano.
b) Tejido.
c) Célula.
d) Sistema.
3.
PRINCIPALES
APLICACIONES
DEL
CONOCIMIENTO
BIOLÓGICO.
¿Qué puede hacer la Biología para mejorar la vida del hombre? La
Biología aplicada utiliza el conocimiento obtenido de la investigación
básica para resolver problemas prácticos.
Como ejemplo se puede mencionar la Ingeniería Genética, la cual ha
permitido modificar las características hereditarias de ciertos
organismos para satisfacer las necesidades de la sociedad, con
insospechadas facilidades de aplicación en la medicina.
Asimismo, es indudable como en los campos de la medicina, la
ganadería, la agricultura, etc., se aplican los conocimientos obtenidos
por las diferentes ciencias biológicas, mejorando enormemente la
supervivencia de nuestra especie y su calidad de vida.
Aplicaciones de la biología en diferentes áreas
Ecosistema: A través de la biología se pueden conocer las diferentes
interacciones entre los seres humanos. El estudio de los ecosistemas y
cómo condicionan el comportamiento de las sociedades. También
advierte sobre las peligrosas consecuencias que se generan al crear
desequilibrios en el medio ambiente.
Salud: La Biología permite conocer las causas de enfermedades, los
métodos para controlar, curar enfermedades y formular fármacos. El
157
estudio sobre vitaminas y hormonas en la investigación contra el cáncer,
es un ejemplo de aplicación de la Biología en esta área.
La Biología aplicada puede resolver problemas prácticos como el
desarrollo de vacunas para la prevención de enfermedades virales.
Genética: Biología pretende mejorar los estilos de vida de los seres
humanos a través de la herencia controlada, la ingeniería genética, el
estudio de las vitaminas y hormonas, la investigación de cáncer, entre
otras cosas.
Industria: permite crear una estructura globalizada y de límites más
claros, en la que aparecen procesos con diferente contribución de los
conocimientos más recientes. Puede considerarse así la aplicación para
desarrollar nuevos productos.
El estudio sobre vitaminas y hormonas en la investigación contra
el cáncer, es un ejemplo de aplicación de la Biología en el área:
a) Microbiológica.
b) Genética.
c) Farmacológica.
d) De la salud.
La Biología aplicada puede resolver problemas prácticos como:
a) Desarrollo de vacunas para la prevención de enfermedades
virales.
b) Legalización de drogas recreativas.
c) Peligros sociales provocados por un desequilibrio ambiental.
d) Legalización de filias sexuales.
158
4.- CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES DE LOS SERES
VIVOS.
Las principales características son:
Adaptación: Permite al organismo ajustarse a las condiciones de su
hábitat. Capacidad de ajustarse a las variaciones no extremas de las
condiciones del medio, como temperatura, luz y humedad.
Crecimiento: se refiere al aumento del número de células o al aumento
de tamaño de las mismas, comúnmente es una combinación de ambos
procesos.
Desarrollo: completo funcionamiento de las estructuras de un ser vivo
Homeostasis: es la capacidad de los organismos a mantener un
equilibrio interno, independiente de los cambios de su entorno.
Irritabilidad: capacidad de un organismo de responder a los estímulos
ambientales, como temperatura, pH, etc.
159
Metabolismo: suma de las actividades bioquímicas de la célula que le
permiten su crecimiento, conservación y reparación.
Organización: se refiere a la estructura compleja y definida que le
permite llevar a cabo sus funciones a nivel unicelular o pluricelular.
Reproducción: es el proceso por medio del cual surgen nuevos
individuos a partir de otros ya existentes y se perpetúa la especie.
Movimiento: es más evidente en animales, pero de forma microscópica
todos los seres vivos presentan un desplazamiento menor o mayor en
las estructuras celulares que los componen, lo que les permite llevar a
cabo otros procesos
Una razón por la que, la célula se especializa es para mantener su
organización y sobrevivir.
Funciones Vitales de los seres vivos.
Son aquellas características funcionales biológicas que comparten todos
los seres vivos.
Las funciones vitales son las que les permiten sobrevivir y mantenerse
en constante relación con su entorno, tanto con individuos de su misma
especie como con otras especies distintas.
Todos y cada uno de los seres vivos que habitan en el planeta, por muy
diferentes que parezcan entre sí, comparten las funciones vitales.
Podemos decir que existen seis funciones vitales de los seres vivos:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Nacer
Respirar.
Alimentarse.
Adaptarse al entorno.
Crecer.
Reproducirse.
160
No obstante, estas se suelen resumir en tres funciones vitales
comunes:
1. Nutrición.
2. Relación o interacción.
3. Reproducción.
Funciones de vida de los seres vivos.
Aquellas que deben realizar los seres vivos para mantener la vida.
1.
2.
3.
4.
5.
Nutrirse (alimentación).
Hidratarse (tomar agua).
Oxigenarse (respirar, oxígeno).
Desechar (eliminar CO2).
Descansar (Dormir).
Permite al organismo ajustarse a las condiciones de su hábitat:
a) Desarrollo.
b) Nutrición.
c) Irritabilidad.
d) Adaptación.
Capacidad de los seres vivos para mantener un equilibrio
interno:
a) Homeostasis.
b) Anabolismo.
c) Irritabilidad.
d) Metabolismo.
Capacidad de los organismos de responder a los estímulos que
los rodean:
a) Anabolismo.
b) Irritabilidad.
c) Homeostasis.
d) Metabolismo.
Suma de las actividades bioquímicas de la célula:
a) Anabolismo.
b) Metabolismo.
c) Irritabilidad.
161
d) Homeostasis.
5.-LA CÉLULA COMO LA UNIDAD FUNDAMENTAL DE LOS SERES
VIVOS.
▪
▪
▪
▪
▪
▪
La célula es la unidad fundamental de toda la materia viva.
Una única célula es una entidad aislada de otras células por una
membrana celular (y quizás por una pared celular) y conteniendo
dentro de ella una variedad de materiales químicos y estructuras
subcelulares.
Todas las células contienen determinados tipos de componentes
químicos complejos (macromoléculas): proteínas, ácidos nucleicos,
lípidos y polisacáridos.
Se piensa que todas las células descienden de un antecesor común
único.
A través de miles de millones de años de evolución, ha ido
apareciendo la enorme diversidad de tipos celulares que existe hoy
en día.
Una célula es por tanto un sistema abierto, que está en cambio
continuo pero que permaneces siendo la misma.
Importancia de la célula y teoría celular.
Aunque no existen cálculos y/o datos certeros en cuanto a la cantidad
de células en nuestro cuerpo. Se estima que hay aproximadamente
entre 50 y 100 billones. Entre estas, aproximadamente hay 200
diferentes células que se encargan de funciones distintas.
La célula (estructura fundamental) forma los tejidos, que forman
órganos; quienes constituyen sistemas y que a su vez forman seres
vivos.
Si no hay células... NO HAY VIDA...
Teoría Celular.
La Teoría Celular constituye uno de los principios fundamentales de la
biología, afirmando que todos los organismos vivos están formados por
células y que estas son la unidad básica de la vida.
162
Las células, aunque diversas en forma y función, comparten una
composición química similar, con elementos como el Oxígeno, Carbono,
Hidrógeno y Nitrógeno predominando en su estructura. En la
comparación de células de mamíferos y bacterias, se observa que, si
bien existen variaciones en la cantidad de proteínas, ARN, ADN, lípidos
y carbohidratos, el agua es el componente más abundante,
representando alrededor del 70% del peso celular.
Antecedentes.
Antecedentes: 1665 Robert Hooke laminilla corcho “celulas” 1632-.
a) Antony Van Leewenhoek observación microorganismos, células
animales y vegetales. 1672.
b) Reignier de Graaf “folículo de Graaf” en el ovario. 1838.
c) Mathias Schleiden (botánico). “Todos los tejidos vegetales están
formados por células”. 1839.
d) Theodor Schwann (zoólogo) llegó a la misma conclusión en
animales y propuso que la base de toda vida es la célula. 1858.
e) Rudolf Virchow (patólogo) propuso que todos los seres vivos están
formados por una o más células y generalizó que las células solo
pueden formarse a partir de células preexistentes. 1889.
Postulados.
▪
Todo ser vivo está formado de células.
▪
La célula es lo mas pequeño con vida propia: es la unidad
anatómica y fisiológica del ser vivo.
▪
Toda célula procede de otra preexistente.
▪
El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.
▪
Existe un parecido fundamental entre las sustancias químicas que
componen todas las células, así como también entre los tipos
de actividades metabólicas que realizan.
▪
La actividad de un organismo vista en conjunto, es la suma de las
actividades e interacciones de sus unidades celulares
independientes.
Evolución celular.
La evolución celular tiene como beneficio los componentes básicos de
todos los seres vivos. El cuerpo humano está compuesto por billones de
163
células. Proporcionan estructura al cuerpo, ingieren nutrientes de los
alimentos, convierten esos nutrientes en energía y realizan funciones
especializadas.
Las especializaciones celulares permiten expresar menos genes en
células individuales de organismos multicelulares, protegiendo así a los
genes del daño de los mutágenos.
Existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariota. Las células
procariotas son estructuralmente más simples que las eucariotas.
Conformaron los primeros organismos del tipo unicelular que
aparecieron sobre la tierra, hace unos 3.500 millones de años.
Evolución de las primeras células.
Las teorías más aceptadas proponen que el comienzo de la evolución
celular se dio con el origen de las moléculas de tipo ácido nucleico
capaces de replicarse (ADN y ARN).
Según estas teorías, es probable que muchas veces en la tierra, a lo
largo de su historia, se hayan formado ácidos ribonucleicos, nucleótidos,
aminoácidos, azúcares sencillos y algunos compuestos fosfatados.
Aunque seguramente muchos de estos compuestos se degradaron sin
trascender mucho más allá, actualmente se piensa que pudo haberse
dado el caso de que moléculas con la capacidad de replicarse se
internaran en “burbujas” de lípidos y pudieran continuar con su
actividad autocatalítica a partir del “alimento” obtenido de otras
moléculas que también eran encerradas en estas burbujas.
164
Estos procesos “precelulares” debieron haber ocurrido en la tierra a lo
largo de cientos de millones de años, durante los cuales probablemente
se originaron y extinguieron diferentes “protocélulas”, seleccionando
positivamente aquellas capaces de reproducirse y alimentarse
eficientemente.
Así, las protocélulas resultantes de la selección natural actuando
durante cientos de millones de años serían los ancestros o las formas
más primitivas de las células ultra complejas y organizadas que
conocemos hoy día, las que forman a todos los seres vivos.
Teoría endosimbiótica.
La clave del éxito de las células eucarióticas son dos orgánulos que se
apoyan mutuamente: la mitocondria y el cloroplasto. Ambos generan
energía para la célula.
•
•
La mitocondria consume oxígeno para extraer eficientemente
energía de fuentes de carbono como la glucosa, produciendo
dióxido de carbono y agua en el proceso.
El cloroplasto es el encargado de la fotosíntesis de las plantas,
donde se transforma la energía lumínica del sol en energía química,
liberando oxígeno en el proceso.
También conocida como teoría de la endosimbiosis. La teoría de la
endosimbiosis describe este proceso gradual en tres grandes
incorporaciones sucesivas.
La teoría endosimbiótica propone que mitocondria y cloroplasto fueron
una vez células procariotas, que vivieron dentro de células huésped más
grandes. Los procariotas podrían haber sido inicialmente parásitos o
incluso comida que escapó de algún modo de la digestión.
Independientemente de la causa por la que estas células procariotas
acabaron dentro de un huésped el resultado es que entre ambos se
produjo una relación endosimbiótica. Los procariotas prisioneros
podrían haber proporcionado nutrientes cruciales (en el caso del
cloroplasto primitivo) o haber ayudado a explotar oxígeno para extraer
energía (en el caso de la mitocondria primitiva).
165
Los procariotas, a su vez, habrían recibido protección y un ambiente
estable para vivir.
Debido a que prácticamente todos los eucariotas tienen algún tipo de
mitocondria, mientras que solo los eucariotas fotosintéticos tienen
cloroplastos, se ha propuesto que la endosimbiosis ocurrió dos veces,
en serie.
En primer lugar, una célula huésped más grande absorbió un procariota
heterótrofo aerobio (que usa oxígeno). Con el tiempo, el procariota
evolucionó conjuntamente con el huésped, llegando a ser algo así como
una mitocondria. A continuación, un procariota fotosintético fue
absorbido por una célula que contenía mitocondrias. Este modelo de
origen eucariota se llama endosimbiosis en serie.
Estructura Celular.
Célula Procariota.
Los organismos procariotas son evolutivamente anteriores a los
eucariotas. Las células procariotas o procariontes forman organismos
vivientes unicelulares, pertenecientes al imperio Prokaryota o a los
dominios Archaea y Bacteria, dependiendo de la clasificación biológica
que se prefiera.
166
La principal característica de las células procariotas es que no tienen
núcleo celular, y en cambio presentan su material genético disperso en
el citoplasma, apenas reunido en una zona llamada núcleoide.
Membrana celular: Es la frontera que divide el interior y el exterior de
la célula y que sirve de filtro para permitir el ingreso y/o la salida de
sustancias.
Pared celular: Capa resistente y rígida fuera de la membrana celular, le
confiere forma definida a la célula y una capa adicional de protección.
Citoplasma: Parte líquida de la célula que compone el “cuerpo” celular
y se encuentra en su interior.
Nucleoide: Sin llegar a ser un núcleo, región muy dispersa, es la parte
del citoplasma donde suele hallarse el material genético (o ADN).
Ribosomas: Son complejos de proteínas y piezas de ARN sintetizan las
proteínas requeridas por la célula.
Flagelo: Orgánulo en forma de látigo empleado para movilizar la célula,
a modo de cola propulsora.
Membrana externa: Es una barrera celular adicional que caracteriza a
las bacterias gram-negativas.
167
Cápsula: Capa formada por polímeros orgánicos que se deposita por
fuera de la pared celular. Tiene una función protectora y también se
utiliza como depósito de alimento y lugar de eliminación de desechos.
Célula Eucariota.
Se llama célula eucariota (del vocablo griego eukaryota, unión de eu–
“verdadero” y karyon “nuez, núcleo”) a todas aquellas células en cuyos
citoplasmas puede hallarse un núcleo celular bien definido, que contiene
la mayor parte de su material genético (ADN).
La aparición de las células eucariotas constituyó un paso importante en
la evolución de la vida, pues sentó las bases para una diversidad
biológica dando origen a los reinos superiores: protistas, hongos,
plantas, y animales.
Existen diversos tipos de células eucariotas, los cuales comparten la
mayoría de los organelos y que presentan algunas diferencias básicas:
•
Células vegetales: Cuentan con una pared celular, tienen
cloroplastos, una vacuola central grande llena de agua y carece
centriolos.
168
•
Células animales: No tienen cloroplastos ni pared celular. Tienen
centríolos y presentan vacuolas de menor tamaño, aunque más
abundantes, pueden adoptar una gran cantidad de formas
variables, e incluso fagocitar otras células.
Reproducción celular.
Existen dos tipos de reproducción celular: la asexual o mitosis y la
sexual o meiosis.
La mitosis (reproducción asexual) consiste en una sola partición que
ocurre en cuatro fases. Al final, se obtienen dos hijas idénticas a la
madre ya que es conservativa del número de cromosomas. Es decir, la
madre diploide (2n) da lugar a dos células hijas diploides.
La meiosis (reproducción sexual) consiste en dos particiones, cada una
ocurre en cuatro fases respectivamente, se obtienen al final cuatro
células “nietas” diferentes a la madre, diferentes entre si debido a que
se reduce el número de cromosomas. Es decir, una madre diploide (2n)
genera al final cuatro células haploides (n) que contienen cada una la
169
mitad de los cromosomas. Estas células reciben también el nombre de
gametos y son óvulos y espermatozoides.
Células diploides y haploides.
Células diploides (2n): Tienen completo el número de cromosomas de
la especie. En el caso del ser humano, presenta 46 cromosomas.
Células haploides (n): Solo contienen la mitad del número de
cromosomas de la especie. Se les conoce también como gametos y
éstos son: óvulos y espermatozoides. En el caso del ser humano,
presentan 23 cromosomas.
170
Fases de la división celular.
Toda célula tiene un ciclo celular, el cual es un conjunto de actividades
de crecimiento y división celular. Consta de dos etapas principales:
interfase y mitosis.
La mitosis implica una compleja serie de cambios en la célula. En este
tipo de reproducción ocurre lo siguiente:
Profase: La cromatina del ADN se condensa para formar los
cromosomas. Nucleolo y membrana nuclear desaparecen, los centriolos
se han duplicado y comienza la formación del huso acromático.
Metafase: Los cromosomas unidos al huso acromático por los
centrómeros se alinean en el plano ecuatorial de la célula.
Anafase: Las cromátidas (mitades de cromosomas) se separan
lentamente a los polos opuestos. Al terminar la Anafase los cromosomas
han formado un grupo en cada polo celular.
Telofase: En las células animales comienza a aparecer una constricción
a lo largo del plano ecuatorial. Este proceso se llama citocinesis.
Comienza a desaparecer el uso acromático, se forma la membrana
nuclear y el nucleolo y los cromosomas se “descondensan”.
En el caso de las células vegetales, durante la telofase, se forma una
placa celular en el centro de la celula, dividiendo el citoplasma en dos
partes iguales.
171
¿Qué es la reproducción Asexual?
a) Es la forma de reproducción, tanto en plantas como en animales,
por la que se desarrollan nuevos individuos, para ello los
organismos tienen unos órganos especiales llamados gónadas
en donde se forman los gametos o células reproductoras.
b) Está definido como el número de fenotipos que puede adquirir
un nuevo individuo; es decir, los fenotipos son brindados por
más de un gen, donde el individuo poligénico llega a expresar
diversas características de sus descendientes.
c) Forma de reproducción, en plantas como en otros organismos,
a través de la que se forman nuevos individuos idénticos al
progenitor, sin que intervengan óvulos y espermatozoides.
d) Son estructuras formadas por ARN y proteínas, donde se
realizan la síntesis de proteínas. Los ribosomas se encuentran
en todos los tipos de células, incluso en las procariotas (aunque
son menores).
Relacione las columnas:
a) Eucarionte.
b) Procarionte.
c) Autótrofo.
d) Saprofago.
I. Se alimenta de materia orgánica en
descomposición.
II. Tienen núcleo verdadero.
III. Producen su propio alimento.
IV. No tienen núcleo.
a)
b)
c)
d)
a I, b II, c III, d IV.
a I, b III, c II, d IV.
a II, b IV, c III, d I.
a II, b I, c IV, d III.
172
Observa la figure y elige sus características
a)
b)
c)
d)
Autótrofo, eucariota, pluricelular.
Heterótrofo, eucarionte, unicelular.
Heterótrofo, procarionte, pluricelular.
Heterótrofo, eucariota, pluricelular.
Pigmento que capta la energía luminosa en la fotosíntesis:
a) Ficociamina.
b) Clorofila.
c) Ribosa.
d) Cloroquinona.
Seleccione la relación adecuada:
Tipo división
celular
1. Mitosis
2. Meiosis
a)
b)
c)
d)
Características-
a) Da origen a dos células hijas, con el mismo
número de cromosomas.
b) Da origen a cuatro células hijas con la mitad
del número de cromosomas que la madre.
c) La información genética de las células hijas es
idéntica a la de las células madre.
d) La información genética de las células hijas es
distinta a la de las células madre.
e) Produce los gametos que son utilizados en la
reproducción.
f) Produce nuevas células para el crecimiento de
órganos.
1acf, 2bde.
1bde, 2acf.
1ace, 2bdf.
1bdf, 2ace.
173
La célula se define como:
a) Unidad mínima del ser vivo.
b) Unidad fundamental del ser vivo.
c) Unidad anatómica y fisiológica del ser humano.
d) Unidad anatómica y fisiológica del ser vivo.
Una razón por la que, la célula se especializa es:
a) Desarrollarse.
b) Reproducirse.
c) Mantener una estructura compleja.
d) Mantener su organización y sobrevivir.
Organismos formados por una sola célula.
a) Monocelulares.
b) Unicelulares.
c) Pluricelulares.
d) Celulares.
6. PRINCIPIOS DEL METABOLISMO EN LOS SERES VIVOS.
Metabolismo celular: Es el conjunto de todas las transformaciones
químicas y energéticas que tienen lugar en el interior de la célula, este
proceso puede considerarse como la fuerza que impulsa todas las
transformaciones y cambios que dan vida a la célula. Si el metabolismo
se detiene, la célula muere.
El proceso metabólico se puede manifestar de dos formas:
•
•
Anabolismo: es una fase endotérmica (conserva calor) que
garantiza el mantenimiento y renovación de las estructuras
celulares, el crecimiento celular y la acumulación de sustancias de
reserva; en otras palabras, es la fase en la cual se sintetizan nuevas
sustancias. Transforma moléculas pequeñas y sencillas en
moléculas grandes y complejas.
Catabolismo: es la degradación de moléculas grandes y complejas
en otras mas simples y pequeñas, generando una liberación de
energía (exotérmica). Al final del proceso se obtienen compuestos
que no pueden ser utilizados por las células y que son eliminados.
174
Los dos procesos de transformación que tienen lugar en las células son:
fotosíntesis y respiración celular, ambos ocurren en los organismos
autótrofos (vegetales que producen su propio alimento), mientras que
en los heterótrofos (los que obtienen sus nutrientes de otros seres,
comen) solo sucede la respiración celular.
Respiración celular.
La respiración celular es un mecanismo que transforma y libera energía
contenida en los alimentos. De la misma forma que los cloroplastos son
el centro de realización de la fotosíntesis, las mitocondrias lo son de la
respiración celular.
La respiración celular es el proceso mediante el cual se transforma la
energía química contenida en la glucosa, en energía metabólica
acumulada en los enlaces de ATP (adenosyn tri phospate, molécula de
la energía). Es un proceso catabólico.
El ATP consiste en tres grupos fosfato, ribosa(azúcar) y adenina (base
nitrogenada).
175
Existen dos tipos de respiración:
•
Respiración anaerobia: consiste en oxidar la glucosa sin oxígeno,
para obtener al final del proceso, dióxido de carbono, ácidos o
alcoholes y dos ATP por molécula de glucosa oxidada. Este tipo de
respiración lo llevan a cabo algunas bacterias y levaduras.
•
Respiración aerobia: consiste en oxidar la glucosa con oxígeno para
obtener al final del proceso, dióxido de carbono, agua y 38
moléculas de ATP por cada glucosa oxidada. Este proceso lo llevan
a cabo casi todos los organismos.
Fotosíntesis.
Es un proceso bioquímico que solo realizan las plantas verdes (en las
hojas) mediante el cual, éstas captan la energía solar y la transforman
en energía química.
El CO2 proporciona el carbono y el oxígeno para la síntesis de la glucosa.
El agua proporciona el hidrógeno para la obtención de la glucosa y el
oxígeno que se desprende al final.
Las plantas y los organismos fotosintéticos, captan los rayos rojos y
azules de la luz visible, los cuales excitan a las moléculas de clorofila
contenidas en los cloroplastos de las células vegetales.
La fotosíntesis es un proceso anabólico y endotérmico.
176
Célula que produce su propio alimento:
a) Heterótrofa.
b) Eucariota.
c) Autótrofa.
d) Haploide.
Célula que consume alimento del exterior:
a) Procariota.
b) Eucariota.
c) Heterótrofa.
d) Autótrofa.
Organelo celular donde se realiza la producción de ATP.
a) Vacuola.
b) Lisosoma.
c) Núcleo.
d) Mitocondria.
La respiración aerobia es un proceso celular que se caracteriza
por:
a) Necesitar oxígeno para efectuarse.
b) Producir energía y requerir oxígeno.
c) No necesitar oxígeno para su realización.
d) No producir ningún tipo de energía.
Los cloroplastos son organelos celulares cuya función es:
a) Enlazar aminoácidos.
b) Favorecer la reproducción celular.
c) Convertir los minerales en grasas.
d) Convertir la energía luminosa en energía química.
La obtención de energía química a partir de la combustión de
compuestos como la glucosa se conoce como:
a) Respiración.
b) Quimiosíntesis.
c) Fotosíntesis.
d) Digestión.
177
De las siguientes opciones, escoge la que no puede asociarse al
concepto de energía:
a) ATP.
b) Enlace químico.
c) Vibración.
d) Densidad
7. TIPOS DE REPRODUCCIÓN CELULAR Y DE LOS ORGANISMOS.
Hay dos formas principales de reproducción: sexual y asexual. Para
comprenderlas mejor es necesario contar con algunos conceptos
previos:
•
Reproducción sexual: Proceso por el que se crea un individuo nuevo
mediante dos organismos parentales.
•
Reproducción asexual: Proceso por el que se crea un individuo
nuevo a través de un solo padre.
•
Descendiente: Organismo que resulta de la reproducción.
•
Gameto: Célula sexual (en machos: espermatozoide; en hembras:
óvulo).
•
Fecundación: La unión de gametos para formar un organismo
nuevo.
•
Cigoto o huevo: Célula que se forma por la fusión de dos gametos.
Reproducción sexual:
Requiere dos padres. Cada uno de ellos contribuye un gameto o célula
sexual que contiene la mitad de la cantidad habitual de ADN de una
célula somática normal. En los machos, los gametos son los
espermatozoides y en las hembras los gametos son los óvulos.
Cuando estos dos gametos se combinan durante la fecundación, el
resultado es un cigoto, que sigue desarrollándose hasta convertirse en
un embrión.
178
Reproducción asexual:
La reproducción asexual solo requiere un progenitor. Hay muchos tipos
de reproducción asexual.
Los cinco tipos principales son:
1. Fisión binaria: un solo progenitor duplica su ADN, y luego se divide
en dos células. Generalmente ocurre en bacterias.
2. Gemación: un pequeño brote en la superficie del organismo
parental se desprende y resulta en la formación de dos individuos.
Ocurre en las levaduras y algunos animales como la hidra.
3. Fragmentación: los organismos se rompen en dos o más
fragmentos que se desarrollan en un nuevo individuo. Ocurre en
muchas plantas, así como algunos animales (como corales,
esponjas y estrellas de mar).
4. Partenogénesis: un embrión se desarrolla a partir de una célula no
fecundada. Ocurre en invertebrados, así como en algunos peces,
anfibios y reptiles.
5. Esporulación: consiste en la reproducción mediante estructuras
resistentes, unicelulares, capaces de resistir a condiciones
extremas, llamadas esporas o endosporas. Este mecanismo es una
forma de división celular común en hongos, plantas y cierto tipo de
bacterias.
Proceso por el que se crea un individuo nuevo mediante dos
organismos parentales.
a) Descendiente.
b) Gameto.
c) Reproducción asexual.
d) Reproducción sexual.
Proceso por el que se crea un individuo nuevo a través de un solo
padre o individuos.
a) Cigoto.
b) Reproducción sexual.
c) Reproducción asexual.
d) Descendiente.
179
Célula que se forma por la fusión de dos gametos.
a) Cigoto.
b) Gameto.
c) Descendiente.
d) Fecundación.
Organismo que resulta de la reproducción.
a) Cigoto.
b) Descendiente.
c) Fecundación.
d) Gameto.
Unión de gametos para formar un organismo nuevo.
a) Mitosis.
b) Meiosis.
c) Desarrollo.
d) Fecundación.
Tipo de reproducción sexual que recibe también el nombre de
"gametogénesis":
a) Asexual.
b) Sexual.
c) Meiosis.
d) Mitosis.
Un solo progenitor duplica su ADN, luego se divide en dos
células.
a) Gemación.
b) Fusión binaria.
c) Fragmentación.
d) Partenogénesis.
Un pequeño brote en la superficie del organismo parental, se
desprende, desarrolla y forma un individuo.
a) Fragmentación.
b) Partenogénesis.
c) Gemación.
d) Esporulación.
180
8. AVANCES CIENTIFICOS Y TECNOLÓGICOS.
Las nuevas ciencias como la nanotecnología, los nuevos materiales y la
biotecnología entre otros, están produciendo algunos de los avances
científicos más radicales y acelerados.
No es fácil seleccionar los más importantes. A grandes rasgos, algunas
de las líneas de investigación más innovadoras son:
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Desarrollo de nuevas vacunas y ADN sintético.
Impresión 3D de tejidos orgánicos a través de biorreactores.
Biosensores capaces de detectar virus.
Biocombustibles basados en algas.
Uso de microorganismos para producir proteínas.
Bioplásticos a partir de residuos.
Sistemas informáticos biológicos como los discos duros de ADN.
Bacterias y placas solares para producir alimento.
Bioplásticos a partir de residuos.
Bacterias devoradoras de petróleo.
Desarrollo de vacunas: coronavirus.
Biosensores: detectar virus por medio de proteínas.
9. PATRONES DE HERENCIA NO MENDELIANA.
Gregorio Mendel contribuyó de forma significativa al estudio de la
herencia cuando, en el siglo XIX descubriera cómo se heredaban el color
y la textura de los guisantes. Mediante sus investigaciones, descubrió
que el color amarillo y la textura lisa eran características que se
imponían ante el color verde y la textura rugosa.
En base a ello estableció las famosas leyes de Mendel que, en esencia,
indican que: si un individuo raza pura dominante es combinado con un
individuo raza pura recesiva, la primera generación de descendientes
de estos individuos será genotípicamente híbrida, pero fenotípicamente
se mostrarán los rasgos dominantes.
Mendel solo estudió rasgos que dependían de un solo gen. En función
de si se heredaba una variante o alelo del gen del color (‘A’ dominante
y ‘a’ recesivo), la planta daría guisantes amarillos o verdes y, en función
181
de si heredaba un alelo del gen de la textura (‘R’ dominante y ‘r’
recesivo), los guisantes serían lisos o rugosos.
Mecanismos de herencia no mendeliana.
Codominancia: En la codominancia no se da una situación en la que un
alelo prevalece por encima del otro, sino que ambos se expresan por
igual en el fenotipo de individuo, cuyo fenotipo se mostrará como una
combinación de ambos alelos.
Dominancia incompleta: un alelo no es completamente dominante sobre
otro, esto implica que el fenotipo de un individuo se encuentra a medio
camino entre los fenotipos de los padres. Es decir, es como si fuera una
mezcla entre las características presentadas por los padres.
Alelos múltiples: puede darse el caso de que un gen tenga más de dos
alelos, y que estos alelos funcionen en términos de dominancia
incompleta, dominancia mendeliana o codominancia, lo cual hace que
la diversidad en fenotipos sea todavía mayor. Un gen que es controlado
por más de dos alelos.
Características poligénicas: puede ser que una característica
(inteligencia, el color de piel, la estatura o el presentar un órgano),
dependa de la codificación de más de un gen, es decir, que son
características poligénicas.
Pleiotropía: Es la situación que se da cuando un mismo gen codifica para
más de una característica y, por lo tanto, esas características siempre
se heredan de forma conjunta.
No ocurre que un alelo prevalece por encima del otro, sino que,
ambos se expresan por igual en el fenotipo del individuo.
a) Pleiotropía.
b) Dominancia incompleta.
c) Codominancia.
d) Alelos múltiples.
Un gen que es controlado por más de dos alelos.
a) Pleiotropía.
b) Dominancia incompleta.
182
c) Características poligénicas.
d) Alelos múltiples.
Un alelo no es completamente dominante sobre otro. Ocurre una
mezcla entre los fenotipos de los padres.
a) Características poligénicas.
b) Dominancia incompleta.
c) Alelos múltiples.
d) Pleiotropía.
Ocurre cuando un mismo gen codifica para más de una
característica y por tanto, éstas siempre se heredan de forma
conjunta.
a) Características poligénicas.
b) Alelos múltiples.
c) Dominancia incompleta.
d) Pleiotropía.
10. BIOTECNOLOGÍA.
En su acepción más amplia, la biotecnología es el control y manipulación
deliberados de sistemas biológicos, principalmente células o
componentes celulares, al objeto de generar o procesar productos y
materias primas.
Biotecnología roja: medicina. El desarrollo de la nueva generación de
vacunas ha agrupado la biotecnología médica sin embargo está
revolucionando áreas como los órganos cultivados a partir de células
madre, los tratamientos regenerativos o las terapias génicas.
▪
▪
Biotecnología blanca: industria. Aprovechar distintos tipos de
células para desarrollar nuevos métodos de producción
industriales. Utilizar microorganismos como bacterias para que
nos ayuden a crear nuevos materiales biodegradables como los
bioplásticos.
Biotecnología verde: agricultura y medioambiente. Creada para
proteger el medio ambiente, reducir el uso de pesticidas y
fertilizantes químicos, y a la vez conseguir plantas más
183
▪
resistentes y productivas que alimenten a la creciente población
humana.
Biotecnología azul: mares. Consiste en el uso de microalgas para
contribuir al desarrollo de nuevos biocombustibles o fuentes de
proteínas cruciales para nuestra supervivencia como especie.
A modo de conclusión, estos avances científicos biológicos nos muestran
el potencial de la biotecnología para resolver algunos de los grandes
retos del siglo XXI. Tal como hemos visto, la eliminación de residuos,
las nuevas energías renovables o las bioterapias y vacunas contra los
nuevos virus son ejemplos elocuentes de áreas donde esta disciplina
marcará la diferencia.
11. PRINCIPIOS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES DE LOS
SERES VIVOS.
Principios estructurales.
Bioelementos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos
elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a
su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
1. Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N. Son los
elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95%
de la masa total.
2. Bioelementos secundarios S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl. Los
encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una
proporción del 4.5%.
3. Oligoelementos. Se denominan así al conjunto de elementos
químicos que están presentes en los organismos en forma
vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo
armónico del organismo. Se encuentran en una proporción del
0.5%.
Biomoléculas.
Una biomolécula es un compuesto químico que se encuentra en los
organismos vivos. Están formadas por sustancias químicas compuestas
principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, sulfuro y
184
fósforo. Las biomoléculas son el fundamento de la vida y cumplen
funciones imprescindibles para los organismos vivos.
Biomoléculas inorgánicas:
Las biomoléculas inorgánicas son todas aquellas que no están basadas
en el carbono, excepto algunas como el CO2(g) y en CO.
Estas pueden ser parte tanto de los seres vivientes como de los objetos
inanimados, pero no por eso dejan de ser indispensables para la
existencia de la vida.
Estos tipos de biomoléculas no forman cadenas de monómeros como en
el caso de las orgánicas, es decir, no forman polímeros, y pueden estar
formadas por distintos elementos químicos.
Algunos ejemplos de biomoléculas inorgánicas son el agua,
determinados gases como el oxígeno (O2) o el hidrógeno (H2), el NH3 y
el NaCl.
Biomoléculas orgánicas.
Las biomoléculas orgánicas están basadas en la química del carbono.
Estas biomoléculas son producto de las reacciones químicas del cuerpo
o del metabolismo de los seres vivientes.
Están constituidas fundamentalmente por carbono (C), hidrógeno (H) y
oxígeno (O). También pueden tener como parte de su estructura
elementos metálicos como hierro (Fe), cobalto (Co) o níquel (Ni), en
cuyo caso se llamarían oligoelementos.
Cualquier proteína, aminoácido, lípido, carbohidrato, ácido nucleico o
vitamina es un buen ejemplo de este tipo de biomoléculas.
Funciones de las biomoléculas.
Las biomoléculas pueden tener diversas funciones, tales como:
▪
Funciones estructurales. Formar parte de la estructura del ser vivo.
Proteínas y lípidos.
▪
Funciones de transporte. Movilizar nutrientes y otras sustancias a
lo largo del cuerpo. Agua.
185
▪
▪
▪
▪
Funciones de catálisis. Acelerar las reacciones químicas en el
organismo sin ser parte de la reacción. Enzimas, insulina,
adrenalina.
Funciones de inhibición. Disminuir la velocidad de determinadas
reacciones químicas e, intervenir la regulación de los procesos
químicos y biológicos. Hormonas.
Funciones energéticas. Fuente de energía. Azúcares o sacáridos. La
glucosa es la principal fuente de energía. Los lípidos son la segunda
fuente de energía o energía de reserva.
Funciones genéticas. Responsables de transmitir toda la
información genética para el desarrollo y funcionamiento del ser
vivo. ADN y ARN
Tipos de Biomoléculas orgánicas.
Carbohidratos.
Moléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno (C, H, O) e
incluyen algunas de las moléculas más relevantes en la vida de los
organismos, como son la glucosa, que es universalmente utilizada por
las células para la obtención de energía metabólica, el glucógeno
contenido en el hígado y el músculo, que forma la reserva de energía
más fácilmente asequible para las células del organismo y la ribosa y
desoxirribosa que forman parte de la estructura química de los ácidos
nucleicos.
Los carbohidratos tienen diversas funciones en el organismo, pero se
destacan: su papel como combustible metabólico (1 g de carbohidrato
produce 4 Kilocalorías); como precursores en la biosíntesis de ácidos
grasos y algunos aminoácidos y; como constituyentes de moléculas
complejas importantes: glucolípidos, glucoproteínas, nucleótidos y
ácidos nucleicos.
Proteínas.
Las proteínas son sustancias complejas (macromoléculas) formadas
necesariamente por los elementos: C, H, O, N, S y en algunos casos
fósforo. Son de alto peso molecular, forman dispersiones coloidales y
están compuestas por entre 50 hasta más de 1000 aminoácidos.
186
Aminoácidos Son las unidades básicas de todas las proteínas, sustancias
en las que el grupo amino está situado en el átomo de carbono
inmediatamente adyacente al grupo ácido carboxílico. Así siempre hay
al menos un átomo de carbono entre el grupo amino y el grupo
carboxílico.
Una de las funciones más relevantes de las proteínas es constituir la
parte fundamental de las enzimas, los principales catalizadores de las
células. Así como las proteínas forman parte de todas las estructuras
celulares participan también como agentes activos en todas las
funciones de la célula y del organismo.
Las proteínas funcionan también como hormonas –mensajeros químicos
entre las células. A nivel del organismo las proteínas tienen también una
importante función nutricional, formando el principal ingreso
nitrogenado del organismo.
Lípidos:
Los lípidos son un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que
tienen en común el ser moléculas no polares, insolubles en el agua,
solubles en los solventes orgánicos, estar formadas de Carbono,
Hidrógeno, Oxígeno y en ocasiones Fósforo, Nitrógeno y Azufre y que
son ésteres reales o potenciales de los ácidos grasos.
Desempeñan en ellos numerosas funciones biológicas, como son:
a) Función estructural: constituyen el material fundamental de todas las
membranas celulares y subcelulares.
b) Los lípidos forman la mayor reserva de energía de los organismos,
que en el caso del organismo humano normal.
c) Las grasas funcionan como aislante térmico muy efectivo para
proteger a los organismos del frío ambiental.
d) Funcionan como hormonas de gran relevancia para la fisiología
humana, y como vitaminas liposolubles (A, D, E y K).
e) Tienen una función nutricional importante y figuran en la dieta tipo
aportando alrededor del 30 % de las kilocalorías de la dieta y como
fuente de los ácidos grasos indispensables: linoleico, linolénico y
araquidónico
187
Ácidos Nucleicos:
Son el ADN (ácido desoxirribonucleico), y el ARN (ácido ribonucleico),
ambos intervienen en la transmisión de los caracteres hereditarios.
Estas macromoléculas se hallan contenidas en todas las células (en el
núcleo celular en el caso de los eucariotas, o en el nucleoide en el caso
de las procariotas). Incluso seres tan simples y desconocidos como los
virus poseen estas macromoléculas estables, voluminosas y
primordiales.
Existen dos tipos conocidos de ácido nucleico: ADN y ARN. Dependiendo
de su tipo, pueden ser más o menos vastas, más o menos complejas, y
pueden presentar diversas formas. Uno y otro se distinguen por sus
funciones bioquímicas. Mientras uno sirve de “contenedor” a la
información genética, el otro sirve para materializar sus instrucciones.
Cada molécula de ácido nucleico se compone de la repetición de un tipo
de nucleótidos, compuestos cada uno por siguiente:
1. Una pentosa (azúcar). Es decir, un monosacárido de cinco
carbonos, que puede ser desoxirribosa o ribosa.
2. Una base nitrogenada. Derivada de ciertos compuestos
heterocíclicos aromáticos (purina y pirimidina), y que pueden
ser adenina (A), guanina (G), timina (T), citosina (C) para el
ADN, así como adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo
(U) para el ARN
3. Un grupo fosfato. Derivado del ácido fosfórico.
Vitaminas.
Compuestos orgánicos que ayudan a la aceleración de las reacciones
bioquímicas de las células. Se consideran coenzimas reguladoras del
metabolismo. Pueden ser de dos tipos:
▪ Hidrosolubles. Se pueden disolver en agua. Ejemplo: Complejo
“B” y vitamina “C”.
▪ Liposolubles. Se disuelven en grasas. Ejemplo: Vitaminas: A, E,
D, K.
Principios funcionales.
188
La homeostasis es un proceso fisiológico que permite a nuestro
organismo mantenerse en equilibrio dinámico, de esta manera se
alcanza la estabilidad en las propiedades de su medio interno y, por lo
tanto, en la composición bioquímica de los líquidos, células y tejidos que
lo forman.
Nuestro cuerpo no es un sistema aislado del medio que lo rodea, por lo
que está expuesto a ciertas condiciones, pero debe estar preparado para
dar respuesta a estos cambios internos y externos. El resultado de los
parámetros físicos y químicos se mantienen dentro del margen que
requieren las células para funcionar.
Para que un organismo pueda mantener la homeostasis es necesario
que todas sus partes o niveles de organización trabajen en conjunto. El
cuerpo debe realizar muchas funciones simultáneas que coordinen la
función de las células, éstas a su vez se organizan entre sí para dar
lugar a los tejidos, éstos a los órganos y en conjunto los órganos
formarán sistemas y aparatos.
A continuación, se describen las funciones que lleva a cabo el ser
humano, como ejemplo de la organización tan compleja que tienen las
células.
En función de nutrición:
▪
Sistema digestivo: realiza la conversión de moléculas complejas
presentes en los alimentos, para después ser transportadas a la
sangre.
▪
Sistema respiratorio: se encarga de llevar oxígeno a la sangre y
eliminar del dióxido de carbono del organismo.
189
▪
▪
▪
Sistema circulatorio: La sangre es el medio para llevar a todas las
moléculas del cuerpo los nutrientes y oxígeno necesarios, y al
mismo tiempo, lleva los productos de desecho a los órganos
correspondientes.
Sistema linfático: forma parte del sistema circulatorio, se encarga
de elaborar defensas contra las enfermedades.
Sistema urinario o excretor: es el me dio de eliminación para
mantener un equilibrio hídrico en la sangre y en general en el
cuerpo.
En la función reproductora:
▪
Sistema reproductor femenino: se encarga de elaborar hormonas
sexuales femeninas y óvulos para llevar a cabo el proceso de
reproducción, permite el desarrollo del óvulo fecundado y lo
mantiene hasta su nacimiento.
▪
Sistema reproductor masculino: Elabora hormonas sexuales
masculinas y produce espermatozoides, células sexuales
encargadas de fecundar al óvulo.
En la función de coordinación:
▪
Sistema nervioso: Coordina todas las actividades conscientes e
inconscientes del organismo; ejecuta tres acciones principales: la
detección de estímulos, la transmisión de información y la
coordinación general.
▪
Sistema endócrino: se compone de todas las glándulas que tienen
secreción interna como son: la hipófisis, hipotálamo, tiroides,
paratiroides, páncreas, suprarrenales, ovarios, testículos.
En la protección del cuerpo:
▪
Sistema tegumentario: se refiere a la piel y a todas las estructuras
de protección del cuerpo, regula la temperatura y reacciona frente
a estímulos.
En el sostén y movimiento:
▪
Sistema óseo: está constituido por todos los huesos, cartílagos y
tendones.
▪
Sistema muscular: incluido el músculo cardiaco.
190
Esta molécula no es un aminoácido.
a) Asparagina.
b) Triptófano.
c) Alanina.
d) Ácido glutámico.
Macromoléculas que intervienen en la transmisión de los
caracteres hereditarios.
a) Nucleótidos y lípidos.
b) Alcanos y desoxirribosa.
c) ADN y núcleos.
d) ADN y ARN.
Responsable de la disolución y transporte de sustancias en el
organismo.
a) Minerales.
b) Sangre.
c) Orina.
d) Agua.
Biomoléculas consideradas como la principal fuente de energía
del organismo.
a) Carbohidratos.
b) Proteínas.
c) Lípidos.
d) ADN.
Es una proteína de reserva.
a) Albúmina.
b) Cisteína.
c) Globulina.
d) Colágeno.
Lípido presente en las hormonas sexuales y suprarrenales.
a) Terpeno.
b) Colesterol.
c) Aceites.
d) Triglicéridos.
191
La lactosa y la sacarosa pertenecen a este tipo de carbohidratos.
a) Oligosacáridos
b) Monosacáridos.
c) Polisacáridos.
d) Disacáridos.
Bioelementos que se encuentran en menor cantidad (0.01%) en
los seres vivos.
a) Primarios.
b) Secundarios.
c) Oligoelementos.
d) Terciarios.
Glúcidos complejos, insolubles en agua.
a) Monosacáridos.
b) Disacáridos.
c) Oligosacáridos.
d) Polisacáridos.
Los ácidos nucleicos están compuestos por subunidades
formadas por un azúcar, un grupo fosfato y una base
nitrogenada llamada:
a) Aminoácidos.
b) Proteínas.
c) Esteroides.
d) Nucleótidos.
Sistema formado por los huesos:
a) Óseo.
b) Digestivo.
c) Muscular.
d) Límbico.
Sistema formado en su mayoría por la piel:
a) Óseo.
b) Muscular.
c) Tegumentario.
d) Límbico.
192
12. LAS PLANTAS COMO ORGANISMOS COMPLEJOS DE GRAN
IMPORTANCIA PARA LOS SERES VIVOS.
Las plantas son organismos indispensables para la existencia de la vida
en el planeta Tierra, son las encargadas de proporcionar oxígeno y son
una fuente de alimento para otros seres vivos.
Importancia.
Las plantas nos proporcionan alimentos, medicinas, madera,
combustible y fibras. Además, brindan cobijo a multitud de otros seres
vivos, producen el oxígeno que respiramos, mantienen el suelo, regulan
la humedad y contribuyen a la estabilidad del clima.
Las plantas verdes pueblan toda la Tierra. Son los únicos seres vivos
capaces de captar la energía del sol para fabricar materia orgánica y
liberar oxígeno. Por esta razón, son indispensables para la vida de otros
organismos.
Existe una inmensa variedad de plantas, algunas muy simples, otras
muy evolucionadas. Forman parte de todos los ecosistemas y se han
adaptado a diversos climas y condiciones del suelo. Algunas pueden
vivir en sitios muy secos, otras necesitan agua abundante.
La mitad de los alimentos que consume la humanidad procede de sólo
tres especies de plantas: el trigo, el arroz y el maíz.
Más del 40% de las medicinas derivan de las plantas. Algunas se utilizan
directamente, como las hierbas tradicionales. Otras se originan en el
mundo vegetal, pero sufren complicados procesos de transformación.
Clasificación.
Las plantas tienen tres partes importantes y diferentes: Tallo, raíz y
hojas.
•
•
El tallo sujeta a la planta.
Las raíces sujetan la planta al suelo. También absorben agua y
sales minerales para la planta.
•
Las hojas son las encargadas de realizar la fotosíntesis para
obtener la glucosa necesaria para la respiración celular.
193
Dependiendo en cómo son las plantas o dónde viven podemos clasificar
las plantas en:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Planta acuática.
Plantas terrestres.
Angiospermas: Plantas provistas de flores que producen
semillas encerradas en un fruto.
Gimnospermas: Plantas con semillas cuyos óvulos y semillas no
se forman en cavidades cerradas. No poseen flores.
Plantas con flores.
Plantas sin flores.
Árboles: tienen un solo tronco y son altos.
Arbusto: tiene varios troncos y sus ramas salen muy cerca del
suelo.
Hierbas: no tienen madera dura y son de poca altura.
Las necesidades de las plantas.
▪
Las plantas superiores tienen diferentes tejidos que integran la raíz,
el tallo y las hojas.
▪
Otros vegetales más simples están formados por un sólo tejido,
como las algas y hongos. En ellos no se distinguen raíz, tallo ni
hojas.
▪
La raíz tiene pelos absorbentes que la planta utiliza para tomar
agua y sales minerales. Las sales minerales sólo pueden ser
utilizadas si están disueltas en agua. Esta solución, muy diluida, se
llama savia cruda o bruta.
▪
El exceso de agua que ha servido para transportar las sales es
evaporado y expulsado con la transpiración vegetal. La
transpiración es la salida de vapor de agua por unos poros
llamados estomas, situados en las hojas.
▪
La cantidad de agua que expulsa una planta por transpiración varía
mucho de unas a otras. Depende de la especie, tamaño, agua
disponible y de las condiciones climáticas. Las plantas de hojas
anchas y finas como la lechuga, evaporan mucha más agua que las
de hojas estrechas y con una gruesa cutícula (pino, tuna).
194
Las plantas verdes son los únicos seres vivos capaces de formar materia
orgánica a partir de materia mineral. Este proceso, llamado fotosíntesis,
las distingue de los animales y de otros vegetales que carecen de
clorofila.
La fotosíntesis del carbono se realiza a partir del agua y el dióxido de
carbono presente en el aire. Se obtiene almidón, azúcar y otras
sustancias orgánicas y se desprende oxígeno.
Interviene la energía que proviene de la luz del sol. Las plantas captan
esta energía luminosa con la clorofila, que es la sustancia que da el color
verde a las hojas.
Las sustancias orgánicas que se elaboran en el proceso de fotosíntesis
están destinadas a:
•
•
•
almacenarse en la propia célula clorofílica en forma de almidón.
transportarse para la nutrición y crecimiento de otros tejidos de
la planta, como la raíz.
almacenarse en bulbos, tubérculos, rizomas, frutos, semillas.
Pueden conservarse en forma de hidratos de carbono: como
azúcares (remolacha, caña de azúcar) o almidón (papas, trigo,
legumbres). Pero también pueden transformarse en grasas que
se almacenan en ciertos frutos y semillas (aceitunas, soja,
girasol, maní).
13. EVOLUCIÓN.
Teoría de los caracteres adquiridos.
Lamarck explicó la evolución de las especies basándose en dos
principios:
El uso y desuso. Afirmó que las partes del cuerpo que se utilizan mucho
se hacen más grandes y fuertes, mientras que las no se emplean se
deterioran y terminan por desaparecer.
Por ejemplo, citó una jirafa que estira su cuello para alcanzar las hojas
en las ramas elevadas, lo que provocaría el desarrollo del órgano.
195
Se apoyó para la formulación de su teoría en la existencia de restos de
formas intermedias extintas.
Con su teoría se enfrentó a la creencia general por la que todas las
especies habían sido creadas y permanecían inmutables desde su
creación, también se enfrentó al influyente Cuvier, que justificó la
desaparición de especies, no porque fueran formas intermedias entre
las primigenias y las actuales, sino porque se trataba de formas de vida
diferentes, extinguidas en cataclismos geológicos sufridos por la Tierra.
Selección natural de las especies.
Charles Robert Darwin fue un naturalista inglés que postuló que todas
las especies de seres vivos han evolucionado con el tiempo a partir de
un antepasado común mediante un proceso denominado selección
natural.
196
La mayoría de las especies tienen un gran número de descendientes.
Los recursos naturales (alimento, espacio) son limitados.
Los individuos de una misma especie no son exactamente iguales, hay
siempre cierta variabilidad.
Se produce una lucha por la supervivencia en la que sobreviven los más
aptos o adaptados: es el proceso de la selección natural.
Sus descendientes heredan sus caracteres.
197
La teoría evolutiva de la “del uso y desuso” fue propuesta por:
a) Lamarck.
b) Linneo.
c) Darwin.
d) Hook.
La teoría de Lamarck, como precursor del evolucionismo
propone que:
a) La evolución se debía a cambios adquiridos, como resultado del
uso y desuso de los órganos y que estos caracteres adquiridos
se podían heredar de generación en generación.
b) Nacen más niños que la población de adultos que existe, porque
existen factores que la van reduciendo como guerras,
epidemias, hambruna.
c) Existía una complejidad progresiva de los seres vivos
manifestada en sus características en la naturaleza.
d) La evolución ocurre por variaciones hereditarias y por selección
natural, son eliminados los individuos menos aptos, originando
nuevas especies.
Autor de la Teoría de la selección natural:
a) Carlos Linneo
b) Charles Darwin
c) Robert Hooke
d) Margulis
Autor de la Teoría de los “caracteres adquiridos”.
a) Lamarck
b) Charles Darwin
c) Robert Hooke
d) Margulis
198
ECOLOGÍA.
1. LA ECOLOGÍA
La ecología es la rama de la biología que estudia las relaciones de los
diferentes seres vivos entre sí y con su entorno: «la biología de los
ecosistemas». Estudia cómo estas interacciones entre los organismos y
su ambiente afectan a propiedades como la distribución o la abundancia.
2. LA ECOLOGIA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS.
A lo largo de los años, la ecología ha ido utilizando técnicas,
herramientas y datos de otras ciencias para desarrollar su estudio. Entre
las más significativas se encuentran:
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Geografía. La ecología utiliza la geografía para conocer los
diferentes relieves y la forma en la que los seres vivos se
distribuyen en los ecosistemas.
Matemática. La ecología utiliza técnicas y teoremas matemáticos
que ayudan en el estudio demográfico de las poblaciones.
Física y química. La ecología estudia la transferencia de energía
entre los distintos componentes (bióticos y abióticos) de los
ecosistemas. Además, la química aporta nociones sobre la
composición de la materia que constituye a los seres vivos y a los
factores abióticos.
Geología. La ecología utiliza el estudio de los suelos y de la
estructura interna de la Tierra y sus procesos para la comprensión
de los biomas.
Climatología y meteorología. La ecología analiza las variaciones en
los climas de cada ecosistema y el impacto sobre su biodiversidad.
Ética. Promueve los valores contenidos en el ambientalismo
científico.
Ramas de la ecología.
▪
Ecología microbiana. Se aboca al estudio de los microorganismos
en su hábitat
▪
Ecología del paisaje. Se basa en la observación de los paisajes en
forma natural y las transformaciones que la acción del ser humano
produce en ellos.
199
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Ecología de la recreación. Analiza la relación entre el hombre y el
medio, tomando al ser humano siempre en un contexto de
recreación.
Ecología de las poblaciones. Se encarga a especie, que analiza y
tiene en cuenta factores como el número de integrantes,
distribución en sexo y edad, tasa de natalidad y mortalidad, entre
otros indicadores de población.
Ecología evolutiva. Se basa en el estudio de una misma población
a lo largo del tiempo.
Ecología social. Comportamiento de los seres vivos como parte de
un grupo en un área determinada.
Ecología humana. Ser humano y la relación con su entorno natural
y social.
Ecología cultural. Relaciones entre una sociedad y su medio
ambiente.
Ecología matemática. Organismos y la relación con su medio
aplicando teoremas y fórmulas matemáticas.
Ecología urbana. Interacciones entre los habitantes de una ciudad
y el medio que la rodea.
La autoecología es una subdivisión de la ecología que estudia:
a) La relación entre los miembros de una misma especie y su
medio ambiente.
b) La relación entre un individuo y su medio ambiente.
c) La protección del medio ambiente a través del análisis del uso
de los recursos naturales.
d) Las relaciones ecológicas empleando herramientas matemáticas
y recursos tecnológicos.
La ecología es una ciencia que estudia:
a) Los modelos educativos para generar conciencia y cuidar el
medio ambiente.
b) La relación entre los seres vivos con su medio ambiente.
c) Únicamente la relación entre las diversas poblaciones de seres
vivos.
d) Las leyes del medio ambiente.
Científico que propuso el término "Ecología".
200
a)
b)
c)
d)
Charles Darwin.
Ernst Haeckel.
Jean-Baptiste Lamarck.
Gregorio Mendel.
Rama de la ecología estudia las relaciones entre
comunidades biológicas y los ecosistemas de la Tierra.
a) Ecología individual.
b) Sinecología.
c) Ecología de poblaciones.
d) Autoecología.
las
Rama de la ecología que estudia las características conductuales
de los organismos dentro de su hábitat.
a) Ecología cognitiva.
b) Ecología de comunidades.
c) Ecología poblacional.
d) Ecología conductual.
Rama de la ecología que corresponde al estudio de la población.
a) Sinecología.
b) Ecología de poblaciones.
c) Ecología de ecosistemas.
d) Autoecología.
Estudia las relaciones de los diferentes seres vivos entre sí y con
su entorno:
a) Biología.
b) Sociología.
c) Demografía.
d) Ecología.
3. LOS NIVELES BÁSICOS DE ECOLOGÍA EN TU CONTEXTO.
Para el estudio de los seres vivos y la relación de éstos con el medio
ambiente se toman en cuenta como factores de estudio como los
factores bióticos, que son todos los organismos vivos; y los factores
abióticos, como el clima y los suelos.
201
Este tipo de interacción puede estudiarse según las escalas o niveles de
organización de los individuos:
▪
▪
▪
▪
▪
Estudio individual. Estudio de cada organismo con el medio que lo
rodea.
Estudio de poblaciones. Estudio de la interrelación de seres vivos
pertenecientes a una misma especie.
Estudio de comunidades. Estudio de la relación que se da entre
diferentes poblaciones que habitan una misma zona.
Estudio de ecosistemas. Estudio de las comunidades y su
interacción con el medio ambiente que las rodea.
Estudio de la biosfera. Estudio de todos los seres vivos en general.
4. FACTORES AMBIENTALES.
Los factores ambientales se refieren a aquellos elementos y condiciones
que están presentes en el entorno y que pueden influir en los seres vivos
que se encuentran en él y en los ecosistemas en general.
Están los factores ambientales abióticos, que son aquellos relacionados
con los componentes físicos y químicos del entorno y, por otro lado, se
habla de factores bióticos cuando nos referimos a aquellos relacionados
con los seres vivos y sus interacciones.
Factores bióticos.
Son los seres vivos que habitan en un lugar determinado y también las
interacciones entre ellos mismos.
Los factores ambientales bióticos incluyen todas aquellas interacciones
que se dan entre los organismos, como pueden ser la competencia por
recursos, la depredación, la simbiosis y el mutualismo.
También se incluyen en estos factores las relaciones tróficas, como las
redes tróficas y las cadenas alimenticias, así como la presencia de
enfermedades y patógenos que afectan a las comunidades de
organismos.
Es importante destacar que los factores abióticos y bióticos interactúan
entre sí y pueden tener efectos sinérgicos o compensatorios en los seres
202
vivos y ecosistemas. Además, la variabilidad y el cambio de los factores
pueden tener efectos en la distribución de las especies, la dinámica de
los ecosistemas, la capacidad de los organismos para reproducirse y
sobrevivir, así como en la estructura de las comunidades.
Cadenas tróficas o alimenticias.
Un ecosistema también se podría definir como una unidad ecológica por
la que fluyen materia y energía. Uno de los mecanismos más
importantes que permiten la transferencia de materia y energía a través
del componente biótico de un ecosistema (biocenosis) es la cadena
trófica o alimenticia.
Toda cadena trófica consta de varios niveles por los que se va
transmitiendo materia y energía en forma de alimento:
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Productores: realizan la fotosíntesis y son capaces de fabricar
su propio alimento. Son las plantas.
Consumidores primarios: comen a los productores. Herbívoros.
Consumidores secundarios: comen a los primarios. Carnívoros
que comen herbívoros.
Consumidores terciarios: comen a los carnívoros. Carnívoros
que comen carnívoros que comen herbívoros.
Carroñeros: se alimentan de restos de seres vivos
Descomponedores: transforman la materia orgánica en sales
minerales, nitrógeno, etc. Son las bacterias.
Relaciones simbióticas.
La simbiosis corresponde a la interacción entre dos o más organismos
biológicos, o simbiontes, los cuales pueden o no ayudarse para
sobrevivir.
Hay diferentes tipos de relaciones simbióticas:
Mutualismo: elación entre organismos de diferentes especies, donde
ambos resultan beneficiados. Un ejemplo de aquello, es la interacción
entre el camarón pistola y el pez gobio, los cuales comparten su
madriguera y se apoyan en labores de protección; el camarón es ciego
y siempre mantiene una antena puesta en el pez para ser advertido ante
cualquier peligro. Juntos logran una sincronización perfecta para
alimentarse y protegerse de depredadores.
Comensalismo: se refiere a la relación entre dos organismos vivos,
donde uno beneficia al otro. Por ejemplo, las ballenas con los percebes.
Los últimos, se adhieren al vientre y espalda de los cetáceos,
aprovechan la disponibilidad de plancton en el océano. Además, se
protegen de los depredadores gracias al constante movimiento de las
ballenas.
Parasitismo: relación entre dos especies, donde una se beneficia a costa
de la otra, pudiendo debilitar y / o matar o no al organismo huésped
con tal de aumentar su propia capacidad de supervivencia. Un ejemplo
de esto son algunos hongos que se alojan en flores y así aseguran su
propagación, mientras que la planta quedará estéril al no poder
reproducirse.
Competencia: Ocurre cuando dos o más especies tienden a utilizar los
mismos recursos escasos, como espacio, luz, calor, agua o alimentos, y
se hostilizan o excluyen mutuamente en el proceso. Cuando ambas
poblaciones dependen de un recurso limitado y luchan por el mismo,
difícilmente convivirán indefinidamente.
Depredación: En esta relación biológica se identifica al depredador o
predador, que es quien caza, y a la presa, que es el cazado, que le
204
transfiere su energía al cazador. Son muy pocas las veces en las que
esta relación se da entre dos individuos de una misma especie. Además,
dentro de la naturaleza, puede suceder que un predador sea a la vez
presa de otra especie. Está es la relación simbiótica propia de las
cadenas alimenticias.
Factores Abióticos.
Los factores abióticos son todos aquellos elementos de naturaleza física
o química que intervienen en la caracterización de un biotopo o
ecosistema determinado. Se distinguen de los factores bióticos en que
no tienen que ver con la vida o con los seres vivos, sino con factores
inanimados y ambientales, como pueden ser el clima, el agua, la luz, la
temperatura o la naturaleza de los suelos.
El término abiótico se emplea en la biología y la ecología para designar
a todo aquello que no forma parte de la vida orgánica tal y como la
conocemos. Estos elementos presentes en el medio ambiente se
denominan también factores inertes, como el geológico o geográfico.
Un ecosistema determinado se compone de la suma de estos dos tipos
de factores: los bióticos (contemplados en la biocenosis) y los abióticos
(contemplados en el biotopo). La interacción entre ambos tipos de
factores radica en que los abióticos modelan el curso de la evolución de
los bióticos. Esto ocurre a través de procesos de adaptación o de
selección natural. Por otra parte, los factores bióticos alteran también
la naturaleza de los abióticos.
Por ejemplo: El nivel de salinidad de las aguas del mar puede incidir
sobre las criaturas que habitan en él, permitiendo que aquellas capaces
de adaptarse proliferen. Por otra parte, las que no sean capaces de
adaptarse a los cambios en los niveles de salinidad, migrarán a otras
regiones o se extinguirán.
Factores abióticos físicos:
Los factores abióticos de naturaleza física son aquellos vinculados con
las fuerzas que actúan sobre los ecosistemas en la Tierra, por ejemplo:
•
La luz solar: fuente natural de energía del planeta.
•
La temperatura.
205
•
•
•
La presión atmosférica.
El clima.
El relieve.
Factores abióticos químicos:
Tienen que ver con la constitución de la materia y las distintas
reacciones que tienen lugar con ella dentro de un ecosistema
determinado. Algunos pueden ser:
•
pH.
•
Química de los suelos.
•
Química del aire.
•
Química del agua.
En la cadena trófica, ¿qué función tienen las bacterias, los
hongos, las larvas de mosca y algunos coleópteros
(escarabajos)?
a) Productores.
b) Consumidores primarios.
c) Desintegradores.
d) Consumidores secundarios.
En la cadena alimenticia, ¿qué función tienen los felinos
mayores, tiburones y aves depredadoras que consumen
carnívoros?
a) Productores.
b) Consumidores primarios.
c) Consumidores secundarios.
d) Consumidores terciarios.
Distribución espacial de los organismos en el ecosistema.
a) Fisonomía.
b) Riqueza de especies.
c) Estructura.
d) Diversidad.
Eslabón de la cadena trófica que corresponde a carnívoros que
comen herbívoros.
a) Consumidor terciario.
b) Consumidor secundario.
206
c) Consumidor primario.
d) Productor.
Rama de la ecología que analiza la interacción entre los
componentes del ecosistema.
a) Autoecología.
b) Ecología de poblaciones.
c) Sinecología.
d) Ecología de ecosistemas.
Rama de la ecología que determina la distribución y abundancia
de las poblaciones.
a) Ecología comunitaria.
b) Ecología poblacional.
c) Ecología del ecosistema.
d) Ecología cognitiva.
5. CARACTERÍSITICAS DE LA POBLACIÓN.
Población desde el punto de vista biológico.
En biología, el concepto de población se refiere a un grupo de
organismos de la misma especie que habitan en un área geográfica
determinada. Las poblaciones se caracterizan por parámetros como el
tamaño, la densidad de ejemplares, la edad, la tasa de crecimiento y la
distribución espacial.
La dinámica poblacional analiza cómo y por qué varía el número de
individuos a lo largo del tiempo. Para ello, se llevan a cabo estudios
sobre la natalidad, la mortalidad, la inmigración y la emigración de las
especies, con el objetivo de comprender su comportamiento y
funcionamiento ecológico.
Población enfocada a la demografía.
La demografía es la ciencia que estudia el tamaño, la estructura, la
distribución y la evolución de las poblaciones humanas. Se enfoca en
comprender cómo las poblaciones cambian a lo largo del tiempo y el
espacio, a partir del estudio de fenómenos como la natalidad, la
207
mortalidad, las migraciones y la composición por edad e identidad de
género, entre otros.
La población se refiere al conjunto de individuos que habitan un
determinado espacio geográfico en un momento específico. Este
concepto abarca no solo el número total de personas, sino también sus
características y distribución dentro de un área definida.
Datos e indicadores más utilizados en demografía:
•
Cantidad de población. Dato principal para analizar el crecimiento
de la población en el tiempo.
•
Edad. Para conocer la cantidad de personas económicamente
activas y el porcentaje los que ya no trabajan y están jubilados.
•
Identidad de género. Para conocer la autopercepción de género
de las personas.
•
Estado civil. Para conocer el porcentaje de personas que están
casadas, solteras, separadas, viudas o divorciadas.
•
Nivel educativo. Para conocer el porcentaje de analfabetismo de
la población.
•
Situación laboral. Para calcular el nivel de empleo, desempleo y
otros fenómenos laborales.
•
Ingreso familiar. Para poder medir los porcentajes de pobreza e
indigencia de la población.
•
Constitución familiar. Para conocer cuántas personas conviven en
cada vivienda y determinar niveles de hacinamiento.
•
Identificación étnica y pertenencia a pueblos originarios. Para
conocer cuántas personas pertenecen a pueblos originarios.
•
Condiciones de la vivienda. Indaga sobre el acceso a servicios
básicos, la cantidad de habitaciones y los materiales con los que
están construidas las casas en las que viven las personas.
•
País de origen. Para trabajar aspectos demográficos vinculados
con los procesos migratorios de la población.
•
Idiomas hablados. Para conocer cuántas personas hablan una
segunda lengua, además de su idioma nativo.
La información sobre la población les permite a los Estados desarrollar
y planificar políticas públicas. La distribución de la población también
representa un dato importante en términos demográficos.
208
Asimismo, el crecimiento de la población es materia de interés y estudio.
Conocer cómo crece una determinada población en función de la
natalidad o la inmigración y cómo decrece en función de la mortalidad
o la emigración aporta información de gran importancia social.
Características de las poblaciones.
•
Las principales características de la población son:
•
Es la cantidad de personas que viven en un lugar.
•
Se estudia a partir de indicadores demográficos como la tasa de
fecundidad o la esperanza de vida.
•
Se obtiene información a través de censos y encuestas.
•
Se analiza en función del sexo, la edad y la distribución de las
personas.
•
Está en crecimiento a nivel mundial.
Estadísticas de población.
Las principales estadísticas de población que se utilizan para el análisis
demográfico son:
•
Crecimiento demográfico. Mide el aumento o disminución de la
población de una región en un período determinado.
•
Estructura por sexo y por edad. Describe la distribución de la
población según su identidad de género y los diferentes grupos de
edad.
•
Densidad de población. Es la cantidad de personas que viven en un
territorio determinado.
•
Esperanza de vida. Es el promedio de años que se espera que viva
una persona al nacer. Este indicador refleja el nivel de desarrollo y
las condiciones de vida de una población.
•
Tasa de fecundidad. Es la cantidad de hijos que tienen en promedio
las mujeres a lo largo de su vida.
•
Mortalidad infantil. Se refiere al número de niños que mueren antes
de cumplir un año por cada 1.000 nacidos vivos.
Cálculo del crecimiento poblacional.
La población absoluta es la cantidad de personas que habitan en un
territorio en un momento determinado. El aumento o la disminución de
209
la población absoluta, denominado crecimiento demográfico, depende
de dos factores:
•
Crecimiento vegetativo. Es la diferencia entre los nacimientos y
las muertes.
•
Saldo migratorio. Es la diferencia entre las personas que
inmigran y las que emigran.
El crecimiento de la población o crecimiento demográfico se refiere al
aumento o disminución del número total de habitantes de una región o
país a lo largo del tiempo. Se calcula de la siguiente manera:
6. CARACTERÍSTICAS DE UNA COMUNIDAD.
Una comunidad es un conjunto de individuos que tienen en común
diversos elementos, como el territorio que habitan, las tareas, los
valores, los roles, el idioma o la religión. También suele ocurrir que las
personas se agrupen entre sí de manera voluntaria o espontánea por
tener un objetivo en común.
Por otro lado, el término comunidad, en ecología, refiere al conjunto de
seres vivos que habitan un determinado hábitat. Por ejemplo, la
comunidad de una meseta está compuesta por todos los hongos,
plantas, animales y bacterias que se desarrollan allí.
Las comunidades se caracterizan por reunir una serie de características
que las identifican:
•
Identidad. Los miembros comparten intereses, gustos u objetivos
en común.
•
Objetivo en común. Los miembros poseen objetivos y metas a
cumplir, y todos trabajan a favor del cumplimiento de los objetivos
propuestos.
•
Compromiso. Entre sus miembros se crean lazos que permiten la
armonía y la búsqueda de un objetivo en conjunto.
210
•
•
•
Cultura. Los miembros comparten valores comunales), costumbres,
una misma visión del mundo y una educación que transmite de
generación en generación los rasgos propios de la comunidad.
Interacción. Los miembros interactúan entre sí. A su vez, forman
parte de una sociedad más grande que los contiene y, por lo tanto,
también interactúan con otros grupos sociales.
Dinámica. Las comunidades son estructuras dinámicas y en
constante cambio.
Comunidad desde el punto de vista biológico:
En un ecosistema, la composición y estructura de la comunidad las
proporcionan las distintas poblaciones al manifestarse en el espacio y
en el tiempo. Cada especie tiene una función en la naturaleza, al que se
le aplica el nombre de nicho ecológico.
El nicho es un espacio, delimitado por el conjunto de relaciones y
factores bióticos y abióticos que afectan la adaptación de una población,
o de una unidad “organísmica” referido al individuo, población o
comunidad.
El nicho ecológico queda definido por la suma total de adaptaciones de
una unidad “organísmica”.
Estudia a las poblaciones humanas de manera estadística,
considerando nacimientos, defunciones, etc.
a) Etnografía.
b) Sociología.
c) Demografía.
d) Etología.
Organismos de la misma especie que habitan un área
determinada:
a) Comunidad.
b) Población.
c) Individuo.
d) Ecosistema.
Número de defunciones que ocurren por cada 1000 habitantes
en un año determinado.
211
a)
b)
c)
d)
Tasa de emigración.
Tasa de inmigración.
Tasa de mortalidad bruta.
Tasa de Natalidad.
7. ALTERNATIVAS DE SOLUCION A LOS PROBLEMAS DE IMPACTO
AMBIENTAL Y DESARROLLO SUSTENTABLE.
Impacto ambiental.
Se refiere a una alteración en el medio ambiente, la cual es causada por
la actividad humana, así como por los fenómenos naturales. Esto
provoca una ruptura del equilibrio ambiental.
El impacto ambiental se ve reflejado en las especies, las plantas, las
aguas y el aire. Se dice que gran parte del daño causado en el ambiente
ha sido generado por los humanos.
Tipos de impacto ambiental.
Existen diferentes tipos de impacto ambiental que se clasifican de
acuerdo con su origen. Los tres principales son:
1. Aprovechamiento de recursos naturales ya sean renovables como
el aprovechamiento forestal y la pesca, o los no renovables, como
el petróleo o el carbón.
2. Contaminación. Todos los proyectos que producen algún residuo,
emiten gases a la atmósfera o tiran líquidos en el ambiente.
3. Ocupación del territorio. Aquellos proyectos que, al ocupar un
territorio, modifican las condiciones naturales del ambiente.
ejemplos son: desmontes, compactación del suelo, entre otros.
Clasificación del impacto ambiental.
El impacto ambiental tiene diferentes características y se clasifica según
diversos factores. Algunas de las características dependen de:
•
La distorsión que produce
•
Tiempo de afectación
•
Superficie en la que repercute
•
Posibilidad de ocurrencia
•
Posibilidad de resarcir el efecto
212
•
Regularidad con la que aparece.
El impacto ambiental se clasifica en:
1. Impacto ambiental positivo: cuando tiene como objetivo una
mejora y recuperación de las zonas naturales, no perjudica los
ecosistemas, sino que los favorece. Ejemplos: reciclar, reforestar y
utilizar tecnología limpia.
2. Impacto ambiental negativo: este sí perjudica a los
ecosistemas. Ejemplos: destrucción de hábitats naturales, la
sobreexplotación de recursos naturales y la contaminación.
3. Impacto ambiental directo: produce cambios inmediatos y de
fácil percepción. Son impactos que se perciben de inmediato o en
un periodo corto. Ejemplos: derrumbes, tirar sustancias tóxicas en
algún lugar.
4. Impacto ambiental indirecto: no se percibe de manera
inmediata ni a simple vista. Ejemplos: sustancias contaminantes en
el aire o el vertido de sustancias tóxicas en acuíferos.
5. Impacto ambiental temporal: puede desaparecer con el tiempo
y la zona afectada puede recuperarse. Normalmente, tiene una
duración de entre 10 y 19 años. Ejemplo: las bajas temperaturas
que, al cambiar de estación, se logra que la vegetación se recupere.
6. Impacto ambiental permanente: aquel que perdura más de 20
años y cuyos efectos son irreversibles. Ejemplos: la caza ilegal y la
destrucción de hábitats, que ocasionan la extinción de especies.
7. Impacto ambiental reversible: aquel que se puede modificar y
volver a su estado inicial. Ejemplos: la recuperación de espacios
deforestados o mejorar la calidad del agua de un río.
8. Impacto ambiental irreversible: es de tal magnitud que es
imposible revertir los daños. Ejemplo: minerales de tajo abierto,
que son las explotaciones mineras que se desarrollan en la
superficie del terreno, es cualquier tipo de depósito de mineral en
cualquier tipo de roca.
9. Impacto ambiental acumulativo: se van agravando y
acumulando con el tiempo. Ejemplos: el estrés hídrico,
instalaciones industriales y comerciales.
10. Impacto ambiental sinérgico: conjunto de impactos que actúan
entre sí; por lo mismo de que actúan juntos, su impacto es mucho
más nocivo. Ejemplo: incendios forestales.
213
Causas del impacto ambiental.
Pueden resumirse en:
•
La actividad económica e industrial desenfrenada del ser
humano.
•
La falta de regulación en materia ambiental.
•
La construcción de un modelo de sociedad basada en el
consumo rápido de materiales, lo que genera grandes
cantidades de desechos.
Ejemplos de impacto ambiental:
•
La deforestación.
•
Los materiales radiactivos.
•
La contaminación atmosférica.
•
Calentamiento global.
•
Efecto invernadero.
•
Destrucción de la capa de ozono.
•
Uso y abuso de plásticos.
•
Vertederos de basura y sustancias químicas sin regulación.
Medidas para mitigar el impacto ambiental.
De acuerdo con la organización de activistas en pro del medio ambiente
Greenpeace, las principales consideraciones a tener en cuenta para
disminuir el impacto ambiental de nuestras actividades son:
•
Ahorrar energía.
•
Favorecer las energías verdes.
•
Construcción sostenible y responsable.
•
Emplear menos agua.
•
Consumir responsablemente. Esto significa desmarcarse de la
cultura consumista que compra y desecha sin parar.
•
Reutilización.
•
Reciclaje.
•
Compostaje.
Desarrollo sustentable.
El desarrollo sustentable (también llamado desarrollo perdurable o
desarrollo sostenible) es un modelo de desarrollo de la sociedad que
busca conciliar las necesidades económicas e industriales con el
214
equilibrio social y ecológico o medioambiental. Su objetivo es que el
desarrollo económico no ponga bajo amenaza la vida en el planeta, para
que pueda ser conservado para las generaciones futuras.
Es un tipo de desarrollo que busca el equilibrio entre tres pilares
principales:
•
el desarrollo económico,
•
el cuidado del medioambiente y
•
el desarrollo social de las poblaciones.
Este equilibrio es conocido como sustentabilidad y, para lograrlo, se
busca llevar adelante prácticas como el uso responsable y eficiente de
los recursos, el estudio del impacto ambiental de algunas prácticas y la
búsqueda de nuevas formas, aplicaciones o tecnologías.
Características del desarrollo sustentable:
El desarrollo sustentable puede comprenderse desde tres perspectivas
distintas y complementarias: lo económico, lo social y lo ecológico. En
estas tres áreas se busca llevar a cabo cambios para lograr un resultado
óptimo.
•
Atender únicamente lo social y lo económico conduce a
esquemas de desarrollo equitativos, pero nada ecológicos.
•
Atender únicamente lo económico y lo ecológico conduce a
esquemas de desarrollo viables, pero nada sociales.
•
Atender únicamente lo ecológico y lo social conduce a esquemas
de desarrollo soportables, pero inviables económicamente.
Únicamente atendiendo los tres aspectos a la vez puede alcanzarse un
desarrollo sustentable que:
•
Satisfaga las necesidades sociales de la población, es decir,
tenga en cuenta aspectos como la alimentación, vestimenta,
vivienda y trabajo.
•
Disponga de procesos económicos y tecnológicos que permitan
el sostén financiero en el tiempo.
•
No produzca alteraciones ecológicas significativas y, por el
contrario, busque aquellas prácticas amigables para el entorno
natural.
215
Ejemplos de desarrollo sustentable:
Algunos ejemplos de aplicación de criterios de sustentabilidad son:
•
•
•
•
Agricultura sustentable. La producción de alimentos se hace
necesario encontrar técnicas y formas de producir alimentos de una
manera ecológicamente amigable y con un impacto positivo en el
entorno social. Algunas prácticas agrícolas sustentables incluyen:
emplear regadíos planificados que no derrochen los recursos
hídricos, reducir el uso de determinados fertilizantes o plaguicidas
que incidan en el ecosistema de manera negativa y fomentar la
rotación de cultivos, para no agotar los nutrientes del suelo
mediante el monocultivo.
Moda sustentable. Esto implica prácticas como la confección de
prendas usando únicamente fibras naturales (provenientes de la
agricultura ecológica), para evitar los textiles sintéticos que tardan
en biodegradarse y contaminan.
Transporte sustentable. La movilidad sustentable busca
fomentar el transporte público de calidad, así como la posibilidad
de electrificar los vehículos o reemplazarlos por opciones no
contaminantes y más saludables, como la bicicleta.
Energía sustentable. En la industria energética se buscan formas
de obtener energía sustentable y que, al mismo tiempo, sean
prácticas seguras, confiables y eficientes. Ejemplos: energía eólica,
la hidroeléctrica o la solar.
8. SISTEMA Y ECOSISTEMA.
Un ecosistema es un sistema que está formado por un conjunto de
organismos, el medio ambiente físico en el que viven (hábitat) y las
relaciones tanto bióticas como abióticas que se establecen entre ellos.
Las especies de seres vivos que habitan un determinado ecosistema
interactúan entre sí y con el medio, determinando el flujo de energía y
de materia que ocurre en ese ambiente.
Existe una gran diversidad de ecosistemas en el planeta. Todos están
formados por factores bióticos (seres vivos) y factores abióticos
(elementos no vivos, como el suelo o el aire).
Tipos de ecosistemas.
216
Existen distintos tipos de ecosistemas: hay marinos, terrestres,
microbianos y artificiales, entre otros ejemplos. Se clasifican de acuerdo
al hábitat en el que se ubican:
1. Ecosistemas acuáticos. Se caracterizan por la presencia de agua
como componente principal. Ejemplos: ecosistemas de los océanos
y los de las aguas continentales dulces o saladas, como ríos, lagos
y lagunas.
2. Ecosistemas terrestres. Tienen lugar sobre la corteza terrestre y
fuera del agua en diversos tipos de relieve: montañas, planicies,
valles, desiertos. Ejemplos: bosques, los matorrales, la estepa y los
desiertos.
3. Ecosistemas mixtos. Son ecosistemas que se ubican en zonas de
“intersección” de distintos tipos de terrenos, por ejemplo, en los
que se combinan el medio acuático y el terrestre. También llamados
híbridos, comparten características tanto de ecosistemas terrestres
como de los acuáticos. Ejemplos: los manglares, los esteros y las
costas.
4. Ecosistemas microbianos. Son ecosistemas formados por
organismos microscópicos que habitan en prácticamente todos los
ambientes. Ejemplo: la flora microbiana intestinal.
5. Ecosistemas artificiales. Son aquellos ecosistemas creados y/o
intervenidos por el ser humano. También se les conoce como
ecosistemas antrópicos. Ejemplos: ecosistemas urbanos, los
embalses y los ecosistemas agrícolas.
Características de los ecosistemas:
•
Están formados por factores bióticos y abióticos.
•
Varían en tamaño y estructura según su tipo.
•
Pueden ser terrestres, acuáticos, mixtos, naturales o artificiales.
•
Existe en muchos de ellos una gran biodiversidad.
•
Son ambientes dinámicos y variables que experimentan
cambios naturales o artificiales y un constante flujo de energía
y nutrientes.
•
La fuente principal de energía en los ecosistemas es la que
proviene de la radiación solar.
•
Son sistemas complejos por las interacciones entre sus
miembros. A mayor biodiversidad, mayor complejidad del
ecosistema.
217
•
•
Pueden ser alterados de manera natural (como las catástrofes
naturales) o por la acción del hombre (como la deforestación, la
contaminación y la pesca indiscriminada).
Son estudiados por la ecología.
Ejemplos de ecosistemas.
Acuáticos.
Agua salada:
•
Arrecifes coralinos.
•
Estuarios.
•
Zonas
abisales
submarinas.
•
Lagunas costeras.
•
Costeros.
Agua dulce:
•
Ecosistemas lóticos o
de agua que fluye.
•
Lenticos o de agua
estancada.
•
Matorrales de páramo.
Herbáceos:
•
Praderas.
•
Estepas.
•
Sabanas.
Tundras:
•
Ecosistemas polares.
Desérticos:
•
Desiertos cálidos.
•
Desiertos helados.
No naturales:
•
Urbanos.
•
Rurales.
Terrestres.
Forestales:
•
Bosques.
•
Selvas.
Arbustivos:
•
Arbustales.
•
Matorrales xerófilos.
Mixtos:
•
Marismas.
•
Manglares.
•
Ciénegas.
•
Bofedales.
•
Llanuras inundables
Características del ecosistema de desierto:
a) Abundante vegetación.
b) Elevada precipitación pluvial.
c) Población numerosa.
d) Altas temperaturas.
218
Ecosistema (bioma) seco con muy poca precipitación. Plantas
adaptadas a la aridez, como el cactus y agave. Animales como
las arañas y serpientes entre otros.
a) Tundra.
b) Bosque tropical templado.
c) Desierto y semi desierto.
d) Sabana.
Factores que permiten que México sea un país con gran
diversidad.
a) Posición geográfica, topografía, climas, historia evolutiva.
b) Montañas, historia geológica y diversidad de paisajes.
c) Cordillera neo volcánica, diversidad de paisajes, aislamiento e
historia evolutiva.
d) Riqueza geográfica, diversidad de paisajes, aislamiento e
historia evolutiva.
Especies que conforman la comunidad en un ecosistema.
a) Individuos.
b) Diversidad.
c) Estructuras.
d) Población.
9. LA DINÁMICA DE LOS ECOSISTEMAS.
Son los cambios en la composición y estructura de las comunidades
biológicas asociados con el tamaño de la población, la manifestación de
polimorfismo o las fases de desarrollo de los individuos de las distintas
especies.
Se denomina sucesión ecológica a los cambios graduales en la
composición de especies de una comunidad. Se produce debido a que
unas especies van siendo sustituidas por otras más eficientes en el
aprovechamiento de la energía. Es un proceso de cambio continuo y
lento que finaliza cuando se llega a una comunidad estable y
equilibrada, la denominada comunidad climax, que, de no modificarse
las condiciones ambientales, ya no varía más.
En la naturaleza se producen dos tipos de sucesiones ecológicas:
219
•
•
Sucesión primaria. Es la que se desarrolla en zonas en donde
nunca antes había habido seres vivos, como por ejemplo una
duna, un delta en formación o la lava recién solidificada de un
volcán.
Sucesión secundaria. Es la que tiene lugar en zonas donde
antes ya existían seres vivos. Estas sucesiones tienen lugar
cuando se produce una alteración importante de las condiciones
ambientales, que puede ser de origen natural (cambio en el clima,
aparición de nuevas poblaciones de seres vivos, enfermedades,
etc.) o provocado por el ser humano (abandono de campos de
cultivo, incendios, contaminación, etc.).
Cuando algún fenómeno impulsa al ecosistema a cambiar en sentido
contrario, simplificándose, se dice que se produce una regresión.
Un ejemplo de sucesión ecológica es la que se da en la evolución de un
campo de cultivo que ha sido abandonado. Inicialmente se desarrollan
pequeñas plantas anuales y pasto, a continuación, se asientan los
arbustos, más tarde aparecen pequeños árboles y, al final, se constituye
un bosque maduro y equilibrado.
220
10. APLICACIONES DE LA ECOTECNOLOGÍA.
Las ecotecnologías integran lo mejor de la ecología y la tecnología, son
aquellas herramientas que brindan un beneficio ambiental, social y
económico.
Estas tecnologías las podemos encontrar en casa, oficinas o en algún
espacio natural, cuentan con una alta variedad de beneficios, entre ellos
aprovechar eficientemente los recursos naturales y materiales para
nuestra vida cotidiana.
Beneficios:
•
Ahorrar agua y energía.
•
Disminución de gases de CO2.
•
Utilizan racionalmente los recursos naturales no renovables.
•
Se recicla y se reutilizan lo desechos de la mejor manera.
•
Conserva y busca aumentar los espacios verdes.
•
Mejoran la salud de las personas.
•
Reducción del impacto ambiental.
Las ecotecnologías se involucran tanto en las construcciones, como en
edificaciones y casas, desde la selección de materiales de construcción,
menos contaminantes, pero con seguridad, calidad y gran estética.
Aplicaciones:
•
Paneles solares: Su fuente de energía son los rayos del Sol, los
cuales se transforman en energía eléctrica, produciendo una
energía totalmente limpia.
•
Calentadores solares: Funciona para calentar el agua de forma
natural, a fin de ahorrar energía o gas. Además de eso, reduce el
uso de combustibles fósiles.
•
Muros verdes: Su principal beneficio es la salud y bienestar de las
personas, dado que reducen el estrés, enfermedades respiratorias
y aumentan el optimismo.
•
Azoteas ecológicas: Se eliminan los materiales contaminantes de
un techo, reducen la temperatura en el ambiente, disminuye el
ruido en el inmueble y se crea un cultivo de frutas, verduras y
flores.
221
•
•
•
•
•
•
Bioconstrucción: Esta tecnología no solo se refiere a los
materiales utilizados en la construcción o en el diseño de la casa,
también a procesos amigables con el medio ambiente, como por
ejemplo, menor uso de calefacción o aire acondicionado y
tratamiento de aguas residuales.
Focos ahorradores.
Baños ahorradores.
Purificador de agua.
Regaderas ahorradoras.
Refrigeradores o lavadoras ahorradoras.
La autoecología es una subdivisión de la ecología que estudia:
a) Las relaciones ecológicas empleando herramientas matemáticas
y recursos tecnológicos.
b) La relación entre los miembros de una misma especie y su
medio ambiente.
c) La relación entre un individuo y su medio ambiente.
d) La protección del medio ambiente a través del análisis del uso
de los recursos naturales.
¿Qué es la ecotecnología?
a) Ciencia aplicada para satisfacer las necesidades humanas
minimizando el impacto ambiental y el daño al medio ambiente.
b) Ciencia aplicada para el control del impacto sobre los
ecosistemas.
c) Desarrollo y mejora de procesos y productos más limpios.
d) Ciencias que estudia las relaciones entre comunidades
biológicas y los ecosistemas de la Tierra.
222
BIBLIOGRAFÍA.
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223
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224