Unidad 3 : Actividad 10 |
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| | Actividad 10. Mezclas, compuestos y elementos químicos. |
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| | La materia forma todo lo que nos rodea, y ya vimos que en la Tierra podemos encontrarla en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. En general, las sustancias que encontramos en la naturaleza y que usan las personas, se encuentran en forma de mezclas, como ocurre, por ejemplo, en los minerales y en el agua de mar. A través de algunos métodos y técnicas, los seres humanos hemos aprendido a separar las distintas partes de las mezclas y obtener sustancias puras: compuestos como el agua o elementos como el oxígeno. |
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| | Observe la siguiente actividad. |
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| | ¿Qué líquido apareció en la pared exterior del recipiente? |
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| | ¿Dé donde proviene? |
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| | Si alguien vive en un lugar muy seco y caluroso, tal vez no se deposite ningún líquido en las paredes del recipiente. En ese caso, ¿qué es lo que falta en el aire de su comunidad que hace que esté tan “seco”? |
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| | Lea las respuestas a sus compañeros y compañeras. |
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| | Estados de agregación de la materia |
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| | En la cocina tenemos ejemplos de sustancias que se ven y se comportan de manera muy distinta, de acuerdo a su estructura y propiedades. Observe las figuras de la derecha. |
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| | Esta actividad funciona mejor en lugares húmedos. ¿Por qué? |
¿En qué forma o estado físico se encuentra el agua en cada figura? | |
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¿Tiene eso algo que ver con la temperatura? ¿Por qué? | |
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Toda la materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos y moléculas, que se unen entre sí a través de fuerzas. A estas fuerzas se las conoce como fuerzas de cohesión, y a medida que las fuerzas son mayores, más cerca se encuentran las partículas unas de otras. Cuando las partículas se compactan, se tiene una sustancia en estado sólido, por ejemplo, un trozo de metal o un cristal de azúcar. Cuando la temperatura aumenta, la movilidad entre las partículas es mayor y disminuyen las fuerzas de cohesión, por lo que la materia se transforma en estado líquido y, si la temperatura sigue aumentando, finalmente en gaseoso. Si coloca un vaso con hielo, puede observar el agua presente en el aire condensarse sobre el vidrio. Al bajar la temperatura, hay un cambio de fase de vapor a líquido. Cada estado de la materia tiene propiedades distintas que lo caracterizan. Los sólidos tienen forma propia, volumen fijo y no fluyen. Los líquidos tienen volumen fijo, pero su forma depende del recipiente que los contiene y prácticamente no se pueden comprimir. Los gases no tienen forma ni volumen fijos, ya que las fuerzas de cohesión molecular son pequeñas y permiten que las moléculas se encuentren separadas, desordenadas y con gran movimiento. | | El azufre, el alcohol y el gas butano son ejemplos de sustancias puras en los tres estados de agregación. |
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| | Ponga a prueba sus conocimientos |
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| | Arrastre cada dibujo según el estado de agregación que corresponda. Anote un ejemplo de sustancia que pudiera ser representada por cada ilustración, a temperatura ambiente. |
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| | Sobre como influyen la presión y la temperatura en las transformaciones física de la materia. Lea en su Antología, "Transformaciones del estado físico de la materia". |
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| | Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas |
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| | En su cocina se pueden encontrar y preparar sustancias con aspecto y textura muy distintos. Por ejemplo: en la siguiente imagen tenemos diferentes recipientes uno con agua de tamarindo, otro con vinagreta para ensalada y otro con un poco de leche de magnesia. Observe las tres sustancias. ¿Cómo son cada una? |
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Ejemplo de mezclas heterogéneas. |
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Mezcla heterogénea | Semejanza | Diferencia |
| Agua de tamarindo | Es liquido, se observan dos fases, se distinguen a simple vista | Su compuesto es diferente |
| Vinagreta | Es liquido, se observan dos fases, se distinguen a simple vista | Su compuesto es diferente |
| Leche de magnesia | Es liquido, se observan dos fases, se distinguen a simple vista | Su compuesto es diferente |
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| | Intercambie sus respuestas con sus compañeros y compañeras y enriquezca su lista de semejanzas y diferencias. |
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| | COMUNIDAD |
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| | Las mezclas existen en abundancia a nuestro alrededor. Si se ponen en contacto dos o más sustancias distintas y entre ellas no ocurren cambios químicos, se tiene una mezcla. Hay mezclas en todos los estados de agregación, por ejemplo, el aire es una mezcla en estado gaseoso; el agua potable lleva disuelto aire y sales, es una mezcla; una roca formada por distintos minerales es un ejemplo de mezcla en estado sólido. Según su aspecto y propiedades, las mezclas se separan en homogéneas y heterogéneas. La palabra homogéneo indica que la mezcla es uniforme en todas sus partes, o que se ve igual en toda la muestra, como ocurre con el agua que lleva sal o azúcar disueltas. Una mezcla es heterogénea si se puede distinguir una separación entre sus componentes, como ocurre con una emulsión de aceite en agua. |
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| | Sobre este tema, revise en su Antología la lectura:“Tipos de mezclas y métodos físicos de separación” (III.5). |
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| | Realice el experimento 10, de su Manual de experimentos. |
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| | El aire, una mezcla invisible |
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| | El aire es una mezcla de gases cuyos componentes no podemos distinguir mediante los sentidos. Entre los distintos tipos de gases que forman el aire puro, ¿cree que haya alguno que sea tóxico para los seres vivos? Justifique su respuesta. |
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| | Lea la respuesta a sus compañeras y compañeros, a su asesor o asesora y comenten qué entienden por aire puro y por aire contaminado. Lleguen juntos a una conclusión y anótela. |
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| | La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra, de ella depende toda la vida en el planeta, incluso la acuática. Los seres humanos podemos vivir cerca de un mes sin comida; sobrevivimos sin agua unos pocos días, pero sin aire morimos en minutos. A nivel del mar, los principales componentes del aire puro son 78.1% de nitrógeno (N2), 20.9% de oxígeno (O2), 0.9% de argón (Ar) y 0.03% de dióxido de carbono (CO2). |
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| | El aire es la disolución de varios gases en nitrógeno. La composición porcentual de cada componente se observa en esta gráfica. |
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En los incendios forestales, naturales o provocados, se liberan enormes cantidades de dióxido de carbono que enrarecen el aire. | | Hoy en día nos parece muy fácil reconocer que el aire es una mezcla de gases transparentes, inodoros e incoloros, pero a los filósofos y científicos les costó gran trabajo demostrarlo. Mientras que en Mesoamérica, en el territorio que hoy en día conocemos como México, el Imperio Azteca llegaba a un periodo de gran esplendor previo a la conquista española, en Europa, el artista y filósofo italiano Leonardo da Vinci (1452-1519) fue el primero en sugerir que el aire contenía por lo menos dos gases. Él encontró que “algo” en el aire era responsable de mantener la viveza de una hoguera y daba también la posibilidad de vida a los animales y a los seres humanos: “Donde la flama no puede vivir, ningún animal con aliento lo hará”, dijo. Esto sembró la inquietud y la búsqueda de otros científicos, pero fue hasta 1772, pocos años antes de la Revolución Francesa y en los años finales de la Colonia Española en América, que el científico sueco Carl Wilheim Sheele (1742-1786) publicó un libro en el que describía cómo podía separarse el aire en distintos gases, y que sólo uno de los gases mantenía encendida la flama de una vela. Hoy sabemos que ese gas es el oxígeno. |
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| | Ponga a prueba sus conocimientos |
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| | La contaminación del aire es un problema que puede afectar tanto a comunidades urbanas como a rurales. Averigüe las acciones que se han tomado en las grandes ciudades y en las comunidades rurales para reducir la emisión de agentes contaminantes en el aire. Basándose en esta información, elabore un cuestionario y aplíquelo entre sus vecinos y familiares en donde les pregunte de qué manera están colaborando para reducir la contaminación del aire en su comunidad. (Recuerde que la tala de árboles es nociva porque se reduce la aportación de oxígeno al aire, y que la quema de madera y de todo tipo de combustibles genera dióxido de carbono que se libera al ambiente y lo contamina.) Al término, comente las respuestas con sus compañeros y compañeras y a continuación anote una conclusión. |
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| | El agua, un compuesto extraordinario |
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| | Si colocamos un cubo de hielo en un vaso casi lleno de agua, pero evite que se derrame. ¿Qué cree que sucederá cuando el hielo se derrita? ¿Se derramará el agua o no? |
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| | Espere media hora y vuelva a observar el vaso. ¿Se derramó el agua? |
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| | ¿Cómo explica lo sucedido? |
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| | Comente con sus compañeros y compañeras, asesor o asesora lo que observó y escriba un texto de conclusión. |
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| | Durante siglos se pensó que el agua era un elemento químico, ya que ningún método químico de transformación lograba separar al agua en los que, hoy sabemos, son sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. El agua no se descompone, salvo a temperaturas mayores de 2 500°C; sin embargo, el descubrimiento de la electricidad hizo posible que con el paso de corriente continua, y en condiciones especiales, el agua se separara en los dos gases que la forman. Esto parece fácil hoy en día, pero hace tan sólo 250 años era imposible de realizar. El agua es, sin duda alguna, el líquido más importante sobre el planeta, ya que constituye entre el 60% y el 90% del peso de los organismos vivientes y cubre tres cuartas partes de la superficie terrestre. Desde siempre ha tenido una gran importancia para la vida es indispensable para cultivar y preparar alimentos, para la higiene y con ella la salud; la industria la utiliza como medio de enfriamiento y de generación de vapor; para el drenaje de desperdicios y para el control de los incendios, entre otras muchas aplicaciones. |
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El agua es indispensable para llevar a cabo todas nuestras actividades. |
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| | Es una sustancia que conocemos en sus tres estados de agregación (sólido en hielo, líquido y gas en el vapor). Su densidad es menor en el estado sólido que en el líquido, por lo que el hielo, contrariamente a lo que podría esperarse, flota en el agua. Las temperaturas de fusión y de ebullición son muy altas; otra característica muy particular es su alta capacidad calorífica, una propiedad que le permite almacenar grandes cantidades de calor sin aumentar mucho su temperatura, por eso se puede usar agua caliente para mantener calientes otras cosas. Como forma disoluciones con muchas sustancias, al agua se le llama “disolvente". |
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| | Sobre los compuestos que se disuelven en el agua, revise en la Antología la lectura:“Solubilidad y concentración” (III.6). |
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| | El oxígeno, un elemento vital |
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| | ¿Qué pasa con el aire de un lugar cerrado y con mucha gente? |
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| | ¿Qué componente indispensable del aire se empieza a agotar transcurrido algún tiempo? |
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| | ¿Por qué? |
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| | Lea las respuestas a sus compañeras y compañeros, y escriban alguna experiencia que hayan tenido relacionada con este tema. |
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| | El oxígeno es un elemento muy importante que se encuentra tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre. Se trata de un elemento, ya que es una sustancia básica de la materia que no se puede descomponer en otras más simples por métodos físicos o químicos. Participa en miles de cambios químicos y bioquímicos que suceden constantemente a nuestro alrededor, desde la indispensable respiración de los seres vivos, como la oxidación y corrosión de los metales, hasta la quema de combustibles, entre otros. Forma una gran cantidad de compuestos, tanto con metales como el hierro, el aluminio o el calcio, como con no metales como el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno. El oxígeno existe en el aire en forma de molécula diatómica, es decir, como O2, y también hay otra forma física en la que se encuentra este elemento: el O3, llamado gas ozono. El ozono es un alótropo del oxígeno, en este caso, en lugar de tener dos átomos unidos formando una molécula, ahora tenemos tres con lo que sus propiedades físicas y químicas son diferentes, aunque, afortunadamente, en mucha menor cantidad, ya que es nocivo para los seres vivos.
Durante muchos siglos, los estudiosos no tenían los conocimientos, instrumentos ni procedimientos adecuados para contestar a la pregunta: ¿Qué pasa cuando algo se quema? Una de las explicaciones erróneas más aceptada establecía que las cosas se quemaban porque contenían una sustancia que llamaban “flogisto”. Según sus seguidores, el “flogisto” no se podía ver, pero se desprendía misteriosamente de la materia durante la combustión. Fue el científico Antoine de Lavoisier, después de haber medido la masa de metales limpios y bien pulidos, y luego de repetir la operación con metales oxidados, quien notó que los metales oxidados pesaban más. Él interpretó este hecho como si algo del aire se depositara sobre los metales y pensó que algo equivalente debía pasar en el fenómeno de la combustión de la madera u otros materiales que se quemaban. Así descubrió que uno de los gases del aire, el oxígeno, era necesario para reaccionar con los materiales combustibles y formar nuevas sustancias, con la consecuente liberación de luz y calor de una combustión. |
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| | Sobre los óxidos metálicos y no metálicos, así como sobre algunos efectos de la combustión, entre al menú y en la Antología lea “Productos derivados del oxígeno y de la combustión” (III.7). |
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| | Como casi todo ser vivo, los peces necesitan oxígeno para respirar; pero dentro del agua, ¿de dónde lo toman?, ¿cómo lo hacen? El oxígeno que respiran no es el que forma parte de la molécula de agua. El oxígeno se encuentra disuelto en el agua en concentraciones variables y de la misma manera que podría estar disuelto el dióxido de carbono en un refresco, y los peces lo toman a través de sus branquias. Los factores que determinan la formación de la mezcla líquido-gas son la superficie de contacto del agua con el aire y la temperatura del agua, ya que los gases se disuelven mejor en los líquidos a bajas temperaturas. |
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| | Sobre las diferencias entre los elementos, los compuestos y las mezclas, entre al menú y en la Antología lea “Sustancias puras” (III.8). |
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| | - La materia se presenta principalmente en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Cada uno de ellos depende de qué tan grandes son las fuerzas de cohesión entre las moléculas o átomos que los conforman. Los cambios de fase o estado de sólido a líquido y de líquido a gas, ocurren cuando la temperatura aumenta hasta un punto donde el movimiento de las partículas es tal que las fuerzas de cohesión se rompen.
- La mayoría de los materiales del planeta no se encuentran en estado puro, es decir casi siempre se tienen dos o más componentes; en algunos casos la apariencia es la de una sola substancia, como en el agua potable, entonces es una mezcla homogénea, cuando los componentes son distinguibles se trata de una mezcla heterogénea.
- El aire es un ejemplo de mezcla gaseosa homogénea necesaria para los seres vivos. En los últimos tiempos, la quema de combustibles en cantidades crecientes ha contaminado de tal manera la atmósfera que está provocando un cambio climático.
- El agua es un compuesto con propiedades físicas extraordinarias: altos -para su composición química- puntos de fusión y ebullición, una alta capacidad calorífica y el hielo flota en el agua líquida. La solubilidad de una substancia en otra depende principalmente de la temperatura. La concentración es la medida de la cantidad de solvente en cierta cantidad de soluto, y puede expresarse en porcentaje de masa o de volumen.
- El oxígeno que respiramos es un ejemplo de elemento químico. Es muy abundante en la corteza terrestre y forma numerosos compuestos, de los cuales destacan los óxidos básicos y los óxidos ácidos. Estos últimos forman ácidos cuando se combinan con agua, por lo que producen la lluvia ácida.
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