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Estructura de unidad.
Física y Química. ESO.
2 Gases y disoluciones
Sumario
1 El estado gaseoso 2 Teoría cinética de los gases 3 Ley de Boyle-Mariott e 4 Ley de Gay-Lussac 5 Ley de Charles 5 Ley de Charles
6 Teoría cinético-corpuscular y las leyes de los gases 7 Teoría cinética de la materia 8 Las disoluciones 9 La concentración
«¿De qué está compuesta la materia o hasta dónde puedo cortar el pastel de cumpleaños?» Esta no es una pregunta, es la pregunta que ha cautivado a la humanidad desde el comienzo de los tiempos.
¿Será continua y se podrá dividir por siempre, o será discontinua y llegare- mos a algo que ya no se podrá dividir?
La respuesta a esta pregunta, que ya intrigaba a los griegos, pasa por com- prender el estado gaseoso en relación con la teoría cinético-corpuscular de la materia, y la aplicación de esta a los demás estados y mezclas y, en particu- lar, a las disoluciones.
A lo largo de esta unidad observarás cómo unas ideas simples y sencillas per- miten explicar infi nidad de comportamientos y predecir nuevos fenómenos.
Ese es el poder de la teoría.
Si en algún cataclismo se destruyera todo el conocimiento científi co pero tu- viéramos la oportunidad de transmitirle una sola frase a las siguientes gene- raciones de criaturas, ¿cuál debería ser esa oración? Uno de los fí sicos más famosos del s. XX proporciona la siguiente respuesta:
«Creo que es la hipótesis atómica, que todas las cosas están hechas de áto- mos: pequeñas partículas en movimiento perpetuo, atrayéndose entre sí cuando están a poca distancia, pero repeliéndose cuando se intenta apretar una contra la otra.»
Richard Feynman
Te prop on emos un reto
Seguro que desde siempre has jugado con globos, pero ¿sabes realmente cómo se comportan?
Consigue dos globos para fiesta y un tubo hueco o un cilindro de unos cinco a diez centímetros. No sirven los globos de agua, porque cuesta demasiado traba- jar con ellos.
Hincha cada globo por separado, uno un poco más grande que el otro, y ciérrales la boca con alguna pinza o similar. No debes hacerles un nudo, tan solo evitar que salga el aire.
A continuación, conecta los globos a través del tubo hueco impidiendo, de momento, que el aire salga del globo, es decir, manteniendo la pinza sobre la boca.
Cuando sueltes y permitas circular al aire, ¿qué crees que sucederá?
Ahora libera el sistema y observa lo que sucede. ¿Es lo que esperabas? ¿Qué magnitud crees que se ha igualado al conectar los globos?
No te quedes con la duda y amplía información en la red sobre lo que ha sucedido. Busca en lugares fia- bles: recuerda que no toda la información en internet es verdad.
Atrévete a mirar
¿Quiero aprender?
¿Qué conozco sobre los gases y las leyes que los relacionan mediante presión, volumen y temperatura?
¿Puedo explicar la relación entre las propiedades de un gas y las partículas que lo constituyen?
¿De qué manera puedo extender la teoría cinética al resto de la materia?
¿Puedo explicar y predecir una curva de calentamiento o enfriamiento que implique un cambio de estado?
¿Cuántas formas conozco de expresar la concentración de una disolución? ¿Soy capaz de aplicarlas correctamente cuando me lo solicitan?
«Atrévete a mirar»
Se invita al alumnado a reflexionar sobre lo que sabe antes de abordar la unidad.
«Te proponemos un reto»
Antes de empezar se propone una actividad motivadora y experimental sobre los nuevos contenidos.
22UNIDAD 7
SOLAR FOTOVOLTAICA SOLAR TÉRMICA
Luz solar reflejada
Tendido eléctrico
Tendido eléctrico
Luz solar
Helióstato
Terraplén La energía del sol se utiliza para calentar un fluido y generar vapor a presión, el cual mueve la turbina y genera electricidad.
La radiación solar se refleja en los helióstatos y se concentra en el horno solar.
Fluido conductor de calor Horno solar
Rotor
Multiplicador Góndola Cables Generador Veleta + Anemómetro
Bomba Turbina
Generador
Condensador Transformador Generador de vapor Vapor a presión
Cristal Célula fotovoltaica
Rejilla metálica de contacto Recubrimiento antirreflectante Contacto negativo Contacto Positivo
La energía cinética de rotación de las palas del aerogenerador se transforma en energía eléctrica.
Paneles fotovoltaicos Se utilizan paneles solares con células fotovoltaicas de silício que, mediante el efecto fotoeléctrico,transforman la energía solar en energía eléctrica continua.
2.3. Fuentes de energía alternativas
Las consecuencias desastrosas que puede ocasionar el cambio climático, produ- cido por el uso de combustibles fósiles, y los graves inconvenientes de la energía nuclear han llevado al ser humano a plantear seriamente otra opción energética:
las fuentes de energía alternativas.
A. Energía solar
La energía del Sol que incide sobre la Tierra en forma de radiación electromagné- tica recibe el nombre de energía solar.
Energía solar
Ventajas Inconvenientes
1. Es una energía limpia, inagotable y gratuita.
2. Se consume cerca de donde se produce, permi- tiendo que llegue a zonas de difí cil acceso.
3. La elevada insolación que reciben algunas zonas hace que se reduzca su dependencia energética.
1. Es una energía muy dispersa e intermitente.
2. Son necesarias grandes extensio- nes de terreno para su instalación.
3. El desembolso inicial es muy costo- so: son necesarias subvenciones.
La central Gemasolar, de Fuentes de Andalucía (Sevilla), proporciona energía para 25 000 hogares.
Energía 2.0
Esta página contiene simulacio- nes muy interesantes sobre la energía solar, la eólica y otras fuentes de energía. ¡No te la pierdas!
goo.gl/SD7oG7
23 UNIDAD 7 SOLAR FOTOVOLTAICA
SOLAR TÉRMICA
Luz solar reflejada
Tendido eléctrico
Tendido eléctrico
Luz solar
Helióstato
Terraplén La energía del sol se utiliza para calentar un fluido y generar vapor a presión, el cual mueve la turbina y genera electricidad.
La radiación solar se refleja en los helióstatos y se concentra en el horno solar.
Fluido conductor de calor Horno solar
Rotor
Multiplicador Góndola Cables Generador Veleta + Anemómetro
Bomba Turbina
Generador
Condensador Transformador Generador de vapor Vapor a presión
Cristal Célula fotovoltaica
Rejilla metálica de contacto Recubrimiento antirreflectante Contacto negativo Contacto Positivo
La energía cinética de rotación de las palas del aerogenerador se transforma en energía eléctrica.
Paneles fotovoltaicos Se utilizan paneles solares con células fotovoltaicas de silício que, mediante el efecto fotoeléctrico,transforman la energía solar en energía eléctrica continua.
B. Energía eólica
La energía eólica es la energía cinética del viento y, al igual que la energía solar, es limpia e inagotable..
Energía 2.0
Aquí puedes ver todo el parque eólico instalado en España:
goo.gl/S8JB03
¿Cuántos MW genera el viento en tu comunidad?
Actividades 13. En equipo, vais a crear una presentación sobre la cen-
tral Gemasolar. Tratad de convencer a vuestros com- pañeros de las ventajas que tiene este otro tipo de energía solar, la termosolar, frente a la fotovoltaica.
14. La energía eólica generada en España cubre un 20 % de la demanda eléctrica. Sin embargo, la instalación de un parque solo puede realizarse en zonas que cumplen unos requisitos muy concretos.
a) ¿Qué situación de las descritas en la gráfica crees que es la más idónea para la instalación de un par- que eólico?
b) ¿Qué ocurriría si el consumo energético de tu po- blación dependiera solo de la energía eólica?
c) Según los vientos, ¿instalarías un parque eólico en tu localidad?
Velocidad del viento
Enero Diciembre
A
O
B C D Energía eólica
Ventajas Inconvenientes
1. Es una energía limpia, inagotable y gratuita.
2. Una vez instalado el aerogenerador, los costes de producción de electricidad no son elevados.
3. Las instalaciones no dejan huella: son fácil- mente reversibles.
4. No contribuye al efecto invernadero.
5. No se producen residuos ni se emiten sustancias tóxicas.
1. Su instalación ocasiona un impacto paisajístico considerable.
2. Las aves pueden verse afectadas por las palas.
3. Está limitada a zonas abiertas con vientos de intensidad fuerte.
4. La producción de electricidad es irregular, pues depende del viento.
5. No hay muchos lugares buenos para la instala- ción de aerogeneradores.
La teoría es clara y concisa, y el texto está acompañado de imágenes e infografías que ayudarán al alumnado de forma fácil y muy visual.
12UNIDAD 7
Si miras a tu alrededor, verás que todo lo que existe en la naturaleza posee energía: las personas, los alimentos, un coche, tu libro, la pizarra, una bicicleta, una moto, las estrellas, los planetas, tu móvil, un ordenador…
1.1. La energía y su unidad
Todos los objetos que nos rodean poseen energía, ya que pueden producir trans- formaciones a su alrededor, modificando a otros objetos y a sí mismos.
Concepto de energía
Piensa y razona Observa las siguientes imágenes y responde:
• ¿Cuál de esos tres objetos crees que posee más energía? ¿Tienen el mismo tipo de energía? ¿Producen algún tipo de cambio en su alrededor?
• ¿Sabrías explicar qué es exactamente la energía?
Sabías que...
Otras unidades de la energía son: la caloría (cal), el kilovatio hora (kWh) y la tonelada equi- valente de petróleo (tep):
1 cal = 4,19 J 1 kWh = 3,6 · 106 J 1 tep = 4,19 · 1010 J Felix Baumgartner adquirió en la estratosfera una energía tal que, al dejarse caer, superó la velocidad del sonido (1 224 km/h).
Actividades
1. Explica algunas de las transformaciones que pueden producir los siguientes objetos por el hecho de po- seer energía: un coche, el agua caliente, el viento, un bocadillo, un avión y la gasolina. Di qué cambios pueden provocar a su alrededor y si, al hacerlo, su- fren ellos alguna modificación.
2. Se dice que una persona ha de consumir al día unas 2 500 kcal (kilocalorías). ¿Cuántos julios son?
3. Un coche eléctrico consume, en 100 km, una ener- gía de 18 kWh. ¿Cuántos kJ son? ¿A cuántas kcal equivale?
La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les permite provocar cambios en sí mismos o en su entorno. La unidad de la energía en el SI es el julio (J).
Energía
electromagnética Energía
térmica Energía sonora Energía eléctrica
13 UNIDAD 7
1.2. Propiedades de la energía
Los cuerpos pueden producir cambios a su alrededor debido a la energía que po- seen. En el siguiente dibujo puedes ver todas las propiedades de la energía.
La característica más importante de la energía viene dada por la ley de conserva- ción de la energía:
Sabías que...
Una antigua bombilla incandes- cente solo transformaba en luz el 5 % de la energía eléctrica que consumía, el resto se perdía en forma de calor. En las actuales bombillas LED, la eficiencia ener- gética es mucho mayor: transfor- man hasta un 98 % en luz y duran hasta 30 veces más.
Actividades
4. Elige cinco ejemplos de tu vida cotidiana en los que, mediante diversas trans- formaciones, una parte de la energía inicial de un objeto se degrade en forma de calor. Explica tus respuestas.
5. En los ejemplos que se dan a continuación di en cuáles se transfiere energía en forma de calor y en cuáles en forma de trabajo:
a ) Empujar un coche parado.
b ) Tocar un vaso caliente.
c ) Pasear en bicicleta.
d ) Tocar agua muy fría.
e ) Broncearse al sol.
f ) Levantar pesas.
La energía se conserva: la energía con la que se golpea la pelota es la misma que recibe la portera (salvo lo que se pierde por fricción).
La energía se almacena y transporta:
la batería de tu móvil almacena ener- gía que puedes transportar donde desees.
La energía se transfiere La energía se transforma
La energía eléctrica se transforma en energía térmica y lumínica.
La energía se conserva La energía total suministrada por la red se reparte entre todos los aparatos y su valor permanece constante.
La energía se almacena en la batería del móvil.
en forma de calor. en forma de trabajo (movimiento).
La energía se degrada en forma de calor.
La energía se transporta a través de los cables.
Esto significa que el valor total de la energía permanece constante.
La energía total de un sistema aislado se conserva: ni se crea ni se destru- ye, solo se transforma..
Sección que invita al alumnado a reflexionar y le motiva hacia el aprendizaje.
Información relevante destacada.
Objetivos de Desarrollo Sostenible aprendizaje Totalmente
actualizado a la
LOMLOE
Sumario donde se avanzan los contenidos de la unidad.
Texto introductorio
que presenta cada
unidad y la acerca
al entorno del
estudiante.
Totalmente actualizado a la
LOMLOE Física y Química. ESO.
40UNIDAD 2
Seguro que sabes que no se puede dejar al sol un aerosol ni lanzarlo al fuego, aunque aparente estar vacío, pero ¿conoces cuál es la razón?
Enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios del siglo XIX, esta ley descri- be la relación entre la presión y la temperatura a volumen constante.
La segunda expresión nos permite relacionar dos estados diferentes de una de- terminada masa de gas, siempre que el volumen no varíe.
4 Ley de Gay-Lussac
Laboratorio en el aula Implosión 1. Toma una lata de refresco vacía y caliéntala con cuidado durante unos mi-
nutos con unas pinzas de cresol. A continuación, antes de que se enfríe, in- trodúcela con cuidado boca abajo en un cristalizador lleno de agua. Explica lo sucedido.
¿Sucede lo mismo si la lata se sumerge boca arriba?
La presión ejercida por un gas a volumen constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta que posee:
pT= K es decir pT= ′p
′ T
Ejemplo resuelto
3. Se toma una lata metálica vacía y se cierra el tapón cuando la temperatura es de 20 °C. ¿Qué sucederá si se enfría la lata hasta los 0 °C?
Solución
Si consideramos la lata como un recipiente rígido, se debe seguir la ley de Charles. Inicialmente, al estar la lata abierta, la presión del gas que contiene es igual a la presión atmosférica, es decir, 1 atm.
Inicial T= 293 K p= 1 atm
Final
′ T= 273 K
′ p= ¿?
⎫
⎬⎪
⎭⎪ pT= ′p
′ T 1 atm 293 K=p′
273 K
′ p=1 atm⋅273 K
293 K = 0,932 atm La presión final es menor que la inicial y puede llegar a comprimir repentina- mente la lata.
Actividades
5. Se lanza al fuego un aerosol de 300 mL que se supone vacío a 25 °C. Sabien- do que puede soportar hasta 2,5 atm, ¿qué pasará si alcanza en el fuego los 550 °C?
Impor tante
Recuerda que la temperatura absoluta es la que utiliza la es- cala Kelvin. Para convertir entre esta escala y la escala Celsius se puede utilizar la expresión:
T(K)= T(°C) + 273
41 UNIDAD 2 Los gases siguen el comportamiento de dilatación que ya conoces, solo que en ellos esta dilatación afecta a todo su volumen.
La ley descubierta por el científico Jacques Charles en 1787 describe la relación entre el volumen y la temperatura de un gas a presión constante.
La segunda expresión nos permite relacionar dos estados diferentes de una de- terminada masa de gas siempre que la presión se mantenga constante.
5 Ley de Charles
El volumen de una determinada cantidad de gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta que posee:
V T= K es decir V
T= ′V
′ T Experimenta La botella se aplasta 2. Observa lo que ocurre en cada caso y descríbelo con las variables p, V y T.
a) Toma una botella de plástico vacía que haya estado al sol, ciérrala e intro- dúcela en el congelador. Sácala al cabo de media hora.
b) Toma una botella de plástico vacía y arrugada e introdúcela abierta en el congelador. Al cabo de media hora, sácala, ciérrala y ponla al sol.
Ejemplo resuelto
4. Un cilindro con un émbolo móvil se llena con 25 cm3 de aire a 7 °C. Si el volu- men máximo que puede tener el recipiente es de 30 cm3, ¿hasta qué tempe- ratura se puede calentar el cilindro a presión constante?
Solución Inicial V= 25 cm3 T= 280 K
Final
′ V= 30 cm3
′ T= ¿?
⎫
⎬⎪
⎭⎪ V T= ′V
′ T 25 cm3 280 K=30 cm3
′ T
′ T=30 cm3⋅280 K
25 cm3 = 336 K Luego la mayor temperatura a la que se puede calentar es de 63 °C.
Primero en casa y después en clase 6. En un pistón de 10 cm de diámetro se introduce nitrógeno a 20 °C cuando el
émbolo deja una cavidad de 6 cm de largo. ¿Cuál sería la posición del émbolo si la temperatura alcanza los 50 °C? ¿Y si baja a −10 °C?
7. Tu compañero indica que el volumen de un recipiente se duplica cuando duplicamos la temperatura desde los 50 °C hasta los 100 °C. Demuestra si está en lo cierto o indica qué se ha de cumplir para que fuera correcto.
¡Ayuda!
bit.ly/MGH_3ESO_U2_L-Gases38UNIDAD 2
Quién no ha hinchado una rueda con un bombín o tratado de hundir un globo en el agua. Estas acciones modifican la presión y el volumen de una masa de gas, pero ¿cómo se relacionan estas magnitudes entre ellas?
Enunciada independientemente por Robert Boyle (1662) y por Edme Mariotte (1676), la ley relaciona la presión que ejerce un gas con el volumen que ocupa:
La segunda expresión nos permite relacionar dos estados diferentes de una de- terminada masa de gas siempre que se mantenga constante la temperatura.
3 Ley de Boyle-Mariott e
Química en la red
Puedes experimentar la ley de Boyle en el simulador de Educa+:
bit.ly/Eduplus_Boyle
Primero en casa y después en clase 2. Se cierra un recipiente de 6 L que estaba lleno de aire y se disminuye su vo-
lumen hasta los 3 L. ¿Cuál será su presión? ¿Y si disminuye su volumen hasta los 2 L? ¿Cuál debe ser su volumen para que la presión sea de 1 atm? ¿Y de 0,5 atm?
3. ¿Cómo varía la presión al duplicar el volumen a temperatura constante?
La presión ejercida por un gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen que ocupa.
p⋅V = K es decir p⋅V = ′p⋅ ′V Experimenta Una jeringa que no pincha 1. Toma una jeringuilla sin tapar, desplaza el émbolo hasta la máxima lectura y
tapona la salida. ¿Cuál es la presión interior en estas circunstancias? Ahora presiona lentamente el émbolo y observa cómo se comprime el gas. ¿Qué sucede si se libera el émbolo?
Ejemplo resuelto
1. Se introduce gas en un recipiente de 5 L hasta alcanzar una presión de 3 atm y se conecta con una espita cerrada a otro recipiente de 7 L en el que se ha realizado el vacío. ¿Cuánto vale la presión final cuando se abre la espita?
Solución
Al abrir la espita, el gas va a difundir y ocupar todo el volumen disponible:
5 L + 7 L = 12 L. Se puede hablar de dos estados: inicial y final.
Inicial V= 5 L p= 3 atm
Final
′ V= 12 L
′ p= ¿?
⎫
⎬⎪
⎭⎪ p⋅V = ′p⋅ ′V 3 atm⋅5 L = ′p⋅12 Lp=′3 atm⋅5 L
12 L= 1,25 atm La presión final del gas al ocupar todo el recipiente es de 1,25 atm.
¡Ayuda!
bit.ly/MGH_3ESO_U2_Boile Resuelve por tu cuenta.Si no lo consigues, consulta la¡Ayuda!En clase solucionaréis las dudas.
39 UNIDAD 2
3.1. Ley de Boyle y su gráfica Como la mayoría de las leyes de la ciencia, la representación gráfica de los datos obtenidos es de gran ayuda ya que, a partir de su forma, permite identificar la función matemática que describe dicho comportamiento.
En el caso de la ley de Boyle-Mariotte, la función corresponde a una proporción inversa, lo que se traduce en una función inversa o hiperbólica.
Ejemplo resuelto
2. Se ha estudiado la variación de volumen con la presión para una cierta canti- dad de gas a temperatura constante y se ha obtenido esta tabla:
a) Determina la ley que describe el comportamiento del gas.
b) ¿Qué volumen ocupa esta masa de gas a una presión de 1,25 atm?
c) ¿A qué presión el volumen de gas sería 3 dm3? Solución
Representamos gráficamente la presión frente al volumen para obtener una gráfica como la de la figura.
a ) Observamos que, por la forma, corresponde a una fun- ción inversa o hiperbólica, cuya expresión es:
p⋅V = K
• Para determinar el valor de la constante que mejor se adapte a los valores experimentales, obtenemos el valor de K para cada pareja de valores y promediamos:
• En consecuencia, la expresión que rige este experimento es: p⋅V = 0,7
• A partir de la ecuación obtenida o a partir de la lectura directa en la grá- fica, determinamos la respuesta a los siguientes apartados:
b) 0,56 dm3 ; c) 0,233 atm
1 2 3
1
0,2 0,4 0,6 0,8 1,2
V (dm3) p (atm)
p (atm) 0,25 0,35 0,50 0,75 1,00
V (dm3) 2,80 2,01 1,40 0,93 0,70 K = p ⋅ V0,7000,704 0,7000,698 0,700
Actividades 4. Determina la expresión que explica el comporta-
miento descrito en la tabla. V (L) 9 4,5 0,75 0,45 0,3
p (atm) 0,25 0,5 3 5 7,5
p (atm) 0,25 0,35 0,50 0,75 1,00
V (dm3) 2,80 2,01 1,40 0,93 0,70
Demostraciones sencillas de pocos minutos que se pueden llevar a cabo con materiales caseros y acompañadas de actividades.
Análisis de actividades resueltas que refuerzan las explicaciones teóricas.
Experimentos diseñados para realizar en el aula, que enseñan a resolver en la práctica lo que se ha aprendido.
ACTIVIDADES
Vídeo corto con el desarrollo explicativo de una actividad similar a la que el alumnado debe resolver.
Actividades invertidas
Se intenta que el alumnado resuelva la actividad primero por su cuenta.
Después en clase se resolverán las dudas.
Si lo necesitan, proporcionamos una ayuda:
En las actividades de final de epígrafe, en «Experimenta» y en tareas competenciales se incluyen
TRABAJO COOPERATIVO
3
Totalmente actualizado a la
LOMLOE Física y Química. ESO.
SECCIONES DESTACADAS AL MARGEN
«Sabías que…»
Curiosidades y ampliación de contenidos.
«Importante»
Información relevante que recordar.
«Vocabulario»
Definición de conceptos clave.
«Recuerda»
Afianzando conocimientos.
«Un reto»
Enlaces a juegos y simulaciones que retan y desafían al alumnado de forma pautada.
16 UNIDAD 7
Toda la energía que aprovecha la humanidad se obtiene de diversos sistemas o sustancias que almacenan energía. Sin embargo, como veremos más adelante, no todas son igual de beneficiosas para el medioambiente.
A partir de la energía nuclear, la hidroeléctrica, el gas natural, el carbón, el petró- leo y las energías renovables, obtenemos la energía necesaria para nuestras vidas:
todas son fuentes de energía.
Las fuentes de energía se clasifican de la siguiente manera:
Fuentes de energía
Piensa y razona
Observa los siguientes diagramas y responde:
• ¿Cuál de estas situaciones contamina más?
• ¿Cuál de esas situaciones crees que se da en la actualidad?
Nuclear 4,40 % Hidroeléctrica 6,70 %
Gas 23,70 % Carbón 30,10 %
Renovables 2,20 % Renovables 42,20 %
Nuclear 2 % Hidroeléctrica 19,10 % Gas 13,70 % Petróleo 12,90 % Carbón 10,10 % Petróleo 32,90 %
Actividades
10. Consulta la última factura de electricidad que ha lle-
gado a tu casa y anota las fuentes de energía impli- cadas en la obtención de energía eléctrica. Redactad una conclusión consensuada entre los compañeros.
Fuentes de energía
Convencionales Alternativas No renovables Combustibles fósiles (carbón,
petróleo y gas natural) Energía nuclear
Biomasa Se consumen a un ritmo superior al de su reposición en la naturaleza.
Terminarán agotándose.
Renovables
Energía hidráulica
Energía solar Energía eólica Energía geotérmica Energía mareomotriz Se consumen a un ritmo inferior al que la naturaleza las repone.
Son inagotables.
Energía 2.0
Entra en la siguiente página y te divertirás aprendiendo sobre las fuentes de energía:
goo.gl/clkcSp
Se llama fuente de energía a todo sistema material del que podemos ex- traer energía útil para el ser humano.
Un reto
Calcula tus emisiones de CO 2 durante un año:
goo.gl/rURvKv
¿Serás capaz?
«Ciencia en la red»
Simulaciones virtuales de los procesos fisicoquímicos más importantes y directamente relacionados con los contenidos.
46 UNIDAD 2
7.3. Gráfi cas de calentamiento y enfriamiento
Hemos estudiado lo que sucede en un cambio de estado, pero ¿qué le pasa a la temperatura durante este? ¿Cómo lo podemos comprobar?
Química en la red
Los cambios de estado de la materia suceden porque varía la temperatura del sistema. Pero
¿cómo lo hace? ¿Qué le pasa a la temperatura durante el cambio?
Puedes experimentarlo en:
bit.ly/Eduplus_graf_agua
Laboratorio en el aula Calentando y enfriando
2. Es el momento de verifi car todo lo estudiado.
Monta el dispositivo de la imagen colocando naft aleno (o un compuesto que te indique tu docente) en un tubo de ensayo. Coloca un ter- mómetro de manera que el bulbo esté sumer- gido en la sustancia.
Calentando
Coloca el tubo de ensayo al baño maría sumer- giéndolo en un recipiente con agua caliente.
Determina cada 30 s la temperatura del pro- ducto. Cuando empieces a verlo fundido, toma la temperatura cada 15 s o menos.
Enfriando
Una vez esté fundido del todo, retíralo del baño maría y vuelve a medir la temperatura de igual manera hasta que solidifi que totalmente.
Analizando los datos
Toma las dos tablas de temperatura (estado) frente al tiempo y realiza la gráfi ca correspondiente. Interpreta lo que observas en función de tus conocimientos.
100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 000000000000
Actividades
9. A partir de la tabla adjunta, indica en qué estado de agregación se encuentra el agua, el etanol, la acetona, el yodo y el bromo a las siguientes temperatu- ras: 25 °C, 250 K, 350 K, 200 K, 200 °C.
10. Realiza las gráficas siguientes con un tiempo arbitrario:
a) Calentamiento de la acetona desde −100 °C hasta los 100 °C.
b) Enfriamiento de la acetona desde los 50 °C hasta los −150 °C.
c) Calentamiento del bromo desde 0 °C hasta los 100 °C.
d) Enfriamiento del yodo desde los 423 K hasta los 373 K.
11. Diseñad en parejas una gráfica de calentamiento o enfriamiento de unas sustancias imaginarias. Eliminad los datos e intercambiadlas con el resto de la clase. Se debe identificar y proporcionar toda la información posible so- bre las sustancias a partir de las gráficas que se hayan recibido.
Sust. T Fusión
(°C) T Ebull
(°C)
Agua 0 100
Etanol −114 78,4
Acetona −95 56
Flúor −220 −188
Cloro −102 −34
Bromo −7 59
Yodo 114 184
3 UNIDAD 7
En este apartado hablaremos del papel fundamental que desempeña la energía eléctrica en los procesos de obtención de energía que tienen lugar en las distintas centrales y de su importancia en nuestras vidas.
4.1. La importancia de la energía eléctrica
La energía está presente en cualquier rincón de nuestras vidas. Pero, sin du- da, existe un tipo de energía que resulta fundamental en nuestro día a día: la energía eléctrica, ya que prácticamente todo lo que hacemos se basa en su utilización.
Desde que en el siglo XIX se empezara a usar la energía eléctrica como fuente de energía secundaria para los sistemas de iluminación y para la obtención de otras energías útiles, no se ha encontrado, a fecha de hoy, una energía más práctica y funcional para el ser humano.
Tan solo basta con echar un vistazo a nuestra vida cotidiana para darnos cuenta de que tendríamos serios problemas si algún día nos faltara la energía eléctrica.
Aspectos industriales de la energía eléctrica
¿Crees que podríamos vivir sin electricidad?
Energía 2.0
Entra en esta página y aprende más sobre todo lo referente a la generación de energía:
bit.ly/2PbpGsj
Sabías que...
El fenómeno por el que se gene- ra electricidad en las centrales eléctricas (llamado inducción electromagnética) se lo debe- mos al físico Michael Faraday (1791-1867).
Piensa y razona
Mira a tu alrededor: la pizarra digital, los ordenadores, móviles y tablets, las bom- billas, las bicis y los coches eléctricos, las batidoras, los drones y robots…
• ¿Cómo sería nuestro mundo sin todos esos aparatos?
• ¿Qué tienen en común todos ellos?
• ¿De dónde procede toda esa energía?
45 UNIDAD 2
7.2. Gráfi cas de cambio de estado
Las gráficas de cambio de estado suministran información sobre los cambios de estado que se producen como consecuencia de un proceso de calentamiento o enfriamiento y el tiempo empleado en producirse dichos cambios.
La siguiente imagen corresponde a una gráfica de enfriamiento desde el estado gaseoso hasta el estado sólido:
Gaseoso
vaporización condensación
fusión
solidifi cación Líquido
Sólido
D ism in uc ió n de temp er atu ra su bli ma ción inve rsa
A umen to de temp er at ur a su bl ima ci ón
En ella, se observan una serie de tramos que podemos asimilar a:
• Estados puros (sólido, líquido y gaseoso): aquellos en los que al aplicar o eli- minar calor la temperatura varía. Por tanto, en la gráfica aparecen como líneas inclinadas ascendentes o descendentes.
• Mezcla de estados: corresponden a cambios de estados. En ellos la tempera- tura no varía y, por tanto, aparecen como una horizontal en la gráfica.
Ejemplo resuelto
5. Analiza la gráfica de la figura adjunta. Identifica los estados en los que se encuentra en cada instante considerando todas las posibles interpretaciones.
Solución
La gráfica presenta un solo tramo horizontal, por lo que estamos ante un único cambio de estado, pero no existe información sobre cuál es.
Existen, pues, dos posibilidades:
• Una condensación, desde el estado gaseoso al es- tado líquido.
• Una solidificación, desde el estado líquido al esta- do sólido.
T
t
Horizontal Temperatura constante
Cambio de estado
T
t G → L G
L → S L
Estado puro Mezcla de
estados
Recuerda
Los diferentes estados de agre- gación aparecen en orden cre- ciente de la temperatura, de ma- nera que se cumple:
T Fusión
T Ebullición
Gas
Líquido
Sólido T
t
G → L
S L
G
L → S
Estado puro
Gas Mezcla de estados Gas → líquido (condensación)
Mezcla de estados Líquido → sólido (solidifi cación) Estado puro
Líquido Estado puro
Sólido
G A S LÍ Q U ID O SÓ LI D O
T Ebullición
T Fusión
50 UNIDAD 2
Es importante no confundir la densidad con una medida de concentración. Tam- bién se calcula como masa entre volumen, pero ambas magnitudes hacen refe- rencia a la totalidad de la disolución, no a uno de sus componentes: el soluto.
d = m Disolución V Disolución g
mL , kg L ...
⎛
⎝⎜ ⎞
⎠⎟
Ejemplo resuelto
6. Se disuelven 20 g de sal en 90 g de agua y se obtienen 100 mL de disolución.
Determina:
a) El porcentaje en masa.
b) La concentración.
c) La densidad.
Solución
Identificamos los datos a partir del enunciado:
m Soluto = 20 g sal m Disolvente = 90 g V Disolución = 100mL
%m = ¿?
c = ¿?
d = ¿?
⎫
⎬ ⎪
⎭⎪
a ) Comenzamos identificando lo que nos falta conocer sobre la disolución:
su masa.
m Disolución = m Soluto + m Disolvente = 20 g+ 90 g = 110 g Ahora estamos en condiciones de establecer el porcentaje en masa:
%M = m Soluto
m Disolución
⋅100 = 20 g
110 g ⋅100 = 18,18 %
Lo que significa que en 100 g de disolución hay 18,18 g de soluto.
b ) Determinamos ahora la concentración:
c = m Soluto
V Disolución
= 20 g 0,1 L = 200 g
L Es decir, en 1 L de disolución hay 200 g de soluto.
c ) Calculamos la densidad. Recuerda que no es una medida de concentración:
c = m Disolución
V Disolución
= 110 g 0,1 L = 1100 g
L
Lo que implica que 1 L de disolución posee una masa de 1 100 g.
Impor tante
El alcohol es una de las dro- gas más adictivas y destructivas que existe. Una bebida alcohó- lica es una disolución de etanol (CH 3 CH 2 OH) en agua junto con algunas sustancias que le pro- porcionan sabor y color.
El etanol es el único alcohol no venenoso que el ser humano puede ingerir, pero sí es alta- mente tóxico.
Como es una toxina, es degrada- do por el hígado y eliminado por los riñones, por lo que afecta a ambos órganos en el proceso, de tal modo que cualquier con- sumo es perjudicial.
Primero en casa y después en clase
15. Imagina que se toma un vaso de 200 mL de una bebida que indica 5 % de alcohol.
a) ¿Qué volumen de alcohol se ha consumido?
b) ¿Cuánta bebida se ha de consumir para ingerir 12 mL de alcohol?
Identificamos los datos a partir del enunciado:
20 g sal
SOLUTO 90 g agua
DISOLVENTE
100 mL DISOLUCIÓN
¡Ayuda! bit.ly/MGH_3ESO_U2_disoluciones
42 UNIDAD 2
5.1. Leyes de Gay-Lussac y de Charles y sus gráfi cas
El estudio de la gráfica asociada a una dependencia entre dos magnitudes per- mite inducir la ley que le corresponde y la expresión de ella, como se realizó con la ley de Boyle. Si se representa el volumen y la presión frente a la temperatura (leyes de Charles y Gay-Lussac), se obtiene una línea recta, lo que implica una proporcionalidad directa y la existencia de una función afín:
Ley de Gay-Lussac: p
T = K Ley de Charles: V T = K
Voc abulario
La inducción es el proceso de razonamiento que consiste en extraer una ley a partir de la observación de hechos o casos particulares.
Actividades
8. Verifica que se cumple la ley correspondiente y determina su expresión a partir de los siguientes datos experimentales:
a) Experimento A:
b) Experimento B:
T (K) 273 300 330 350 400
V (cm 3 ) 1 350 1 490 1 660 1 760 2 000
T (ºC) 0 27 40 50 82
p (atm) 10,92 12,00 12,52 12,92 14,20
100 200 300
1
0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6
T (K) p (atm)
100 200 300 400
500 1 000 1 500 2 000 V (dm
3)
T (K)
Resumen de las leyes de los gases
p V
T
Boyle-Mariotte
Ga y-L ussac
C harles C harles Ga y-L ussac
V T = K V
T = ′ V
′ T p
T = K p T = ′ p
′ T
Boyle-Mariotte p ⋅ V = K p ⋅ V = pʹ ⋅ Vʹ
Sabías que...
Jacques Charles observó que las parejas de valores (T, V) de- terminan una función proporcio- nal que tiende a cero, de manera que el volumen disminuía en 1/273 por cada grado centígrado que se descendía.
A partir de ese argumento, ob- servó que habría una temperatu- ra para la cual un gas no ocuparía volumen. Estimó dicho valor en
−273 °C e indicó que no podrían existir temperaturas más bajas.
Dos generaciones después, Wi-
lliam Thomson (Lord Kelvin), uti-
lizando estas ideas desarrolló la
escala que lleva su nombre: la es-
cala Kelvin.
Totalmente actualizado a la
LOMLOE Física y Química. ESO.
Opción de crear un mapa mental como actividad, donde el profesorado pueda evaluar la creatividad y el conocimiento de
los contenidos.
Con tareas asociadas.
Personaje memorable.
Se destaca el papel de la mujer en la ciencia y sus aportaciones.
53 UNIDAD 2
Práctica de labor ator io
Leyes de los gases
ObjetivoVerificar la ley de Charles y la ley de Boyle-Mariotte de forma cuantitativa y adquirir destreza en el manejo del instrumental de laboratorio.
Material
• Matraz kitasato. • Tubo de vidrio.
• Erlenmeyer. • Placa calefactora.
• Tapones con un orificio. • Tubos de goma.
• Jeringuilla. • Soporte.
La práctica está diseñada para ser realizada con un kitasa- to. En el caso de que no sea posible, se puede utilizar un matraz Erlenmeyer junto con tapones de dos orificios: uno para el termómetro y otro para la salida del gas.
Procedimiento Ley de Boyle-Mariotte
1. Monta el dispositivo de la figura dejando el émbolo de la jeringa a mitad del recorrido.
2. Halla la presión del gas a partir de la altura (h
c) del lí- quido del capilar respecto a la superficie del líquido mediante la expresión:
pGas
= p
atm+
hc(mm) 13,6 3. Si V
Capilares el volumen dentro del capilar, determina
el volumen de aire como:
V
=V
Erlenmyer+V
Jeringa−V
Agua−V
Capilar4. Copia y rellena la siguiente tabla:
Ley de Charles
1. Monta el dispositivo
de la figura dejando el interior del kitasato lleno de aire.
2. Enciende la placa ca- lefactora y toma pa- rejas de medidas de temperatura (T) y vo- lumen (V) durante 10 minutos o el tiem-
po necesario hasta que el émbolo llegue al máximo.
3. Copia y rellena la siguiente tabla:
Tarea
Crea un reportaje gráfico de la realización de la prác- tica mediante la toma de fotografías que muestren la se- cuencia de trabajo y, junto con los datos, verifica que se cumple cada una de las leyes estudiadas.
Representa los datos y obtén la expresión de la ley que justifica cada comportamiento en particular.
p (atm)
… … … …
V (mL)
… … … …
T (ºC)
… … … …
V (mL)
… … … …
53
UNIDAD 2Práctica de labor ator io
Leyes de los gases
Objetivo
Verificar la ley de Charles y la ley de Boyle-Mariotte de forma cuantitativa y adquirir destreza en el manejo del instrumental de laboratorio.
Material
• Matraz kitasato. • Tubo de vidrio.
• Erlenmeyer. • Placa calefactora.
• Tapones con un orificio. • Tubos de goma.
• Jeringuilla. • Soporte.
La práctica está diseñada para ser realizada con un kitasa- to. En el caso de que no sea posible, se puede utilizar un matraz Erlenmeyer junto con tapones de dos orificios: uno para el termómetro y otro para la salida del gas.
Procedimiento Ley de Boyle-Mariotte
1. Monta el dispositivo de la figura dejando el émbolo de la jeringa a mitad del recorrido.
2. Halla la presión del gas a partir de la altura (h
c) del lí- quido del capilar respecto a la superficie del líquido mediante la expresión:
p
Gas= p
atm+ h
c(mm) 13,6
3. Si V
Capilares el volumen dentro del capilar, determina el volumen de aire como:
V =V
Erlenmyer+V
Jeringa−V
Agua−V
Capilar4. Copia y rellena la siguiente tabla:
Ley de Charles 1. Monta el dispositivo
de la figura dejando el interior del kitasato lleno de aire.
2. Enciende la placa ca- lefactora y toma pa- rejas de medidas de temperatura (T) y vo- lumen (V) durante 10 minutos o el tiem-
po necesario hasta que el émbolo llegue al máximo.
3. Copia y rellena la siguiente tabla:
Tarea
Crea un reportaje gráfico de la realización de la prác- tica mediante la toma de fotografías que muestren la se- cuencia de trabajo y, junto con los datos, verifica que se cumple cada una de las leyes estudiadas.
Representa los datos y obtén la expresión de la ley que justifica cada comportamiento en particular.
p (atm) … … … …
V (mL) … … … …
T (ºC) … … … …
V (mL) … … … …
SECCIONES FINALES
5
57 UNIDAD 2
Tarea com petencial
Disoluciones azucaradas
Que las bebidas azucaradas son apetecibles en mu- chas ocasiones es un hecho innegable, pero ¿por qué cuanto más bebemos, más sed nos entra? La respues- ta en parte se debe a su gran cantidad de azúcar.
Toma nueve terrones de azúcar e imagínate comerlos todos seguidos. Esa es la cantidad disuelta de azúcar que contiene una lata de refresco de cola normal. De hecho, tiene tanta que en condiciones normales vo- mitaríamos ante tal ingesta, sin
embargo el ácido fosfórico que acompaña al refresco y que contribuye a la forma- ción de burbujas permi- te que el cuerpo tolere su consumo.
Objetivo
Determinar experimentalmente la cantidad de azúcar que poseen diferentes bebidas y analizar el problema de su ingesta según el ODS 3: salud y bienestar.
Producto fi nal
Elaborar un reportaje que muestre el cálculo de la cantidad de azúcar contenida en una lata de refres- co y acompañarlo de un pequeño estudio estadístico donde se analicen las respuestas de un determinado grupo de personas a una encuesta, que tendrá como finalidad analizar la percepción de la gente ante este consumo de azúcar. También se registrará la respues- ta de las personas ante la ingesta directa de una be- bida azucarada de igual concentración pero sin ácido fosfórico.
Pasos que debes seguir
Esta podría ser una propuesta de trabajo:
Determinar la cantidad de azúcar de una bebida azucarada
Toma el contenido de una lata de bebida azucarada y caliéntala a fuego medio-bajo hasta que todo el líquido se haya evaporado, puedes ver el proceso en:
bit.ly/YTB_Cola_azúcar
Posteriormente, rasca el sólido obtenido, determina su masa y, de ella, la concentración de la disolución inicial.
Este valor corresponde, en su inmensa mayoría, a la cantidad de azúcar contenida en la bebida.
Repite el experimento hasta un total de cuatro bebidas.
Preparar una bebida azucarada de igual concentración
Es el fenómeno opuesto al punto anterior. Toma 330 mL de agua y caliéntala sin hervir. Añade 35 g de azúcar y disuélvelo totalmente. Deja enfriar la disolución.
Realizar la encuesta
Se pretende conocer las ideas de la población sobre la cantidad de azúcar de las mencionadas bebidas y de sus impresiones cuando toman una disolución similar pero sin ácido fosfórico.
Elabora una encuesta con cinco preguntas sobre la cantidad de azúcar de las bebidas azucaradas (si son conscientes, si conocen sus repercusiones médicas, etc.) y varias preguntas sobre lo que les ha parecido la toma de la disolución preparada.
Realiza dicha encuesta a diez personas y anota sus impresiones.
Elaborar el informe final
Redacta una noticia y grábala como un documento sonoro o un videoreportaje explicando los tres pasos anteriores.
Incluye un análisis estadístico de los resultados y va- lora la concienciación de las personas sobre el eleva- do consumo de azúcar, enfermedades relacionadas y contraste entre países desarrollados y en desarrollo de acuerdo al ODS 3.
Totalmente actualizado a la
LOMLOE Física y Química. ESO.
ACTIVIDAD PISA
SECCIONES FINALES
Pone en juego los conocimientos, habilidades y destrezas del alumnado, así como su capacidad para trabajar en equipo, a través de diferentes situaciones de aprendizaje.
56UNIDAD 2
Pon en marcha tus habilidades PISA
¿Entiendes el prospecto?
Las disoluciones son un tipo de mezclas homogéneas que, por sus características, son muy habituales en nuestro entorno, sobre todo en los productos alimen- tarios o preparados farmacéuticos. Comprender una etiqueta es fundamental para entender qué se está to- mando y en qué cantidad.
La siguiente imagen muestra una porción de un pros- pecto médico de un conocido preparado antigripal y anticatarral que se ha conseguido del vademécum a través de la red.
PROSPECTO INISTON ANTITUSIVO Y DESCONGESTIVO COMPOSICIÓN Cada 5 mL contienen:
Hidrocloruro de triprolidina ... 1,25 mg Hidrocloruro de pseudoefedrina ... 30 mg Hidrobromuro de dextrometorfano ... 10 mg Sacarosa, etanol (5 % v/v), sorbital, benzoato sódico, hi- droxibenzoato de metilo, rojo cochinilla A (Ponceau 4R E124), aroma de zarzamora, mentol, vainillina y agua pu- rificada, c. s.
Siga exactamente las instrucciones de administración del medicamento contenidas en este prospecto o las indicadas por su médico o farmacéutico. En caso de duda, pregunte a su médico o farmacéutico.
La dosis recomendada es:
Adultos y niños mayores de 12 años: tomar 10 mL cada 8 horas, 3 veces al día.
Niños de entre 6 y 12 años: tomar 5 mL cada 8 horas, 3 veces al día.
Niños menores de 6 años: Está contraindicado el uso en niños menores de 6 años.
Mayores de 60 años: No tomar sin consultar al médico.
Pregunta 1
A partir del prospecto anterior, ¿cuál debe ser el esta- do de agregación del preparado?
Pregunta 2
¿Cuál es la cantidad de hidrocloruro de triprolidina, hidrocloruro de pseudoefedrina y de hidrobromuro de dextrometorfano que debería ingerir un adulto en 24 h?
Pregunta 3
El preparado indica que posee etanol. ¿En qué unida- des de concentración lo indica? ¿Qué cantidad de eta- nol se consume en 24 h de acuerdo con las indicaciones de consumo para un adulto?
Pregunta 4
¿Se puede asegurar que la densidad del medicamento es de 8,25 mg/mL a partir de la información suministra- da por el prospecto?
Pregunta 5
Todos los compuestos químicos, tanto naturales como sintéticos, poseen un límite de toxicidad en nuestro or- ganismo. En el caso del dextrometorfano, este límite se sitúa en 60 mg/día para adultos.
Si un paciente ha ingerido 9 cucharadas de 5 mL cada una de ellas, ¿está en riesgo de sufrir algún problema por sobredosis?
57 UNIDAD 2
Tarea com petencial
Disoluciones azucaradas Que las bebidas azucaradas son apetecibles en mu- chas ocasiones es un hecho innegable, pero ¿por qué cuanto más bebemos, más sed nos entra? La respues- ta en parte se debe a su gran cantidad de azúcar.
Toma nueve terrones de azúcar e imagínate comerlos todos seguidos. Esa es la cantidad disuelta de azúcar que contiene una lata de refresco de cola normal. De hecho, tiene tanta que en condiciones normales vo- mitaríamos ante tal ingesta, sin embargo el ácido fosfórico que acompaña al refresco y que contribuye a la forma- ción de burbujas permi- te que el cuerpo tolere su consumo.
Objetivo
Determinar experimentalmente la cantidad de azúcar que poseen diferentes bebidas y analizar el problema de su ingesta según el ODS 3: salud y bienestar.
Producto fi nal
Elaborar un reportaje que muestre el cálculo de la cantidad de azúcar contenida en una lata de refres- co y acompañarlo de un pequeño estudio estadístico donde se analicen las respuestas de un determinado grupo de personas a una encuesta, que tendrá como finalidad analizar la percepción de la gente ante este consumo de azúcar. También se registrará la respues- ta de las personas ante la ingesta directa de una be- bida azucarada de igual concentración pero sin ácido fosfórico.
Pasos que debes seguir Esta podría ser una propuesta de trabajo:
Determinar la cantidad de azúcar de una bebida azucarada
Toma el contenido de una lata de bebida azucarada y caliéntala a fuego medio-bajo hasta que todo el líquido se haya evaporado, puedes ver el proceso en:
bit.ly/YTB_Cola_azúcar Posteriormente, rasca el sólido obtenido, determina su masa y, de ella, la concentración de la disolución inicial.
Este valor corresponde, en su inmensa mayoría, a la cantidad de azúcar contenida en la bebida.
Repite el experimento hasta un total de cuatro bebidas.
Preparar una bebida azucarada de igual concentración
Es el fenómeno opuesto al punto anterior. Toma 330 mL de agua y caliéntala sin hervir. Añade 35 g de azúcar y disuélvelo totalmente. Deja enfriar la disolución.
Realizar la encuesta Se pretende conocer las ideas de la población sobre la cantidad de azúcar de las mencionadas bebidas y de sus impresiones cuando toman una disolución similar pero sin ácido fosfórico.
Elabora una encuesta con cinco preguntas sobre la cantidad de azúcar de las bebidas azucaradas (si son conscientes, si conocen sus repercusiones médicas, etc.) y varias preguntas sobre lo que les ha parecido la toma de la disolución preparada.
Realiza dicha encuesta a diez personas y anota sus impresiones.
Elaborar el informe final Redacta una noticia y grábala como un documento sonoro o un videoreportaje explicando los tres pasos anteriores.
Incluye un análisis estadístico de los resultados y va- lora la concienciación de las personas sobre el eleva- do consumo de azúcar, enfermedades relacionadas y contraste entre países desarrollados y en desarrollo de acuerdo al ODS 3.
Divididas en básicas, de consolidación y avanzadas. Incluye un enlace hacia un ejercicio de autoevaluación final.
54UNIDAD 2
Actividades finales
Actividades básicas 1. Proporciona una explicación para los siguientes fe-
nómenos indicando qué ley de los gases se debe aplicar:
a) Un globo aerostático enciende el quemador de su barquilla y comienza a ascender.
b) Una pelota hinchada por la tarde amanece par- cialmente deshinchada una fría mañana.
c) Al sacar una botella de plástico de la nevera, co- mienza a hacer ruidos.
2. ¿Por qué las paredes de una olla a presión son tan gruesas y llevan un cierre que se engancha? ¿Cuál es el papel del pitorro que llevan en la tapa?
3. ¿Qué le sucederá a un globo de feria lleno de helio que se escapa y asciende? Arguméntalo utilizando las leyes de los gases.
4. ¿Es posible que al sumergir en agua un globo lleno de aire o una botella vacía estos exploten? ¿Cuál es, pues, el riesgo de un submarino?
5. Sabiendo que la temperatura de fusión de la ace- tona es de 177,6 K y la de ebullición es de 329,4 K, realiza de manera aproximada la gráfica de enfria- miento desde los 100 °C hasta los −100 °C.
6. En la Fórmula 1 la influencia que tiene la temperatu- ra sobre las distintas partes del coche es especial- mente significativa en los neumáticos. Si estos no ruedan a la temperatura óptima, se verá afectado el nivel de agarre, lo que tendrá consecuencias en los tiempos por vuelta. Si el aire de uno de estos neumáticos ejerce una presión de 1,2 atm a una tem- peratura de 25 °C, ¿cuál será la presión que ejer- cerá ese aire si después de 20 vueltas al circuito la temperatura alcanza los 100 °C?
7. María tiene un cumpleaños por la tarde, así que aprovecha la agradable mañana con 25 °C para hin- char los globos hasta un volumen de 400 mL. ¿Qué pasa con el volumen de los globos si por la tarde cambia el tiempo y la temperatura desciende hasta los 10 °C? ¿Qué ley se cumple?
8. El litio es un metal tan reactivo que se vende en bol- sas llenas de argón a una presión de 1,2 atm cuando la temperatura es de 25 °C. Si la etiqueta indica que la presión máxima que es capaz de soportar la bolsa es de 2,5 atm, ¿cuál es la máxima temperatura a la que podemos exponer la bolsa?
9. Algunos vehículos están equipados con amortiguado- res llenos de 0,5 litros de gas cuando el coche está detenido y provocando una presión de 2,3 atm. Si el vehículo circula y al tomar un bache comprime el amortiguador hasta los 200 mL, ¿cuál es la presión que soporta? ¿En qué ley te has basado?
10. Identifica los estados puros, los cambios de estado y las temperaturas de fusión y ebullición de la sustan- cia que posee la siguiente grafica de calentamiento:
11. Tu docente os encarga que preparéis una diso- lución al 10 % de etanol en agua, para lo que la per- sona que trabaja contigo añade 10 mL de alcohol a 100 mL de agua. ¿Habéis actuado correcta- mente? Calcula la concentración de la disolución obtenida.
12. Determina la cantidad de sal que se puede recoger a partir de 2,5 L de agua de mar si la concentración es de 115 g/L. Identifica el soluto, el disolvente y la disolución.
13. La etiqueta de una botella indica «agua azucarada de concentración 2,4 g/mL». ¿Cuánta cantidad de líquido debemos tomar para poder obtener 16 g de azúcar? Identifica el soluto, el disolvente y la disolución.
14. Según su etiqueta, un abono contiene el 15 % de sul- fato de magnesio. Si debemos añadir 50 g de este compuesto para mejorar la floración, ¿qué cantidad de abono se ha de utilizar?
15. Una crema de manos indica en su composición 7 % en volumen de glicerina sobre base Beeler. Si nos han recetado disponer sobre las manos 0,5 mL de glicerina por día, ¿cuánta crema debemos distribuir sobre la piel?
90 70 50 30 10 T (°C)
t (s) 25 20 15 10 5
55 UNIDAD 2
Actividades de consolidación 16. Se almacena gas a 6 atm en un contenedor de 20 L
cuando la temperatura es de 20 °C:
a) ¿Cuánto vale la presión si la temperatura aumen- ta hasta los 60 °C?
b) ¿Cuánto vale la presión si se conecta el contene- dor inicial con otro recipiente de 10 L y se abre la espita?
17. Contesta a las siguientes preguntas para cada una de las gráficas, considerando todas las posibles interpretaciones:
a) ¿Es de calentamiento o enfriamiento?
b) ¿Qué cambios de estado se producen y cómo se denominan? ¿Entre qué estados suceden?
c) ¿En qué estado se encuentra en cada momento?
T
t T
t T
t T
t T
t T
t T
t T
t
Actividades avanzadas 18. Un globo de feria hinchado con 600 mL de helio a
nivel del mar se escapa y comienza a ascender. Si sabemos que el globo explota cuando su volumen es de 700 mL, ¿cuál es la presión mínima que so- porta y por qué es contaminante?
19. Dibuja la gráfica que representa los datos siguien- tes e identifica la ley a la que corresponde.
p (atm) 0,2 0,5 1,5 4 5 10
V (cm3) 15 6 2 0,75 0,6 0,3
a) ¿Cuánto valdría la presión si ocupa 3 cm3? b) ¿Cuál es el volumen si la presión es de 6 atm?
20. Tenemos una mezcla de agua y acetona. Sabiendo que para la segunda sustancia:
TFusión= 177,6 K TEbullición= 329,4 K representa la gráfica de calentamiento desde los 20 °C hasta los 100 °C, e indica la transformación que tiene lugar en cada caso y a qué sustancia implica.
21. En grupos de cuatro, debéis buscar diez ejem- plos de disoluciones que encontréis en la vida coti- diana. Para cada una de ellas hay que identificar el disolvente y los solutos, por lo que se debe aportar una copia de su etiqueta.
Luego, el grupo inventa cinco problemas sobre con- centración. Con cada uno de los datos extraídos de los diez ejemplos se escribe una ficha. Más tarde, se re- parten todas las fichas entre los diferentes grupos. La misión consiste en resolver los problemas asignados.
Atrévete a mirar
¿He aprendido realmente?
¿Qué he aprendido sobre los gases y sus propiedades?
¿Qué he aprendido sobre los cambios de estado de la materia?
¿Cómo puedo relacionar lo que he aprendido con lo que ya sabía sobre los gases y los cambios de estado?
¿Soy capaz de explicar el comportamiento de la materia en general y de los gases en particular?
¿Qué partes de esta unidad me han planteado más difi cultades? ¿Cómo he conseguido superarlas? ¿Cómo voy a resolver las dudas que aún me quedan?
¿Para qué me sirve conocer las formas de expresar la concentración de una disolución?
¿Cómo puedo usar en mi vida cotidiana lo aprendido sobre las leyes de los gases? ¿Y sobre los cambios de estado? ¿Y sobre la concentración?
¡Autoevalúate!
bit.ly/MGH_autoeval_3ESO_U2«Atrévete a mirar»
Al final del tema se replantean las preguntas del inicio de la unidad para que el alumnado analice las respuestas que dio antes de abordar el contenido.
Ejercicios prácticos
sacados de pruebas
reales.
Física y Química. BACHILLERATO.
NOVA.
4. Química industrial
Índice La química industrial El amoniaco El ácido sulfúrico
La siderurgia Los nuevos materiales
¿Conoces la expresión «esto tiene mucha química...»? Suele te- ner una connotación negativa, ¿verdad? Sin embargo, desde los combustibles más eficientes hasta las prótesis, pasando por me- dicamentos o nuevos material textiles, todos estos elementos son resultado del uso de la industria química. ¿No te parece algo positivo?
Entonces, ¿por qué esa mala fama? Una de las razones hay que buscarla en la cantidad de residuos que se generan y en la forma de gestionarlos, lo que transmite una imagen negativa de esta industria y de su actividad e induce al cuestionamiento de su uti- lidad.
Impulsada muchas veces por la sociedad, la química industrial busca soluciones a los problemas que genera: con el control de las emisiones gaseosas, a través de su filtrado o reciclado; pro- moviendo una adecuada gestión de los residuos sólidos; por me- dio del desarrollo de procesos más eficientes energéticamente, etc.
En la actualidad, la filosofía promovida por la conocida como quí- mica verde se presenta como una alternativa viable. Así mismo, todas las personas tenemos la obligación de practicar un consu- mo responsable de los productos de la industria química.
En esta misma línea de respeto al medio ambiente se encuentra la llamada regla de las cinco erres (5R): reutilizar, reducir, reparar, reciclar y regular.
Cuestiones
¿Conoces alguno de los postulados de la filosofía conocida como química verde?
Investiga cómo está respondiendo a las 5R la industria, los gobiernos y las instituciones internacionales.
De las 5R, ¿cuáles te afectan más directamente como consu- midor responsable?
¿Qué beneficios tendría sobre el medio ambiente la aplicación exhaustiva de la norma de las 5R?
«Investigar es ver lo que todo el mundo ha visto y pensar lo que nadie ha pensado», Albert Szent-Györgyi (1893-1986)
4. Química industrial El reto
A lo largo de la presente unidad vamos a conocer una de las ramas de la polifacética química:
la química industrial. Basta con dar una vuelta por casa para comprender su alcance. Si abres tu armario, la variedad de tejidos y de colores que observas en tu ropa es fruto de esta indus- tria. Los medicamentos del botiquín, el PVC de la ventana, el aislante y la pintura de las pa- redes, los colorantes alimenticios…
Ahora dirígete al lugar donde guardan en tu casa los productos de limpieza del hogar; es otra muestra de la enorme variedad de productos químicos que genera esta industria. Si examinas alguno de sus envases, verás que presentan pictogramas en su etiqueta, como los reactivos que usas en el laboratorio. Al igual que no se te ocurriría jugar con los productos del labora- torio, tampoco es buena idea jugar con los productos químicos de casa.
De entre todos estos productos de limpieza vamos a experimentar con la lejía. Su nombre científico es hipoclorito de sodio, ¿serías capaz de formularlo?
Debido a que la lejía es un producto irritante si no se maneja de forma adecuada, vamos a trabajar con la ayuda de un adulto y poniendo la máxima atención.
• Coge un trozo de tejido coloreado que no uses y añá- dele unas gotas de lejía. Es muy probable que ya co- nozcas el resultado.
• Sirve un par de dedos de refresco de naranja, limón, cola, etc., en diferentes vasos. Con cuidado, añade una pequeña cantidad de lejía en cada vaso. Agita las mezclas con precaución para no salpicarte. ¿Qué es lo que ocurre?
• Toma una gominola y sumérgela en lejía. ¿Se produce algún cambio?
Una vez realizados los experimentos, ni la bebida ni la gominola son aptas para el consumo.
Para eliminar el residuo líquido, deja correr el agua del grifo y vacía los vasos. La gominola puedes tirarla al cubo de basura.
Ahora responde a las siguientes cuestiones:
• ¿Qué tienen en común todas las sustancias del experimento para obtener resultados similares? ¿En qué se diferencian?
• ¿Está la química industrial detrás de estos productos?
• Observa la gran variedad de productos químicos de limpieza que tienes en casa, ¿no sería mejor organizarlos siguiendo las normas de seguridad, como se hace en el labora- torio?
Experimento: colorantes hasta en la sopa
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Atrévete a mirar¿Quieres aprender?
Responde a estas preguntas en tu porfolio «Mi aprendi zaje»
¿Qué significa industria química?
¿Tiene implicaciones en tu día a día la industria química?
¿Conoces ejemplos que justifiquen la importancia del amonia- co o del ácido sulfúrico?
Si no hubiera control sobre las emisiones de la industria quími- ca, ¿cuáles crees que serían las consecuencias?
¿Qué es más correcto, hablar de acero o de aceros?
¿Utilizas los llamados nuevos materiales en tu vida diaria?
¿Qué sabes de la química verde?
