Química II
Química II
CUADERNILLO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE.
Este cuadernillo forma parte de un ejercicio de actualización de la penúltima edición de junio, 2006
En la que colaboraron:
● Cecilia Huesca Rodriguez
● Suemi Pérez León
● Beatriz del Carmen Quiab Potenciano
● José Francisco Quiñónez López
● Paula Vázquez Hernández
Dirección General del Bachillerato
Dirección de Coordinación Académica
Dirección de Sistemas Abiertos
©Secretaría de Educación Pública. México, noviembre de 2009
Subsecretaría de Educación Media Superior Dirección General del Bachillerato Educación Media Superior a Distancia
7
18
26
35
Bloque I
Aplica la noción de mol en la cuantifi cación de procesos químicos
Bloque II
Actúa para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo
Bloque III
Comprende la utilidad de los sistemas dispersos
Bloque IV
P
RESENTACIÓN
Desde su inicio, la humanidad se ha sentido atraída por la naturaleza, y ante la gran diversidad de fenómenos que se observan, surge la nece-sidad de conocer los principios que la rigen, para utilizarlos en el desarrollo y progreso de su ámbito social y cultural.
La repercusión de los fenómenos natu-rales en nuestro ámbito social es evidente. Por ello, nuestra sociedad moderna es el resultado de una búsqueda constante de hechos y explicaciones científi cas que fundamenten y mejoren su exis-tencia. Las ciencias naturales son el área de cono-cimientos que proporcionan estos hechos y explica-ciones.
La Química, dentro del campo de las ciencias naturales, es una ciencia experimental que tiene como fi nalidad explicar los fenómenos naturales y sus repercusiones socioeconómicas y ecológicas a través del conocimiento y análisis de la estructura y propiedades de la materia y de la energía. La Química Moderna juega un papel muy importante para mejorar la calidad de vida de la sociedad, aunque sus repercusiones en algunos casos son negativas. Algunos de los benefi cios de los que nos provee la Química son: la fabricación de fi bras sintéticas para la industria del vestido, la elaboración de sustancias como los medicamentos y los fertilizantes, o bien, el uso de aleaciones especiales para la fabricación de maquinaria, entre otras.
Atendiendo al programa de estudios correspondiente y al enfoque centrado en el aprendizaje del estudiante, se ha elaborado el presente Cuadernillo de Actividades de Aprendizaje de Química II.
Para facilitar su manejo, el cuadernillo se apega a las cuatro secciones que tú ya conoces:
¿Qué voy a aprender?
Conocerás como están organizados los contenidos temáticos en cuanto a tópicos y subtópicos, así como los apren-dizajes que debes alcanzar al fi nalizar cada uno de los bloques. También te explicamos el qué y el para qué de los tópicos y actividades que se te proponen. Finalmente, encontrarás sugerencias de material de apoyo bibliográfi co, hemerográfi co y multimedia que te permitan ampliar tu conocimiento y reforzar tu aprendizaje.
¿Qué aprendo?
Asimismo, dentro de esta sección, y a partir de las actividades a realizar, deberás ir conformando tu portafolio de evidencias, que formará parte importante de tu evaluación. Cuando localices esta viñeta, signifi ca que deberás ingresar ese producto de aprendizaje a tu portafolio de evidencias. De igual forma, habrán otras relacionadas con la coevaluación, es decir, a través de ellas evaluarás el desempeño de algún compañero y éste a su vez te evaluará.
¿Qué he aprendido?
Una de las características del modelo EMSAD consiste en presentarte actividades que permitirán autoevaluarte, tales como cuestionarios y ejercicios que tendrás que resolver sin la ayuda de nadie; lo cual te permitirá saber qué aspectos debes repasar o reforzar y cuáles ya dominas o se te facilitan. Después podrás verifi car, al fi nal del cuadernillo, las respuestas correctas de cada ejercicio.
Quiero saber más.
Al fi nal de cada unidad se encuentra la sección Quiero saber más, que te permitirá conocer los tópicos con mayor profundidad, a través de diversos materiales didácticos actualizados y de calidad, los cuales son muy importantes para los estudiantes de EMSAD. Es por ello que en esta sección encontrarás varias sugerencias de estos materiales, que te permitirán descubrir e investigar otros aspectos a aprender, que de algún modo complementarán lo ya aprendido. No se ha tomado como base algún texto en especial. Puedes utilizar cualquiera que tengas a tu alcance. En cada bloque de Aprendizaje se sugieren textos, que consideramos te pueden ayudar en tu aprendizaje.
»
UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA:
A
PLICA
LA
NOCIÓN
DE
MOL
EN
LA
CUANTIFICACIÓN
DE
PROCESOS
QUÍMICOS
En el curso de Química I aprendiste las condiciones y los procedimientos para completar y balancear ciertos tipos de ecuaciones químicas. En el primer Bloque de Aprendizaje del curso de Química II retomarás esos aprendizajes y, a partir de la información que proporcionan las ecuaciones químicas balanceadas, te ejercitarás en el cálculo de las cantidades de sustancias que se producen o que son necesarias para que se efectúen las reacciones químicas con los resultados deseados.
FUENTES DE CONSULTA
Bibliografía
Te sugerimos la consulta de los siguientes textos, en los que podrás encontrar informa¬ción que complementará las actividades de aprendizaje de esta Unidad y te brindará la oportunidad de profundizar en los temas de tu agrado.
● Dickson, T. R. Química, enfoque ecológico, 1 5ª reimpresión, México, Limusa, 2000.
B
LOQUE
I.
»
Unidades de Competencia:
Utiliza la noción del mol para realizar los cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales, y argumenta la importancia de tales cálculos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.
¿Qué voy a aprender?
● Mora González, Víctor Manuel. Química 2, Bachillerato. México, ST Editorial, 2006. ● Ramírez Regalado, Víctor. Química II. México, Publicaciones Cultural, 2005.
● Enciclopedia Encarta, versión 2009.
¿Qué aprendo?
Al inicio de la actividad, el docente deberá presentar el contenido general de la asignatura con la fi nalidad de conocer el alcance que se va tener, la forma de evaluación de la misma, una breve explicación de en qué consiste el conocimiento por competencias y cuáles son los lineamientos de evaluación, así como la entrega de actividades de aprendizaje y la forma de evaluar éstas.
A manera de introducción, deberán realizar una investigación de las ideas principales del concepto de “mol”, “masa molar”, “masa fórmula” y “volumen molar”. Puedes utilizar la bibliografía sugerida en este bloque, así como alguna otra con la que cuentes en tu Centro Educativo.
Elabora una síntesis de la información encontrada; misma que compartirás con el resto del grupo, con la fi nalidad de complementarla y reforzar el conocimiento.
La Estequiometría, rama de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en las reacciones químicas, es una herramienta indispensable en la industria química y será el tema principal que oriente la organización de esta unidad. Veremos cómo sus aplicaciones nos ayudan a conocer y analizar problemas tan diversos como: los niveles de concentración de ozono en la atmósfera, la can-tidad de plomo presente en la sangre o la evaluación de procesos para tratar aguas residuales.
Dada, pues, la importancia de la Estequiometría, comenzaremos por estudiar la no¬ción de mol, unidad del S.I para medir la cantidad de sustancia. Partiendo de este conocimiento, estaremos listos para revisar los cálculos estequiométricos que pueden realizarse a partir de una ecuación química balanceada: masa-masa, mol-mol, vo¬lumen-volumen y sus combinaciones. También estudiaremos la noción de reactivo limitante, cómo se determina y cuál es su importancia económica y social.
Como temas relevantes, aprenderás a calcular la composición porcentual de los com¬puestos y a deter-minar tanto la fórmula mínima como la fórmula molecular de una sustancia.
Para el desarrollo del tópico, el grupo, en conjunto con el mediador, deberá generar los conceptos propios del grupo del concepto de Mol, masa molar, masa fórmula y volumen molar. Elaboren una síntesis para una mayor comprensión y una serie de ejemplos sencillos que refl ejen el contenido del tópico.
Para obtener mayor efectividad es necesario que se verifi que de manera constante la comprensión de cada uno de los tópicos revisados, a través de preguntas sencillas. (Retroalimentación)
Elaboren la representación de compuestos o sustancias. Ayudándose de diferentes materiales (pelotas de unicel, círculos de papel de colores, papel ilustración, etc.) y con ellos hagan representaciones de moles de diferentes sustan-cias, con la fi nalidad de adquirir una mejor comprensión del tópico. A continuación se presenta un ejemplo de cómo elaborar este ejercicio con los materiales.
Estas representaciones nos permiten reforzar el conocimiento a través del trabajo representativo del mismo.
Dividan al grupo en tres equipos y apóyense en la literatura que tienen en su Centro de Estudios. Investiguen las leyes ponderales:
● Ley de la conservación de la masa ● Ley de las proporciones defi nidas ● Ley de las proporciones múltiples ● Ley de las proporciones recíprocas
Preparen una exposición con la información que obtengan, para presentarla al resto del grupo. Es necesario que dicha exposición sea apoyada con material didáctico para su mejor comprensión.
Elijan a un compañero del grupo como coordinador de la actividad. Éste deberá verifi car que se respeten los tiempos asignados a cada una de las exposiciones. Deberá asignar, al fi nalizar cada presentación, un tiempo para aclarar dudas.
Resuelvan el siguiente cuestionario, utilizando la información que hasta el momento han investigado:
¿Qué información (invisible) contiene una ecuación química balanceada? ¿Qué unidades se manejan para explicar una ecuación química?
¿Es lo mismo decir masa atómica que peso atómico? ¿A cuántos átomos equivale un mol?
¿Qué te da a conocer la masa molar de un elemento? ¿Cuánto pesa una molécula?
¿Qué dice la Ley de Avogadro?
¿Qué te permite determinar qué masa de reactivos se necesita para producir una cantidad precisa de un producto específi co?
¿Cómo se explica la relación masa-masa? ¿Para qué te sirven las conversiones masa-mol? ¿Qué entiendes por relación mol-mol?
Explica la relación masa-mol
Explica brevemente, ¿cómo se calcula la relación volumen-volumen? Explica con un ejemplo ¿qué es la relación masa a volumen?
¿Qué es la relación mol a volumen?
¿Qué se debe entender por composición porcentual? ¿Qué es la fórmula mínima?, ¿cómo se determina? ¿Qué es la fórmula molecular?, ¿cómo se determina? ¿Qué son las Leyes Ponderales?
¿Cuál es la utilidad práctica de la Ley de la Conservación de la Masa?
¿Cómo te imaginas la evolución de la química sin la aplicación de las Leyes Ponderales?
Revisen y contrasten sus respuestas con otras parejas de trabajo; complementen su información.
En plenaria, analicen la implicación ecológica y económica de la Estequiometria en las industrias. Es importante que anoten en el pizarrón las ideas y datos más relevantes.
Con la información recabada, elaboren en equipo un tríptico informativo. Pueden complementar la información con diversas fuentes, como periódicos, revistas especializadas, reportajes televisivos, etc.
Este tríptico debe estar enfocado a concientizar, a la población de su comunidad sobre la implicación que tiene la química en las actividades económicas.
Es necesario que incluyas imágenes que fortalezcan la información presentada, el título es otro elemento que te permitirá generar interés en el documento elaborado.
Recuerda que es muy importante que tomes nota de las fuentes de información consultadas para la elaboración del tríptico.
Presenten su tríptico al resto de la clase, de manera breve y amena, destacando en todo momento la relación con la química y cómo ésta genera y ha generado grandes cambios en éstos rubros.
impor-El asesor explicará el procedimiento para elaborar cálculos estequimétricos en los que se involucran las relaciones masa-masa, mol-mol, y volumen. Es importante que para una mayor comprensión tomen nota de dicha explicación, para elaborar posteriores actividades de aprendizaje.
Recuerden lo importante que es la solución de dudas, por lo que deben asignar un tiempo para su resolución.
Reúnanse en equipos de trabajo y elaboren una descripción del proceso que se sigue para la elaboración de cálculos estequimétricos. Si es necesario utilicen dibujos que les permitan fortalecer el contenido de la información. Recuerden que la redacción debe ser sencilla y clara. Verifi quen con su asesor si la información que están manejando es correcta.
Con la información construida, y ayudados de diversos materiales (hojas de papel bond, colores, marcadores de colores, etc.…), elaboren una lámina donde presenten este proceso a través de un diagrama de fl ujo.
Una vez que se tenga claro el proceso de resolución, deberán resolver ejercicios referentes al tema, por lo que el asesor les entregará un listado de ejercicios del tópico revisado, mismo que deberán resolver en parejas, y posterior a su conclusión, verifi quen sus respuestas con otra pareja.
Anoten las dudas; mismas que deberán solucionar en el tiempo destinado a esta actividad.
Resuelvan los ejercicios en el salón de clase con la fi nalidad de corroborar si la solución que le dieron es la correcta. Retroalimenten la actividad e identifi quen de manera personal el grado de comprensión del tópico. Si tu nivel es bajo, solicita el apoyo del asesor para que juntos generen alternativas que te permitan incrementar tu nivel.
Para fortalecer lo aprendido en este bloque te presentamos las siguientes actividades:
1.
¿Cómo se explica la relación masa-masa?Diagrama de fl ujo
Diagrama de fl ujo: diagrama secuencial empleado en muchos campos para mostrar los procedimientos detallados que se deben seguir al realizar una tarea, como un proceso de fabricación. También se utilizan en la resolución de problemas, como por ejemplo: en algoritmos. Los diagramas de fl ujo se usan normalmente para seguir la secuencia lógica de las acciones en el diseño de programas de computadoras.
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2.
¿Para qué te sirven las conversiones masa-mol?3.
¿Qué entiendes por relación mol-mol?4.
Explica la relación masa–mol.5.
Explica brevemente, ¿cómo se calcula la relación volumen-volumen?6.
Explica con un ejemplo, ¿qué es la relación masa a volumen?7.
¿Qué es la relación mol a volumen?8.
¿Qué se debe entender por composición porcentual?9.
¿Qué es la fórmula mínima?, ¿cómo se determina?11.
¿Qué son las leyes Ponderales?12.
¿Cuál es la utilidad práctica de la ley de la conservación de la masa?13.
¿Cómo te imaginas la evolución de la química sin la aplicación de las Leyes Ponderales?14.
¿Cómo se defi ne la contaminación atmosférica?15.
¿Qué es un contaminante primario?, ¿cuáles son, principalmente?16.
¿Cómo se forma un contaminante secundario?, ¿cuáles son los más peligrosos?, ¿en qué consiste el fenó-meno de la inversión térmica?17.
¿Cómo se forma el smog?18.
¿Cómo se forma la lluvia ácida?, ¿qué consecuencias produce en el ecosistema?20.
¿Cuáles sustancias son responsables de la contaminación urbana del agua?21.
¿Cuáles desechos industriales contaminan más gravemente al agua?Busca información en los libros de Química y elabora en tu cuaderno un glosario donde se incluyan los siguientes conceptos:
● Coefi ciente ● Ecuación química
● Ley de la Conservación de la Masa ● Masa molar
● Masa fórmula ● Volumen molar ● Mol
● Número de Avogadro ● Reacción química
● Sistema Internacional de Unidades
Partiendo de tu investigación bibliográfi ca, contesta en tu cuaderno de notas las preguntas. Comparte tus respues-tas con tu asesor y compañeros tratando de llegar a conclusiones claras.
¿Es necesario balancear una ecuación química? ¿Por qué?
¿Cuál es el propósito de utilizar una reacción química?
¿Cómo compruebas la Ley de la Conservación de la Masa en una ecuación química?
¿Cómo se hace una interpretación estequiométrica?
¿Cuál es el propósito de utilizar una reacción química?
¿Cómo se representa una ecuación química?
¿Cómo compruebas la Ley de la Conservación de la Masa en una ecuación química?
¿Cómo se hace una interpretación estequiométrica?
nterpretación estequiométrica de la reacción entre cloro gaseoso y yoduro de sodio
Cl2 + 2 NaI
2 NaCl + I2
Siguiendo el ejemplo anterior, completa el cuadro que te presentamos.
Interpretación Estequiométrica para la reacción de formación del óxido de aluminio
Nº de Moléculas 1 molécula de cloro molecular +
2 moléculas de yoduro de ssodio =
2 moléculas de cloruro de sodio +
1 molécula de yodo molecular
Nº de Moles 1 mol de cloro
molecular +
2 mol de yoduro de sodio =
2 mol de cloruro de sodio + 1 molécula de yodo molecular
Nº de átomos o moléculas 1 X 6.023 X 1023
moléculas de cloro molecular +
2X 6.023 X 1023
moléculas de yoduro de sodio =
2 X 6.023 X 1023
moléculas de cloruro de sodio +
1 X 6.023 X 1023
moléculas de yodo molecular
Volúmenes 1 volúmenes de cloro
molecular +
2 volúmenes de yoduro de sodio =
2 volúmenes de cloruro de sodio + 1 volumen de yodo molecular
Masa (g) 2 X 35 g + 2 X 23 + 2 X 127 g=
300 g de yoduro de sodio =
2 X 23g + 2 X 35g+ 2 X127 g
70 g de cloro molecular +
116 g de cloruro de sodio + 254 g de yodo molecular Comprobación de lla ley de
la conservación de la masa
370 g Reactivos = 370 de productos
Nº de MMolécula 4 mmoléculas dde aluminio +
= 2 mmoléculas óóxido dde aluminio
Nº de Mol + 3 Mol oxígeno = 2 mol de óxido de aluminio Nº Avogadro 4 X 6.02 3 X 1023
moléculas de aluminio
= 2 X 6.02 3 X 1023
moléculas de óxido de aluminio
Volúmenes 4 volúmenes de aluminio + 3 Volúmenes de oxigeno=
Gramos (g) 4 X 27 g + == 2 X 102 g Ley conservación
de la masa
Imagina que tú, junto con todos los compañeros del grupo, han recibido el encargo de recolectar 1 mol de canicas y cada uno puede agregar al montón una canica por segundo. ¿Cuánto tiempo les llevaría concluir la tarea? Comparte tus resultados con tu asesor y compañeros. Elaboren conclusiones.
Para completar tu aprendizaje busca información sobre las relaciones estequiométricas masa–masa, mol–mol, masa– mol, volumen–volumen, masa–volumen, moL–volumen. Concentra la información en el siguiente cuadro:
Investiga en revistas especializadas o en programas educativos.
Cada día escuchamos noticias alarmantes de los efectos que están causando el uso de tecnología que genera con-taminantes, debido a esto sería importante que identifi caras alguna tecnología alternativa que no genere contami-nantes, o bien, que está en fase experimental. Documéntala y preséntala a tus compañeros, enfatizando en los
PROCEDIMIENTO DE C ÁLCULO RELACIÓN ESTIQUIOMÉTRICA
Masa-masa
Mol-mol
Masa-mol
Volumen-volumen
Masa-volumen
Los seres humanos, no tomamos conciencia de que nuestra super-vivencia dependen de las condiciones del medio ambiente, debido a esto, las tecnologías que se han inventado deben servir para la exis-tencia humana y el disfrute de la vida, sin embargo, han producido también impactos destructivos en el ambiente, incluso, en los lugares más remotos se han detectado gases contaminantes a 160 km sobre la superfi cie terrestre.
La tecnología humana puede ser la causa de graves impactos económicos en extensas áreas del planeta, inclusive en zonas que están a cientos o miles de kilómetros de los emisores de la contaminación. La razón de esto es que la atmósfera es un portador muy efi caz de gases y partículas. Los gases poco solubles como el CO2 y diversos compuestos sintéticos como los halo carbonos se dispersan por todo el mundo y se convierten en parte duraderos o permanentes de la atmósfera. Los gases más solubles como el SO2 y los NOx pueden afectar grandes porciones de los continentes y causar graves daños a los ecosistemas, el turismo, la agricultura y la silvicultura, así como a construcciones y materiales.
J. Glynn Henry y otros. Ingeniería Ambiental. Segunda edición, EUA, Prentice Hall,1996.
B
LOQUE
II.
A
CTÚA
PARA
DISMINUIR
LA
CONTAMINACIÓN
DEL
AIRE
,
DEL
AGUA
Y
DEL
SUELO
UNIDADES DE COMPETENCIA:
El agua, es uno de los elementos básicos para la supervivencia de los organismos, sin embargo, empieza a convertirse en un recurso cada vez más escaso por diversas causas. Entre ellas la contaminación.
La contaminación del agua se intensifi có después de la Segunda Guerra Mundial, cuando se produjeron aumentos de la densidad urbana y la industrialización. Está comprobado que la contaminación de nuestros recursos hidráulicos puede ser consecuencia directa de la producción de aguas negras o de descargas industriales.
¿Sabes cuáles son los principales contaminantes atmosféricos?
Principales contaminantes atmosféricos
Las fuentes de los principales contaminantes atmosféricos incluyen las actividades individuales, como conducir o manejar un coche, y las actividades industriales, como la fabricación de productos o la generación de electricidad.
Monóxido de carbono (CO) Gases de escape de vehículos de motor; algunos procesos industriales.
Máximo permitido: 10 mg/m3 (9 ppm) en 8 hr; 40 mg/m3 en 1 hr (35 ppm).
Dióxido de azufre (SO2) Instalaciones generadoras de calor y electricidad que utilizan petróleo o carbón con contenido sulfuroso; plantas de ácido sulfúrico.
Máximo permitido: 80 μg/m3 (0,03 ppm) en un año; 365 μg/m3 en 24 hr (0,14 ppm).
Partículas en suspensión Gases de escape de vehículos de motor; procesos industriales; incineración de residuos; generación de calor y electricidad; reacción de gases contaminantes en la atmósfera.
Máximo permitido: 75 μg/m3 en un año; 260 μg/m3 en 24 hr; compuesto de carbón, nitratos, sulfatos y numerosos metales, como el plomo, el cobre, el hierro y el cinc.
Plomo (Pb) Gases de escape de vehículos de motor, fundiciones de plomo; fábricas de baterías.
Máximo permitido: 1,5 μg/m3 en 3 meses; la mayor parte del plomo contenido en partículas en suspensión.
Óxidos de nitrógeno (NO, NO2)
Gases de escape de vehículos de motor; generación de calor y electricidad; ácido nítrico; explosivos; fábricas de fertilizantes.
Máximo permitido: 100 μg/m3 (0,05 ppm) en un año para el NO2; reacciona con hidrocarburos y luz solar para formar oxidantes fotoquímicos.
Oxidantes fotoquímicos (fundamentalmente ozono [O3]; también nitrato peroxiacetílico [PAN] y aldehídos)
Se forman en la atmósfera como reacción a los óxidos de nitrógenos, hidrocarburos y luz solar.
Máximo permitido: 235 μg/m3 (0,12 ppm) en 1 hr.
Hidrocarburos no metánicos (incluye etano, etileno, propano, butanos, pentanos, acetileno)
Gases de escape de vehículos de motor; evaporación de disolventes; procesos industriales; eliminación de residuos sólidos; combustión de combustibles.
Reacciona con los óxidos de nitrógeno y la luz solar para formar oxidantes fotoquímicos.
Reúnanse y revisen la información que del cuadro anterior, identifi ca cuáles de estos contaminantes, están afectando a tu comunidad.
Generen una alternativa de solución para combatir la contaminación atmosférica que afecta a su comunidad.
Construyan un proyecto que les permita bajar los niveles de contaminación atmosférica de su comunidad. Debe contener:
● Carátula ● Índice ● Introducción
● Problemática identifi cada, (puede fortalecer con imágenes), debe contener los elementos químicos que están interviniendo y de qué manera contaminan cada uno de ellos.
● Alternativa de solución, argumentando qué sustancias químicas se reducirían o eliminarían del ambiente, y cuál sería su efecto benéfi co.
● Conclusiones
● Fuentes de Información
Es necesario que establezcan fechas de entrega de este trabajo, ya que deben, por lo menos una vez, solicitar a su asesor que verifi que su correcta elaboración. Deben aprovechar para solucionar dudas. En esta actividad de apre-ndizaje es muy importante la retroalimentación que tengan con su asesor, ya que esto les permitirá generar un producto enfocado a cumplir con los objetivos de la asignatura.
Coordinen la actividad con su asesor y presenten por equipo su actividad de aprendizaje, destinando un tiempo para la retroalimentación de la actividad.
A manera de conclusión, y en plenaria, identifi quen de qué forma el conocimiento obtenido en este bloque les permite la comprensión del medio ambiente a través de la Química.
Lean el siguiente artículo y en plenaria discutan la importancia del uso de tecnologías alternas.
Una vez fi nalizada dicha actividad, de manera individual, elaboren una fi cha de trabajo con las ideas principales de la lectura, y otra fi cha con las ideas más destacadas discutidas en la plenaria.
Celdas Solares (Textos científi cos)
¿Qué son las celdas solares?
Las células o celdas solares son dispositivos que convierten la energía solar en electricidad, ya sea directamente, vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente, mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química.
Los orígenes de celdas solares
Aunque las celdas solares efi cientes han estado disponibles recién, desde mediados de los años 50, la investigación científi ca del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científi co francés, Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas.
El efecto fue observado primero en un material sólido (el metal selenio), en el año de 1877. Este material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científi cos, fue provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares efi cientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y ésta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958.
Las celdas solares de silicio, disponibles comercialmente en la actualidad, tienen una efi ciencia de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una fracción del precio de hace treinta años. En la actualidad existen una gran variedad de métodos para la producción práctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales (seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc).
¿Cómo se hacen las celdas solares?
Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o láminas delgadas.
Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C. Éste es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta.
Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo, son apreciablemente más baratas de producir, pero no tan efi ciente como las celdas monocristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina, resultado del proceso de moldeo.
En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado.
El silicio amorfo, una de las tecnologías de lámina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologías de lámina delgada. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico. Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa y la gran conveniencia para aplicaciones grandes.
Un átomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes. Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga 3 ó 5 electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del doping. En el doping tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo con 5 electrones de valencia, generalmente fósforo.
Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas fi nas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.
¿Cómo funcionan las celdas solares?
Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares están formadas
por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas (“agujeros”) de las cargas negativas (electrones) dentro del disposi-tivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno. Por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corri-ente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del
Luz Solar
Silicio tipo n Unión
Silicio tipo p
Flujo de electrones
La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico esta determinado por:
● El tipo y el área del material. ● La intensidad de la luz del sol. ● La longitud de onda de la luz del sol.
Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene sufi ciente energía como para separar las cargas positivas y negativas en el material.
Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una efi ciencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una efi ciencia cerca del 10%, debido a pérdidas de energía internas más altas que las del silicio monocristalino.
Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad, la energía de salida también será disminuida a la mitad).
Una característica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para comparar diversas celdas se las clasifi ca por densidad de corriente, o amperios por centímetro cuadrado del área de la célula.
La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante efi cacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la nece-sidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperatura de la célula.
Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.
Celdas Solares (Web en línea), www.textoscientifi cos.com [Consultado el Lunes 04, de julio de 2005].
Resuelvan el siguiente cuestionario, con la fi nalidad de reafi rmar el conocimiento recién adquirido.
¿Cuál es el concepto de contaminación del aire?
¿Qué es un contaminante primario?, ¿cuáles sustancias se consideran como tales?
¿Qué es un contaminante secundario?, ¿cómo se produce?
¿Cuáles son los principales y qué efectos tienen sobre los seres vivos y el ecosistema?
¿Cómo puede disminuirse la generación de contaminantes?
¿Cuál es el papel de la atmósfera?
¿Cuál es la composición del aire?
¿Cómo está constituida la atmósfera?, ¿en qué estratos se divide?
¿Qué es la inversión térmica?, ¿cómo se produce?
¿Qué efectos tiene sobre los animales y las plantas?
¿Qué es el smog?
B
LOQUE
III.
¿Qué voy a aprender?
C
OMPRENDE
LA
UTILIDAD
DE
LOS
SISTEMAS
DISPERSOS
UNIDADES DE COMPETENCIA:
»
FIdentifi ca las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones), calcula la concentración de las disoluciones y comprende la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas biológicos y en su entorno.Las mezclas se encuentran presentes en casi todo lo que nos rodea y son muy impor¬tantes para la constitución y funcionamiento de los seres vivos y de la naturaleza en su conjunto. En este bloque de aprendizaje se estudian las propiedades y aplicaciones de los tres grandes tipos de sistemas dispersos: disoluciones, coloides y suspensiones. La serie de preguntas que colocamos a continuación te orientará en el estudio de los temas. Te invitamos a leer con atención.
F
UENTES
DE
INFORMACIÓN
Te recomendamos la lectura de los siguientes textos. En ellas podrás encontrar infor¬mación que complementará las actividades de aprendizaje de este Bloque de Aprendizaje y te brinda¬rán la oportunidad de profundizar en los temas de tu agrado.
● Dickson, T. R. Química, enfoque ecológico. 1 5ª reimpresión, México, Limusa, 2000
● Mora González, Víctor Manuel. Química 2 Bachillerato. México, ST Editorial,2006.
● Ocampo, Glafi ra y otros. Fundamentos de Química 1. 5ta reimpresión. México, Publicaciones Cultural, 2002.
● Ramírez Regalado, Victor. Química II. México, Publicaciones Cultural, 2005.
Revisa detenidamente el mapa que se muestra a continuación que describe los contenidos que veremos en la presente Unidad. Conforme avances en el desarrollo de las actividades vuelve a esta página y refl exiona sobre lo que has apre-ndido.
SISTEMAS DISPERSOS
MEZCLAS
HETEROGENEAS
COLOIDES SUSPENSIONES
VISIBLES A SIMPLE VISTA
AFECTADAS POR LA GRAVEDAD PARTICULAS GRANDES
DE MAS DE 1000 nm EMULSIONES AEROSOLES GELES SOLES CONCENTRACIÓN LA RELACIÓN CANTIDAD DE SOLUTO TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS TEMPERATURA NATURALEZA QUIMICA EXOTÉRMICO ENDOTÉRMICO DISOCIA O IONIZA
SOLUTO EN DISOLVENTES
SOLUBILIDAD
UN SOLUTO
DILUYE O DISPERSA
UNIDADES QUÍMICAS UNIDADES FISICAS CANTIDAD DE DISOLVENTE HOMOGENEAS
Investiguen en la bibliografía de su Centro de Estudios los siguientes conceptos.
a.Elemento b.Compuesto
c.Mezclas homogéneas d.Mezclas heterogéneas
Para tener una mayor comprensión del tópico, lo importante es relacionar el concepto con un ejemplo claro y sencillo.
Con la información obtenida en los puntos anteriores, reúnanse y en equipos de trabajo, elaboren un cartel con cada uno de los conceptos, utilizando imágenes o ilustraciones, para que con ello se genere un conocimiento signifi cativo.
Para reforzar el conocimiento elaboren un periódico mural dentro de su Centro de Trabajo, organícense de manera tal que todos participen en su elaboración.
Con la fi nalidad de consolidar el conocimiento, el asesor solicitará el material que considere necesario para que en el salón de clase o en el laboratorio, si es que se cuenta con él, realicen mezclas homogéneas y heterogéneas con dife-rentes compuestos. Esta práctica podrá hacerse de en equipos de trabajo.
Necesitamos que dicha práctica sea documentada paso a paso. A demás deben incluir ilustraciones para que la infor-mación sea completa y con esto logren desarrollar el conocimiento del tópico.
El asesor deberá explicará los diferentes métodos de separación de compuestos en las mezclas (fi ltración, destilación, etc.) y en qué casos se utilizan y cuáles son los benefi cios de cada uno de ellos.
Elemento Compuesto Mezcla homogénea Mezcla Heterogénea
HidrogenoS al (cloro y sodio) A lcohol (agua y etanol) A gua dulce (H2O y sacarosa)
Ejemplo:
Destilación
Desalinización del agua
La desalinización es un proceso que utiliza el principio de destilación para extraer la sal del agua de mar. El agua se calienta y se bombea a un tanque de baja presión, donde se evapora parcialmente. A continuación, se condensa el vapor formado por esta “evaporación súbita” y se extrae como agua pura. El proceso se repite varias veces (aquí se muestran sólo tres etapas). El líquido restante, llamado salmuera, contiene una gran cantidad de sal, y a menudo se extrae y se procesa para obtener minerales.
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Reúnanse y elijan un producto de la industria alimenticia, o de elaboración artesanal, en el que, en su proceso de elaboración, incluya alguno de los métodos de separación de mezclas.
Recolecten toda la información que les sea posible dentro del proceso, así como la fi nalidad del mismo, e identifi quen los benefi cios que se obtienen.
Busquen dentro de su comunidad alguna empresa o taller donde se lleve a cabo alguno de los procesos de separación de mezclas. Pidan permiso para visitarla, y documenten dicha actividad. Se les recomienda que lleven un cuestionario que les permita recabar información precisa. Enriquezcan su práctica con fotografías o dibujos que muestren detalles importantes.
Expongan de manera breve la información del tríptico y obsequien algunos ejemplares al grupo. Destinen algunos minutos para retroalimentar la actividad, con la fi nalidad de identifi car la importancia que tiene este tipo de proceso dentro de la industria alimenticia.
El PH
El pH de una disolución es la medida de la concentración de iones hidrógeno. Una pequeña variación en el pH signifi ca un importante cambio en la concentración de los iones hidrógeno. Por ejemplo, la concentración de iones hidrógeno en los jugos gástricos (pH = 1) es casi un millón de veces mayor que la del agua pura (pH = 7)
Ácido clorhídrico
0.0
Jugos gástricos
1.0
Jugo de limón
2.3
Vinagre
2.9
Vino
3.5
Jugo de tomate4
.1
Café5
.0
Lluvia ácida
5.6
Orina6
.0
Agua de lluvia6
.5
Leche
6.6
Agua destilada
7.0
Sangra7
.4
Levadura8
.4
Disolución de bórax
9.2
Pasta de dientes
9.9
Leche de magnesia
10.5
Agua de cal1
1.0
Amoníaco doméstico
11.9
Hidróxido de sodio (NaOH)
14.0
Ácido
Sustancias
pH
Neutro
Básico
Escala de PH: soluciones comunes .
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Coordinen entre los integrantes del grupo la siguiente actividad de aprendizaje:
Elaboren un periódico mural con el tema del PH. Pueden elegir información de diferentes industrias en las cuales se aplica este principio como característico de sus productos. Ejemplo:
Ácidos y bases corrientes
Ácidos
Ácido acético HC2H3O2 Vinagre
Ácido acetilsalicílico HC9H7O4 Aspirina
Ácido ascórbico H2C6H6O6 Vitamina C
Ácido cítrico H3C6H5O7 Jugo de limón y de otros cítricos
Ácido clorhídrico HCI Jugos gástricos
(líquidos digestivos del estómago) Ácido sulfúrico H2SO4 Pilas
Bases
Amoníaco NH3 Limpiadores domésticos
(solución acuosa) Hidróxido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada
(utilizada en construcción) Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 Lechada de magnesio
(antiácido y laxante) Hidróxido de potasio (también
llamado potasa cáustica)
KOH Jabón suave
Hidróxido de sodio NaOH Limpiadores de tuberías y hornos
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El objetivo de este periódico es que las personas se informen del tópico de forma interesante y amena. La comunicación en el trabajo de equipo les permitirá cumplir de manera más sencilla su objetivo.
Realiza la siguiente actividad experimental:
Material
Sustancias: Cloruro de sodio Azúcar (sacarosa) Hidróxido de sodio Aceite de cocina
Equipo
5 tubos de ensayo 2 embudos 1 mechero 1 soporte 1 rejilla 1 anillo
Embudo de separación
a)
CristalizaciónEn una solución sobresaturada de cloruro de sodio y azúcar, calentar durante varios minutos (sin que hierva a baño maría); introducir un hilo de algodón suspendido y detenido por un extremo; dejarlo en reposo hasta la formación de cristales (azúcar candy); al fi nal de la práctica extrae el hilo con los cristales que se han adherido.
Anota tus observaciones
b)
FiltraciónCon la ayuda de un popote o tubo de vidrio, sopla aire en el interior de una solución de hidróxido de sodio o cal hasta que se forme un precipitado; deja reposar unos momentos y fi ltra la solución.
Anota tus observaciones
c)
DecantaciónEn un vaso de precipitado coloca 20 ml de agua y agrega 20 ml de aceite; pásalos al embudo de separación, sin agitar; déjalos por algunos minutos; ¿qué ocurre?
Anota tus observaciones
d)
Destilación Sustancias50 ml de solución, mezcla 1:1 de alcohol + agua 1 matraz de destilación
2 soportes universales 1 tela de asbesto
1 termómetro con tapón de hule 1 mechero
Equipo
1 pinza para refrigerante 1 embudo de tallo largo
1 Tapón de hule para conectar el matraz de destilación con el refrigerante Mangueras de hule
Cuerpos de ebullición (arena, padecería de loza, etc.)
Procedimiento:
Monta el aparato y agrega en el matraz de destilación (ayudándose del embudo) 50 ml de la solución de alcohol-agua; adiciona también los cuerpos de ebullición y empieza a calentar.
Anota tus observaciones
Responde brevemente a las siguientes preguntas:
¿Qué es una mezcla?
¿En qué son distintas una mezcla homogénea y una mezcla heterogénea?
¿Por qué no se mezcla el agua y el aceite?
¿Cuáles son los métodos de separación de mezclas más conocidos?
¿Para qué tipos de mezclas se aplica cada uno de ellos?
¿A qué temperatura (ºC) destila el agua?
¿Qué entiendes por cristalización?
¿Qué entiendes por decantación?
B
LOQUE
IV.
»
Unidades de Competencia:
Explica las propiedades y características de los grupos de elementos, conside-rando su ubicación en la tabla periódica, y promueve el manejo sustentable de los recursos minerales del país.
¿Qué voy a aprender?
V
ALORA
LA
IMPORTANCIA
DE
LOS
COMPUESTOS
DEL
CARBONO
EN
SU
ENTORNO
.
Imagina por un momento que desaparecen, como por arte de magia, todas las cosas en las que se han utilizado elementos químicos para producirlos. ¿Cómo sería tu vida sin productos de limpieza y cosméticos?, ¿qué harías si no hubiera medicamentos para cuando te enfermas?, ¿cómo te vestirías?, ¿cuáles alimentos consumirías?, ¿cuáles bebidas seguirías utilizando?
Este Bloque de Aprendizaje tiene como intención que descubras la importancia de los compuestos orgánicos y sus efectos sobre el medio ambiente. Asimismo, que aprendas a clasifi car a los compuestos de acuerdo con su grupo funcional, que conozcas sus propiedades químicas, sus propiedades físicas y los usos adecuados que pueden tener. Para lograr los aprendizajes, iniciarás con el tópico de la geometría molecular que poseen los compuestos orgánicos y concluirás que se deriva principalmente de las propiedades del átomo de carbono, que puede formar orbitales híbridos de tipo sp, sp2 o sp3.
Más adelante identifi carás las diferentes fórmulas de los compuestos del carbono (condensada, semi desarrollada y desarrollada), además de los diferentes tipos de cadenas carbonadas: lineales y cerradas, con sus saturaciones e insatu-raciones. Compararás las diferentes isomerías que presentan los compuestos orgánicos con la misma fórmula molecular (de cadena, de posición y de función).
Por otra parte, argumentarás la importancia del impacto económico del petróleo en nuestro país, por medio del estudio de la estructura, propiedades y aplicaciones de los diferentes hidrocarburos que de él se obtienen: alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos. Como aspecto relevante, aprenderás a aplicar las reglas de nomenclatura de la IUPAC para nombrar a estos compuestos.
Finalmente, identifi carás los diferentes tipos de compuestos orgánicos a partir de sus grupos funcionales, conociendo sus propiedades químicas y físicas, su nomenclatura y los diversos campos de aplicación que poseen.
Te deseamos éxito y te invitamos a emprender el estudio con entusiasmo y desarrollando las actividades que te plan-teamos. Como siempre, te recomendamos compartir tus aprendizajes y tus dudas con tu asesor y compañeros, para lograr aprendizajes sólidos y de gran utilidad para tu vida diaria.
Fuentes de consulta
Podrás apoyarte para investigar los tópicos y desarrollar las actividades en cualquier libro de Química Orgánica que tengas al alcance, sin embargo, te sugerimos consultar los que enlistamos a continuación.
Básica
● De la Cruz, Arcadio y María Esther de la Cruz. Química Orgánica Vivencial. 2ª ed., México, Mc Graw Hill, 2006.
● Lembrino, Imelda y J. Sergio Peralta Alatriste. Química II. México, International Thomson Editores, 2006. ● Martínez, Eduardo. Química 2. México, International Thomson Editores, 2006.
● Mora, Víctor. Química 2 Bachillerato. México, ST Editorial, 2006.
● Ocampo, Glafi ra Ángeles y otros. Fundamentos de Química II, III y IV. 5º Ed., México, Publicaciones Cultural, 2002.
Complementaria
● Bosch, P. y G.Pacheco. El carbono: cuentos orientales. México, FCE, (La ciencia para todos, 139), 1990. ● Chow Pangtay, S. Petroquímica y sociedad. México, FCE, (La ciencia para todos, 39), 1987.
Carbono
Carbono, de símbolo C, es un elemento crucial para la existencia de los organismos vivos, y que tiene muchas apli-caciones industriales importantes. Su número atómico es 6, y pertenece al grupo 14 (o IVA) del sistema periódico.
La masa atómica del carbono es 12,01115. Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante, grafi to y carbono amorfo) son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en todos los disol-ventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difi eren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafi to consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos.
El carbono amorfo se caracteriza por un grado de cristalización muy bajo. Puede obtenerse en estado puro calentando azúcar purifi cada a 900°C en ausencia de aire.
El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi infi nito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno. Sus primeros compuestos fueron identifi cados a principios del siglo XIX en la materia viva, y debido a eso, el estudio de los compuestos de carbono se denominó Química Orgánica (véase Química Orgánica).
A temperaturas normales, el carbono se caracteriza por su baja reactividad. A altas temperaturas, reacciona directa-mente con la mayoría de los metales formando carburos, y con el oxígeno formando monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). El carbono en forma de coque se utiliza para eliminar el oxígeno de las menas que contienen óxidos de metales, obteniendo así el metal puro. El carbono forma también compuestos con la mayoría de los elementos no metálicos, aunque algunos de esos compuestos, como el tetra cloruro de carbono (CCl4), han de ser obtenidos indirectamente.
Isótopos del carbono
El carbono tiene tres isótopos naturales: el carbono 12, constituye el 98,89% del carbono natural y sirve de patrón para la escala de masas atómicas; el carbono 13, es el único isótopo magnético del carbono, y se usa en estudios estructurales de compuestos que contienen este elemento; el carbono 14, producido por el bombardeo de nitrógeno con rayos cósmicos, es radiactivo (con una vida media de 5.760 años) y se emplea para datar objetos arqueológicos. Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
Alguna vez te has preguntado cómo los investigadores pueden determinar la edad de los fósiles que encuentran. Es una cuestión muy interesante.
Investiguen que es el Carbono 14, y cuál es su importancia y uso en la investigación científi ca, propiamente en la antropología, y arqueología.
Con la información recabada elaboren un reporte de investigación. Recuerden que es importante citar la fuente de información. Llévenlo al aula de clase.
Deben elegir a un compañero para que coordine la siguiente actividad.
Organicen una lluvia de ideas, con la información que investigaron y la cual hicieron el reporte las cuales deben ser anotadas de forma breve en el pizarrón. Es importante destacar: defi nición, propiedades, funciones generales, estado natural y aplicación científi ca.
En los libros de Química Orgánica investiga los contenidos que incluye este tópico y una vez hecho lo anterior, realiza lo siguiente:
Defi ne los siguientes conceptos:
a)
Estado basal o fundamentalb)
Estado excitadod)
Concatenacióne)
Hibridaciónf)
Orbitales híbridosg)
¿Qué estudia la química orgánica?h)
¿Qué es un enlace químico?i)
¿Cuáles son los tipos de enlaces que existen?, y ¿en qué consiste cada uno de ellos?están unidos entre sí formando una cadena lineal que puede tener una o más ramifi caciones. En los compuestos cíclicos, los átomos de carbono forman uno o más anillos cerrados. Los dos grupos principales se subdividen según su comportamiento químico en saturados e insaturados
Dividan al grupo en equipos de trabajo y divídanse los siguientes temas: alcanos, alquenos, alquinos, hidrocarbu-ros cíclicos.
Investiguen en libros de Química Orgánica los temas anteriormente citados, y elaboren un cartel utilizando diferen-tes materiales. Es importante destacar que la información debe ser sencilla, de fácil comprensión y debe incluir la imagen de la estructura molecular.
Presenten su cartel al resto del grupo y brinden una explicación del tema del cartel. Conserven estos carteles y exhí-banlos para reforzar el conocimiento.
Destinen algunos minutos al fi nal de la presentación de cada uno de los carteles para la solución de dudas que el tópico les haya generado.
El asesor deberá explicar la forma en la cual se forman los enlaces químicos, de diferentes compuestos y cómo se presentan las diferentes fórmulas de los mismos.
Clasifi cación de los compuestos orgánicos
TIPOS DE CADENA DEL CARBONO
TIPOS DE CADENAS
ABIERTA O ACÍCLICA CERRADA O CÍCLICA
LINEAL HOMOCÍCLICA HOMOGÉNEAS HETEROGÉNEAS SATURADA INSATURADA HETEROCÍCLICA RAMIFICADA
TIPOS DE FÓRMULAS DEL CARBONO
CONDENSADA EJ. C H
SEMIDESARROLLADA EJ. CH -CH
DESARROLLADA
I I
I I H - C - C - H
H - H EJ. H H
2
Ejemplo de molécula de glucosa
Escribe las fórmulas desarrolladas.
Fórmula semi desarrollada Fórmula desarrollada
a) CH3 – CH – CH2 – CH3 I CH3
b) CH3 – O – CH2 – CH3
c) CH3 – CH2 – CH2 –OH
Hidrocarburos ALIFÁTICOS (CADENA ABIERTA) ALICÍCLICOS (CADENA CERRADA) ALCANOS (SATURADO) LINEAL LINEAL RAMIFICADO RAMIFICADO LINEAL AROMÁTICOS HETEROCÍCLICOS HOMOCÍCLICOS SATURADOS SATURADOS BENCENO Y SUS DERIVADOS RAMIFICADO ALQUINOS (INSATURADO) ALQUENOS (INSATURADOS) HIDROCARBUROS COMPUESTOS FORMADOS POR
CARBONO - HIDRÓGENO HIDROCARBUROS COMPUESTOS FORMADOS POR
CARBONO - HIDRÓGENO
Prefijo Met- Et- Prop- But- Pent-Metano Etano Propano Butano Pentano Etano Propano Butano Pentano Etano (acetileno) Propano Butano Pentano
Alcanos Alquenos Alquinos
C
C CC C C
C
C C
C C C
C C C C C C C
C C C C C C C C C
C C C C C C C C C C
C C C C C
Las líneas entre átomos de carbono representan enlaces carbono-carbono; el resto de las líneas representan enlaces carbono-hidrógeno,
Los prefijos griegos se utilizan a partir de cinco átomos de carbono; pent-, hex-, hept-, oct-, non-, dec-, etc.
Nomenclatura de hidrocarburos
¿Qué he aprendido?
El petróleo es un hidrocarburo muy importante en México y el mundo por sus características y por el desarrollo que genera en muchas industrias.
Reúnanse y elijan alguna industria en la cual el petróleo sea su materia prima.
Investiguen y desarrollen según los siguientes puntos: ● Carátula
● Introducción ● Desarrollo
- Descripción General de la industria elegida. - Cuál es el proceso de producción.
- Descripción de los principales productos que genera la industria. - Benefi cios que aporta la utilización del petróleo.
- Benefi cios de la reforma energética al desarrollo de la industria. - En qué consiste la excavación en aguas profundas.
● Conclusiones
● Fuentes de información
B
LOQUE
V.
I
DENTIFICA
LA
IMPORTANCIA
DE
LAS
MACROMOLÉCULAS
NATURALES
Y
SINTÉTICAS
UNIDADES DE COMPETENCIA:
»
Reconoce la importancia de las macromoléculas naturales (carbohidratos, lípidos y proteínas) en los seres vivos, así como la existencia, uso e impacto ambiental de las macromoléculas sintéticas, con una actitud responsable y cooperativa en su manejo.Macromolécula
Macromolécula: molécula de elevada masa molecular, constituida por un número muy grande de átomos. Las macro-moléculas son el resultado de la unión de gran número de macro-moléculas pequeñas de un mismo tipo o de tipos distintos, y son características de los polímeros.
Las unidades estructurales de las macromoléculas, o monómeros, se unen unas a otras mediante enlaces covalentes y se repiten centenares e incluso millones de veces. Tanto en los polímeros naturales como en los artifi ciales, la unión entre los monómeros puede ser en una sola dirección, dando lugar a
los polímeros lineales, o en más de una dirección, obteniéndose los polímeros reticulares tridimensionales. El diamante y el grafi to, formas alotrópicas del carbono, se consideran también macromoléculas en las que la unidad estruc-tural es el átomo de carbono.
Polímero
Polímero, sustancia que consiste en grandes moléculas formadas por muchas unidades pequeñas que se repiten, llamadas monómeros. El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama: grado de polimer-ización. Los materiales con un grado elevado de polimerización se denominan:
altos polímeros. Los homopolímeros son polímeros con un solo tipo de unidad que se repite. En los copolímeros se repiten varias unidades distintas.
La mayoría de las sustancias orgánicas presentes en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros; también lo son muchos materiales sintéticos como los plásticos, las fi bras (véase Nailon; Rayón), los adhesivos, el vidrio y la porcelana.
Monómeros
Acrílico: nombre químico para el grupo orgánico H2C CHCO , que existe en el ácido propenoico (ácido acrílico), H2C CHCOOH, y en los ésteres de este ácido, llamados acrilatos, como por ejemplo el acrilato de metilo, H2C CHCOOCH3. Las resinas acrílicas, llamadas también acrílicos, se obtienen por la polimer-ización de los acrilatos u otros monómeros que contengan el grupo acrílico. Los compuestos acrílicos son termoplásticos (capaces de ablandarse o derretirse con el calor y volverse a endurecer con el frío), impermeables al agua y tienen densi-dades bajas. Estas cualidensi-dades los hacen idóneos para fabricar distintos objetos y sustancias, entre los que se incluyen materiales moldeados, adhesivos y fi bras textiles. Estas fi bras se utilizan para fabricar tejidos duraderos, de fácil lavado y que no encogen. Las pinturas acrílicas (emulsiones de pigmentos, agua y resinas acrílicas que no amarillean) secan rápidamente sin cambiar de color y no se oscu-recen con el tiempo.
Fuentes de información
Básica
● De la Cruz, Arcadio y María Esther de la Cruz. Química Orgánica Vivencial. 2ª ed., México, Mc Graw Hill, 2006.
● Lembrino, Imelda y J. Sergio Peralta Alatriste. Química II. México, International Thomson Editores, 2006. ● Martínez, Eduardo. Química 2. México, International Thomson Editores, 2006.
● Mora, Víctor. Química 2 Bachillerato. México, ST Editorial, 2006.
● Ocampo, Glafi ra Ángeles y otros. Fundamentos de Química II, III y IV. 5º Ed., México, Publicaciones Cultural, 2002.
Complementaria:
Investiguen y elaboren material didáctico que les permita explicar qué son las macromoléculas, polímeros y monómeros.
Determinen en cuáles industrias se utilizan estos compuestos y cuáles son los benefi cios de su utilización.
Expongan la información investigada, y una vez comprendido el tópico, en una lluvia de ideas generen una lista de algunas industrias y los productos que generan en los cuales se utilizan estos compuestos.
Elijan alguno de estos productos e investiguen las empresas que producen éstos, identifi quen todos los ingredientes que contienen, y elaboren un folleto en el cual presenten el producto y lo describan de manera general, destacando su características, aplicaciones y benefi cios.
Posteriormente, identifi quen cada uno de los ingredientes que contiene (contenidos en la etiqueta del producto), y presenten los siguientes datos.
● Nombre comercial ● Nombre químico ● Representación química
● Características químicas del producto ● Principales industrias en las que se utiliza
Elaboren carteles en los cuales presenten el producto elegido, destacando el contenido de polímeros y/o monómeros.
Con toda la información elaborada, organicen una pequeña feria en la cual presenten los productos, recuerden que deben participar todos los integrantes del equipo, en la exposición de la información del producto presentado.
Los apoyos visuales son siempre reforzadores del conocimiento signifi cativo, por lo que se te recomienda utilizarlos en la presentación.
Inviten a compañeros de otros grupos, ya que les permitirá fortalecer sus competencias generales al presentar su producto a personas distintas de su grupo de trabajo.
El docente solicitará al grupo que formen equipos de trabajo y deberá asignarles algunos de los siguientes conceptos, para que los investiguen y los expongan en clase.
a.
Carbohidratosb.
Lípidosc.
ProteínasLípidos
Las grasas y aceites, también llamados triglicéridos, son también otro tipo de lípidos. Sirven como depósitos de reserva de energía en las células animales y vegetales. Cada molécula de grasa está formada por cadenas de ácidos grasos unidas a un alcohol llamado glicerol o glicerina. Cuando un organismo recibe energía asimilable en exceso a partir del alimento o de la fotosíntesis, éste puede almacenarla en forma de grasas, que podrán ser reutilizadas posteriormente en la producción de energía, cuando el organismo lo necesite. A igual peso molecular, las grasas proporcionan el doble de energía que los hidratos de carbono o las proteínas.
Otros lípidos importantes son las ceras, que forman cubiertas protectoras en las hojas de las plantas y en los tegu-mentos animales. También hay que destacar los esteroides, que incluyen la vitamina D y varios tipos de hormonas.
Carbohidratos
Hidratos de carbono: grupo de compuestos, también llamados glúcidos, que contienen hidrógeno y oxígeno en la misma proporción que el agua, y carbono. La fórmula de la mayoría de estos compuestos se puede expresar como Cm(H2O)n. Sin embargo, estructuralmente estos compuestos no pueden considerarse como carbono hidratado, como la fórmula parece indicar.
Los hidratos de carbono son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias los producen en el proceso conocido como fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire y por acción de la energía solar producen hidratos de carbono y otros productos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan.
Entre los hidratos de carbono se encuentran el azúcar, el almidón, la dextrina, la celulosa y el glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales. Los más sencillos son los azúcares simples o monosacáridos, que contienen un grupo aldehído o cetona; el más importante es la glucosa. Dos moléculas de monosacáridos unidas por un átomo de oxígeno, con la eliminación de una molécula de agua, producen un disacárido, siendo los más importantes la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacáridos —unas 10 en el glucógeno, 25 en el almidón y de 100 a 200 en la celulosa.
En los organismos vivos, los hidratos de carbono sirven tanto para las funciones estructurales esenciales como para almacenar energía. En las plantas, la celulosa y la hemicelulosa son los principales elementos estructurales. En los animales invertebrados, el polisacárido quitina es el principal componente del dermatoesqueleto de los artrópodos. En los animales vertebrados, las capas celulares de los tejidos conectivos contienen hidratos de carbono. Para almacenar la energía, las plantas usan almidón y los animales glucógenos; cuando se necesita la energía, las enzimas descom-ponen los hidratos de carbono.
Proteínas
Proteína: cualquiera de los numerosos compuestos orgánicos constituidos por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos que intervienen en diversas funciones vitales esenciales, como el metabolismo, la contracción muscular o la respuesta inmunológica. Se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son los componentes principales de las células y que suponen más del 50% del peso seco de los animales. El término proteína deriva del griego proteios, que signifi ca: primero.
Las moléculas proteicas van desde las largas fi bras insolubles que forman el tejido conectivo y el pelo, hasta los glóbulos compactos solubles, capaces de atravesar la membrana celular y desencadenar reacciones metabólicas. Tienen un peso molecular elevado y son específi cas de cada especie y de cada uno de sus órganos. Se estima que el ser humano tiene unas 30.000 proteínas distintas, de las que sólo un 2% se ha descrito con detalle. Las proteínas sirven sobre todo para construir y mantener las células, aunque su descomposición química también proporciona energía, con un rendimiento de 4 kilocalorías por gramo, similar al de los hidratos de carbono.
Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
En una lluvia de ideas, deberán identifi car la importancia que tienen estos compuestos en la vida humana.
El docente deberá solicitar que, en equipos de trabajo, realicen una investigación de la industria alimenticia, en la cual deberán elegir un producto de la misma.
