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Libro editorial santillana

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Libro editorial santillana

  1. 1. Ciencias 3 Química Secundaria 3 Ciencias Química José Antonio López Tercero Caamaño 3 3 Ciencias 3 Química integral cov1 1 4/15/08 10:22:10 AM
  2. 2. Ciencias Química José Antonio López Tercero Caamaño 3 Ciencias 3. Química El libro es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López. 1
  3. 3. El libro Ciencias 3. Química fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo: Edición: Lucy Macías Arvizu Asistencia editorial: Luz María González, Nelly Pérez Coordinación editorial: Roxana Martín-Lunas Rodríguez Revisión técnica: María Eugenia Colsa Gómez Corrección de estilo: Octavio Hernández Rodríguez, Luz María González Índice de términos: Luz María Bazaldúa Monroy Diseño de interiores: Francisco Ibarra Meza, Fausto Adrián Urbán Brizuela Diseño de portada: Francisco Ibarra Meza Coordinación de Iconografía: Germán Gómez López Ilustración: Mauricio Morales Salcedo, Marcela Muñoz Gazca, Rolando Baca Ramírez, Ricardo Ríos Delgado, Hugo Morales Rodríguez, Mauricio Gómez Morin Fuentes, Teresa Martínez Ilustración de portada: Teresa Martínez Investigación iconográfica: Juan Miguel Bucio Trejo Fotografía: Magalí Sarmiento Fradera, Francisco Palma Lagunas, Rocío Echávarri Rentería, Archivo Santillana, Júpiter Images, Science Photo Library, Reuters Digitalización de imágenes: José Perales Neria, Gerardo Hernández Ortiz, María Eugenia Guevara Sánchez Diagramación: Fausto Adrián Urbán Brizuela, Yair Cañedo, Andrés Arroyo Recursos didácticos Ciencias 3 Química Ciencias Química José Antonio López Tercero Caamaño 3 José Antonio López Tercero Caamaño 3 4/1/08 6:35:51 PM Editora en Jefe de Secundaria: Roxana Martín-Lunas Rodríguez Gerencia de Investigación y Desarrollo: Armando Sánchez Martínez Gerencia de Procesos Editoriales: Laura Milena Valencia Escobar Gerencia de Diseño: Mauricio Gómez Morin Fuentes Coordinación de Arte y Diseño: Francisco Ibarra Meza Coordinación de Iconografía: Germán Gómez López Coordinación de Servicios Electrónicos: Víctor Vallejo Paquini Fotomecánica electrónica: Gabriel Miranda Barrón, Manuel Zea Atenco, Benito Sayago Luna La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Ciencias 3. Química son propiedad del editor. Queda estrictamente prohibida la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier sistema o método electrónico, incluso el fotocopiado, sin autorización escrita del editor. D. R. © 2007 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. DE C. V. Av. Universidad 767 03100, México, D. F. Primera edición: abril, 2008 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 802 Impreso en México 2
  4. 4. >Presentación La ciencia, con todos los conocimientos y aplicaciones tecnológicas que implica, es la actividad humana que más ha modificado al mundo a lo largo de los últimos siglos. Su desarrollo engloba los principales deseos y posibilidades del ser humano, pues ha sido creada para saciar la curiosidad, facilitar la vida y resolver grandes retos que a su vez van dando origen a otros nuevos, más complejos y apasionantes. Y, si piensas que tú no formas parte de esta actividad porque no eres “un científico”, estás en un error. En la actualidad nadie resulta ajeno a la ciencia, pues de una u otra forma todos disfrutamos de los beneficios que genera su aplicación o estamos expuestos a circunstancias y problemas que, para resolverse, requieren el conocimiento o el desarrollo de técnicas. Pero tú sí tienes un gran privilegio, que desafortunadamente no comparten todos los habitantes de este planeta: la posibilidad de conocer y comprender los fundamentos principales que rigen esas ideas y aplicaciones, que ya de por sí forman parte de tu vida. Y al conseguirlo, no sólo podrás valorar lo útil que te resulta, sino que comprobarás que saber y entender son dos verdaderos placeres que, además de disfrutarlos, nos animan a apreciar y a respetar más al Universo y a la vida. La química, que será el eje de nuestras actividades, es mucho más que un conjunto de conocimientos y experimentos de laboratorio. Es transformar el entorno y a la vez conservarlo; es poder analizar lo que vemos e imaginar cómo es internamente; es poder llevar beneficios a toda la humanidad en aspectos como la salud, la alimentación, el aprovechamiento de energía o la conservación del ambiente. Así lo han entendido muchos grandes pensadores e investigadores cuyos logros han ido construyendo esta ciencia y que nos han heredado la responsabilidad de llevar esos avances por buen camino. Al escribir este libro intentamos que la química y la ciencia en general formen parte de la esencia de los lectores y lectoras, para ello hemos buscado actividades y ejemplos que puedan resultar atractivos, representativos y útiles con el fin de que cada quien construya su propio conocimiento; procuramos usar un lenguaje claro y sencillo, además de recordar continuamente que lo que estamos analizando tiene relación e influencia con todo lo que nos rodea. Deseamos que disfrutes la aventura que aquí inicia y, sobre todo, que te ayude a construir un entorno en el que te desenvuelvas con más libertad, más opciones para elegir qué hacer, más conciencia que respalde tus acciones y más satisfacción por tus logros. 3
  5. 5. > Estructura de tu libro Para que te familiarices rápidamente con tu libro de Ciencias 3, con énfasis en química, a continuación te presentamos una breve descripción de sus contenidos. Enlace En estas páginas desarrollamos un tema que te ayudará a recordar lo que aprendiste en los cursos de Ciencias 1 y 2. Te resultará de gran utilidad, pues recuerda que todos los conocimientos están ligados entre sí y lo que ya sabes te facilitará la comprensión de lo que vamos a trabajar en este curso. Bloques El libro está organizado en cinco bloques, en los cuales encontrarás diversas secciones. Cada bloque inicia con una imagen acompañada de fragmentos de poemas de grandes autores de la literatura hispanoamericana que, como parte de la cultura, han resaltado aspectos de la ciencia y la Naturaleza. En la página siguiente está la descripción de lo que aprenderás y una pequeña reflexión que te llevará a responder ¿Qué piensas? sobre los temas que se van a tratar. Con esto empezarás a “calentar motores”… Para comenzar Una breve introducción te permitirá reconocer antecedentes de los temas del bloque y te ayudará a identificar por qué es importante empezar a conocerlos. Lección El mar como un vasto cristal azogado refleja la lámina de un cielo de zinc; lejanas bandada s de pájaros mancha n el fondo bruñido de pálido gris. El sol como un vidrio redondo y opaco con paso de enfermo camina al cenit; el viento marino descansa en la sombra teniendo de almohad a su negro clarín. Las ondas que mueven su vientre de plomo debajo del muelle parecen gemir. Sentado en un cable, fumand o su pipa, está un mariner o pensando en las playas de un vago, lejano, brumoso país. RUBÉN DARÍO (NICARAGUA, 1867-19 16) Uno de los factores capaces de modific plantas es la compos ar el crecimie nto de las ición del suelo y no sólo debido tes que aporta, a los nutriensino también porque algunos material rán su aparienc es modificaia. Entre ellos, las sustancias llamada contrarios” las s ácidos y “sus bases son un ejemplo interesante. Algunos árboles frutales, como los manzanos, naranjos, además los ciruelos y los de plantas con flores como las lias, sólo crecen azaleas y las camebien en terrenos ácidos, mientra cebolla, la alfalfa s que el frijol, y el chícharo la necesitan de básicos. Los agricult ores pueden modific suelos ligeramente añaden un poco ar esta caracter de cal para neutrali ística: zar la acidez y suelo quede básico, logran que el mientras que si añaden estiérco la acidez. l se favorecerá ¿Conoces otros ejemplos en los que hayas oído dos y bases? ¿Y mencionar ácila oxidación y 4.1. No sólo la genética la reducción? Este tipo de fenómen determina el color hortensias rosas os químicos será de las flores. Las crecen en suelo dio en este cuarto nuestro objeto de estu- básico, mientras que las azules calizo, que es ligeramente bloque. ¿Estás listo? provienen de un ligera acidez. Si la tierra tiene suelo un exceso de alcalinida con basicidad, las flores do serán blanco-ve rdosas. imitación observación, la 1.1. Mediante la la experiencia Naturaleza y de la años, hace miles de acumulada desde su entorno para el hombre ha adaptado es. satisfacer sus necesidad si pudiera ver cómo de la prehistoria mado tendría un hombre los siglos, ha transfor Imagina qué reacción , a lo largo de pero día. El ser humano úan con su medio, vivimos hoy en las especies interact os e inle rodea. Todas analizar los fenómen casi todo lo que su capacidad de ísticas, distinguen por con otras caracter los humanos se te. Esto, junto permitió conscien arlos de forma con las manos, tentar modific y transformarlos para ad de asir objetos y adaptar su medio como la posibilid instrumentos útiles s. empezar a crear a los hombres se y vivir más cómodo experiendes, proteger mediante la resolver sus necesida la antiguas, logrados las civilizaciones ades maravillosas: Los avances de a otras capacid forma oral, y luego n trascender gracias inicialmente de cia diaria, pudiero s, inventos y ad de comunicarse, Muchos proceso memoria y la posibilid a la escritura. labores de dieron origen generaciones; las con símbolos que mejorando por a poco acumulando y izadas y poco o más especial técnicas se fueron gente es lugares surs se fueron haciend antigua había En diferent 1.2. En la Grecia la razón, pero no solían las diferentes persona clases sociales. y técnicas de de oficios y de ntal, dedicada a cultivar diferentes ideas práctico ni experime apareció la división desarrollando cación. manual desarrollar trabajo iones que fueron te o de comuni ban que la actividad gieron civilizac pues considera ción, de transpor to os, de construc de los esclavos. ¿en qué momen sólo era digna obtención de aliment de conocimientos, tiene de acumulación esta pregunta no En este proceso “ciencia”? Aunque partir del que llamamos s decir que a comenzó la actividad determinada, podemo de ver la Naturaleza y a perfectamente esta forma una respuest hicieron que ntes que las comulos factores que siglo xv se dieron cambios más impacta as. el motor de los volviera sociedades modern de aprender se a las complejas y las aplivisto hasta llegar a sin la ciencia nidades hayan sociedad modern ientos os imaginar la muchos conocim Hoy no podríam tecnología. Pero la gente por medio de la inaccesibles para caciones que genera tanto que resultan algunos ha provocado muy complejos, lo tecnológico científicos son controversias. y, además, el desarrol ciencia genere no especializada, esta cienla imagen de la y cómo empezó que hacen que ¿Cuándo problemas ¿Qué papel para hacer ciencia? los químicos? ¿Qué hace falta ¿A qué se dedican en tu vida os “química”? esta ciencia cia que llamam ¿Cómo influye el objeto del análisis la sociedad actual? cuestiones serán desempeñan en as y muchas otras ciudades diaria? Estas pregunt de las grandes tema de estudio. 1.3. La imagen desarrollo de la en nuestro primer es el reflejo del de los años por los cursos que ya conoces en la biología y la física, estudio se centra Su campo de Al igual que la tees una ciencia. maciones que puede anteriores, la química su composición y las transfor ar en desde lo más lejano a tu alrededor, materia, en particul de la gran todo lo que aprecias podrás darte cuenta Si consideras que ner. de materia, los conocimiencuerpo está hecho . Pero ¡no te asustes!, hasta tu propio que hay para analizar los procedimientos que se siguen cantidad de cosas da historia y a lo largo de la ción clara y organiza tos acumulados n tener la informa los avances y logros ciencia nos permite , para que sigamos por medio de la e las damos con facilidad provecho mediant para que la compren saquemos el máximo do y para que le que se van generan de o la tecnología. en el desarrollo se logran utilizand química influye aplicaciones que des humanas, la permite la genetodas las activida conocimiento, Como des y de ampliar el nuestras activida a pues, además la vida cotidian s que modifican ya , pero sin saberlo materiales y proceso ración de nuevos mucho de química ahora no sabes res: tal vez por costumb ella. estás inmerso en s que te rodean, que o por ejemplo, los en el ambiente vivos, los que están hombre, contienen por el los fabricados sustancias químicas. 1.4. Todos los materiale forman a los seres ísticas de sus caracter o debe muchas que el mundo modern particular, con la manipulación, No podemos negar química en provocado que las ciencias. La materiales ha al desarrollo de to de diversos ya consideramos y aprovechamien apariencia que transformación os tomen una des y fenómen muchas activida la siguiente imagen: crees, observa lo cotidiana. Si no Cada bloque contiene tres lecciones. En las dos primeras encontrarás diferentes temas, preguntas, actividades e ilustraciones, repartidas en recuadros y secciones. A lo largo del texto hay algunas palabras o frases resaltadas, que son términos clave de esta asignatura. Del mismo modo en ocasiones se destacan «frases o definiciones» para que les pongas atención, pues resultan importantes. Entre los recuadros que incluimos en las lecciones, cuando el tema lo amerita, están los siguientes: • Reflexiona: los temas de este curso están relacionados con tu vida, el medio y la sociedad y vale la pena hacer conciencia de estos vínculos. • Tiempos paralelos: encontrarás información interesante sobre otros aspectos de la vida, el conocimiento y la historia que tienen relación con el tema que se trata y su momento. • Las TIC y Las TIC por tu cuenta: te sugerimos algunas herramientas tecnológicas con las que podrás profundizar y practicar lo estudiado. • Glosario: incluimos la definición o significado de algunas palabras —que Reflexiona Glosario aparecen resaltadas— para facilitarte la comprensión del texto. Contaminación Imagina que estás en algún lugar de tu • ¡Piénsale!: para construir tu aprendizaje, es importante que pongas presencia en un medio de cualquier casa, el que más te guste, y piensa en los tipo de agente que normalmente no se objetos que hay ahí. En tu cuaderno haz a funcionar tu razonamiento, y te vamos a pedir que lo hagas en Tiempos paralelos encuentra y que altera el equilibrio del ¡Piénsale! una lista de al menos veinte productos varias ocasiones. mismo, sin importar la fuente de la que o materiales que recuerdes de ese lugar, provenga.Para una actividad como la alquimia, indicandoComo consecuencia del gran avance de si fueron tomados directa• Herramientas: algunos conocimientos de matemáticas y otras las Naturaleza o sonen química durante investigaciones producto mente de la ¿qué ventajas hubiera representado que de algunael siglo xix se desarrollaron múltiples industria o proceso de translos alquimistas organizaran y anotaran disciplinas nos resultan de utilidad, y aquí describiremos procesos industriales, formación creados por el hombre.los cuales influclaramente su información y la comparTorito Las aspectos tu cuenta yeron en todos losTIC por de la societieran con los demás, con un lenguaje cómo emplearlos. dad: la instalación de grandes fábricas común? ¿Tienes idea de cómo preguntas siguientes Para resolver las se ha • Torito: los problemas y razonamientos más difíciles apamodificó las Los medios de información y comuni- abordado este aspecto en la química formas de producción, deberás recordar claramente las difecación continuamente en acarreando cambios en la economía, informan sobre moderna? Comparte tus ideas con tus rentes unidades de volumen y masa que recen como reto; ¡seguro que podrás con ellos! aspectos relacionados con el cambio la situación social de los obreros, en la compañeros. estudiaste desde la primaria y en los global. Con ciudades, que política y el diseño de las el fin de en entiendas cursos anteriores de física y matemáti• ¡A fondo!: complementamos algunos temas con aspectos la cantidad demejor el fenómeno yy lo que puede productos generados cas. Piensa y calcula bien antes de dar hacerse para revertirlo, www.analitica. que son muy interesantes. la respuesta y compárala con la de tus com/va/documentos/2628553.asp actuales a. ciencia y la tecnologí 4 compañeros. Si tienes dudas, acércate a tu maestro o maestra. 1. En un día con alta contaminación en , los s, las conservas , las pilas las fibras sintéticas combustibles, o envoltura s de empaque y los materiale producto de industrias son ejemplos de 1.5. Las medicina químicas.
  6. 6. • Trabajo científico: para reconocer el trabajo de grandes hombres de ciencia y analizar cómo desarrollaron su labor. • Notas curiosas: esta información muchas veces te sorprenderá. • ¡Compruébalo!: la química se presta para que pongas a prueba muchas de las experiencias que describimos, así que no las dejes pasar. • Ponte a prueba: averigua si eres capaz de desarrollar lo que se te pide; ¡claro que podrás! • Para la historia: analizar la historia siempre ayuda a comprender la actualidad. • Fuera de clase: de vez en cuando, te sugeriremos actividades para que las realices por tu cuenta. Para ayudarte a organizar el conocimiento, a repasar y practicar lo aprendido, hemos incluido las siguientes secciones: Aplica lo que sabes Preguntas y ejercicios para que emplees lo que ya entendiste. ¡Manos a la obra! Las ciencias y en particular la química requieren la experimentación y en esta sección encontrarás las más diversas actividades para desarrollar en el laboratorio, en la cocina o en el espacio del que dispongas en tu escuela para ello. Aunque la mayoría de las veces emplearás materiales comunes y sencillos de conseguir, en ocasiones sugerimos experimentos más complejos que necesitan la asesoría de tus maestros o el empleo de materiales que deben manejarse con precaución. ¡Te vas a sorprender con muchos fenómenos que guarda la ciencia! Nuevamente, puedes averigua r lo que has asimilad siguientes pregunta o con las s. Selecciona la opción que las adecuadamente complete y comprueba tus respuestas al final ción “Integrem de la secos”, en la página 212. 1. En las estructur as de hierro sin la adecuada protecció n contra el oxígeno del aire el metal se oxida y se produce el polvo naranja que seguramente has visto en muchas ocasione s. Este óxido se forma con el catión de hierro +3 y el oxígeno. Revisa cuántos electrone s de valencia tiene el oxígeno e indica cuál de las siguiente s fórmulas corresponde al compuesto referido: a) FeO b) Fe O c)FeO d) Fe O 2. Otro elemento que puede tener reacción similar una es el cobre, que hace la siguiente: Cu + O CuO a) La reacción no cumple con la ley de conserva masa porque el ción de la agua desapareció. b) La reacción cumple con la ley de conserva porque los reactivos ción de la masa y los productos son las mismas sustancias. c) La reacción no cumple con la ley de conservación de la masa porque hay más compuestos diferente s en los reactivos en los producto que s. d) La reacción cumple con la ley de conservación de la masa porque en los reactivos y los producto s hay la misma cantidad de átomos de los mismos elementos. 5. El propano es uno de los gases derivados del petróleo que se quema en las estufas para cocinar. Su fórmula condensada es C H . ¿Cuál de las siguientes estructuras cumple con los principio s que hemos estudiad o sobre los enlaces? 3.33. El producto de la oxidación se llama óxido de hierro(III). Para balancear la reacción, ¿cuáles serían los coeficientes correctos? a) 2, 1, 2 c) 1, 2, 3 b) 0, 1, 0 d) 1, 2, 2 3. En la fabricaci ón del jabón se calentó el carbonato de calcio para formar óxido de calcio. Revisa las fórmulas de estos reactivos e indica cuál es la reacción correcta y balanceada: a) CaO + CO b) CaCO c) 2CaCO d) 2CaO + O CaCO CaO + CO CaO + 2CO 2CaO 4. En el mismo procedimiento se potasio, KOH, mediante la reacción sintetizó hidróxido de en cio, CaO, y el carbonato de potasio, agua del óxido de calK CO , como continuación: aparece a CaO + K CO + HO ¿Cuál de las siguiente s frases sobre esta 2KOH + CaCO reacción es correcta? 6. El butano, el otro gas de la estufa pano, también se forma con carbono que viene con el proe hidrógeno. Sus carbonos forman cuatro una cadena en secuencia, sólo covalentes simples, con enlaces uno tras otro. ¿Cuántos átomos geno debe tener de hidróla molécula para cumplir correctam la regla del octeto? ente con a) 6 b) 10 c) 8 d) 4 necesitarías para de tu mismo peso 3. ¿Cuántas personas kilogramos? del hierro. juntar 1 mol de la masa atómica tabla periódica en lugar de 4. Busca en la expresas en gramos si ese dato lo tuvieras una Recuerda que de hierro. Si corresun mol de átomos uma, tendrás moles de átomos metal, ¿a cuántos tonelada de este átomos son? ponde? ¿Y cuántos En la primera lección de este bloque trabajam ción que, como os con la idea recordarás, es un de concentravalor que represen componentes de ta la proporción una mezcla. Los entre los datos de concent como masa de ración pueden soluto/volumen expresarse de mezcla, porcent volumen o ppm, aje en masa, porcent entre otras formas, aje en y son muy importa pues los resultad ntes para los químico os de muchos procesos y fenómen s, plean mezclas os varían cuando de diferentes concent se emraciones. Con conocerás un ejemplo el siguiente experim al respecto: ento NECESITAS: 7 vasos de precipita dos de 250 mL Azúcar blanca Etiquetas Una cuchara Colorantes vegetales , por lo menos amarillo y rojo azul, Probeta grande Un embudo de separación con una manguera de látex unida a su tubo de salida (si no lo tienes puedes usar una botella de plástico con un tapón, una manguerita y una pinza de tender la ropa). Un soporte universa l con anillo. > Cuando hayas hecho las mezclas, revuélvelas hasta que el azúcar se disuelva perfectam bien todos los vasos. ente en Observa las disolucio nes y marca las diferencias entre todas ellas. > Mide su volumen final, calcula su densidad o mídela con el densíme tro que hiciste en el experime anterior y observa nto su apariencia. Todas son disoluciones de azúcar en agua, pero ¿son iguales? > Tras tus observac iones añade a cada vaso unas tas de colorante govegetal, mezclán dolos para que obtengas los colores del arco iris en secuencia en cada vaso (1-rojo, 2-naranja, 3-amaril lo, 4-verde, 5azul, 6-índigo o añil y 7-violeta) . Si no sabes qué colores emplear, coméntalo con tus compañeros haz pruebas en o otro vaso con agua. > Arma un aparato como el que se ve en la figura, dando en especial cuique el extremo final de la manguera llegue exactame > Divide el volumen nte a la base de la probeta. de tu probeta en siete partes para que calcules cuánta disolució n emplearás de cada una. Agrega con cuidado la disolución del DESARROLLO: > En los siete vasos etiquetad os prepara las disoluciones que se indican en el cuadro y cópialo en tu cuaderno para que lo vayas completando. Autoevaluación Para que tú mismo valores si vas avanzando correctamente, en algunas lecciones encontrarás preguntas de opción múltiple en las que deberás razonar empleando lo que ya sabes para indicar la respuesta correcta. Podrás consultar si tuviste razón al final de la lección, pero, ¡no hagas trampa! Integremos 3.34. El propano del gas licuado de petróleo viene mezclado con otro compuesto similar pero de cuatro carbonos, el butano. patas en de sillas? ¿Y cuántas hay en 1 mol 1. ¿Cuántas sillas es de sillas? total tienen estas una gota de agua el volumen de como 2. Considera que ¿en cuántos planetas 1 mol de gotas, superficie 0.25 mL; si tuvieras total si en la poner el volumen la Tierra podrías m? de 1 360 000 000 terrestre hay cerca Al final de la lección, algunas lecturas, actividades, preguntas y ejercicios, te ayudarán a relacionar entre sí y repasar los temas analizados. Proyectos A lo largo de la lección hemos abordado diferentes temas y es momento de que los retomemos con algunos ejercicios para repasarlos e integrarlos. Para comenzar, lee con atención el siguiente texto y anota en tu cuaderno las palabras que no comprendas; posteriormente realiza las actividades que se indican. La ciencia, el mejor profeta La llegada del año 2000 estuvo acompañada de muchas predicciones de catástrofes. En los últimos meses de 1999 era común escuchar frases como “el fin del mundo está cerca” o “grandes problemas se aproximan”. Evidentemente nada de esto sucedió, pero muchas personas pasaron momentos amargos creyendo en esos falaces presagios. Diariamente, en muchas revistas, en periódicos, en la radio y la televisión, podemos escuchar horóscopos y predicciones que tienen el mismo fundamento falso que las ideas caóticas sobre el año 2000. Suelen ser tan generales, que se adaptan a cualquier persona en muchas circunstancias; sin embargo, basta que una predicción resulte verdadera para que la gente empiece a creerlas todas, sin pensar que, de las miles que hay, casualmente alguna puede ocurrir. La lectura de las cartas, del café y de la mano, las “curaciones milagrosas” y hasta la observación de seres extraterrestres no han probado ser más que fraudes llevados a cabo por El tema de este proyecto es de vital importancia. Si escuchas algún noticiario muy astuta y abusiva, ávida de obtener beneficios aprogente vechando la ignorancia de otras personas. o lees algún periódico, sabes que con frecuencia el agua es centro de discusioLos conocimientos y predicciones obtenidos por medio del nes y apreciaciones: ¿cómo se lleva a una zona habitacional?, ¿qué usos sedesarrollo de la ciencia, antes de ser considerados correctos, le da?, ¿qué debe hacerse para que sea potable?, ¿cómo remediar la enorme esca- sometidos a muchas pruebas reproducibles. son sez que afecta a muchas regiones del mundo?, ¿se debe privatizar su manejo?Aun así, en ocasiones descubrimos nuevos fenómenos que invalidan o modifican ideas que se consideraban correctas. En la actualidad hay muchos especialistas, de todo tipo de disciplinas, ocupa- esta forma ha evolucionado el saber humano y, debido a De que dos en debatir éstas y muchas otras cuestiones relacionadas con el vital líquido. aún hay muchas cosas que no sabemos explicar, lo seguirá haciendo, por un camino muy diferente al de las ideas basadas al Incluso se dice que las guerras del siglo XXI tendrán como motivo el accesoen creencias o especulaciones sin sustento. agua potable, pues ya en la actualidad hay poblaciones que no cuentan conLa única forma de estar libre de charlatanes está en el conocimiento y el análisis de las circunstancias en que suceden los ella mientras que en otras regiones abrimos el grifo y dejamos escapar litros y fenómenos. La credibilidad y la capacidad de predicción son litros mientras nos cepillamos los dientes o no reparamos las tuberías cuando de las características más importantes de la ciencia. dos 1.142. Tres cuartas partes de la superficie se desperdician miles de metros cúbicos por fugas de diversos tamaños. terrestre están cubiertas de agua, pero la que se puede usar para consumo humano Aunque el agua total del planeta ha permanecido prácticamente constante está cada vez más escasa, ¿por qué? La tercera lección de los primeros cuatro bloques y todo el Bloque 5 contienen sugerencias de proyectos para que desarrolles en equipo, con la asesoría de tu maestra o maestro. Algunos serán realizados por todo el grupo, y otros se repartirán para que cada equipo investigue sobre diferentes temas. Una nueva actitud El conocimiento que iremos construyendo no sólo sirve para “saber más”, sino también para provocar formas de comportamiento más acordes con la Naturaleza, el respeto, la ética, la tolerancia y los diferentes valores que nos ayudan a convivir armónicamente. Reflexionaremos un poco sobre ello en esta sección. 1. Tras leer el texto: a) Busca en un diccionario las palabras que no entendiste. b) Anota en tu cuaderno cuáles son las ideas principales que crees que se tratan en el texto. c) Comenta con tus compañeros algunos ejemplos de casos que se parezcan a lo que se describe en el texto. d) Debate en grupo cuáles son las principales diferencias entre el conocimiento científico y el empleado para hacer predicciones como las catástrofes del año 2000. e) Busca horóscopos para el mismo día o la misma semana en diferentes periódicos o revistas y compara si son iguales para cada signo. Debate en grupo por qué hay diferencias entre ellos y concluye sobre la confiabilidad de esas predicciones. 2. A continuación aparecen algunas frases relacionadas con diferentes formas de aproximarnos al conocimiento. Clasifícalas como falsas o verdaderas, escribe en tu cuaderno la justificación de tus respuestas y compáralas con las contestaciones del resto del grupo: a) El razonamiento es suficiente para saber si un conocimiento es correcto. b) La medición es indispensable para el desarrollo de la ciencia, pues nos permite obtener parámetros que podemos comparar en diferentes momentos. c) Los modelos que se emplean en ciencia representan la verdad sobre el fenómeno que abarcan. d) Los conocimientos científicos, como están comprobados, no evolucionan ni cambian. e) En la ciencia hay ideas y explicaciones que no se pueden cuestionar ni plantear experimentos sobre ellas, pues son la base de nuestras afirmaciones. 3. La deforestación, es decir, la tala de bosques y selvas, es un grave problema ambiental en la actualidad. Aunque para llevarla a cabo no es necesario emplear sustancias químicas ni se producen contaminantes, también favorece al fenómeno de calentamiento global que ya hemos tratado. ¿Podrías explicar por qué ocurre esto? 4. Observa la siguiente gráfica, relacionada con la concentración de CO en la atmósfera y la temperatura promedio del ambiente a lo largo del tiempo. Analízala y explica qué conclusiones puedes obtener de ella. durante muchos millones de años y es muy abundante, como puedes ver en la figura 1.143, menos de 1% puede emplearse para consumo humano. Pero a esto hay que restarle el hecho de que la mayoría de las actividades industriales, las de limpieza, las de cocina y las del baño van dejando restos biológicos y químicos que contaminan, de forma que esa agua se vuelve inutilizable. Por eso se oye decir con frecuencia que el agua se acabará, pero más correctamente deberíamos referirnos al agua potable. Dado que el diagnóstico a corto plazo es alarmante, resulta de gran importancia que todos echemos a andar los mecanismos de solución que estén a nuestro alcance, que pueden ser tan grandes como la instalación de plantas purificadoras para que las empresas no regresen al ambiente agua contaminada, o el organizar medidas para ahorrarla y reutilizarla en las pequeñas actividades domésticas. ¿Tú ya colaboras? Con la realización de este sencillo proyecto puedes poner tu granito de arena, que no es despreciable en ninguna medida. 1.143. Se estima que hay 1 386 trillones de litros de agua en el planeta. Los acuíferos, la verdadera reserva para el hombre, sólo representan 0.61%: mientras que aprovechamos la de los lagos, 0.009%, y de ríos, con tan sólo 0.0001% del total. 1.144. El agua es indispensable para la sobrevivencia y el estilo de vida de las sociedades está absolutamente condicionado por las circunstancias en que ésta se encuentre. Para terminar Aunque hayamos terminado el bloque, siempre hay mucho más por saber, y en esta sección trataremos de resaltar la importancia de lo que estudiamos y cómo puede servirnos para ir “más allá”. Al final de tu libro encontrarás una tabla periódica de los elementos para facilitar tus consultas en todo momento. Esperamos que, ahora que ya tienes una idea de la organización de tu libro, te adentres en él con entusiasmo y lo disfrutes al máximo. Estructura de tu libro 5
  7. 7. >CONTENIDO ENLACE 10 BLOQUE 1. LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES 16 LECCIÓN 1. LA QUÍMICA, LA TECNOLOGÍA Y TÚ 1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? • Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente 1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química • Experimentación e interpretación • Abstracción y generalización • Representación a través de símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales • Características de la química: lenguaje, método y medición 1.3 Tú decides: ¿cómo saber que una muestra de una sustancia está más contaminada que otra? • Toxicidad 19 LECCIÓN 2. PROPIEDADES FÍSICAS Y CARACTERIZACIÓN DE LAS SUSTANCIAS 2.1 ¿Qué percibimos de los materiales? • Experiencias alrededor de las propiedades de los materiales • Limitaciones de los sentidos para identificar algunas propiedades de los materiales • Propiedades cualitativas: color, forma, olor y estados de agregación 2.2 ¿Se pueden medir las propiedades de los materiales? • Propiedades extensivas: masa y volumen • Medición de propiedades extensivas • Propiedades intensivas: temperatura de fusión y de ebullición, viscosidad, densidad, concentración (m/v), solubilidad • Medición de propiedades intensivas 2.3 ¿Qué se conserva durante el cambio? • La primera revolución de la química: el principio de conservación de la masa • La importancia de las aportaciones del trabajo de Lavoisier 2.4 La diversidad de las sustancias • Experiencias alrededor de diversas sustancias • Una clasificación particular: el caso de las mezclas • Mezclas homogéneas y heterogéneas • Propiedades y métodos de separación de mezclas 6 19 19 24 28 29 30 31 33 42 48 48 48 49 50 57 58 58 62 62 72 72 74 76 76 77 77 82
  8. 8. LECCIÓN 3. PROYECTOS. AHORA TÚ EXPLORA, EXPERIMENTA Y ACTÚA ¿Quién es el delincuente? El análisis de la investigación científica ¿Qué hacer para reutilizar el agua? 92 93 95 BLOQUE 2. LA DIVERSIDAD DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN QUÍMICA 98 LECCIÓN 1. MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS 1.1 La clasificación de las sustancias • Experiencias alrededor de diferentes clasificaciones de sustancias • Mezclas: disoluciones acuosas y sustancias puras: compuestos y elementos 1.2 ¿Cómo es la estructura de los materiales? • El modelo atómico • Organización de los electrones en el átomo. Electrones internos y externos • Modelo de Lewis y electrones de valencia • Representación química de elementos, moléculas, átomos, iones e isótopos 1.3 Clasificación científica del conocimiento de los materiales • La segunda revolución de la química: el orden en la diversidad de sustancias • Aportaciones del trabajo de Cannizzaro y Mendeleiev 1.4 Tú decides: ¿qué materiales utilizar para conducir la corriente eléctrica? 101 101 LECCIÓN 2. TABLA PERIÓDICA 2.1 Estructura y organización de la información física y química en la tabla periódica • Identificación de algunas propiedades que contiene la tabla periódica: número atómico, masa atómica y valencia • Regularidades que se presentan en la tabla periódica. Metales y no metales • Características de: C, Li, F, Si, S, Fe, Hg 2.2. ¿Cómo se unen los átomos? • El enlace químico • Modelos de enlaces: covalente, iónico y metálico • El agua como un compuesto ejemplar LECCIÓN 3. PROYECTOS. AHORA TÚ EXPLORA, EXPERIMENTA Y ACTÚA 101 102 110 111 116 118 120 127 127 128 134 138 141 141 143 153 162 162 163 167 174 Contenido 7
  9. 9. ¿Cuáles son los elementos químicos importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? ¿Cómo funcionan las drogas? 174 177 BLOQUE 3. LA TRANSFORMACIÓN DE LOS MATERIALES: LA REACCION QUÍMICA 182 LECCIÓN 1. LA REACCIÓN QUÍMICA 1.1 El cambio químico • Experiencias alrededor de algunas reacciones químicas • La formación de nuevos materiales 1.2 El lenguaje de la química • Los modelos y las moléculas • El enlace químico y la valencia • Ecuación química. Representación del principio de conservación de la masa 1.3 Tras la pista de la estructura de los materiales • La tercera revolución de la química: aportaciones del trabajo de Lewis y Pauling 1.4 Tú decides: ¿cómo evitar que los alimentos se descompongan rápidamente? • Conservadores alimenticios • Catalizadores 185 185 185 187 191 191 192 202 204 207 LECCIÓN 2. LA MEDICIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS 2.1 ¿Cómo contar lo muy pequeño? • Las dimensiones del mundo químico • El vínculo entre los sentidos y el microcosmos • Número y tamaño de partículas. Potencias de 10 • El mol como unidad de medida 214 214 217 217 220 223 193 196 196 LECCIÓN 3. PROYECTO 230 ¿Qué me conviene comer? 230 • Aporte energético de los compuestos químicos de los alimentos. Balance nutrimental 230 ¿Cuáles son las moléculas que componen a los seres humanos? 235 • Características de algunas biomoléculas formadas por CHON 235 BLOQUE 4. LA FORMACIÓN DE NUEVOS MATERIALES LECCIÓN 1. ÁCIDOS Y BASES 1.1 Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana • Experiencias alrededor de los ácidos y las bases • Neutralización 8 240 243 243 243 246
  10. 10. 1.2 Modelo de ácidos y bases • Modelo de Arrhenius 1.3 Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”? LECCIÓN 2. OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN 2.1 La oxidación: un tipo de cambio químico • Experiencias alrededor de la oxidación 2.2 Las reacciones redox • Experiencias alrededor de las reacciones de óxido-reducción • Número de oxidación y tabla periódica LECCIÓN 3. PROYECTOS: AHORA TÚ EXPLORA, EXPERIMENTA Y ACTÚA ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? ¿Cómo evitar la corrosión? 248 249 256 260 260 260 263 263 264 276 276 282 BLOQUE 5. QUÍMICA Y TECNOLOGÍA 286 PROYECTO 1. ¿CÓMO SE SINTETIZA UN MATERIAL ELÁSTICO? 288 TEMAS Y PREGUNTAS OPCIONALES 1. ¿Qué ha aportado México a la química? • Principales contribuciones de los investigadores químicos al desarrollo del conocimiento químico 2. ¿Por qué usamos fertilizantes y plaguicidas? 3. ¿De qué están hechos los cosméticos y algunos productos de aseo personal como los jabones? 4. ¿En qué medida el ADN nos hace diferentes? 5. ¿Qué combustible usar? 6.¿Cuáles son las propiedades de algunos materiales que utilizaban las culturas prehispánicas? 7. ¿Cuál es el papel de la química en diferentes expresiones artísticas? 295 295 Bibliografía Direcciones de Internet Tabla periódica de los elementos Índice de términos 295 298 301 304 307 310 312 314 316 317 318 Contenido 9
  11. 11. >Enlace ¡Luces, cámara, acción! N o te sorprendas, estás en el libro correcto y no en el inicio del rodaje de una película. Pero este texto, que tiene como objetivo acercarte a temas de ciencia y tecnología, en particular de química, comenzará por donde menos lo esperas. Si le preguntáramos a la gente qué profesiones Aunque no lo creas, en la realización de una película cree que están más alejadas de la ciencia, hay tanta física o química como arte. entre las respuestas más comunes seguramente encontraríamos: cantante, actor, pintor, beisbolista, fotógrafo, escritor, árbitro de futbol, escultor, locutor o bailarín. Como verás, mencionamos ejemplos relacionados con actividades artísticas o deportivas que se consideran “culturales”, “recreativas” o “de esparcimiento”, y que muchas personas practican aun sin ser profesionales. Efectivamente, no es indispensable saber física, biología, química o matemáticas para jugar un partido de futbol o pintar un cuadro. Sin embargo, esas actividades están más relacionadas con la ciencia y la tecnología de lo que crees, pues las ciencias y las artes son creaciones humanas que requieren imaginación, creatividad y entrega. Las actividades que la sociedad emplea como medios de diversión o esparcimiento, como asistir a un concierto, ver una película, ir a un museo, admirar a los deportistas en los Juegos Olímpicos o bailar en una discoteca, no son ajenas a la ciencia y la tecnología, pues aprovechan muchas de sus creaciones, descubrimientos e inventos. Tú ya conoces los principales temas de la biología y la física pues los has estudiado en los cursos pasados, así que seguramente podrás imaginar muchos ejemplos que ilustren la afirmación anterior. Como una forma de comprobarlo, a continuación encontrarás algunos casos con los que podrás recordar algo de lo que ya estudiaste. ¡Los logros científicos y las creaciones artísticas generan gran satisfacción y placer! 10
  12. 12. La biología en las actividades recreativas Sin lugar a dudas, entre los conocimientos científicos más provechosos para cualquier persona están aquellos que se refieren a nuestras funciones vitales. Como muestra podemos mencionar el estudio de los alimentos El desarrollo muscular y la nutrición. Todos debemos ser cuidadosos con lo que comemos de los atletas es diferente según su especialidad. para conservar la salud, pero este aspecto es especial para deportistas, acróbatas, bailarines y todos aquellos profesionales que trabajan con su cuerpo. Los atletas de alto rendimiento, los futbolistas o cualquier deportista profesional, siempre cuentan con un especialista en nutrición como parte de su equipo; sus comidas son controladas y diferentes según el momento de entrenamiento o competencia en que se encuentren. Así, un velocista y un maratonista tienen diferente estructura corporal y comen de forma distinta: el primero necesita energía disponible rápidamente, por ejemplo, de azúcares ingeridos durante el desayuno previo a la competencia para lograr mayor rendimiento, mientras que el segundo debe resistir el esfuerzo durante mucho tiempo, por lo que la noche anterior cena carbohidratos complejos, como los de las pastas, que se procesan más lentamente. La anatomía del cuerpo humano también es de gran interés para quienes deben cuidarse de lesiones y desarrollar una constitución física acorde con su actividad, pero otros profesionales, como los artistas plásticos, deben dominarla a la perfección. Seguramente has visto esculturas o pinturas de grandes artistas que plasman hasta el más mínimo detalle de huesos, músculos, venas y arterias en sus cuadros. Si conoces a alguien que haya estudiado la carrera de pintura, podrás averiguar que entre las materias obligatorias que cursó está precisamente la anatomía humana. Pensando en los espectadores o los viajeros, los diseñadores y constructores de butacas también deben saber anatomía, pues los asientos de estadios, teatros o aviones deben ser ergonómicos, es decir, tener la forma adecuada para que sean cómodos y permitir una postura correcta. Leonardo da Vinci (1452-1519), uno de los más grandes pintores, escultores e inventores, fue también de los primeros estudiosos de la anatomía. El diseño de asientos se hace pensando en las medidas anatómicas promedio, pero a veces… Enlace 11
  13. 13. >Enlace El conocimiento sobre los animales y sus necesidades tampoco es ajeno a la industria del espectáculo, el entretenimiento y la diversión. Los veterinarios son indispensables en circos y zoológicos, en los cuales hay que considerar el comportamiento y las necesidades de las diferentes especies para diseñar sus viviendas y saber hasta dónde es conveniente su contacto con la gente. El cautiverio es una situación estresante para muchos de estos animales, y su sufrimiento puede ser muy grande si no se Algunos domadores han sido víctimas de sus mascotas, pues han desafiado sus costumbres aun les trata adecuadamente; para evitar esto sabiendo el peligro que enfrentaban. existen leyes y reglamentos que deben respetarse y que se elaboran con la asesoría de biólogos especialistas. La propia Naturaleza suele ser un gran espectáculo y en México tenemos muchos ejemplos, gracias a su gran variedad de ecosistemas. Pocas cosas hay que sean más impresionantes que ver las ballenas en el Mar de Cortés en Baja California, pasear entre las mariposas Monarca en algunos bosques de Michoacán o bucear en los arrecifes de los litorales de los miles de kilómetros de costa mexicana. Desafortunadamente, la falta de cultura y conocimiento sobre lo importante que es la conservación del ambiente favorece que los ecosistemas se contaminen, perturben y destruyan, por lo que poco a poco desaparecen especies y disminuye la posibilidad de asombrarnos con ellas. Como en todos los casos descritos hasta ahora, un mayor entendimiento colectivo de la ciencia ayudaría mucho a la conservación y el mejor aprovechamiento de la Naturaleza, sin los cuales nuestra propia especie corre el riesgo de desaparecer. Cuando tengas oportunidad, no dejes de conocer estas maravillas de la naturaleza mexicana. 12
  14. 14. También hay física en el entretenimiento El curso pasado aprendiste que la física tiene muchos campos de acción y estudio; sin la mecánica, el electromagnetismo, la termodinámica o la óptica, las industrias del espectáculo y del entretenimiento no serían siquiera parecidas a lo que conocemos. Si te emocionan las carreras de cualquier tipo, No hay lugar más divertido para estudiar los temas ya sea de deportistas, relacionados con la fuerza o la energía que una feria. de caballos o de coches, requerirás comprender a la perfección términos como trayectoria, velocidad, aceleración o potencia que estudiaste como parte de la mecánica. Prácticamente todos los Entre los deportes olímpicos, la natación atrae a muchos campos de estudio de la física se emplean en las carreras de espectadores. Si te gusta nadar y tienes idea de cómo hacerlo bien, coches. ¿Podrías pensar en intenta medir en cuánto tiempo recorres una distancia determinada ejemplos que demuestren esta y compáralo con este dato: el récord mundial de la carrera de 100 m afirmación? de nado libre es de 47.84 s, que impuso el holandés Pieter van den Hoogenband en Sydney, Australia, el 19 de septiembre de 2000; para lograrlo, además de cientos de horas de práctica y de ejercicios complementarios a la natación, se necesita un impresionante análisis técnico: la posición de brazos, piernas, cabeza y tronco debe estar perfectamente controlada en cada movimiento para disminuir al máximo la fricción con el agua, que también es afectada por la textura y la forma del traje de baño y hasta por el vello corporal; se deben fortalecer determinados músculos para que el rendimiento sea óptimo en el momento y la zona adecuados; hay que dominar la trayectoria y el impulso más intenso al dar las vueltas. Cualquier mínimo detalle puede ayudar para ser el vencedor o para romper un récord, lo que cada vez resulta más difícil. En esta alberca se controla el flujo de la corriente para que el nadador practique sin avanzar. Los movimientos se monitorean y analizan de forma computarizada. Enlace 13
  15. 15. >Enlace Otro ejemplo muy diferente del estudio del movimiento lo encontramos en una sala de conciertos. Es fabulosa la manera en la que viajan las ondas sonoras que produce cada instrumento; si el lugar está bien planeado y construido, se escucharán todos los sonidos nítidamente, aun en el rincón más alejado del escenario. Los teatros más Todos los instrumentos musicales, los aparatos antiguos que todavía existen fueron construidos con de sonido y los sistemas de iluminación base en la experiencia de sus arquitectos, que eran dependen de la corriente eléctrica en este tipo de espectáculos. verdaderos genios. Hoy hay ingenieros especialistas en el diseño de auditorios y se apoyan en complejos programas de computación que simulan el viaje de las ondas a través del espacio del recinto; pero no basta con la estructura adecuada, pues el tipo de material de las alfombras, las cortinas, los muros y hasta la ropa de la gente afecta la acústica. Como un concierto de música clásica, la música sonorizada por medios electrónicos en grandes auditorios es igualmente emocionante. El sistema de sonido, la iluminación y los efectos especiales están basados por completo en los avances de la ciencia y la tecnología. Posiblemente los científicos que descubrieron la electricidad, el magnetismo o la corriente eléctrica nunca imaginaron la gran cantidad de aparatos y aplicaciones que se desarrollarían después. Como parte del tema de la electricidad, estudiaste también las ondas electromagnéticas, con Escuchar la música que nos gusta en vivo, las que se han generado en una sala con buena acústica, es una las aplicaciones más experiencia inolvidable. sorprendentes en las comunicaciones y la xx causó furor el cine, basado diversión. Si a principios del siglo Los cantantes trabajan con un complicado instrumento que funciona con corrientes de aire, como un fuelle; si no lo conocen bien y no lo manejan adecuadamente, se enfrentarán a serios problemas que pueden incluso dejarlos mudos. 14
  16. 16. en luz que pasa a través de “micas con imágenes” que se van moviendo, o la radio, que permite escuchar señales que viajan por el aire y se captan con antenas, la aparición de la televisión a mediados del mismo siglo estaba destinada a generar el mayor cambio cultural de todos los tiempos. Muchas veces se ha cuestionado si la influencia de la televisión en la vida cotidiana es benéfica o nociva para las sociedades, pero esto no depende de la Desde los televisores de bulbos hasta las pantallas de tecnología con la que funciona, sino de los plasma se ha modificado la tecnología, pero sigue siendo criterios para definir los contenidos. igualmente sorprendente que a través del aire, por un A la información que obtenemos por radio o cable, con una cinta magnética o con un disco de plástico se obtenga la información para disfrutar de las imágenes televisión hoy se suma la de Internet; el uso y el sonido. de estas tecnologías tiene tanta importancia que ya se manejan términos como “la era de las comunicaciones” o “la sociedad de la información” para describir los tiempos modernos. De hecho, uno de los factores que determina las diferencias entre los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo es precisamente la capacidad tecnológica de comunicarse. Tercera llamada… ¡comenzamos! Si la física y la biología influyen en la industria del entretenimiento, ¿cómo lo hará la química? Seguramente podrás contestar esta pregunta y otras relacionadas con los más variados campos de acción en muy poco tiempo, pues vamos a iniciar un viaje por medio del conocimiento de esta ciencia, de su historia, su desarrollo, sus aplicaciones y su importancia. Si la ciencia influye en la diversión, intentaremos también que se dé el fenómeno inverso: aprender química puede ser una aventura no sólo útil, sino también placentera y divertida. ¿Qué tal si lo intentamos? El manejo eficiente de la información va más allá de la diversión y el entretenimiento: condiciona el avance de la sociedad. Enlace 15
  17. 17. >Bloque 1 > Las características de los materiales El alquimista (fragmento) Lento en el alba un joven que han gastado la larga reflexión y las avaras vigilias considera ensimismado los insomnes braseros y alquitaras (…) En su oscura visión de un ser secreto que se oculta en el astro y en el lodo, late aquel otro sueño de que todo es agua, que vio Tales de Mileto. Jorge Luis Borges (Argentina, 1899-1986) 16
  18. 18. > Lo que aprenderás LECCIÓN 1 LECCIÓN 2 LECCIÓN 3 La química, la tecnología y tú Propiedades físicas y caracterización de las sustancias Proyectos. Ahora tú explora, experimenta y actúa Conocerás diferentes visiones sobre la ciencia y la tecnología, en particular sobre la química, e identificarás la influencia de los medios de comunicación en la transmisión de esas opiniones. Clasificarás diferentes sustancias por medio del análisis y comparación de sus propiedades. En la tercera lección de cada bloque tú serás el protagonista principal, pues aunque todo el libro requiere tu participación activa, aquí deberás tomar decisiones sobre qué hacer y cómo actuar en situaciones concretas; para ello, en este caso tendrás que echar mano de todo lo estudiado y consultar variadas fuentes de información para averiguar “quién es el delincuente”, y para diseñar mecanismos que te permitan reutilizar el agua. Reconocerás aportaciones del conocimiento químico que ayudan a satisfacer necesidades del ser humano y revisarás su influencia sobre el ambiente. Podrás comparar el conocimiento científico con otras formas de aproximarnos a los fenómenos y describirlos. Identificarás herramientas útiles para la química. Reconocerás algunos mecanismos para identificar si algo está contaminado o no. Reconocerás la importancia de medir para caracterizar propiedades extensivas e intensivas de los materiales. Aprenderás a manejar diferentes instrumentos de medición útiles para la química. Descubrirás y analizarás el trabajo de Antoine Laurent de Lavoisier, que fue decisivo para identificar “qué se conserva durante los cambios”. Identificarás diversas mezclas, reconocerás sus propiedades y comprobarás que sus componentes pueden separarse por diferentes métodos. > ¿Qué piensas? Al observar la Naturaleza podemos apreciar gran cantidad de materiales. Si añadimos los productos generados con la intervención del ser humano, la lista se hace casi interminable. Asómate a una tienda o mercado y pregúntate si sabes cómo está hecho y qué utilidad tiene todo lo que ahí se expende. La publicidad se encarga de que conozcamos “las virtudes” de los No hace daño porque no tiene “químicos” productos para hacerlos atractivos. Pero muchas veces se transmite información que puede ser cuestionable. Seguramente has escuchado frases como: “lo natural no hace daño” o “este producto es nocivo porque es sintético”, que colocan en desventaja a aquello obtenido por medio de la ciencia y la tecnología, o bien otras que se apoyan en estas actividades, como: “está hecho con tecnología de punta” o “científicos expertos lo avalan”. ¿Acaso son la ciencia y la tecnología heroínas o villanas? ¿Tú qué piensas? 17
  19. 19. >PARA COMENZAR 1.1. Mediante la observación, la imitación de la Naturaleza y la experiencia acumulada desde hace miles de años, el hombre ha adaptado su entorno para satisfacer sus necesidades. 1.2. En la Grecia antigua había gente dedicada a cultivar la razón, pero no solían desarrollar trabajo práctico ni experimental, pues consideraban que la actividad manual sólo era digna de los esclavos. 1.3. La imagen de las grandes ciudades actuales es el reflejo del desarrollo de la ciencia y la tecnología. 18 Imagina qué reacción tendría un hombre de la prehistoria si pudiera ver cómo vivimos hoy en día. El ser humano, a lo largo de los siglos, ha transformado casi todo lo que le rodea. Todas las especies interactúan con su medio, pero los humanos se distinguen por su capacidad de analizar los fenómenos e intentar modificarlos de forma consciente. Esto, junto con otras características, como la posibilidad de asir objetos y transformarlos con las manos, permitió a los hombres empezar a crear instrumentos útiles y adaptar su medio para resolver sus necesidades, protegerse y vivir más cómodos. Los avances de las civilizaciones antiguas, logrados mediante la experiencia diaria, pudieron trascender gracias a otras capacidades maravillosas: la memoria y la posibilidad de comunicarse, inicialmente de forma oral, y luego con símbolos que dieron origen a la escritura. Muchos procesos, inventos y técnicas se fueron acumulando y mejorando por generaciones; las labores de las diferentes personas se fueron haciendo más especializadas y poco a poco apareció la división de oficios y de clases sociales. En diferentes lugares surgieron civilizaciones que fueron desarrollando diferentes ideas y técnicas de obtención de alimentos, de construcción, de transporte o de comunicación. En este proceso de acumulación de conocimientos, ¿en qué momento comenzó la actividad que llamamos “ciencia”? Aunque esta pregunta no tiene una respuesta perfectamente determinada, podemos decir que a partir del siglo xv se dieron los factores que hicieron que esta forma de ver la Naturaleza y de aprender se volviera el motor de los cambios más impactantes que las comunidades hayan visto hasta llegar a las complejas sociedades modernas. Hoy no podríamos imaginar la sociedad moderna sin la ciencia y las aplicaciones que genera por medio de la tecnología. Pero muchos conocimientos científicos son muy complejos, tanto que resultan inaccesibles para la gente no especializada, y, además, el desarrollo tecnológico ha provocado algunos problemas que hacen que la imagen de la ciencia genere controversias. ¿Qué hace falta para hacer ciencia? ¿Cuándo y cómo empezó esta ciencia que llamamos “química”? ¿A qué se dedican los químicos? ¿Qué papel desempeñan en la sociedad actual? ¿Cómo influye esta ciencia en tu vida diaria? Estas preguntas y muchas otras cuestiones serán el objeto del análisis en nuestro primer tema de estudio. Bloque 1 › Las características de los materiales
  20. 20. >LECCIÓN 1 La química, la tecnología y tú Al igual que la biología y la física, que ya conoces por los cursos de los años anteriores, la química es una ciencia. Su campo de estudio se centra en la materia, en particular en su composición y las transformaciones que puede tener. Si consideras que todo lo que aprecias a tu alrededor, desde lo más lejano hasta tu propio cuerpo está hecho de materia, podrás darte cuenta de la gran cantidad de cosas que hay para analizar. Pero ¡no te asustes!, los conocimientos acumulados a lo largo de la historia y los procedimientos que se siguen por medio de la ciencia nos permiten tener la información clara y organizada para que la comprendamos con facilidad, para que sigamos los avances y logros que se van generando y para que le saquemos el máximo provecho mediante las aplicaciones que se logran utilizando la tecnología. Como todas las actividades humanas, la química influye en el desarrollo de la vida cotidiana pues, además de ampliar el conocimiento, permite la generación de nuevos materiales y procesos que modifican nuestras actividades y costumbres: tal vez por ahora no sabes mucho de química, pero sin saberlo ya estás inmerso en ella. 1.1 ¿Cuál es la visión de la ciencia y la tecnología en el mundo actual? 1.4. Todos los materiales que te rodean, por ejemplo, los que forman a los seres vivos, los que están en el ambiente o los fabricados por el hombre, contienen sustancias químicas. Relación de la química y la tecnología con el ser humano y el ambiente Reflexiona No podemos negar que el mundo moderno debe muchas de sus características al desarrollo de las ciencias. La química en particular, con la manipulación, transformación y aprovechamiento de diversos materiales ha provocado que muchas actividades y fenómenos tomen una apariencia que ya consideramos cotidiana. Si no lo crees, observa la siguiente imagen: Imagina que estás en algún lugar de tu casa, el que más te guste, y piensa en los objetos que hay ahí. En tu cuaderno haz una lista de al menos veinte productos o materiales que recuerdes de ese lugar, indicando si fueron tomados directamente de la Naturaleza o son producto de alguna industria o proceso de transformación creados por el hombre. Cuando los tengas, compara tu escrito con el de algunos compañeros y comenten para tratar de responder la pregunta: ¿cómo influye la química en nuestras vidas? 1.5. Las medicinas, las conservas, los combustibles, las fibras sintéticas, las pilas y los materiales de empaque o envoltura son ejemplos de producto de industrias químicas. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 19
  21. 21. >lección 1 1.6. ¿De verdad crees que todos los científicos son superdotados, están locos o tienen apariencia extraña? ¿Acaso conoces a mucha gente así? 1.7. Muchos productos que se anuncian para bajar de peso y tener cuerpos esculturales no sólo no funcionan, sino que pueden ser peligrosos para la salud. Debido a que el desarrollo y la aplicación de la química han producido muchos avances encaminados a satisfacer necesidades básicas, como la alimentación, la salud o el vestido, y a hacer más cómoda y atractiva la vida cotidiana, podríamos pensar que toda la gente tiene una opinión favorable de esta disciplina. Sin embargo, como consecuencia de estas aplicaciones se han producido también algunos efectos indeseables, como la producción excesiva de basura, la contaminación del aire, el agua y el suelo, la aparición de muchos productos tóxicos, la generación de armas o la extinción de algunas especies. Si sumamos a esto el hecho de que algunos conocimientos se van especializando y haciendo cada vez más complejos y poco accesibles para la población en general, el resultado es que las opiniones sobre la ciencia y la tecnología se dividen. La importancia que tiene la imagen de la química en la sociedad va mucho más allá de las opiniones, pues éstas repercuten en los más variados ámbitos. Como muestra, analiza las siguientes frases: >> La publicidad aprovecha la ignorancia de la gente para que se vendan productos, muchas veces inútiles, avalándolos con frases “muy científicas”; sin embargo, para promocionar otros artículos se elogia su origen natural, como si no hubiera productos naturales tóxicos o lo artificial fuera necesariamente dañino. >> En los medios políticos y económicos, en los que se decide el gasto destinado a asuntos de ciencia y tecnología, en ocasiones las opiniones favorables o desfavorables sobre estos temas influyen más que las ideas de los expertos para aprobar o rechazar proyectos como, por ejemplo, la biotecnología, la clonación, los anticonceptivos, el uso de energéticos o las investigaciones espaciales. >> El uso excesivo de algunos procesos, como la quema de combustibles para transportes, industria o calefacción, han generado problemas como el aumento de la temperatura global de la atmósfera. Muchos científicos han dado señales de alerta y han sugerido estrategias para disminuir estos efectos, pero algunos gobiernos los ignoran y sus decisiones se basan en criterios principalmente económicos y de negocios. Reflexiona Seguramente conoces muchos más ejemplos que ilustran tanto la utilidad y beneficio de la química como los problemas y opiniones que genera. Coméntalos con tus compañeros y conoce sus opiniones. 1.8. El calentamiento global, que está alterando el clima del mundo, ¿será culpa de la química? 20 Bloque 1 › Las características de los materiales
  22. 22. >¡Manos a la Obra! ¡Las opiniones sobre química y tecnología a debate! >> Con la participación de todo el grupo, organicen una discusión que tenga como tema central: “¿Resulta benéfico el desarrollo de la química y la tecnología?” >> Para tener información más amplia sobre el tema, te sugerimos que previamente hagas una encuesta entre tus familiares, amigos o conocidos. Piensa qué preguntas podrías hacer y organízalas junto con las respuestas. Ahí te van algunas ideas de preguntas para que abarques distintos aspectos importantes: a) Mencione algunos beneficios que hayan generado la investigación científica y la tecnología en los campos que se indican: Alimentación Empaques y envolturas Salud Vestido Agricultura Vivienda Transporte Diversión b) Con respecto a la pregunta anterior, describa también problemas que se hayan generado para la gente, la sociedad o el ambiente. c) Haciendo un balance de los aspectos benéficos y los problemas, ¿cree usted que el desarrollo de la ciencia sea positivo o negativo? d) ¿Cree usted que la solución de los problemas generados por las aplicaciones tecnológicas podrían resolverse sin el conocimiento científico? Si así lo cree, sugiera cómo. e) ¿En qué o quién cree usted que recae la responsabilidad de los problemas: en la ciencia, en los científicos, en los fabricantes de tecnología, en los comerciantes, en los medios que publicitan los productos, en los consumidores, en alguien más? >> Arregla y organiza las preguntas como consideres mejor y añade todo lo que creas que te aportará información para discutir en el debate. >> La idea es que, tras reunir y revisar la información, el día del debate el grupo se divida en dos, para que cada mitad defienda una postura: a favor o en contra. Posiblemente te toque estar en la mitad con la que no estás de acuerdo, pero haz un esfuerzo para encontrar los argumentos que avalarían esa opinión. >> Para el buen funcionamiento de la sesión sería conveniente que eligieran a un compañero como moderador con el fin de que vaya dando la palabra a quien le toque, procurando el equilibrio entre las participaciones de las dos mitades; otra persona podría ser el secretario, para ir anotando frases a manera de resumen de cada aportación, ya sea en el pizarrón o en una hoja. >> Una vez que hayan terminado los argumentos de ambas partes, procuren obtener conclusiones del grupo y anótenlas en sus cuadernos para que quede constancia de la actividad. 1.9. Organiza tus ideas y prepárate para defenderlas lo mejor posible en el debate. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 21
  23. 23. Tiempos paralelos En enero de 2007 se reunieron en Davos, Suiza, los líderes políticos más importantes del mundo en el Foro Económico Mundial. Los temas que trataron se centraron en la pobreza, el poder de la economía china, la paz en Medio Oriente y el cambio climático. A principios de febrero del mismo año, científicos de todo el mundo, reunidos en el panel de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) sobre el clima, alertaron una vez más sobre la responsabilidad del ser humano y la quema de combustibles en este cambio climático, y presentaron alarmantes conclusiones. En los periódicos de esos días se leyeron encabezados como los siguientes: El cambio climático afectará a la mayoría de los negocios: ejecutivos de todo el mundo Este año en Davos aumentan al doble los interesados en el tema Davos, 24 de enero de 2007. Las prin- cutivos encuestados se encuentra muy cipales compañías del mundo a través preocupado por las condiciones del clide sus presidentes ejecutivos (CEO) manifestaron gran preocupación por Bush dice tomar el asunto en serio el costo que tendrá el cambio climátiy promete reducción de combustioco sobre los negocios, y consideraron a nes en 20% para el 2017 este problema como más alarmante que el terrorismo, la inestabilidad política y la escasez de petróleo y otros recursos. ma; sin embargo, entre los empresarios La firma de consultoría estadounidense norteamericanos la cifra baja a sólo el Price Waterhouse Coopers (PwC) pre- 18%... sentó un sondeo en el Foro Económico Por su parte, el presidente de Estados Mundial, en el que el 40% de los eje- Unidos, George Bush, presentó diversos compromisos para reducir la emisión de bióxido de carbono y para sustituir el petróleo por etanol, pese a que aún no ha ratificado su apoyo al Protocolo de Kyoto para hacer frente al calentamiento global… Los líderes empresariales se muestran muy optimistas pues consideran que la globalización trae importantes oportunidades de expansión y penetración geográfica, pero están conscientes de que deben basar este crecimiento en tecnologías no contaminantes… Urge frenar el calentamiento global La Torre Eiffel, el Coliseo Romano, la Puerta de Alcalá, el Arco del Triunfo y miles de hogares europeos apagan luces cinco minutos ante el llamado de ambientalistas París/Pekín, 1 de febrero de 2007. Un grupo de 2,500 científicos de 130 países, la mayor autoridad sobre el cambio climático reunida en París, advirtió que muchos de los efectos observados se mantendrán o crecerán por siglos aun cuando se pongan en marcha medidas 22 El nivel de los océanos seguirá creciendo durante mil años, advierten los científicos del panel de la ONU para frenar las emisiones de gases de Bloque 1 › Las características de los materiales carbono producto, principalmente, de la quema de combustibles fósiles… Por otro lado, en Pekín, China, científicos advirtieron que el aumento de temperatura en la meseta Qinghai-Tibet, derretirá glaciares, secará ríos y provocará grandes sequías…
  24. 24. Grupo ligado a Bush ofrece soborno a expertos para que alteren reporte sobre el cambio climático La Tierra podría calentarse hasta 6.4 °C a fines del siglo XXI. La única solución está en disminuir emisiones de gases de efecto invernadero en todos los países París, 2 de febrero de 2007. Según un reporte de la prensa local, un grupo norteamericano que incluye a las mayores empresas petroleras, entre ellas ExxonMobil, ofreció dinero y viáticos a los miembros del Panel Intergubernamental en Cambio Climático (IPCC) para que suavizaran el informe de la ONU publicado este viernes, que cuenta con el aval de expertos de 130 países… El informe ha dejado atrás suposiciones para confirmar que el calentamiento se debe al 90% de las actividades humanas… principalmente de los países industrializados y de economías emergentes como China, India y Brasil… Entre otras con- clusiones se cita que los mares han absorbido el 80% de calor generado hasta ahora, los deshielos en la Antártica y Groenlandia contribuyen al aumento del nivel del mar y se observan grandes ascensos en las precipitaciones de las partes orientales de América, el norte de Europa y Asia Central… Rescata las principales ideas que aparecen en los fragmentos anteriores, escríbelos en tu cuaderno y coméntalas con tus compañeros para responder: ¿qué relación tiene la química con estas noticias? Y, ¿en qué medida todos estamos involucrados en los problemas que se muestran? 1.10. Diversas agrupaciones aprovechan los foros y reuniones internacionales para protestar por asuntos como la pobreza, la desigualdad o la destrucción del ambiente. Las TIC por tu cuenta Los medios de información y comunicación continuamente hablan sobre aspectos relacionados con el cambio global. Con el fin de que entiendas mejor el fenómeno y lo que puede hacerse para revertirlo, podrías llevar a cabo las siguientes consultas: > Analiza el video “La química y el ambiente”, vol. XIII de la colección El mundo de la química, si es que lo tienen en tu escuela. > Averigua qué son los protocolos de Kyoto y de Montreal; para ello puedes consultar las páginas de Internet: archivo.greenpeace.org/Clima/Prokioto.htm unfccc.int/portal_espanol/essential_background/feeling_the_ heat/items/3304.php es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Montreal www.analitica.com/va/documentos/2628553.asp Lección 1 › La química, la tecnología y tú 23
  25. 25. 1.2 Características del conocimiento científico: el caso de la química El ser humano tiene la capacidad de apreciar el mundo, analizarlo, describirlo y modificarlo con diversas acciones y, a lo largo de la historia, estas posibilidades han originado diferentes formas de conocer y actuar. 1.12. El arte: la necesidad de comunicar y de interpretar los sucesos ha impulsado la creación de muchas obras pictóricas, musicales, literarias y de todos tipos. Esta forma de representar los sucesos tiene como únicos límites la imaginación y la creatividad; se han desarrollado técnicas que los artistas pueden dominar y los productos pueden gustarnos o no, pero cualquier representación es válida. 1.11. Conocimiento empírico: muchas especies de animales son capaces de modificar su entorno y adaptarlo para sobrevivir o protegerse, y decimos que lo hacen por instinto. Por ejemplo, las abejas hacen panales y los castores hacen represas. Seguramente muchas prácticas del ser humano tienen un origen parecido, pero la capacidad de observación, el análisis, la acumulación de experiencias y transmisión de ideas permitió que se desarrollaran técnicas complejas, apoyadas en procesos de prueba y error. 1.13. La religión: como parte de la cultura de diferentes regiones y como una interpretación del origen y desarrollo del mundo y el ser humano, las religiones proponen explicaciones y preceptos que se consideran dogmas. Estas ideas las acepta la gente que sigue dichos preceptos porque así lo cree, sin necesidad de cuestionamientos ni demostraciones. ? 24 1.15. La ciencia: ¿qué tiene de especial esta forma de conocer y transformar el mundo? ¿Qué se requiere para llevarla a cabo? ¿Por qué ha generado tantos desarrollos tecnológicos? ¿Comparte algo con las otras formas de conocer el mundo? Bloque 1 › Las características de los materiales 1.14. La filosofía: es el estudio de los principios que organizan y orientan el conocimiento, tratando de analizar las causas y los efectos del pensamiento y las acciones. Desde varios siglos antes de nuestra era, se empezó a buscar cómo se construyen las explicaciones lógicas y racionales, pero en este esfuerzo los primeros filósofos generaron algunas ideas falsas, ya que trataron de explicar fenómenos naturales sólo de forma racional, y no todo lo que “suena o parece lógico” es necesariamente verdadero. Por ejemplo, Aristóteles (384-322 a. de n. e.), uno de los primeros analistas del pensamiento, proponía explicaciones con gran rigor de razonamiento que hoy sabemos que no son ciertas, como decir que los objetos pesados caen siempre más rápido que los ligeros.
  26. 26. Trata de responder las preguntas que aparecen en la figura 1.15. Con las siguientes actividades relacionadas con la química, que es una ciencia, trataremos que recuerdes muchas cosas que ya sabes y así te sea más fácil dar las respuestas. Glosario Instinto: conjunto de pautas de reacción o comportamiento que contribuye a la conservación de la vida de un individuo o de la especie. Dogma: proposición que se acepta como firme y cierta y como principio innegable de una ciencia o doctrina. Y antes de la química… ¿qué? Si buscamos los antecedentes de los químicos que hoy trabajan en modernos laboratorios, tenemos que remontarnos a los primeros siglos de nuestra era, cuando surgieron los primeros alquimistas. La alquimia, una mezcla de actividades experimentales y especulaciones filosóficas, comenzó entre los griegos de la escuela de Alejandría y se fue extendiendo hacia oriente y occidente, hasta abarcar todo el Mediterráneo, las regiones árabes, Medio Oriente y China. Para la historia la producción de bienes o las intrigas, permitía acrecentar el poder y el dominio. Como algunos de ellos mezclaban sus experiencias con actividades “ocultistas” y hacían negocios poco honestos actuando como charlatanes, también se les veía como magos o brujos. Entre los principales objetivos de los alquimistas estaba convertir diversos metales en oro, que ya entonces era un material sinónimo de riqueza. Muchos conocimientos sobre las sustancias y sus cambios fueron descubiertos en esta búsqueda, pero muchos más se perdieron, pues ellos mismos llevaban poco control de los procesos, los mantenían en secreto para no ceder privilegios y llamaban a cada cosa con nombres que los demás no entendían. 1.16. Henning Brand (1630-1710) fue un alquimista alemán que, en la búsqueda de convertir otros metales en oro, obtuvo por primera vez un sólido brillante, el fósforo blanco; lo logró hirviendo su orina, calentándola con arena y condensando los vapores generados. Los alquimistas se dedicaban a combinar sustancias, analizar fenómenos naturales, diseñar aparatos, experimentar con venenos y muchas actividades más que les permitían mostrar hechos asombrosos y hasta desarrollar técnicas útiles, lo que hizo que muchos de ellos recibieran protección de los gobernantes de sus regiones y adquirieran una posición de privilegio, pues su conocimiento aplicado a las armas, 1.17. El médico suizo Theophrastus Bombastus von Hohenheim, mejor conocido como Paracelso, fue el creador de la iatroquímica, disciplina en la que experimentaba con diferentes sustancias químicas para curar, como un antecedente del uso de las medicinas. A él se atribuye la frase: “La dosis hace el veneno”. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 25
  27. 27. ¡Piénsale! Para una actividad como la alquimia, ¿qué ventajas hubiera representado que los alquimistas organizaran y anotaran claramente su información y la compartieran con los demás, con un lenguaje común? ¿Tienes idea de cómo se ha abordado este aspecto en la química moderna? Comparte tus ideas con tus compañeros. La importancia del trabajo experimental Tal como lo era la alquimia, la química es una ciencia experimental, pues basa muchos de sus conocimientos y logros en el trabajo directo con la materia y sus cambios. Aunque generalmente asociamos los experimentos con laboratorios equipados con aparatos y sustancias “sofisticados”, cualquier lugar puede ser útil para llevar a cabo trabajo práctico y, con imaginación e ingenio, pueden ponerse en práctica experiencias grandiosas. Lo que sí es importante es organizar este trabajo, pues experimentar no es sólo revolver sustancias por ocurrencia, lo que puede resultar incluso peligroso. ¿Ya conoces el laboratorio? Como parte de este curso podrás apreciar muchos cambios sorprendentes, observarás fenómenos que te ayudarán a comprender el porqué de algunas ideas y podrás diseñar experimentos con base en lo que vayas aprendiendo. Para hacerlo, es importante conocer bien el lugar principal de trabajo. Si tu escuela cuenta con un laboratorio, en él se desarrollarán muchas de las actividades que te proponemos en este libro. En la primera ocasión que acudas al laboratorio, será importante que identifiques algunos aspectos: >> ¿Funcionan bien las puertas como para salir en caso de emergencia? >> ¿Con qué instalaciones está equipado? 1.18. Localiza las tomas de agua, de gas y los contactos eléctricos, que suelen ser de utilidad. >> ¿Qué equipo usarás para protección? 1.19. Analiza con tu grupo la conveniencia de emplear una bata, guantes y gafas de protección siempre que sea necesario. 26 Bloque 1 › Las características de los materiales
  28. 28. >> ¿Qué equipo hay contra incendios? 1.20. Localiza extintores, regaderas o mantas y analiza cómo y cuándo se usan. >> ¿Qué tipo de actividades están restringidas? Razona qué riesgos tendría tu salud y el desarrollo de los experimentos si se pudiera comer o beber, fumar, jugar y trabajar solo o sin atención en el laboratorio. Herramientas 1.21. Nunca pruebes, toques o huelas directamente un reactivo de laboratorio, pues la experiencia puede ser muy peligrosa. >> ¿Qué materiales, aparatos y sustancias hay en el laboratorio? Tu trabajo experimental será tan importante para este curso, que sería conveniente que llevaras un registro continuo, claro y organizado de tus actividades en un cuaderno especial o “bitácora”. Con las observaciones registradas podrás analizar y buscar explicaciones o interpretar lo ocurrido con más facilidad. ¿Qué tal si la estrenas con una descripción y un esquema del laboratorio que acabas de analizar? 1.22. A medida que vayamos trabajando, conocerás aparatos especialmente diseñados para medir, calentar, contener, mezclar y muchas otras funciones. La mayoría se pueden sustituir por material casero, así que no te preocupes si no cuentas con alguno de ellos. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 27
  29. 29. Ahora que ya conoces el laboratorio, te sugerimos que lleves a cabo los siguientes experimentos, con los que pondrás en práctica acciones y actitudes deseables para “hacer ciencia”; organízate en equipos de tres o cuatro personas. En cada actividad resaltaremos aspectos de la construcción del conocimiento científico; pon mucha atención, pues lo que aprendas te será útil cada vez que tengas relación con la ciencia. Además, sigue las indicaciones y las medidas de precaución que se recomiendan, pues de lo contrario puedes tener accidentes o echar a perder el material. Fíjate también que cuando se mencionan sustancias químicas, se acompaña su nombre con el símbolo que los químicos le damos, y que forma parte del lenguaje de esta ciencia. Experimentación e interpretación En este primer experimento que realizarás con tu equipo te proponemos poner especial atención en la observación detallada de lo que ocurre, para que luego, aplicando los conocimientos que ya tienes y el razonamiento, intentes interpretar lo ocurrido: >¡Manos a la Obra! Un cambio químico “sangriento” 1.23. ¡PRECAUCIÓN! Recuerda que en el laboratorio nunca debes probar las sustancias y que es conveniente lavarte bien al terminar. Necesitas: Dos vasos de precipitados de 100 mL Espátula o cuchara pequeña Algodón Cloruro de hierro(III), FeCl3 Tiocianato de potasio, KSCN Agua 28 Bloque 1 › Las características de los materiales Desarrollo: >> En cada vaso pon 10 mL de agua. >> En uno de ellos añade con la espátula un poco de tiocianato de potasio y revuelve hasta que se disuelva. >> Enjuaga y seca muy bien la espátula y en el segundo vaso agrega un poco de cloruro de hierro(III). Disuelve bien y vuelve a lavar la espátula. >> Humedece un algodón con la disolución de cloruro de hierro(III) e impregna una parte de tu brazo con ella. >> Moja la espátula con la disolución de tiocianato de potasio y toca con ella la zona del brazo mojada con la otra disolución, simulando que te cortas. >> Observa qué ocurre y al terminar lávate muy bien con agua y jabón. A naliza y concluye: >> Compara la apariencia de las sustancias en disolución antes y después de reunirlas: ¿parecen lo mismo? >> De acuerdo con lo observado, ¿crees que se trate de un cambio físico en el que sólo se reunieron las sustancias o de un cambio químico en el que éstas se transformaron en otras? >> ¿La sola observación te aporta toda la información para comprender lo sucedido? ¿Qué más crees que hace falta? >> Comenta con tu equipo qué pudo suceder y concluyan con la asesoría de su profesor.
  30. 30. >¡Manos a la Obra! Abstracción y generalización Con la actividad anterior pudiste darte cuenta de que un experimento nos permite obtener información, pero la experiencia con la que ya contamos y el análisis razonado son lo que nos permite interpretar lo ocurrido. Así que la construcción y el desarrollo de la ciencia requieren de la abstracción, que implica procesar la información por medio del razonamiento. Este procesamiento se presenta desde que hacemos hipótesis, es decir, suposiciones razonadas de lo que puede ocurrir, hasta que analizamos los resultados. Antes de asegurar que un proceso ocurre o que un conocimiento puede considerarse como válido, es preciso repetir muchas veces los experimentos y analizar si todos los factores que pueden influir están siendo considerados, pues cuando los científicos afirman una idea es porque así sucede en todas las pruebas que han realizado. También es posible hacer generalizaciones, es decir, extender un conocimiento que se ha comprobado muchas veces a todos los casos en los que se presenten circunstancias similares. Por supuesto que si al hacer nuevas pruebas con esos casos el resultado varía, habrá que modificar las explicaciones, justificaciones o leyes que se habían considerado válidas. Las ciencias se autocorrigen cuando es necesario. Ácido clorhídrico, HCl, ácido sulfúrico, H2SO4, ácido nítrico, HNO3 Vinagre (es disolución en agua de una sustancia llamada ácido acético, CH3COOH) Disolución de azúcar de mesa (se llama sacarosa, C12H22O11) Alcohol etílico, CH3CH2OH Sobre de sal de uvas (lo consigues en la farmacia) 1.25. Asegúrate siempre de que todo el material esté limpio antes de usarlo. Desarrollo: >> Pon los 6 tubos en la gradilla y con la espátula añade a cada uno un poco de bicarbonato de sodio, procurando que todas las cantidades sean similares. >> Añade al primer tubo 2 mL de la disolución de ácido clorhídrico, observa lo que sucede, y repite el proceso con los demás tubos cambiando en cada uno el líquido (ácido sulfúrico, ácido nítrico, vinagre, disolución de azúcar y alcohol etílico). Observa y anota lo que ocurre en cada caso. >> Disuelve la sal de uvas en medio vaso con agua, observa y lee en el sobre qué sustancias contiene el polvo. 1.24. Para manejar las condiciones en las que ocurren los fenómenos, muchas veces es necesario trabajar en ambientes creados para mantener todas las variables bajo control. ¿Qué tienen en común? Necesitas: 6 tubos de ensayo Gradilla Espátula Pipeta de 5 mL Bicarbonato de sodio, NaHCO3 Disoluciones de los siguientes ácidos que preparará tu maestro: A naliza y concluye: >> Describe lo que ocurrió en cada tubo y en la sal de uvas. >> Haz una lista de las sustancias con las que ocurrió algo similar. >> Piensa: el jugo de limón contiene, entre otros componentes, una sustancia llamada ácido cítrico, ¿qué crees que pasará si agregas jugo de limón al bicarbonato de sodio? ¿Por qué? Sería deseable que comprobaras tu suposición con tu equipo, ya sea en el laboratorio o en casa. >> Aunque en este caso sólo se hicieron unas cuantas reacciones, ¿aplicaste alguna generalización? ¿Por qué? Comenta con tu equipo y anota tus conclusiones. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 29
  31. 31. Representación a través de símbolos, diagramas, esquemas y modelos tridimensionales Como ya pudiste analizar a lo largo de los cursos de Ciencias 1 y 2, el desarrollo de la ciencia implica actividades variadas en las que se emplean muchas herramientas. La comprensión, la representación y la comunicación de las ideas y descubrimientos son fundamentales para el avance, y para facilitarlas podemos echar mano de esquemas, diagramas, cuadros, gráficas. A lo largo del curso iremos practicando y analizando el empleo de estos recursos y, ya que iniciamos este bloque hablando entre otros temas de la química y el ambiente, como ejemplo observa y analiza las siguientes figuras que contienen información útil para ese tema: Países que generan mayor emisión de dióxido de carbono 1 800 1 600 Millones de toneladas de dióxido de carbono 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 del mundo se generaron más emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera durante el año 2000. ¿Qué factores crees que influyan en la generación de más o menos contaminantes? 30 ra n ia il Uc Br as a ra li Au st éx ico M Fr an cia lia Ita Ca Un id o ia na dá Co re ad el Su r 1.26. Esta gráfica muestra en qué países Re in o em an a Al In di ón Jap Ru sia in a Ch EU A 0 Países Las explicaciones y representaciones que logran los científicos no son necesariamente verdaderas. Aunque deben ser lógicas, apoyarse en experiencias, permitir hacer predicciones que sí se cumplen y no fallar ante ningún fenómeno observable, no dejan de ser propuestas o modelos, que pueden sustituirse o modificarse si se descubre algo que los contradiga o se propone una Bloque 1 › Las características de los materiales
  32. 32. explicación que se considere mejor. Un modelo será más valioso cuanto mejor represente la realidad. Otro tipo de modelos los puedes ver en la figura 1.27, en la que se muestran algunos compuestos aprovechando pequeñas bolas y varillas, que representan átomos y los enlaces que los unen. Obviamente, el tamaño, el color e incluso la forma que se aprecian en este modelo tridimensional no necesariamente coinciden con la realidad, pero son una representación de las sustancias que forman parte indispensable de la comprensión de la química. Características de la química: lenguaje, método y medición La química, parte del conocimiento universal, comparte con las demás ciencias la visión objetiva de los fenómenos, la necesidad de generar conocimientos que puedan comprobarse y que permitan hacer predicciones que resulten correctas. Su campo de estudio, centrado en la materia y sus transformaciones, se toca en muchos puntos con otras disciplinas científicas, como verás en diversos ejemplos que desarrollaremos a lo largo del texto. Por otro lado, esta visión de la Naturaleza contrasta con la que se maneja en otras formas de acercarse al conocimiento que ya revisamos, por ejemplo: para muchos de los fenómenos que se analizan en química se aprovechan conocimientos adquiridos empíricamente, pero la ciencia requiere ir más allá para comprobarlos y sistematizarlos. A diferencia de las ideas de la religión, de la astrología y de otras actividades “esotéricas”, en química jamás partiremos de dogmas o de principios que no puedan someterse a la duda y al diseño de mecanismos de comprobación. La química tiene también sus particularidades de lenguaje y representación. Ya empezaste a conocer los nombres de algunas sustancias y los símbolos que se les asignan, y también algunos materiales y aparatos que se emplean comúnmente en esta disciplina. Además, la clasificación de los materiales y los objetos de estudio es otra herramienta que facilita y organiza el trabajo. Habrás notado también que, si bien no hay un método único de desarrollo de la ciencia, hay ciertos aspectos como la planeación, la observación, la abstracción, la experimentación, la comprobación, el análisis, la interpretación y la comunicación de resultados que se presentan en todos los procesos de la química. Como una forma de transmitir los logros y conocimientos, existen publicaciones periódicas especializadas en química a las cuales los científicos envían artículos en los que describen con todo detalle y rigor sus descubrimientos y la forma en que los consiguieron para que otros puedan reproducirlos. También hay libros y revistas de divulgación, que resultan muy atractivos, dedicados a acercar este conocimiento a toda la sociedad de forma muy accesible. En todo este conjunto de actividades de la química aún nos falta analizar otra más, una que fue fundamental para que los primeros químicos se distinguieran de los alquimistas: la medición. Con el siguiente experimento podrás ver un ejemplo de la importancia de medir. CH4 CO2 H2O 1.27. Representación tridimensional de las moléculas de dióxido de carbono, CO2 , metano, CH4, y agua, H2O, están entre las principales generadoras del llamado “efecto invernadero” y el calentamiento global. 1.28. Las diferentes sustancias se pueden clasificar de acuerdo con sus propiedades comunes. Por ejemplo, los llamados ácidos, entre otras características, reaccionan de forma similar. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 31
  33. 33. >¡Manos a la Obra! ¿Qué combustible libera más energía al quemarse? Alcohol etílico y gasolina 1 probeta de 50 o 100 mL facilidad, así que no prendas cerillos hasta no estar seguro de que ambos combustibles están en las lámparas cerradas. Desarrollo: >> Etiqueta las lámparas (alcohol y gasolina). >> Con la balanza, mide la masa de cada una de las lámparas y anota en tu bitácora los resultados. >> Monta un equipo como el que se ve en el esquema. >> Usando la balanza, mide 20 g de alcohol y 20 g de gasolina y colócalos en la respectiva lámpara. >> En cada vaso añade 50 mL de agua medidos con la probeta. >> Enciende las lámparas e inicia el calentamiento del agua. >> Controla la temperatura de cada vaso y cuando el termómetro marque 70 °C coloca la tapa de la lámpara para que se apague la mecha. >> Mide en la balanza la masa restante de cada combustible y compárala con la cantidad inicial. Necesitas: 2 lámparas de alcohol 2 vasos de precipitados de 250 mL 2 tripiés y rejillas con asbesto 2 termómetros 2 soportes universales con pinzas Probeta de 50 mL Balanza A naliza y concluye: >> Comenta con tu equipo qué factores o variables controlaste durante el experimento y describe cómo lo hiciste en cada caso. >> ¿Cómo puedes saber cuál de los dos combustibles aporta más energía por unidad de masa? >> ¿Qué importancia tiene medir para que esta experiencia te permita responder la pregunta anterior? Gasolina Alcohol 1.29. Vas a usar alcohol y gasolina, que se incendian con mucha 1.30. El trabajo científico se desarrolla en muchos campos, pero los objetivos son comunes: descubrir los secretos de la Naturaleza, comunicarlos, compartirlos y diseñar formas de aprovecharlos. Reflexiona 1. Explica en tu cuaderno, con tus propias palabras: ¿qué son el trabajo y el conocimiento científicos? 2. Comenta con tus compañeros cómo se relaciona la química con la física, la biología, la geografía, las matemáticas, la historia, la economía, la cocina y el arte. ¿Podrán encontrar campos de acción donde se requieran varias de ellas a la vez? 32 Bloque 1 › Las características de los materiales 3. En una revista apareció un anuncio en el que se ofrecía la venta de agua de un manantial que cura una gran cantidad de enfermedades con sólo ingerirla durante un mes. Por otro lado, en un comercial de televisión se mostró cómo en cinco días la aplicación de una crema logró que los usuarios bajaran cinco kilogramos de grasa de la cintura. ¿Qué crees que haría un químico si estuviera interesado en estas informaciones?
  34. 34. 1.3 Tú decides: ¿cómo saber que una muestra de una sustancia está más contaminada que otra? Ya hemos visto, con diversos ejemplos, que mediante la aplicación de los conocimientos que genera la química se busca resolver necesidades básicas y crear mejores condiciones de vida; sabemos también que en algunos procesos tecnológicos se pueden generar contaminantes o se destruyen factores ambientales importantes para la Naturaleza. Sin embargo, no sólo las industrias o los transportes generan contaminación. Nuestro planeta tiene la capacidad de regenerar el ambiente ante diversas alteraciones. Por ejemplo, los cadáveres y restos de seres vivos se descomponen debido a la erosión y a la actividad de hongos y bacterias, restituyendo sustancias al medio que son componentes habituales, como dióxido de carbono, CO2, agua, H2O, y sales con nitrógeno o azufre. Pero todos estos procesos tienen límites y, cuando se sobrepasan, crean serios problemas como, por ejemplo, daños a la salud, destrucción de especies, erosión del suelo o desajustes en el clima. Glosario Contaminación: presencia en un medio de cualquier tipo de agente que normalmente no se encuentra y que altera el equilibrio del mismo, sin importar la fuente de la que provenga. 1.31. Muchos fenómenos naturales, como las erupciones volcánicas, generan contaminación y alteran las condiciones reinantes en una región. 1.32. En el suelo, la basura es la forma de contaminación que fácilmente vemos, pero el abuso de los plaguicidas y los fertilizantes, y los desechos urbanos e industriales, generan serios problemas. Lección 1 › La química, la tecnología y tú 33
  35. 35. 1.33. Los ríos, lagos y mares reciben contaminantes de los desagües industriales, de los hogares y de los excesos de fertilizantes y plaguicidas. 1.34. La principal fuente de contaminación del aire es la quema de combustibles fósiles, como los derivados del petróleo, el carbón y el gas natural o metano. La contaminación del aire preocupa de forma especial a los científicos, pues según muchos estudios, es la responsable de las alteraciones climáticas que se están presentando desde hace algunos lustros. Los cambios en la temperatura ambiente en muchas regiones, las variaciones en la fuerza y las temporadas de los huracanes, las grandes inundaciones o las sequías severas, parecen ser muestra de esta transformación atmosférica paulatina. Reflexiona El dióxido de carbono, CO2, es un gas indispensable para que las plantas y algas realicen la fotosíntesis y generen los carbohidratos con los que se inicia la cadena alimenticia. Del mismo modo, la mayoría de los seres vivos lo liberamos a la atmósfera como producto de la respiración. Sin embargo, es uno de los llamados gases invernadero, responsables del calentamiento global que estamos viviendo. 34 Bloque 1 › Las características de los materiales Investiga un poco más sobre estos fenómenos y comenta en grupo: ¿Es igual el CO2 que se produce y consume en los seres vivos que el que generan las combustiones? ¿Qué factores hacen que este gas, cuya presencia es natural en la atmósfera, ahora genere problemas? Con la asesoría del profesor obtengan una conclusión con base en las respuestas y anótenla en sus cuadernos.
  36. 36. Herramientas ¡No es lo mismo “cantidad” que “concentración”! Para seguir analizando las causas y los efectos de la contaminación revisaremos un concepto que nos resultará muy útil: concentración. 1.36. Si sirves un vaso de limonada, te llevas sólo una porción del agua, del azúcar y del jugo de limón, pero el sabor del líquido es igual que el de la jarra, pues se determina por la proporción que hay entre los componentes de la mezcla, aunque las cantidades en ambos recipientes sean diferentes. > Si en una jarra de 1.5 L se añaden 3 cucharadas de azúcar, podemos hacer una operación como la siguiente para expresar la concentración: 1.35. Imagina que vas a preparar una jarra de limonada y para ello pones tres cucharadas de azúcar, el jugo de seis limones, completas con agua hasta tener litro y medio de bebida y agitas. Analiza las imágenes 1.35 y 1.36. Como podrás darte cuenta, si quieres hacer más cantidad de limonada que mantenga el mismo sabor tendrás que aumentar la cantidad de jugo y azúcar en la misma proporción que aumentes el agua. Así como en el agua de limón, en muchos fenómenos naturales y en diversos procesos de la tecnología las propiedades y los cambios que se presenten los determinan no sólo las sustancias que haya, sino también la proporción entre ellos. A este dato le llamamos concentración y existen diversas formas de expresarla. La forma más sencilla podemos ejemplificarla con algunos de los datos de la limonada: 3 cucharadas cucharadas =2 1.5 L L La expresión 2 cucharadas/L quiere decir que, para mantener la proporción, será necesario añadir dos cucharadas por cada litro de limonada que se quiera preparar y es una expresión de concentración. Otra forma de indicar concentraciones es por medio de porcentajes. Por ejemplo, el suero salino que se compra en las farmacias está hecho con agua y sal en una proporción similar a la que guardan los líquidos del cuerpo, y la etiqueta dice que es disolución de cloruro de sodio, NaCl o sal de mesa, al 0.9% en masa. Esto quiere decir que en cada 100 g de disolución, 0.9 g son de cloruro de sodio. Como podrás darte cuenta, en los porcentajes es importante que las cantidades de las sustancias y del total de la mezcla se midan en las mismas unidades, ya sean de masa o de volumen. >APLICA LO QUE SABES 1. En un vaso común caben alrededor de 250 mL de líquido. Si quisieras preparar sólo un vaso de limonada que supiera igual que la de las figuras 1.35 y 1.36, ¿cuánta azúcar y cuánto limón deberías agregar? 2. Las bebidas alcohólicas tienen indicada la concentración de alcohol que tienen como porcentaje en volumen. Si un vino indica 12.5% vol de alcohol, ¿qué quiere decir? ¿Cuánto alcohol se está ingiriendo si se toma una copa donde hay 150 mL de esa bebida? Lección 1 › La química, la tecnología y tú 35

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