Ampliación (2)

215215

1. La ciencia, la materia y su medida . . . . . . . . . . . . . 216

2. La materia: estados físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

3. La materia: cómo se presenta . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

4. La materia: propiedades eléctricas y el átomo . . . . . 246

5. Elementos y compuestos químicos . . . . . . . . . . . . . 256

6. Cambios químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

7. Química en acción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

8. La electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

AMPL

IACI

ÓN

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 215

216 FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

NOMBRE: CURSO: FECHA:

AMPLIACIÓN

LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU MEDIDA1 FICHA 1

Recuerda que…

• Magnitud se denomina a cualquier propiedad que presentan los cuerpos y que es posible cuantificar, es decir, medir.

• Unidad de una magnitud es una cantidad de dichamagnitud a la que arbitrariamente se le asigna el valor 1.

• Medir es comparar una cantidad cualquiera de una magnitud con su unidad correspondiente. El valor de una magnitud se debe expresar siempre con la unidad utilizada. Ejemplo: El aula tiene 10 metrosde longitud (10 m). Queremos decir que la longitud(magnitud) de la clase es 10 veces (cantidad) mayor que un metro (unidad).

• Errores de medida. Cualquier medida que se hagaconlleva un error.

• Error absoluto (Ea). de una medida es la diferencia,en valor absoluto, entre el valor aproximado obtenido en la medición (a) y el valor verdadero o exacto de la medida (x).

Ea = a − x• Error relativo de una medida es el cociente

entre el error absoluto y el valor verdadero o exacto de la medida.

Conceptos básicos

Dadas las siguientes medidas:a) 125 m2 b) 145 cm3 c) 40 °C d) 150 g

¿Qué magnitud, cantidad y unidad corresponden a cada una de ellas? Completa la tabla.

Utilizando las potencias de 10, realiza las siguientes operaciones:

a) = ____________ d) = ____________ g) 0,005 ⋅ 0,06 = ____________

b) = ____________ e) 900 ⋅ 10 000 = ____________ h) 1,5 ⋅ 0,0001 = ____________

c) = ____________ f) 0,003 ⋅ 0,1 = ____________ i) = ____________7

10−41,3 ⋅ 10−11

10−2 ⋅ 10−3

15 ⋅ 102

10−7

23,1 ⋅ 103 ⋅ 10−8

102 ⋅ 1014

10−4 ⋅ 10−3

10−6

2

1

Medida Magnitud Cantidad Unidad

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 216



AMPLIACIÓN


Calcula el error absoluto y el error relativo si al pesar 12,2375 g de una sustancia obtenemos un valor de 12,21 g.

Halla el error absoluto y el porcentaje de error relativo al obtener un tiempo de 1,3 s en la medición, si el valor exacto era de 1,287 s.

Indica qué medida es mayor en cada caso.

a) 2,38 dam o 238 dm

b) 53,86 g o 5,386 ⋅ 10−3 kg

c) 275 dm2 o 2,75 ⋅ 10−3 m2

d) 3,582 m3 o 3582 cm3

Calcula el error absoluto y el error relativo de las medidas realizadas con cuatro cronómetros cuyos resultados para un tiempo exacto de 0,4675 s han sido:

a) 0,46 s

b) 0,48 s

c) 0,44 s

d) 0,45 s

¿A cuál de los cronómetros le corresponde un menor error?

6

5

4

3

AM

PLI

AC

IÓN

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 217

218


AMPLIACIÓN


Contesta:

a) ¿Qué instrumentos conoces para medir las magnitudes masa y volumen? Descríbelos.

b) ¿Cómo calcularías el volumen y la masa de una gota de agua?

Expresa en unidades del SI las siguientes densidades:

a) d (H2O) = 1 g/cm3 b) d (Hg) = 13,6 kg/L

Completa la siguiente tabla:

Indica si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones:

Si dos cuerpos con la misma densidad ocupan el mismo volumen, entonces tienen la misma masa.

Los cuerpos más densos pesan más que los cuerpos menos densos, independientemente de la cantidad de masa que tengan.

Si la temperatura de un cuerpo aumenta en 20 °C, también puede decirse que ha aumentado en 20 K.

4

3

2

1

Recuerda que…

• Magnitud es cualquier propiedad de un cuerpo que se puede medir (masa, volumen, etc.).• Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.• Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo.• Densidad de un cuerpo es la masa que corresponde a un volumen unidad, y matemáticamente

se expresa: d = m/v.• Temperatura es una magnitud relacionada con la cantidad de calor que puede dar o recibir un cuerpo.

Magnitudes y unidades

Magnitudes

Masa Kilogramo (kg)

Volumen Metro cúbico (m3)

Densidad kg/m3

Temperatura Kelvin (K)

Tiempo Segundo (s)

Unidad SI Equivalencias entre unidades utilizadas

Gramo (g)

Litro (L)Metro cúbico (m3)

Grado centígrado (°C)Kelvin (K)

1 kg = 1000 g

1 L = 1 dm3

1 m3 = 1000 L1 mL = 1 cm3

1 °C = 1 KT (K) = t (°C) + 273

Sistema material Masa

Aire

Vidrio

Agua de mar

60 kg

510 kg

Volumen

50 cm3

Densidad

129,3 cg/L

2,60 g/cm3

1,02 g/cm3

FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 218

219


AMPLIACIÓN


Redondea hasta las centésimas las siguientes cantidades:

a) 23,124

b) 26,899

c) 521,4376

d) 32,9558

Calcula y escribe el resultado con las cifras significativas.

a) 1,438 cm + 19,83 cm + 3,7582 cm

b) 3,45 m ⋅ 2,5 m

c)62,3 m

2,733 s

2

1

Recuerda que…

• Cifras significativas: toda medida experimental presenta cierto error. Por ello, expresamos las medidas con sus cifras significativas. Son cifras significativas de una medida las que se conocen con certeza más una dudosa. Los ceros a la izquierda no se consideran significativos. Ejemplos:– 3,530 g tiene cuatro cifras significativas.– 0,045 m tiene dos cifras significativas.

• Redondeo: consiste en despreciar las cifras a la derecha de una determinada y se siguen las reglas: – Si la primera cifra que se desprecia es menor que 5, las cifras no despreciadas quedan igual

(7,84 puede redondearse a 7,8).– Si la primera cifra a despreciar es mayor o igual a 5, la última cifra no despreciada

se aumenta en una unidad (7,85 y 7,87 se pueden redondear a 7,9).

• Cifras significativas de sumas y restas:– Se suman o restan los números tal como aparecen.– Redondeamos el resultado de forma que tenga el mismo número de cifras después

de la coma decimal que el sumando que tiene el menor número de cifras decimales. Ejemplos:

1,2 + 2,28 + 3,43 = 6,91 → 6,9

65,38 − 3,314 = 62,066 → 62,07

• Cifras significativas de productos y cocientes:– Multiplicamos o dividimos los números tal como aparecen.– Redondeamos el resultado de forma que tenga el mismo número de cifras significativas

que el factor de menor número de cifras significativas. Ejemplos:

1,7 ⋅ 4,53 = 7,701 → 7,7Cifras significativas: 2 3 2

19,87 : 2,51 = 7,9163 → 7,92Cifras significativas: 4 3 3

AM

PLI

AC

IÓN

Expresión de una medida


826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 219

220


AMPLIACIÓN


Efectúa las siguientes operaciones y expresa el resultado con sus cifras significativas:

a) 27,16 L + 8,632 L

b) 18,007 s − 3,15 s

c) 43,205 m ⋅ 0,548 m

d) 3,15 dm ⋅ 4,12 dm ⋅ 7,30 dm

e)

f)

Redondea las cantidades a la cifra señalada:

a) 25,687 →

b) 234,108 →

c) 0,0023 →

d) 5824,008 23 →

e) 0,020 907 →

f) 1,101 08 →

g) 10,119 887 →

Redondea las siguientes cantidades teniendo en cuenta la precisión de los aparatos de medida empleados:

5

→→

→→

→→

→

4

738,09 km

3,02 h

34,85 m

3,25 s

3

Cantidad Aparato Cifra redondeada

23,2874 m Regla graduada en mm.

3,005 s Cronómetro capaz de medir centésimas de segundo.

26,182 °C Termómetro con 10 divisiones entre grado y grado.

1,8888 A Amperímetro que aprecia los miliamperios.

25,348 267 kg Balanza que aprecia las décimas de gramo.


826722 _ 0215-0288.qxd 23/2/07 13:20 Página 220

221


AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓNContesta:

a) Si disponemos de una regla milimetrada y al medir un lápiz leemos 17,3 cm, ¿cómo debemos expresar la medida?

b) Si una probeta aprecia mL, ¿cómo expresaremos el resultado si al medir un volumen leemos 25 mL.

Calcula cuál de los siguientes periodos de tiempo es mayor:

a) 2 400 750 s

b) 0,5 años

c) 7,5 ⋅ 104 min

d) 3350 h

e) 10−2 siglos

f) 3,04 ⋅ 105 s

2

1

Recuerda que…

Siempre que se realiza una medición de cualquier magnitud se cometen errores. Los instrumentos de medida no dan unos resultados matemáticamente exactos.• Error accidental: se comete casualmente y no puede ser controlado.• Error sistemático: es debido a defectos del aparato, al propio proceso de medida por parte del operario

o a la sensibilidad del aparato (los dos primeros se pueden corregir, pero la sensibilidad impone límites a lo que podemos medir con cada aparato). Se producen errores por exceso o bien por defecto.

• Sensibilidad de un aparato es la mínima cantidad que podemos apreciar con él (por ejemplo, con una reglamilimetrada podremos medir 15,3 cm, pero nunca 15,35 cm). Tendremos que optar por 15,3 cm o por 15,4y aceptar que la medida exacta, aunque no podamos conocerla, debe estar comprendida entre 15,3 y 15,4 cm.

• Media aritmética. Al hacer una medida, el valor que demos no debe tener más decimales que los que marca la sensibilidad. Es conveniente medir varias veces para estar más seguros de que el valor medido sea el correcto. En estos casos, se toma como valor de la medida la media aritmética de las medidas realizadas,poniendo únicamente los decimales que pueda apreciar el aparato.

• Notación científica: consiste en escribir cada número mediante una parte entera de una sola cifra no nula, una parte decimal y una potencia de diez de exponente entero. Ejemplos: – La velocidad de la luz es 300 000 km/s = 3 ⋅ 108 m/s.– La distancia máxima de la Tierra al Sol es 152 100 000 000 m = 1,521 ⋅ 1011 m.Si se utiliza un método de medida exacto y preciso (grado de aproximación entre el resultado de una mediday una serie de medidas obtenidas de la misma forma, respectivamente), se toma como valor más probable el obtenido y como error absoluto la sensibilidad del aparato. Ejemplo: Si obtenemos un valor de 3,5 g en una balanza cuya sensibilidad es de 0,1 g, expresaremos la medida de la siguiente forma: (3,5 ± 0,1) g.Esta expresión significa que el valor exacto está situado dentro del intervalo de incertidumbre que va desde 3,4 g a 3,6 g.

Expresión de una medida experimental


826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 221



AMPLIACIÓN


Los dibujos de la figura representan diferentes instrumentos de medida.Si las escalas que aparecen en los dibujos se supone que son las de los instrumentos:

a) ¿Cuál es la sensibilidad de cada uno?

b) Indica el valor de la medida en cada caso.

Es posible que en tu casa tengas diversos aparatos de medida: diferentes termómetros(clínico, el del frigorífico, el del horno, alguno de pared, etc.), cronómetro, alguna balanza, etc.

a) Indica la sensibilidad de cada uno.

b) ¿Crees que interesa utilizar siempre el aparato más sensible? Razona la respuesta.

4

3

s

Cronómetro

510

15

202530

6055

50

3540

45

100ml

20 °C100

90

80

ProbetaPipeta

10ml

20 °C

0123456

Regla

cm0

12

34

56

78

9

Al medir una mesa con una cinta métrica de 1 mm de resolución obtenemos 114,5 cm. Calcular el error absoluto y el error relativo cometidos.

Datos: x = 114,5 cm El error absoluto será:

Ea = resolución del aparato = 0,1 cmPara determinar el error relativo:

Er = = = 8,7 ⋅ 10–4 → 8,7 ⋅ 10−2%0,1

114,5

Ea

x

PROBLEMA RESUELTO

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 222



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Al pesar dos sustancias de 3,3557 kg y 70,08 kg, obtenemos los valores de 3,34 kgy 70,04 kg, respectivamente. Calcula los errores y di qué medida es mejor.

Justifica cuál de las tres medidas siguientes es mejor.

a) Una masa de 3 kg con un error absoluto de 1g.

b) Una masa de 4 g con un error absoluto de 1 mg.

c) Una masa de 95 kg con un error absoluto de 1 kg.

La medida de la masa de una persona y la de un automóvil vienen dadas por los siguientes valores:

• Masa de la persona (62,2 ± 0,1) kg.

• Masa del automóvil (1,25 ⋅ 103 ± 10) kg.

Determina qué medida es la más precisa.

Indica qué instrumentos de medida serían necesarios para obtener las medidas siguientes.

a) 1500 kg

b) 1,00 m

c) 15 s

d) 5 kg

e) 190 cm

f) 15,0 s

g) 1,000 m

h) 5,0 kg

8

7

6

5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 223



AMPLIACIÓN


Define cada una de las unidades fundamentales del SI con la ayuda del libro de texto.

Escribe las siguientes medidas, con múltiplos o submúltiplos de sus unidades, utilizando notación científica.

a) 0,5 Mg = mg

b) 0,2 km = Mm

c) 1 Tg = kg = g

2

1

Sistema Internacional de UnidadesRecuerda que…

En la XI conferencia general de pesos y medidas, celebrada en París en 1960, se adoptó el SistemaInternacional de Unidades (SI), propuesto a principios del siglo XX por el italiano Giorgi. En 1967 fue declaradolegal en España y ratificado en la ley de Metrología de 1985. Este sistema está siendo aceptado por todos los países. Las magnitudes y unidades fundamentales del SI son:

Múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI

Múltiplos

Prefijo

exa

peta

tera

giga

mega

kilo

hecto

deca

E

P

T

G

M

k

h

da

1018

1015

1012

109

106

103

102

101

SímboloFactor

multiplicador

Submúltiplos

Prefijo

deci

centi

mili

micro

nano

pico

femto

atto

d

c

m

µ

n

p

f

a

10−1

10−2

10−3

10−6

10−9

10−12

10−15

10−18

SímboloFactor

multiplicador

Magnitud Longitud

Metro

m

Masa

Kilogramo

kg

Tiempo

Segundo

s

Temperatura

Kelvin

K

Intensidadde corriente

Amperio

A

Cantidadde sustancia

Mol

mol

Intensidadluminosa

Candela

cd

Unidad

Símbolo

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 224



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Utiliza el lenguaje científico.

a) La distancia entre la Tierra y el Sol es de 150 Gm. Expresa esta distancia, utilizando la notación científica, en metros.

b) La memoria RAM de un ordenador dadoes de 1024 Mb (megabytes). Expresa con notación científica su capacidad aproximada en bytes.

c) El tamaño de un átomo de hidrógeno es de 10 nm. Expresa con notación científica su tamaño en metros.

d) El tamaño del núcleo de un átomo es de 2 fm. Expresa con notación científica su tamaño en metros.

Expresa en unidades del SI y con notación científica.

a) 150 dam = i) 19 km =

b) 15 hm = j) 190 mm =

c) 700 cm2 = k) 90 cm =

d) 70 m2 = l) 730 mg =

e) 250 km2 = m) 13 dam2 =

f) 23 cL = n) 13 hm2 =

g) 60 mm3 = ñ) 20 hL =

h) 60 dm3 = o) 3000 cm3 =

Expresa las siguientes medidas en la unidad básica correspondiente.

a) 770 hm = c) 4057 mm =

b) 39 µK = d) 9,11 kmol =

5

4

3 Magnitudes físicas

Magnitudes derivadas son aquellas que puedenrelacionarse con las fundamentales mediantealguna ecuación.

Ejemplos: la magnitud superficie está relacio-nada con la magnitud fundamental longitud.Así, la unidad de superficie en el SI es la uni-dad derivada que recibe el nombre de metrocuadrado, que es la superficie que tiene uncuadrado de 1 m de lado y cuyo símbolo es m2.

El volumen es una magnitud derivada que estárelacionada también con la magnitud funda-mental longitud. La unidad de volumen en el SIes una unidad derivada que recibe el nombrede metro cúbico cuyo símbolo es m3 y es el vo-lumen de un cubo que tiene 1 m de arista.

Otras magnitudes derivadas son la velocidad, laaceleración, la fuerza, etc.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 225



AMPLIACIÓN


Repasa el proceso de medida.

a) Describe con ayuda del libro de texto la balanza o balanzas que conozcas.

b) Elige diferentes objetos y describe el procedimiento para pesarlos. Si es posible, anota los resultados.

Describe los siguientes instrumentos de vidrio para medir volúmenes:

a) Vaso de precipitados:

b) Matraz aforado:

c) Matraz erlenmeyer:

d) Probeta:

e) Bureta:

f) Pipeta:

2

1

Determinación de la masa, el volumen y la densidad

Incorrecto Correcto

Recuerda que…

La masa, el volumen y la densidad son conceptos básicos en la ciencia.• La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo;

esta no varía cuando el cuerpo cambia de posición.• El volumen de un cuerpo es el espacio o lugar que ocupa. • La densidad de un cuerpo es el cociente entre la masa y el volumen

de un cuerpo.

densidad = → d =

Para medir la masa de sustancias y objetos existe una gran variedad de balanzas en los laboratorios: granatarios, digitales, etc.En el laboratorio se utilizan instrumentos de vidrio para medir volúmenes.Algunos indican su capacidad, unos con mucha precisión y otros de formaaproximada: vaso de precipitados, matraz aforado, matraz erlenmeyer,probeta, bureta, pipeta.

m

v

masa

volumen

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 226



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Observa los siguientes dibujos de tres probetas graduadas en cm3.

a) Escribe el volumen de líquido almacenado en cada probeta.

A: B: C:

b) Indica el error absoluto de la medida para cada probeta.

A: B: C:

c) Expresa el volumen del líquido contenido en las probetas en litros y en m3.

A:

B:

C:

d) A partir de los resultados anteriores, ¿qué probetas son las más indicadas para medir volúmenes pequeños,las estrechas o las anchas? Razona la respuesta.

Se introducen dos cubitos de hielo iguales en una probeta graduada en cm3 que contiene 30 cm3 de agua.

a) ¿Hasta dónde sube el nivel del agua en la probeta?

b) ¿Cuál es el volumen de cada cubito de hielo?

4

3

A B C80

70

60

50

40

30

600

500

400

300

200

100

1200

1000

800

600

400

50

40

30

20

10

50

40

30

20

10

1 2

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 227



AMPLIACIÓN


Calcula el volumen de los siguientes sólidos regulares:

a) Volumen =

b) Volumen =

c) Volumen =

d) Volumen =

e) Volumen =

f) Volumen =

Calcula el volumen aproximado de:

a) Tu habitación. c) Un armario de tu vivienda.

Medidas: Medidas:

Volumen = Volumen =

b) Un lápiz. d) Una canica.

Medidas: Medidas:

Volumen = Volumen =

Observa los siguientes sólidos regulares:

a) Calcula el volumen de cada sólido.

Cilindro:

Esfera:

Cubo:

b) Calcula el volumen de agua necesario para llenar el espacio existente cuandose introduce la esfera en el cilindro hueco.

¿Cómo es la masa después de inflar un balón de fútbol: mayor, igual o menor que antesde efectuar la operación? Justifica la respuesta.

8

7

6

5

2 cm

5 cm

5 cm

4 cm

3 cm

2 cm 2 cm2 cm

1 cm

1 cm

1 cm1 cm

a b

c d

e f

6 cm

6 cm

4 cm

4 cm

4 cm

3 cm

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 228



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Calcula la densidad media de la Tierra (suponiendo que es una esfera) sabiendo que su masa es 5,98 ⋅ 1024 kg y el radio terrestre es 6,38 ⋅ 106 m.


El aluminio tiene una densidad de 2,7 g/cm3. Calcula:

a) La masa que tendrán 0,8 m3 de aluminio.

b) El volumen que ocuparán 1,2 dg y 1,2 kg de aluminio.

Sabiendo que la densidad del agua es 1 kg/L, calcula:

a) El volumen ocupado por 550 g de agua.

b) La masa de 7,5 L de agua.

c) La masa y el volumen si mezclamos 5 L, 300 mL, 1 kg y 450 g de agua.

12

11

10

9

Sistema material

Madera

Aire

Gasolina

69 kg

1500 kg

0,125 m3

2210 L

0,5 g/cm3

129,3 cg/L

Masa Volumen Densidad

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 229



AMPLIACIÓN


Describe las etapas del método científico y pon un ejemplo de cómo se aplica.

¿Qué procedimiento emplearías para hallar el volumen de una gota de agua utilizando un cuentagotas y una probeta, suponiendo que las gotas de agua son esféricas?

¿Cómo determinarías la densidad de la madera disponiendo de un paralelepípedo de madera, una balanza y un metro? Explica el procedimiento.

3

2

1

Cómo trabaja un científicoRecuerda que…

• El método científico no es una sucesión invariable deuna serie de etapas: observación, hipótesis, diseño… A veces, el trabajo de un investigador puede tener origenen una teoría y, por deducción, proyectar determinadasexperiencias para comprobar una hipótesis; tambiénpuede partir de un estudio bibliográfico sobre trabajoscientíficos y de esta forma conseguir ideas que ayudenen la labor de investigación.

• El trabajo del científico se ve facilitado en la actualidadpor calculadoras, ordenadores, cámaras fotográficas,microscopios…

En el diseño de experiencias se deben seguir las siguientes etapas: 1. Analizar la propuesta y buscar el significado de palabras y conceptos desconocidos. 2. Basándonos en nuestros conocimientos, emitir una hipótesis en los casos en que sea posible,

sobre los resultados que se esperan.3. Diseñar las experiencias que se van a realizar, en el laboratorio o fuera de él, indicando los materiales

y especificando las etapas que se van a seguir.4. Exponer el proyecto al profesor.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 230



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Si se dispone de dos barras de tiza, una cilíndrica y otra prismática, de una balanza y de un calibrador, ¿cómo determinarías si las barras de tiza tienen la misma densidad? En caso negativo, ¿a qué crees que puede deberse?

Redacta un breve informe sobre las ventajas y los inconvenientes de los avances científicos.

Busca información sobre:

a) Medida del tiempo.

¿Cómo medían el tiempo cuando no existían los relojes actuales?

b) Producción de papel.

En nuestra sociedad, el consumo de papel es muy grande y la mayor parte procede de la madera de millones de árboles. Para conseguir 200 kg de papel se necesita una tonelada de madera verde.– Describe brevemente el proceso de producción de papel.– Explica en qué consiste el reciclado de papel.

6

5

4

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 231



AMPLIACIÓN

LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU MEDIDA1

[...] Galileo aceptó la repulsión que la naturaleza presentaba alvacío (a pesar de todos sus revolucionalismos, era conserva-dor en muchos sentidos) y la consideró solo como relativa, pero nunca como absoluta. Sugirió que Torricelli estudiase talsuposición.

Se le ocurrió a Torricelli que esto no era cuestión de repulsiónal vacío, sino simplemente un efecto mecánico. Si el aire pe-saba [...], su peso tendería a sacar el agua de la bomba. Cuan-do se sacaba, este empujón haría subir al agua con el pistón.Sin embargo, el peso total del aire no contrarrestaría más queel peso de treinta y tres pies de agua, y en este caso, por másque se bombeara, no se obtendría ningún resultado, pues elpeso del aire no subiría más el agua.

En 1643, para comprobar esta teoría, Torricelli se valió del mer-curio, cuya densidad es casi trece veces y media la del agua;llenó un tubo de vidrio de más de un metro de altura y, obtu-rándole una punta, le tapó la otra con el dedo, introduciéndo-le boca abajo en un gran recipiente lleno de mercurio. El mer-curio se empezó a vaciar del tubo, como era de esperar, perono se vació entero. Quedaron dentro del mismo unos 75 cen-tímetros de mercurio, sujetos por la presión que el aire ejercíasobre la superficie libre del mercurio en el recipiente. El peso

del aire pudo muy bien soportar el peso de la columna de mer-curio desafiando la gravedad.

Sobre el mercurio que había en el tubo sumergido quedaba unvacío dentro del mismo (con pequeñas cantidades de vapor demercurio). Fue el primer vacío hecho por el hombre y aún sele llama el vacío de Torricelli. [...].

Torricelli notó que la altura del vacío dentro del tubo variaba li-geramente de día a día, atribuyéndolo correctamente a que laatmósfera poseía pesos diferentes en distintos momentos. Conello había descubierto el primer barómetro.

(El peso de la atmósfera es equivalente al de una columna demercurio de 760 milímetros de altura. La presión ejercida porun milímetro de mercurio a veces se llama un torricelli, enhonor a este físico.)

El hecho de que el aire tuviera un peso finito significaba quetambién tenía una altura finita, siendo confirmada esta ideaunos años más tarde por Pascal. Esta fue la primera indicacióndefinitiva [...] de la finitud de la atmósfera, considerando el res-to del espacio como un gran vacío.

ISAAC ASIMOV, Enciclopedia biográfica de ciencia y tecnología.

a) ¿Qué científicos se mencionan en el texto?

b) Identifica en el texto algunas cantidades. ¿Con qué precisión se expresan?

¿A qué magnitudes corresponden?

c) ¿Qué etapas del método científico puedes identificar en el texto?

Lee atentamente el siguiente texto y contesta:1

Síntesis

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 232



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Recuerda que…

• Cuerpo es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y está formado de materia. La materia es distinta de unos cuerpos a otros, llamándose sustanciaa toda clase de materia.

• Sustancias naturales son aquellas que existen en la naturaleza y sustancias artificiales son aquellascreadas por las personas.

• La materia puede presentarse en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso.– Sólidos: tienen forma propia. Su volumen es constante,

no se comprimen. Su densidad es próxima a la de los líquidos. No fluyen.

– Líquidos: adoptan la forma del recipiente que los contiene. Su volumen prácticamente es constante. Son más densos que los gases. Pueden fluir.

– Gases: no tienen forma propia. Se comprimen con facilidad y se expanden llenando el recipiente que los contiene. Su densidad es muy baja comparadacon la de los líquidos y los sólidos. Pueden fluir. Ejercen fuerzas sobre las paredes del recipiente.

Estados de la materia

Identificar las sustancias presentes en los siguientes objetos:

Ejemplo: En una mesa puede haber: madera, hierro (clavos), pintura…

a) En un coche

b) En un libro

c) En una cartera

¿Qué diferencias encuentras entre un vaso lleno de agua y un vaso lleno de cubitos de hielo?

Cita ejemplos de sustancias que a temperatura ambiente sean sólidas, líquidas o gaseosas.3

2

1

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 233



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS2 FICHA 2

Justifica a partir de la teoría cinética las siguientes afirmaciones:

a) Los sólidos y los líquidos son prácticamente incompresibles.

b) Los líquidos y los gases adoptan la forma del recipiente que los contiene.

c) Cuando se destapa un recipiente que contiene un gas, este se expande con rapidez.

Expresa cómo se comporta cada estado de agregación respecto a las propiedades señaladas en el siguiente cuadro.

2

1

Recuerda que…

Con el modelo cinético-corpuscular de la materia podemos explicar el comportamiento de los sólidos, los líquidos y los gases. Según la teoría cinética:• La materia está formada por partículas que se hallan más o menos unidas dependiendo del estado

de agregación en que se encuentre.• Las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado. Cuanto más rápido se mueven,

mayor es la temperatura de la sustancia.

Estados de la materia y cambios de estado

Sólido

Líquido

Gaseoso

Estado de agregación

Volumen Compresibilidad ExpansibilidadMovimiento

de las partículas

La materia puede cambiar su estado de agregación y pasar de uno a otro comunicando energía a sus moléculas.

Si calentamos una determinada masa de hielo, estese licua o funde a 0 °C, y hasta que no se agotetoda la masa de hielo, el termómetro permanece adicha temperatura. Lo mismo ocurrirá cuando ca-lentemos agua y queramos pasarla al estado de va-por. Llegará un momento en que el termómetro per-manecerá inalterable aunque sigamos aportandoenergía, y continuará así hasta que no se agote todala masa líquida. Estos hechos quedan representa-dos en la gráfica.

t (°C)

100

50

0

−50

Vaporización

539 cal/g

Fusión

80 cal/gQ (cal/g)

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 234



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS2 FICHA 2

AM

PLI

AC

IÓN

Temperatura (°C)

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

−200Hierro Estaño Agua Mercurio Butano Helio Yodo Cloro Alcohol

Sólido Líquido Gas

Sustancia Punto de fusión (ºC) Punto de ebullición (ºC)

Yodo −113,7 183,4

Cloro −101 −35,4

Alcohol −114,4 78,4

Observa la siguiente gráfica. En ella se indica el estado físico en que se encuentran algunas sustancias en determinados rangos de temperatura.

• ¿A qué temperatura funde el estaño?

• ¿Cuál es el punto de ebullición del butano?

• ¿En qué estado se encuentra el hierro cuando la temperatura es de 1000 °C?

• ¿En qué estado se encuentra el butano cuando la temperatura es de −100 °C?

• ¿Qué proceso tiene lugar cuando el hierro alcanza una temperatura de 1536 °C?¿Y cuando el butano se enfría hasta los −138,3 °C?

• Completa la gráfica con los siguientes datos:

3

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 235



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS2

En la década de los 1860, […] el matemático escocés JamesClerk Maxwell (1831-1879) intentó explicar el comportamien-to de los gases sobre la base de que los átomos y las molécu-las que los forman se hallaban en constante movimiento. Esemovimiento constante de los átomos había sido sospechadopor los primeros atomistas, pero Maxwell fue el primero enconseguir elaborar matemáticamente la teoría. La forma enque los átomos y moléculas que se movían se alejaban unosde otros, y de las paredes de un contenedor, tal como fuemodelada matemáticamente por Maxwell, explicaba de unaforma completa el comportamiento de los gases. Explicaba laley de Boyle, por ejemplo.

Del trabajo de Maxwell se deducía también una nueva com-prensión de la temperatura, porque resultó que la temperatu-ra era la medida de la velocidad media del movimiento de losátomos y moléculas que formaban no solo los gases, sinotambién los líquidos y los sólidos. Incluso en los sólidos, don-de los átomos o las moléculas se hallan congelados en un lu-gar y no pueden moverse […] de uno a otro punto, estos áto-mos o moléculas vibran en su posición media, y la velocidadmedia de esa vibración representa la temperatura.

En 1902, el químico sueco Theodor Svedberg (1884-1971)señaló que el movimiento browniano [el movimiento erráticode granos de polen en agua] podía explicarse suponiendo queun objeto en el agua es bombardeado desde todos lados porlas moléculas en movimiento del agua. En circunstancias nor-

males, el bombardeo es igual desde todos lados, así que el ob-jeto permanece estacionario. Evidentemente, por puro azar,algunas moléculas más pueden golpear de una dirección uotra, pero son tantas las moléculas que golpean a la vez queuna pequeña desviación de la igualdad exacta (dos o tres so-bre billones) no produce ningún movimiento mensurable.

Sin embargo, si un objeto suspendido en el agua es muy pe-queño, el número de moléculas que lo golpean desde todoslados es comparativamente pequeño también, y se produceuna pequeña desviación, que puede dar como resultado unefecto comparativamente amplio. La partícula responde al em-puje de unas cuantas moléculas extra desde una dirección enparticular sacudiéndose ligeramente en la dirección del empu-je. Al momento siguiente se producen colisiones extra en otradirección, y la partícula es empujada en esa nueva dirección.La partícula se mueve al azar y erráticamente en respuesta almovimiento al azar de las moléculas que la rodean.

Svedberg estaba solamente especulando, pero en 1905, el ma-temático germano-suizo Albert Einstein (1879-1955) aplicó lateoría de Maxwell al bombardeo de pequeñas partículas y mos-tró de una forma concluyente que esas partículas se agitabanexactamente de la misma forma que se había observado que lohacían los granos de polen. En otras palabras, presentó ecua-ciones matemáticas que describían el movimiento browniano.

ÁTOMO. ISAAC ASIMOV

RBA EDITORES

Síntesis

¿Qué ley ya conocida explicaba la teoría cinética de Maxwell?

¿Cómo explicaba la teoría cinética el movimiento browniano?

¿Qué relación existe, según la teoría de Maxwell, entre el movimiento de las partículas que forman los sólidos, los líquidos y los gases y la temperatura?

Explica por qué no se observa un movimiento errático cuando introducimos una palomita de maíz en agua.4

3

2

1

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 236

AM

PLI

AC

IÓN


AMPLIACIÓN

LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA3 FICHA 1

Clasifica las siguientes mezclas en homogéneas y heterogéneas:

a) Agua y alcohol d) Aceite y vinagre

b) Sal y azúcar e) Leche con azúcar

c) Agua y limaduras de hierro f) Café con leche

¿En qué consiste la técnica de destilación? ¿Cuándo se aplica?2

1

Recuerda que…

• Sustancia pura: materia formada por un solo componente.• Los sistemas materiales heterogéneos están formados por dos

o más sustancias distintas que pueden diferenciarse a simple vista o con la ayuda de algún instrumento óptico (lupa, microscopio…).Las propiedades difieren de un punto a otro del sistema.

• Los sistemas materiales homogéneos son uniformes en su aspecto y composición. Las sustancias puras son sistemasmateriales homogéneos formadas por un solo tipo de sustancia.

• Técnicas de separación. Los componentes de una mezcla se pueden separar por medio de procesos físicos, debido a que los componentes de la misma mantienen sus propiedades características.

Composición de la materia

Homogéneos Heterogéneos

Técnicas de separación

Sólido

Sólido

Líquido

Sólido

Líquido

Líquido

Separación manual. Criba.

Decantación. Filtración. Evaporación.

Destilación. Decantación. Cromatografía.


826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 237



AMPLIACIÓN


Indica si los siguientes sistemas materiales son homogéneos o heterogéneos. Indica también si los sistemas homogéneos son sustancias puras (simples o compuestas) o mezclas.

a) Agua y aceite g) Aire

b) Diamante h) Mercurio

c) Agua oxigenada i) Escombros

d) Papel j) Agua potable

e) Hierro k) Hormigón

f) Bicarbonato sódico l) Mina de lapicero

Menciona dos componentes como mínimo de las siguientes mezclas. (Para saber que una sustancia es una mezcla basta con verificar que en ella existen, al menos, dos sustancias puras diferentes.)

a) Vinagre

b) Aire

c) Agua de mar

d) Hormigón

e) Acero

f) Colonia

En las mezclas heterogéneas, las técnicas que se emplean para separar las sustanciasson principalmente la decantación y la filtración.

a) Explica en qué consisten.

b) Cita algún ejemplo de mezclas a las que podrían aplicarse estas técnicas de separación.

5

4

3

Sustancias puras Mezclas

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 238



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

¿Qué técnicas emplearías para separar las sustancias que componen las siguientes mezclas? Hazla separación práctica correspondiente.

a) Aceite y agua.

b) Sal disuelta en agua.

c) Alcohol y agua.

d) Cristales de sal y yodo, sabiendo que la sal se disuelve en agua y no en alcohol; y que el yodo no se disuelve en agua y sí en alcohol.

Busca en el diccionario la palabra cromatografía. Explica en qué consiste esta técnica y para qué se utiliza.

7

6

¿Cómo diferenciar entre una sustancia pura y una disolución?

Para distinguir si un sistema ho-mogéneo es una disolución (mez-cla de sustancias) o una sustanciapura, hay que aplicar alguna de lastécnicas de separación de sustan-cias, tales como la destilación, eva-poración/cristalización.Si se trata de un sistema líquido,nos fijamos en la temperatura deebullición. En el caso de una di-solución, la temperatura de ebu-llición cambia, y en el caso de unlíquido puro, la temperatura deebullición permanece constante.

Destilación

Se recoge sólo una sustancia en el colector y no queda nada en el matraz de destilación.Hierve a temperatura constante.

Sustancia pura

Disolución(líquido-líquido)

Disolución(sólido-líquido)

Se obtienen dos o más sustancias en el colector y no queda nada en el matriz de destilación.

Se obtienen una o más sustancias en el colector y queda un residuo sólido en el matriz de destilación.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 239



AMPLIACIÓN


La concentración de una disolución de hidróxido sódico (NaOH) en agua es del 2 % en masa. ¿Qué cantidad de hidróxido de sodio hay en medio kilogramo de disolución?

¿Cuál es el porcentaje en volumen de una disolución que se ha preparado disolviendo50 mL de alcohol en 250 mL de agua?

Expresa en g/L la concentración de una disolución que tiene 500 mL de agua y 10 g de sal (NaCl).

3

2

1

Recuerda que…

• Las disoluciones son sistemas materiales homogéneos formados por dos o más sustancias diferentes (aire, agua de mar, etc.).

• La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto que hay en una determinada cantidad de disolución.Esta magnitud se puede expresar en:

% en peso o en masa = ⋅ 100

% en volumen = ⋅ 100

Concentración =

• La solubilidad de una disolución indica la cantidad máxima de solutoque admite una cierta cantidad de disolvente a una temperaturadeterminada.

gramos de soluto

volumen de disolución

volumen de soluto

masa de disolución

masa de soluto

masa de disolución

Disoluciones: concentración y solubilidad

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 240

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


En el agua del mar hay unos 300 g de diferentes sales en cada 10 kg de disolución(10 L, aproximadamente). Entre estas sales se encuentran las cantidades en gramosque muestra el gráfico.

Calcula la concentración en g/L de cada sal:

a) Cloruro de sodio.

b) Cloruro de magnesio.

c) Sulfato de magnesio.

d) Sulfato de calcio.

e) Cloruro de potasio.

La solubilidad del fluoruro de bario (BaF2) es de 1,3 g/L a una temperatura de 26 ºC.

a) Calcula la cantidad de soluto que podemos añadir a 5 L de disolución cuya concentración es de 0,8 g/L.

b) Calcula la cantidad de agua que habrá que añadir a 20 g de BaF2 para lograr una disolución saturada.

5

4

32,84

14,210,8 7,2 1,68

233,28

Cloruro de sodioCloruro de magnesio

Sulfato de magnesioSulfato de calcio

Cloruro de potasio

Otros

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 241



AMPLIACIÓN


La gráfica adjunta representa la solubilidad del nitrato y sulfato de potasio en agua a distintas temperaturas. Determina:

a) La solubilidad de las sales a 30 ºC.

b) La solubilidad de las sales a 60 ºC.

c) La masa de nitrato que se disuelve en 1 L de agua a 30 ºC.

d) La masa de nitrato que precipita al enfriar la solución anterior a 10 ºC.

e) Describe cómo varía la solubilidad de las sales en agua con la temperatura.

f) ¿Qué quiere decir que la solubilidad del nitrato de potasio es de 60 g en 100 g de agua a 40 °C?

6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Nitrato de potasio

Masa (g) en 100 g agua

Sulfato de potasio

Temperatura (°C)

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 242



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

La formación del agua y del amoniaco puede expresarse de la siguiente forma:

a) 2 H2 + O2 ⇒ 2 H2O b) N2 + 3 H2 ⇒ 2 NH3

Hidrógeno Oxígeno Agua Nitrógeno Hidrógeno Amoníaco

Interpreta estas ecuaciones químicas según la teoría atómica de Dalton.

1

Recuerda que…

• La naturaleza está formada por sustancias purasy mezclas.

• Recuerda que materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Así, son materia los seresvivos y todos los cuerpos inanimados: una planta, un animal, una prenda de vestir, el agua de una botella o el aire que respiramos son materia.

• La materia está formada por sustancias o mezclas de sustancias: las rocas están formadas por diferentessustancias; el aire es una mezcla de varias sustancias, así como nuestro cuerpo y el de cualquier ser vivo estánconstituidos por numerosas sustancias.

• Las sustancias se identifican por sus propiedadescaracterísticas (densidad, temperaturas de fusión y ebullición propias, etc.).

• La teoría atómica de Dalton intenta explicar la granvariedad de sustancias que existen en la naturaleza.

La composición de la materia

Sustancias puras y mezclas

La mayoría de los sistemas materiales que nos rodean son mezclas de sustan-cias y los clasificamos como mezclas heterogéneas, disoluciones y sustanciaspuras.

• Una mezcla heterogénea está formada por dos o más sustancias, y sus pro-piedades varían de un punto a otro. Ejemplo: una mezcla de aceite y agua.

• Una disolución está formada por dos o más sustancias y tiene las mismaspropiedades en todos los puntos. Ejemplo: el aire o el agua potable.

• Una sustancia pura tiene unas propiedades características definidas y nose puede separar en dos o más sustancias mediante procedimientos físi-cos. Ejemplo: el agua destilada.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 243



AMPLIACIÓN


Conoce la composición y clasifica los siguientes sistemas materiales, muy frecuentes en la vida cotidiana, como mezcla heterogénea, disolución o sustancia pura.

• Jugo de limón: agua y ácido cítrico (H2O y C6H10O8)...

• Azúcar: sacarosa (C12H22O11)

• Leche: agua (H2O), grasas, proteína (lactoalbúmina), azúcares (lactosa C12H22O11)...

• Cable eléctrico: cobre (Cu)

• Marco de ventanas: aluminio (Al)

• Mercurio del termómetro: mercurio (Hg)

• Sal de cocina: cloruro de sodio (NaCl)

• Alcohol medicinal: agua (H2O) y etanol (C2H6O)

• Aspirina: ácido acetilsalicílico (C9H8O4)

• Bebida refrescante: agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), cafeína (C8N4O2H10)…

• Lejía: agua (H2O), hipoclorito de sodio (NaClO)

• Amoniaco para limpieza: agua (H2O) y amoniaco (NH3)

• Sangre: agua (H2O), glucosa (C6H12O6), hemoglobina (C2952H4664O832N812S8Fe4), cloruro de sodio (NaCl)…

• Completa la tabla anterior con otras sustancias que se te ocurran.

• ¿Cuál es la diferencia existente entre una sustancia pura y una disolución?Pon algún ejemplo para aclarar tu respuesta.

2

Mezcla heterogénea Disolución Sustancia pura

Disoluciones para limpieza.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 244



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA3

AM

PLI

AC

IÓN

Copia y completa el siguiente mapa de conceptos:1

Síntesis

LA M

ATE

RIA

está formada

porque pueden

formar

que puedenser

que pueden separarseusando distintas técnicas

ejemplo

formadas

por

para describirlas se utilizan

que indica sila solución es

heterogéneas

soluto

saturada

cromatografía

sólidos

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 245



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO4 FICHA 1

El péndulo eléctrico consiste en una pequeña bola de médula de saúco, papel o corcho, colgadade un hilo de seda muy fino. Observa las experiencias y explica lo que sucede.

a) Frotamos la varilla de vidrio con un pañuelo de seda. La varilla atrae a la bola del péndulo.

b) Hacemos que la bola del péndulo entre en contacto con la varilla de vidrio. A continuación, la bola es repelida por la varilla.

c) Frotamos la varilla de plástico con un paño de lana y la acercamos a la bola del péndulo. La varilla de plástico atrae a la bola.

1

Recuerda que…

• La electrización es el fenómeno por el cual los cuerpos adquieren carga eléctrica. Se debe a la transferencia de electrones de un cuerpo a otro.

• La carga eléctrica es la propiedad que adquieren algunos cuerpos por frotamiento, por contacto o por inducción. Existen dos clases de carga eléctrica que, por convenio, reciben el nombre de positiva, la que adquiere una varilla de vidrio frotada con seda, y negativa, la que adquiere una varilla de plásticofrotada con lana. Las cargas de distinto signo se atraen y las del mismo signo se repelen.

• Un cuerpo es neutro si sus átomos tienen tantas cargas positivas como negativas, es decir, el mismo númerode protones que de electrones. Un cuerpo está cargado positivamente si sus átomos tienen un exceso de protones por haber cedido electrones; un cuerpo está cargado negativamente si sus átomos tienen un exceso de electrones por haber recibido electrones.La unidad de carga en el SI es el culombio (C) y equivale a la cantidad de carga eléctrica que poseen 6,24 ⋅ 1018 electrones. En electrostática se utilizan en los cálculos cantidades de carga pequeñas y se emplean mucho el microculombio (µC) y el nanoculombio (nC).

1 µC = 10−6 C ; 1 nC = 10−9 C• Para que el fenómeno de la electrización se produzca, los electrones han de tener movilidad.

Aquellas sustancias que permiten el movimiento de las cargas eléctricas reciben el nombre de conductores eléctricos, y las que no lo permiten se denominan aislantes.

Electrostática. Electrización

Varilla de vidrio Varilla de vidrio Varilla de plástico

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 246


AM

PLI

AC

IÓN


AMPLIACIÓN


Señala verdadero (V) o falso (F) en los siguientes enunciados:

Un átomo neutro no contiene cargas eléctricas.

Un cuerpo cargado positivamente no tiene electrones.

Un átomo queda cargado positivamente cuando gana protones.

Los átomos con carga negativa tienen más electrones que protones.

En un fenómeno de electrización no se crea carga neta.

Considera la figura:

a) ¿Qué signo tienen las cargas a, b, c?

b) Representa las fuerzas a que están sometidas las cargas b y c.

Para determinar la existencia de cargas en un cuerpo y el tipo de carga que posee podemosutilizar un electroscopio. Un electroscopio es un recipiente de vidrio cuyo tapón está atravesadopor una varilla metálica que tiene en uno de sus extremos dos finas láminas de oro o de aluminio, y en el otro, una esfera metálica.

a) Si tocas la esfera del electroscopio con una varilla de vidrio previamente frotada con seda, ¿qué les sucederá a las laminillas metálicas?¿Por qué?

b) Si tocas la esfera con otro cuerpo y las laminillas metálicas se separan más,¿qué carga tiene este cuerpo? ¿Por qué?

c) Si las laminillas se acercan, ¿qué clase de carga tiene el cuerpo? ¿Por qué?

4

3

2

Esfera metálica

Varilla metálica

Hojas metálicas

a b

c q+

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 247



AMPLIACIÓN


Representa mediante esquemas los hechos observados en la actividad anterior e interprétalos.

En el dibujo se indica el sentido de las fuerzas eléctricasa las que están sometidas las cargas a, b, c, d.Señala el signo de dichas cargas.

a)

b)

c)

d)

Expresa en culombios el valor las siguientes cargas eléctricas:

• 103 µC:

• 10−5 kC:

• 104 mC:

¿Qué variación experimenta la masa de un cuerpo cuando se carga con −1 C sabiendo que la carga de un electrón es −1,6 ⋅ 10−19 C y su masa es 9 ⋅ 10−31 kg?

8

7

6

5

a

b

c

d

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 248



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Expresa en culombios las siguientes cargas eléctricas:

• 20 µC • 7,3 nC • 2,7 ⋅ 104 µC

• 0,065 nC • 3 ⋅ 10−2 µC • 2500 nC

Dos cargas, q1 = +2 ⋅ 10−5 C y q2 = −5 ⋅ 10−6 C, están situadas en el aire a una distancia de 45 cm una de la otra.

a) Calcula el valor de la intensidad de las fuerzas con que interaccionan.

b) Representa en un esquema su dirección y sentido.

Cuánto crees que se debe modificar la distancia entre dos cargas eléctricas para que la fuerza de interacción entre ellas:

a) Se triplique. b) Se reduzca a la mitad.

c) Aumente cinco veces.

3

2

1

Recuerda que…

• Ley de Coulomb. La intensidad de la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Su expresión matemática es:

F = K

– F: intensidad de la fuerza electrostática – d: distancia entre las cargas– q1 y q2: cantidad de carga – K: constante de proporcionalidad

En el vacío o en el aire, K = 9 ⋅ 109 N ⋅ m2/C2.

• Llamamos campo eléctrico a la región del espacio que rodea a un cuerpo cargado en la que se manifiestan fuerzas electrostáticas sobre otro cuerpo cargado colocado en ella.

• Recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico en un punto la fuerza que ejerce dicho campo sobreuna unidad de carga positiva (q) colocada en dicho punto: E = F/q . Se mide en N/C.

q1 ⋅ q2

r 2

Ley de Coulomb. Intensidad del campo eléctrico

F21 F12

F12 = F21

Con la misma intensidad atrae la carga 1a la carga 2, que la carga 2 a la carga 1.

+q1 −q2

F21 F12+q1 +q2

F21 F12−q1 −q2

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 249



AMPLIACIÓN


Una carga de −3 µC está colocada en el vacío y atrae a otra carga situada a 0,5 m de distancia con una fuerza de 0,45 N. ¿Cuál es el valor de la otra carga? ¿Cuál es su signo?

Dos cargas puntuales de −2 nC y +3 µC están situadas en el vacío y se atraen con una fuerza de 1,3 ⋅ 10−4 N. Calcula la distancia a la que están colocadas.

Calcula el valor de dos cargas iguales que en el vacío se repelen con una fuerza de 0,09 N cuan-do están colocadas a una distancia de 0,9 m.

Una carga q1 crea a su alrededor un campo eléctrico. Si a 10 cm de ella se coloca otra carga q2 de +3 µC, esta es repelida con una fuerza de 7,9 N. Calcula la intensidad del campo en el punto en que se encuentra q2.

Calcula el valor de una carga q que produce un campo eléctrico de 2,5 ⋅ 104 N/C en un punto que está situado a 12 cm.

Una carga de 4 ⋅ 10−3 µC se sitúa en un punto de un campo eléctrico. Calcula el valor de la fuerza que se ejercerá sobre dicha carga, sabiendo que la intensidad del campo eléctricoen ese punto es de 1125 N/C.

Si el valor de la intensidad del campo eléctrico en un punto coincide con el valor de la constante K de Coulomb, ¿qué condiciones se deben cumplir?

10

9

8

7

6

5

4

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 250



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Recuerda que…

El átomo consta de dos partes bien diferenciadas: el núcleo y la corteza. Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, y los electrones se mueven alrededor del núcleo del átomo.

• Los protones son partículas con carga eléctrica positiva, y cuya masa aproximada es de 1,67 ⋅ 10−27 kg.

• Los electrones tienen carga eléctrica negativa de igual valor absoluto que la de los protones y cuya masa es aproximadamente 2000 veces menor que la de los protones.

• Los neutrones son partículas sin carga y de masa aproximadamente igual a la de los protones.

La masa de un átomo se concentra en el núcleo. La masa de los electrones es despreciable en comparación con la de los protones y neutrones.

El átomo es eléctricamente neutro, es decir, no tiene carga.

Los descubrimientos realizados con posterioridad a la teoría atómica de Dalton demostraron que los átomos no eran tan simples como este había supuesto. Completa el cuadro:

1

El átomo

Modelos atómicos y partículas fundamentales

Año Científico Descubrimiento

J. J. Thomson(1856-1940)

Físico británico

E. Rutherford(1871-1937)

Físico neozelandés

N. Bohr(1885-1962)Físico danés

J. Chadwick(1891-1974)

Físico británico

1897

1911

1913

1932

Electrón

Órbitas circulares

Electrón

Electrones

Protones

Neutrones

Núcleo

Nivelfundamental

Ener

gía

crec

ient

e de

los

nive

les

elec

trón

icos

Materia cargada

positivamente

Electronesen órbita

Protones en el núcleo

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 251



AMPLIACIÓN


¿Qué diferencias fundamentales mantiene el modelo atómico de Rutherford con el modelo ató-mico de Thomson?

Suponiendo que la materia estuviera formada de átomos según el modelo de Thomson, ¿los cuerpos serían más densos, igual de densos o menos densos? Justifica la respuesta.

Dibuja un átomo según el modelo de nube electrónica.

Compara la relación de dimensiones del átomo y del Sistema Solar, sabiendo:

• Diámetro del átomo: 1 ⋅ 10−10 m; diámetro del núcleo: 1 ⋅ 10−14 m.

• Tamaño del Sistema Solar: 5 ⋅ 1012 m; diámetro del Sol: 1 ⋅ 109 m.

5

4

3

2

Modelo atómico de la nube de carga

Según este modelo, los electrones semueven constantemente en torno alnúcleo, sin describir ningún tipo de ór-bita concreta. No es posible conocercon precisión la posición de un elec-trón en un instante dado; únicamentese puede determinar la probabilidadde que en dicho instante se halle elelectrón en una región concreta del es-pacio orbital. De esta forma, las órbi-tas de Bohr se sustituyen por los lla-mados orbitales que especifican lazona donde es probable que se encuen-tre cada electrón dentro del átomo.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 252



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Indica el número de protones, neutrones y electrones de un elemento cuyo número atómico es26 y su número másico es 56.

Indica qué diferencias hay entre:

a) O y O2−.

b) N2 y 2 N.

c) H− y H+.

El número atómico de un átomo de nitrógeno es 7 y el de un átomo de estaño es 50, expresa el proceso:

a) El átomo de nitrógeno se convierte en el anión N3−.

b) El átomo de estaño se convierte en el catión Sn4+.

3

2

1

Recuerda que…

Un átomo se define mediante dos números:• El n.o atómico (Z ), que es el número de protones que tiene un átomo y coincide con el número

de electrones del mismo, por ser el átomo eléctricamente neutro.• El n.o másico (A), que es el número de partículas que tiene un átomo en su núcleo.Se cumple: A = Z + N, siendo Z = N.o de protones = N.o de electrones; N = N.o de neutrones y A = N.o de protones + N.o de neutrones, y también se cumple: N = A − Z.Elementos químicos son las sustancias simples formadas por átomos que tienen todos el mismo N.o atómico. Los elementos químicos se representan mediante símbolos. Por ejemplo: litio (Li); azufre (S); flúor (F); etc.Iones son partículas de tamaño atómico con carga eléctrica y se forman cuando un átomo pierde o gana electrones. En la naturaleza hay iones positivos o cationes, y también iones negativos o aniones.Isótopos son átomos de un elemento químico que tienen igual número atómico y distinto número másico. La notación de los isótopos es:

Átomos, elementos, iones e isótopos

Símbolo del elemento6Número másico A

Número atómico Z5

5

X

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 253



AMPLIACIÓN


Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F):

Los electrones tienen una masa mucho mayor que los protones.

La carga del protón es la misma que la del electrón, pero de signo contrario.

Un elemento químico es una sustancia formada por átomos con igual número de protones.

Un ion se forma cuando un átomo pierde o gana protones.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protonespero distinto número de electrones.


Un isótopo del yodo tiene de número atómico 53 y de número másico 127. Determina el número de protones, neutrones y electrones.

Si el cobalto-60 tiene 33 neutrones, indica el número atómico y el número másico.7

6

5

5

La radiactividad

• La radiactividad natural es el proceso de emisión espontánea de radiacio-nes por parte de núcleos naturales inestables que se transforman en otros nú-cleos.

• Los isótopos radiactivos se comportan igual que los no radiactivos del mis-mo elemento, aunque la emisión de radiactividad de los primeros nos permi-te utilizarlos como marcadores o indicadores al seguir la posición que ocupan.

• Los isótopos radiactivos se utilizan especialmente en la industria y en la me-dicina. Podemos detectar el desgaste de piezas de una máquina, localizar obs-trucciones de tuberías subterráneas. En medicina, los trazadores radiactivospermiten seguir el funcionamiento de órganos como la captación de yodopor la glándula tiroides, estudios metabólicos con carbono-14; el uso del co-balto-60 en el tratamiento del cáncer, etc.

Isótopos

2311Na

31H

2612Mg

136C

1

6

23

26

12

1

12

6

Z A N = A − Z Electrones

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 254



AMPLIACIÓN

LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO4

AM

PLI

AC

IÓN

Durante un siglo, los científicos habían estado completamenteseguros de que los átomos eran las cosas más pequeñas quepodían existir, y que el átomo más pequeño sería, en conse-cuencia, lo más pequeño que tuviera masa. Ahora ese pensa-miento se vio hecho pedazos; o, al menos, tuvo que ser modi-ficado, pero la modificación tal vez no tuviera que ser muy grande.Era posible argumentar, después de los experimentos de Thom-son, que los átomos seguían siendo las más pequeñas partí-culas de materia que podían existir. La electricidad, podía de-cirse, no era materia, sino una forma de energía que era muchomás sutil que la materia. No debería de ser sorprendente, des-de ese punto de vista, que esas partículas de rayos catódicos,que podían ser consideradas como «átomos de electricidad»,eran mucho más pequeñas que los átomos de materia.

Era la pequeñez de las partículas de rayos catódicos lo que po-día explicar el hecho de que una corriente eléctrica pudierafluir a través de la materia, o que las partículas de rayos cató-

dicos pudieran atravesar finas láminas metálicas. El paso deesas partículas a través del metal había sido considerado comouna fuerte evidencia de que no podían ser partículas, pero enel momento del primer descubrimiento de ese paso no se te-nía la menor idea de lo pequeñas que eran esas partículas. (Losexperimentos pueden confundir incluso a los mejores científi-cos si falta algún dato clave de conocimiento.)

Debido a que la partícula de rayos catódicos es mucho más pe-queña que cualquier átomo, es denominada partícula sub-atómica. Fue la primera partícula subatómica en ser descubier-ta, e iba a ser la primera de todo un aluvión de ellas quecambiarían completamente nuestra mentalidad acerca de laestructura de la materia. Su descubrimiento incrementó nues-tro conocimiento, revolucionó nuestra tecnología, y cambió porcompleto nuestra forma de vida.

ÁTOMO. ISAAC ASIMOV

RBA EDITORES

Síntesis

Señala qué afirmaciones pueden deducirse del texto anterior:

Los átomos son indivisibles.

Los electrones forman parte de los átomos.

Los electrones son partículas diminutas muy ligeras.

El electrón es la única partícula subatómica conocida.

El electrón fue la primera partícula subatómica en ser descubierta.

¿Por qué dice el texto que los electrones podían considerarse «los átomos de la electricidad»?

¿Qué propiedad de los electrones les permite atravesar finísimas láminas metálicas? Justifica este hecho a partir del modelo atómico de Rutherford.

Explica la última frase: «Su descubrimiento incrementó nuestro conocimiento, revolucionó nuestra tecnología, y cambió por completo nuestra forma de vida.»

4

3

2

1

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 255



AMPLIACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS5 FICHA 1

Resume con ayuda del libro de texto cómo se ha llegado al sistema periódico actual.

Ordena de mayor a menor, según el número atómico, los siguientes elementos químicos e indicael símbolo correspondiente: oxígeno, selenio, litio, flúor, hidrógeno, plata, calcio, bario, oro.

Clasifica los siguientes elementos en metales, no metales y gases nobles:

• Litio • Carbono • Helio

• Mercurio • Oro • Boro

• Neón • Silicio • Argón

• Cloro • Nitrógeno • Yodo

• Arsénico • Xenón • Magnesio

3

2

1

Recuerda que…

• En la actualidad se conocen más de cien elementos que se han ordenado en una tabla por su número atómico, colocando en los mismos grupos o columnas los elementos que tienen propiedades semejantes. El sistema periódico actualpresenta 18 grupos o columnas y 7 periodos o filas. Hay también otros periodos:los elementos químicos cuyos números atómicos van del 58 al 71 constituyen el periodo de los lantánidos; y los que van del 90 al 103, el periodo de los actínidos.

• Masa atómica de un átomo de un elemento químico es un número relativo quenos indica cuántas veces la masa del átomo contiene a la unidad de masa atómica.

• La unidad de masa atómica es, por convenio, la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. Se representa por u (1 u = 1,66 ⋅ 10−24 g).

1 u =

• Normalmente, la masa atómica de un elemento suele tener un valor muy cercanoal número másico, aunque decimal. Esto es debido a la existencia de isótopos, ya que cada uno de ellos tiene su número másico y están presentes en la naturaleza en una determinada proporción. En general:

Masa atómica =

Donde A1… son los números másicos de cada isótopo y %1…, sus porcentajes respectivos.

A1 %1 + A2 %2 + …

100

masa del átomo 126 C

10−6

El sistema periódico

Metales No metales Gases nobles

Platino

Papel de aluminio

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 256

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


Indica los grupos y periodos de los elementos siguientes en el sistema periódico:

• Mg • Al

• Mn • As

• Cl • Na

• C • Xe

• Cr • Fe

• Hg • Au

Completa el siguiente cuadro consultando la tabla periódica:

Define las propiedades periódicas siguientes:

a) Volumen atómico:

b) Potencial o energía de ionización:

c) Carácter metálico:

Dados los elementos siguientes, agrupa las parejas que deberán tener propiedades similares por pertenecer al mismo grupo.

• Sodio • Silicio • Germanio • Calcio • Argón

• Magnesio • Teluro • Potasio • Selenio • Helio

7

6

5

4

PeriodoComienza conel elemento…

Con númeroatómico…

Termina con el elemento…

Con númeroatómico…

Número de elementos que tiene el periodo

1

2

3

4

5

6

7

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 257



AMPLIACIÓN


Calcula la masa molecular de la hemoglobina, C2952H4664O832N812S8Fe4, e indica cuántas moléculas de agua son necesarias para que su masa sea igual.

Calcula la masa molecular de la celulosa, sabiendo que está formada por unas 10 000 unidades de C6H12O5 , y compárala con la de las moléculas de agua, H2O, de dióxido de carbono, CO2 , y de sulfato de amonio, (NH4)2SO4.

Casi todas las sustancias orgánicas arden en presencia de oxígeno, dando como resultado dióxido de carbono, CO2, y agua, H2O.

a) ¿Qué elementos son comunes a todas las sustancias orgánicas?

b) Cita sustancias y objetos de tu entorno que sean compuestos orgánicos.

3

2

1

Recuerda que…

• La bioquímica es la parte de la química que se ocupa del estudio de las reacciones y procesos que tienen lugar en los seres vivos.Hay que mencionar dos aspectos básicos relacionados con la bioquímica: los elementos químicos que forman la materia viva y las reacciones químicasnecesarias para que la vida se desarrolle.

• Bioelementos primarios: los elementos básicos que forman los seres vivos son:el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).

• Bioelementos secundarios: en menor cantidad, existen otros elementos muy importantes para el desarrollo de los seres vivos. Algunos de estos elementos son: el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el sodio (Na), el potasio (K), el hierro (Fe), el flúor (F), el yodo (I) y el cinc (Zn).

• Para que la vida se desarrolle son necesarias reacciones químicas; por ejemplo, todas las plantas y animales necesitan respirar, así, en este proceso, se toma oxígeno del aire y se emite dióxido de carbono; y las plantas, a su vez, absorben dióxido de carbono y desprenden oxígeno,contribuyendo así al equilibrio de gases en la atmósfera.

• Aunque los seres vivos obtienen los elementos químicos del medioen el que se encuentran, su composición química no es parecida a la de dichomedio, en el que abundan el nitrógeno (aire) o el silicio (suelo).

• Las células que forman los organismos vivos están constituidas por una serie de compuestos químicos básicos: glúcidos o hidratos de carbono, lípidos y proteínas. También tienen un papel importante los ácidos nucleicos. Todas estas sustancias, con la excepción de los lípidos, están constituidas por moléculas gigantes o biopolímeros.

La química de la vida

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 258

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


¿Qué diferencias existen entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos?

Cita compuestos de uso frecuente en casa e indica para qué se utilizan.

a) Ácidos orgánicos.

b) Ácidos inorgánicos.

c) Bases.

Calcula la composición porcentual de la glucosa (C6H12O6) y de la sacarosa (C12H22O11), y compáralas.

5

4

Propiedades características de los ácidos y de las bases

Ácidos Bases

Tienen sabor agrio. Tienen sabor amargo.

Son corrosivos para la piel.Son suaves al tacto y corrosivas para la piel.

Sus disoluciones cambian el color de muchos colorantes orgánicosy vegetales.

Sus disoluciones modifican el colorde los colorantes en sentido opuestoal realizado por los ácidos.

Atacan a numerosos metalesdesprendiendo gas hidrógeno.

Disuelven muchas grasas.

Conducen en disolución la corriente eléctrica.

Conducen en disoluciónla corriente eléctrica.

Pierden sus propiedades al reaccionar con las bases.

Pierden sus propiedadesal reaccionar con los ácidos.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 259



AMPLIACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS5

• ¿Cuántos protones tienen los átomos de los elementos con los que has completado el sistema periódico?

• ¿Podrán formar iones? Explica tu respuesta con ejemplos:

Síntesis

Completa la siguiente tabla periódica con los elementos que faltan.1

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

21

ScEscandio

SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS

6

6

6

Número atómico

Nombre

PER

IOD

O

GRUPO1

1

No metalesMetalesGases nobles

2 13 14 15 16 17

18

23

LiLitio

3

419

KPotasio

5

6

7

37

RbRubidio

55

CsCesio

87

FrFrancio

4

BeBerilio

12

MgMagnesio

38

SrEstromcio

56

BaBario

88

RaRadio

39

YItrio

57

LaLantano

22

TiTitanio

40

ZrCirconio

72

HfHafnio

23

VVanadio

41

NbNiobio

73

TaTantalio

24

CrCromo

42

MoMolibdeno

74

WVolframio

25

MnManganeso

43

TcTecnecio

75

ReRenio

44

RuRutenio

76

OsOsmio

27

CoCobalto

45

RhRodio

77

IrIridio

28

NiNíquel

46

PdPaladio

78

PtPlatino

20

CaCalcio

47

AgPlata

30

ZnCinc

48

CdCadmio

31

GaGalio

49

InIndio

81

TlTalio

32

GeGermanio

33

AsArsénico

51

SbAntimonio

83

BiBismuto

34

SeSelenio

52

TeTeluro

84

PoPolonio

35

BrBromo

53

IYodo

85

AtAstato

36

KrCriptón

14

SiSilicio

15

PFósforo

16

SAzufre

5

BBoro

6

CCarbono

7

NNitrógeno

9

FFlúor

10

NeNeón

2

HeHelio

54

XeXenón

86

RnRadón

89

AcActinio

104

RfRutherfordio

105

DbDubnio

106

SgSeaborgio

107

BhBohrio

108

HsHassio

109

MtMeitnerio

110

UunUnunnilio

111

UunUnunumio

112

UubUnunbio

114

UuqUnunquadio

116

UuhUnunhexio

Símbolo

6

7

58

CeCerio

90

ThTorio

59

PrPraseodimio

91

PaProtactinio

60

NdNeodimio

61

PmPrometio

93

NpNeptunio

62

SmSamario

94

PuPlutonio

63

EuEuropio

95

AmAmericio

64

GdGadolinio

96

CmCurio

65

TbTerbio

97

BkBerkelio

66

DyDisprosio

98

CfCalifornio

67

HoHolmio

99

EsEinstenio

68

ErErbio

100

FmFermio

69

TmTulio

101

MdMendelevio

70

YbIterbio

102

NoNobelio

71

LuLutecio

103

LrLaurencio

LANTÁNIDOS 5

ACTÍNIDOS 5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 260



AMPLIACIÓN

CAMBIOS QUÍMICOS6 FICHA 1

AM

PLI

AC

IÓNClasifica los siguientes procesos en fenómeno químico o fenómeno físico:

Disolución de sal en agua. Oxidación del hierro.

Combustión de madera. Reflexión de la luz en un espejo.

Putrefacción de un trozo de carne. Respiración humana.

Evaporación del agua. Circulación de la corriente eléctrica por un hilo conductor.

Mezcla de azufre con limaduras de hierro. Fermentación del zumo de uva.

1

Recuerda que…

• En una transformación física no se produce variación de la naturaleza química de las sustancias que intervienen.

• En las transformaciones o reacciones químicas, una o más sustancias se transforman en otras sustancias totalmentediferentes, es decir, con nuevas propiedades. Una reacción química es una reorganización de los átomos que forman las sustancias reaccionantes para obtener otras nuevas o productos de reacción.

• Una ecuación química es una representación, mediante fórmulasquímicas, de una reacción química. Las sustancias químicas inicialesse llaman reactivos y las que se producen en la reacción se denominan productos. El número de átomos de cada elementodebe ser el mismo en los reactivos y en los productos; es decir, en ambos miembros de la ecuación. Cuando esto ocurre, se dice que la ecuación está ajustada.

• Para ajustar una ecuación química se escriben números delante de las fórmulas que representan a cada sustancia que reciben el nombre de coeficientes estequiométricos; y representan la proporción en que reaccionan las moléculas de los reactivos y las moléculas que se obtienen.

• En una reacción química, la masa se conserva; es decir, la masa de las sustancias reaccionantes es igual a la masa de los productos de la reacción (ley de Lavoisier de conservación de la masa).

Los cambios químicos a nivel microscópico

Físico Químico

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 261



AMPLIACIÓN


Cuando echamos café sobre leche observamos un cambio de color. ¿Ha habido alguna reacción química? Razona la respuesta.

Una vela se consume lentamente cuando está encendida. ¿En la combustión se cumple la ley de Lavoisier?¿Cómo se demuestra?

En un recipiente se quema una pequeña cantidad de alcohol y se observa que al final no hay líquido. Razona la/las respuesta/as que creas correcta/as:

a) Los gases producidos seguirán siendo alcohol.

b) El alcohol ha desaparecido y no se ha convertido en ninguna otra sustancia.

c) Los gases producidos en la combustión son sustancias distintas del alcohol.

Escribe las fórmulas de las sustancias y ajusta las ecuaciones que corresponden a las reacciones siguientes:

a) Hidrógeno + oxígeno → agua

b) Cloruro de hidrógeno + cinc → cloruro de cinc + hidrógeno

c) Nitrógeno + hidrógeno → amoniaco

d) Dióxido de azufre + oxígeno → trióxido de azufre

Indica si son correctas o no las siguientes ecuaciones químicas, razonando la respuesta:

a) S8 + O2 → SO2 + H2O

b) N2 + O2 → N2O5

c) HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O

d) HCl2 + CaOH → CaCl2 + H2O

6

5

4

3

2

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 262



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Contesta:

a) ¿Por qué conservamos los alimentos en el frigorífico?

b) Busca información y di qué diferencia hay entre energía de activación y energía de reacción.

c) El carbón se quema mejor cuando está pulverizado que cuando se presenta en trozos grandes. ¿Por qué?

Los gases nitrógeno (N2) y oxígeno (O2) reaccionan para formar, monóxido de nitrógeno (NO),calentando los reactivos hasta 2000 °C. ¿Por qué la reacción no tiene lugar a temperatura ambiente? Razona la respuesta.

Ordena de mayor a menor velocidad de reacción los siguientes cambios químicos:

a) Combustión del alcohol 1.

b) Oxidación del hierro 2.

c) Explosión de la dinamita 3.

d) Descomposición de una fruta 4.

3

2

1

Recuerda que…

• La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert Lewis y otros químicos, afirma que, para que ocurra un cambio químicoentre dos sustancias se necesita, en primer lugar, que las partículas entren en contacto mediante una colisión.

• Ahora bien, no todas las colisiones producen el cambio químico.Para que este se realice, es necesario que la colisión libere una cantidad de energía suficiente como para romper los enlacesquímicos en las sustancias iniciales (energía de activación).Además, para que los choques sean eficaces, las partículas de los reactivos deben poseer la velocidad suficiente para rompersus enlaces y chocar con la orientación adecuada.

• La velocidad de una reacción química es la cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo. Los factores que afectan a la velocidad de una reacción son:– La naturaleza de los reactivos.– La concentración de los reactivos.– La temperatura. – La presencia o ausencia de catalizadores.– La superficie de contacto entre los reactivos.

Cómo suceden las reacciones químicas

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 263



AMPLIACIÓN


Las masas atómicas del carbono (C), del oxígeno (O) y del sodio (Na) son, respectivamente,12, 16 y 23. Calcula:

a) La masa molecular del carbonato de sodio.

b) La masa de un mol de ese compuesto.

Determina la masa molar de las siguientes sustancias:

a) Oxígeno, O2:

b) Agua, H2O:

c) Cloruro de hierro (III), FeCl3:

d) Hidróxido de magnesio, Mg(OH)2:

e) Ácido nítrico, HNO3:

f) Sulfato de aluminio, Al2(SO4 )3:

Calcula la composición centesimal de las siguientes sustancias:

a) Bromuro de plata, AgBr.

b) Sulfato de sodio, Na2SO4.

3

2

1

Recuerda que…

• La estequiometría es la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en una reacción.

• A partir de la cantidad de un compuesto que interviene en una reacción, puede conocerse la cantidad de los restantes compuestos que intervienen.

• Un mol es la cantidad de sustancia cuya masa en gramos es numéricamente igual a la masa molecular y contiene la constante de Avogadro de partículas (átomos o moléculas), NA = 6,022 ⋅ 1023. Ejemplo: Un mol de átomos de Na es igual a 6,022 ⋅ 1023 átomos de sodio; un mol de moléculas de H2O es igual a 6,022 ⋅ 1023 moléculas de agua.

Cantidad de sustancia = ; n = ; N.o de moléculas = n ⋅ NA

• Volumen molar de sólidos y líquidos: la relación que existe entre la masa molar y el volumen molar de un sólidoo de un líquido es su densidad. La unidad de densidad en el SI es el kg/m3; no obstante, en los cálculosquímicos suele utilizarse otra unidad, el g/cm3.

• Volumen molar de gases: el volumen molar de cualquier gas en condiciones normales de presión y de temperatura (P = 1 atm y t = 0 °C) es 22,4 L, y contiene el número de Avogadro de moléculas, 6,022 ⋅ 1023.

m

M

masa (g)

Masa de un mol (g)

Estequiometría

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 264



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

La composición centesimal de un óxido de hierro es 69,92 % Fe y 30,08 % O.Sabiendo que su masa molecular es 159,6 u, determina su fórmula.

Contesta:

a) ¿Cuántas moléculas de ácido sulfúrico, H2SO4, hay en cinco moles de dicho compuesto?

b) ¿Cuántos moles de SO2 hay en 100 g de dicho gas?

c) ¿Cuántas moléculas de amoniaco, NH3, hay en 100 g de dicho gas?

d) Calcula la masa en gramos de una molécula de N2.

Determina el volumen molar de las siguientes sustancias:

a) Bromo líquido, Br2, sabiendo que su densidad es 3,2 g/cm3.

b) Mercurio, Hg, sabiendo que su densidad es 13,6 g/cm3.

Calcula:

a) El volumen que ocupan 187,6 g de gas nitrógeno, N2, en condiciones normales.

b) Cuántas moléculas de vapor de agua están contenidas en 1 m3 de vapor.

c) La masa en gramos de 28 L de gas dióxido de azufre, SO2, en condiciones normales.

d) El volumen que ocuparán 2,5 ⋅ 1022 moléculas de gas hidrógeno, H2, en condiciones normales.

7

6

5

4

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 265



AMPLIACIÓN


Ajusta las siguientes reacciones químicas y nombra las sustancias que intervienen:

a) Fe2O3 + C → Fe + CO2

b) N2 + H2 → NH3

c) Sn + HCl → SnCl2 + H2

d) C3H8 + O2 → CO2 + H2O

e) CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

El mármol es una roca formada por carbonato cálcico y se descompone por la acción del ácido clorhídrico en cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono.

a) Expresa la ecuación química de la reacción y ajústala.

b) Calcula la cantidad de cloruro de calcio que se obtiene al reaccionar 300 g de carbonato cálcico.

El amoniaco se forma a partir de hidrógeno molecular y nitrógeno molecular.

a) Escribe la ecuación de la reacción ajustada.

b) Calcula la cantidad de nitrógeno necesaria para obtener una tonelada de amoniaco.

c) Calcula el volumen de hidrógeno necesario, sabiendo que un mol de hidrógeno gaseoso (c.n.) ocupa un volumen de 22,4 L.

d) ¿Cuántos moles de amoniaco se forman si reaccionan 280 g de nitrógeno?

10

9

8

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 266



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

¿Por qué las reacciones de combustión hay que realizarlas con buena ventilación?Enumera algunos combustibles de uso frecuente.

Al quemar una piedra de roca azufrada, con el 90 % de riqueza en azufre, se obtienen 100 g de dióxido de azufre. Calcula la cantidad de piedra que es necesario quemar.

En la descomposición del carbonato cálcico, CaCO3, mediante calor, se obtienen dióxido de carbono y óxido de calcio.

a) Escribe la ecuación química e indica si es endotérmica o exotérmica.

b) ¿Se pueden obtener a partir de 100 g de carbonato cálcico, 60 g de óxido de calcio?

En los cilindros de los motores de explosión se quema la gasolina:

a) ¿Qué reacción se produce?

b) ¿Es una reacción endotérmica o exotérmica?

c) ¿Qué gases se expulsan por el tubo de escape de los automóviles?

4

3

2

1

Recuerda que…

• En todas las reacciones químicas se absorbe o se desprende energía en forma de calor generalmente. • Las reacciones químicas pueden ser endotérmicas o exotérmicas.

Las reacciones endotérmicas absorben energía: Reactivos + Energía → Productos.Las reacciones exotérmicas desprenden energía: Reactivos → Productos + Energía.

• En las reacciones hay que indicar el estado de agregación de cada sustancia porque influye en el calor de reacción.

• Se llama calor de reacción a la cantidad de calor que se desprende o se absorbe en una reacción química. Se mide en kJ/mol (kilojulios por mol): su valor es positivo si la reacción es endotérmica y negativosi la reacción es exotérmica.

• Utilizamos sustancias como la madera, el carbón, el gas natural, etc., para aprovechar el calor producidocuando las quemamos. La combustión es la reacción de una sustancia, llamada combustible, con el oxígeno,al que llamamos comburente, en la que se desprende una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

Combustible + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) + Energía

Energía y reacción química

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 267



AMPLIACIÓN


Mediante la combustión del alcohol etílico, C2H5OH, se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. Calcula la cantidad de dióxido de carbono que se obtiene con 10 kg de alcohol, sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 90 %.

La reacción de la combustión del butano, C4H10, es una reacción exotérmica:C4H10 + O2 → CO2 + H2O − 2877,7 kJ/mol

a) Ajusta la ecuación química.

b) Calcula el volumen de oxígeno (medido en condiciones normales) necesario para quemar13,6 kg de butano.

La reacción de formación del agua es la siguiente:H2 (g) + O2 (g) → H2O (l) + 570 kJ

Se pide:

a) Ajustar la reacción.

b) ¿La reacción es endotérmica o exotérmica? ¿Por qué?

c) Calcular la cantidad de energía que se desprende al obtener 18 g de agua.

(Datos: masas atómicas: H = 1 u; O = 16 u.)

Cuando el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno, se cumple la reacción:H2O (l ) + 570 kJ → H2 (g) + O2 (g)

Se pide:

a) Ajustar la reacción.

b) ¿La reacción es exotérmica o endotérmica? ¿Por qué?

c) Calcular la cantidad de energía necesaria para producir 40 g de oxígeno.

(Datos: masas atómicas: H = 1 u; O = 16 u.)

8

7

6

5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 268



AMPLIACIÓN

CAMBIOS QUÍMICOS6

AM

PLI

AC

IÓN

Copia y completa el siguiente mapa de conceptos:1

Síntesis

LOS

CA

MB

IOS

EN

LA M

ATER

IApueden

ser

puedenser

sisi

cuya velocidaddepende de

el grado depulverización

se explicanm

ediante

se describenm

edianteque usan

el concepto

en los queejem

plos

oxidaciones

sí desaparecensustancias

en los queejem

plos

no se creansustancias nuevas

cambios

de estadomuy útil

en los cálculos

absorbenenergía

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 269



AMPLIACIÓN

QUÍMICA EN ACCIÓN7 FICHA 1

Explica:

a) ¿Cuáles son las causas del aumento de la concentración de los «gases invernadero»?

b) ¿Qué consecuencias tiene el incrementodel efecto invernadero?

c) ¿Qué actividades cotidianas puedentener influencia sobre el aumentodel efecto invernadero?

1

Recuerda que…

• En muchas reacciones químicas se producen gases. Existen procesosnaturales como erupciones volcánicas, algunos incendios forestales…que pueden provocar graves alteraciones en la atmósfera.

• Mediante algunos procesos industriales, las actividades humanas sonresponsables de provocar la emisión de compuestos, como el dióxido de carbono y óxidos de azufre que pueden contaminar la atmósfera.

• Contaminante es todo agente que produce consecuencias negativassobre el medio ambiente y cuya cantidad, densidad o concentración en un lugar y un tiempo definido es superior a la que se puede esperarpor causas naturales.

• Algunas consecuencias de la actividad humana en la atmósfera son:– El incremento del efecto invernadero.– La lluvia ácida.– La disminución del grosor de la capa de ozono.

• Efecto invernadero: una parte de la energía solar recibida por la Tierraes reflejada otra vez al espacio, pero una mayor concentración del dióxido de carbono y del vapor de agua en la atmósfera absorbenparte de esa energía (radiación infrarroja). De esta forma se impide su emisión al espacio y, por tanto, se produce un aumento de la temperatura media terrestre. (El vapor de agua y el CO2 actúancomo el techo de vidrio de un invernadero, que deja entrar la energíasolar, pero impide la salida de una gran parte de esta energía.)

Química y medio ambiente

Una parte de la radiación es reflejada por la atmósfera

Una parte de la radiación infrarrojareflejada atraviesa la atmósfera y se pierde en el espacio

Una parte de la radiación infrarrojase refleja en la atmósfera y vuelvehacia la superficie

Otra parte es absorbida por la superficie y luego es remitida a la atmósfera enforma de radiación infrarroja

La radiación solar pasa a través de la atmósfera

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 270

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


Explica cuáles son las consecuencias de la lluvia ácida.

¿Qué ácidos son los que convierten el agua de lluvia y la nieve en lluvia ácida? ¿Cómo se forman?

Contesta:

a) ¿Qué elementos químicos aportan a las tierras de cultivo los fertilizantes?

b) ¿Sabes qué son los cultivos ecológicos?

c) ¿Encuentras algún inconveniente en el empleo abusivo de fertilizantes químicos?

4

3

2

Recuerda que…

• Se llama lluvia ácida a la que contiene ácidos en una concentración importante como consecuencia de una acción contaminante. Gases como el dióxido de azufre, SO2, el trióxido de azufre, SO3, el sulfuro de hidrógeno, H2S, y los óxidos de nitrógeno que se lanzan a la atmósfera, debido a procesos industriales, vehículos, etc., cuando se combinan con el agua en la atmósfera, producen ácidosulfuroso, H2SO3, ácido sulfúrico, H2SO4, y ácido nítrico, HNO3, y disueltos en la lluvia caen al suelo, lo que se conoce con el nombre de lluvia ácida.

• La capa de ozono (O3) es muy importante para la vida en la Tierra porque actúa de filtro frente a los rayosultravioleta del Sol, que perjudican la salud.El ozono se forma por la acción de los rayos ultravioleta sobre el oxígeno, pero estos rayos también producenla reacción contraria: la descomposición del ozono en oxígeno. Se alcanza así un equilibrio que forma la capadel gas ozono en la estratosfera.Los compuestos denominados clorofluorocarbonos (CFCl3, CF2Cl2, C2F3Cl3, etc.), que se utilizan en mezclasfrigoríficas y aerosoles, y los óxidos de nitrógeno y el bromometano (CH3Br), que se utilizan en los cultivosagrícolas como pesticida, son los responsables de la destrucción progresiva de la capa de ozono. También los aviones y los volcanes contribuyen a su destrucción.

SO3 y NO2 → H2SO4 y HNO3 H2SO4 y HNO3

Acidificaciónde los lagos

Acidificaciónde los suelos

Muerte de los bosques

Viento

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 271



AMPLIACIÓN


La urea, CONH2 , y el nitrato amónico, NH4NO3 , se utilizan como abonos nitrogenados. ¿Cuál de los dos contiene mayor porcentaje en masa de nitrógeno?

Contesta:

a) ¿Sabrías explicar en qué consiste «el agujero de la capa de ozono»?

b) ¿Qué sustancias utilizadas cotidianamente son las causantes de ese problema?

c) ¿Por qué es aconsejable que, en las horas centrales del día, no nos expongamos excesivamente al Sol?

Comenta la siguiente afirmación: «Las sociedades de alto desarrollo tecnológico producen elevados índices de contaminación».

7

6

5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 272

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


Contesta:

a) ¿Qué es un analgésico?Cita algunos.

b) ¿Qué son los antibióticos?¿Cuáles son los más utilizados?

c) Busca información sobre las indicaciones, contraindicaciones, efectos secundarios y caducidad de los analgésicos y antibióticos.

d) Haz un breve resumen sobre el uso adecuadode los medicamentos.

¿Cuántos gramos de alcohol se ingieren cuando se bebe una botella de cerveza de 33 cL que indica 5 % en volumen de alcohol?

Contesta:

a) ¿Cuántos gramos de alcohol pueden ingerirse con una copa de 20 mL de un licor de 40°?

b) Calcula la concentración de ese licor en % en masa.

3

2

1

Recuerda que…

• La esperanza de vida de la población es mayor en los paísesdesarrollados. Este hecho se atribuye a factores sociales como la mejor alimentación y las mejores condiciones de trabajo, que son la consecuencia del desarrollo tecnológico y de los avancesde la medicina.

• La química ha contribuido a aliviar y evitar muchas enfermedadesmediante la obtención de numerosos medicamentos.

• Un medicamento es una sustancia que sirve para prevenir, curar o aliviar una enfermedad.

Química y medicina

El alcohol etílico

El zumo de todos los frutos es una fuente de principios alimenti-cios, sobre todo azúcares y vitaminas; los zumos de naranja y de uvason dos ejemplos de bebidas muy nutritivas.

• La disolución azucarada que es el mosto de uva, mediante un pro-ceso llamado fermentación alcohólica, en el que intervienen de-terminados microorganismos que se encuentran en el propio zu-mo de uva, se transforma en etanol o alcohol etílico y en dióxidode carbono según la siguiente ecuación:

C6H12O6 → 2 (CH3−CH2OH) + 2 CO2

glucosa etanol dióxido de carbono

• Los vinos contienen alcohol etílico. La alcoholemia es la presen-cia de alcohol etílico en la sangre, y es la consecuencia directa dela ingestión de bebidas alcohólicas. Hasta una cantidad de 0,50 gen cada litro de sangre no suele alterar el comportamiento. El alco-hol ingerido en dosis elevadas produce una intoxicación y actúa so-bre el sistema nervioso central, lo que ocasiona una alteración delcomportamiento y puede llegar a ser extremadamente perjudicial.

• La concentración de las bebidas alcohólicas se expresa en gradosalcohólicos. Un grado alcohólico se refiere al porcentaje en volu-men que hay de alcohol en ese líquido. Un vino de 13° indica queen 100 cm3 hay 13 cm3 de alcohol puro y 87 cm3 de agua y otrassustancias.

• Para calcular la concentración en % en peso debe tenerse en cuen-ta que la densidad del alcohol es aproximadamente 0,80 g/cm3.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 273



AMPLIACIÓN


En las refinerías de petróleo se obtiene: propano, butano, gasolina, fuel-oil, asfalto, etc. Observa la siguiente tabla:

a) ¿El petróleo es una sustancia pura o un tipo de mezcla?

b) ¿Los procesos a los que se somete el petróleo en una refinería son físicos o químicos?

c) ¿En qué consiste el craqueo del petróleo?

¿Cuáles son los países productores de petróleo? ¿Son los más desarrollados?2

1

Recuerda que…

• El petróleo es, probablemente, el recurso energético más importante que se ha empleado a lo largo de la historia. El precio del petróleo influye notablemente en la economía a nivel mundial. El petróleo es un líquido de aspecto oleoso y de color oscuro, menos denso que el agua que está formado por una mezcla de hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos en disolución; también tiene, en cantidadespequeñas, compuestos que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre.

• Se denominan procesos nucleares a los que producen la transformación de unos núcleos atómicos en otros, liberando una gran cantidad de energía. Hay dos tipos de procesos nucleares, fusión y fisión.– Se llama fusión nuclear al proceso de unión de dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. – Se llama fisión nuclear al proceso de división de un núcleo pesado en dos más ligeros.

• Residuos nucleares. Los residuos nucleares, cuya vida media puede alcanzar millones de años, proceden principalmente de la utilización de combustibles nucleares en las centrales; también existe un pequeño porcentaje derivado del uso de sustancias radiactivas en medicina, en la industria y en investigación.

Química y recursos energéticos

Fracción Intervalo de destilación Usos

Gases

Gasolina

Nafta

Queroseno

Gasóleo

Lubricantes

Residuo

30 °C

30 a 180 °C

110 a 195 °C

170 a 290 °C

260 a 350 °C

300 a 370 °C

370 °C

Combustible, gas doméstico, petroquímica.

Combustible para motores.

Disolventes, petroquímica.

Combustible para aviación, alumbrado.

Combustible Diesel, calefacción, craqueo para gasolina.

Lubricantes para automóviles y maquinaria, pomadas.

Asfalto, impermeabilizantes, parafina.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 274

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


Sabiendo que un tep es la energía que proporciona una tonelada de petróleo bruto, analiza los datos de la tabla siguiente sobre el uso de la energía procedente de distintas fuentes y las correspondientes emisiones de carbono a escala mundial, con datos del año 1990.

Contesta:

a) Describe los dos tipos de procesos que permiten la obtención de energía nuclear.

b) ¿Qué es una reacción nuclear en cadena?

¿Qué ventajas e inconvenientes presenta el uso de la energía nuclear?

En una central nuclear, el recorrido del combustible quemado es el siguiente:

• ¿Qué opinas sobre los residuos?

6

5

4

3

Energía(millonesde tep)

Carbono(millones

de toneladas)

Petróleo Carbón Gas natural Energías renovables

Energíanuclear Total

3098

2393

Combustiblequemado

Almacenamiento en el propio reactor

Almacenamiento en forma líquida

Almacenamiento vitrificado

Almacenamiento definitivo

2231

2396

1707

975

1813

—

451

—

9300

5764

→ → → →

Años Años-decenios Decenios Milenios

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 275



AMPLIACIÓN

QUÍMICA EN ACCIÓN7

a) ¿De qué habla el texto?

b) ¿Cuáles son los principales causantes del incremento en el efecto invernadero?

c) Explica la frase: «El efecto invernadero natural hace habitable nuestro planeta».

d) ¿De qué medidas habla el texto para solucionar el problema del incremento del efecto invernadero?

Lee el siguiente texto y contesta:1

Síntesis

¿Cuál es la causa del efecto invernadero?

El efecto invernadero natural hace habitable nuestro planeta:gases como el dióxido de carbono de la atmósfera actúan co-mo una manta e impiden que parte del calor solar vuelva al es-pacio. Pero, desde el comienzo de la revolución industrial, soncada vez más los gases de invernadero qe se arrojan a la at-mósfera. La cantidad actual es del orden de miles de millo-nes de toneladas anuales. Si las emisiones continúan crecien-do al ritmo actual la temperatura media de la superficie terrestrepuede haberse elevado un grado centígrado en el año 2030 ytres grados al terminar el siglo próximo [XXI]. Nunca hasta aho-ra habrá sufrido la temperatura de la Tierra un cambio de talmagnitud en un tiempo tan reducido. En los 10000 años trans-curridos desde el final de la última glaciación la temperaturasólo se ha elevado 4 o 5 grados. Los gases que causan el efec-to invernadero son:

Dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono es el gas másabundante, y es el responsable de la mitad del calentamientoactual del planeta. Su concentración en la atmósfera se ha ele-vado en un 25 por 100 desde finales del siglo XVIII, y en la ac-tualidad crece un 0,4 por 100 anual. Las mediciones detalla-das que se han efectuado desde 1958 muestran una elevaciónque oscila entre 315 y 350 millonésimas. Las principales fuen-tes del dióxido de carbono son la quema de combustibles fó-siles –carbón, petróleo y gas– y la deforestación, especialmen-te la tala y quema de bosques pluviales.

Metano (CH4). El metano es el causante del 18 por 100 del ca-lentamiento del planeta. Las concentraciones crecen rápida-mente, a un ritmo del 1 por 100 anual. Cada molécula de me-tano repercute unas veinte veces más en el calentamiento queuna molécula de dióxido de carbono.

El metano es producido por bacterias en suelos ricos en ve-getación y agua –marismas, ciénagas y arrozales– y en los

sistemas digestivos de rumiantes como el ganado vacuno. Losescapes de las conducciones de gas natural y las emisionesprocedentes de los vertederos también contribuyen a producirla cantidad de metano presente en la atmósfera. Se sabe pocoa ciencia cierta sobre cuáles son las fuentes que emiten másmetano, pero el rápido aumento de los niveles también pue-de ser consecuencia de los cambios registrados en la compo-sición química de las capas inferiores de la atmósfera –tam-bién en este caso como consecuencia de las actividadeshumanas– que permiten que el metano permanezca en la at-mósfera durante un período de tiempo más prolongado. […]

Óxido nitroso (N2O). La concentración de óxido nitroso haaumentado entre el 5 y el 10 por 100 desde el comienzo dela revolución industrial, y crece un 0,8 por 100 anual. La cau-sa de esta elevación no se conoce con seguridad, aunque losfertilizantes a base de nitrógeno son un factor importante. Co-mo gas invernadero, el óxido nitroso es doscientas veces máspotente por molécula que el dióxido de carbono.

Clorofluocarburos (CFC). Además de destruir la capa de ozo-no, los CFC son unos potentes gases de invernadero. Las es-timaciones de su contribución al calentamiento del planeta os-cilan entre el 17 y el 24 por 100. La repercusión de los CFC enel calentamiento es veinte mil veces mayor por molécula quela del dióxido de carbono, y su concentración crece acelerada-mente, más de un 4 por 100 anual desde 1974. Los CFC seutilizan en una amplia gama de productos, como aparatos deaire acondicionado y frigoríficos, plásticos alveolares, aeroso-les y disolventes. Aunque la producción de CFC está desapa-reciendo lentamente –tras las pruebas obtenidas en 1986 delos perjuicios que causan a la capa de ozono–, los productosquímicos que los sustituyen también contribuyen al efecto in-vernadero.

XAVIER PASTOR, El Mediterráneo.

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 276



AMPLIACIÓN

LA ELECTRICIDAD8 FICHA 1

AM

PLI

AC

IÓN

Recuerda que…

• Corriente eléctrica es un desplazamiento de cargas eléctricas a través de un material conductor cuandoexiste en él un campo eléctrico o una diferencia de potencial.

• Recibe el nombre de diferencia de potencial entre dos puntos, A y B (ddp o ∆V = VA − VB) la energíanecesaria para trasladar una unidad de carga positiva de un punto a otro. La diferencia de potencial también recibe el nombre de tensión, y se mide en voltios (V ).

• Para conseguir un desplazamiento permanente de cargas eléctricas a través de un conductor es necesariodisponer de una ddp; para ello necesitamos una fuente productora de electricidad, es decir, un generadoreléctrico que es encargado de crear y mantener una diferencia de potencial.Llamamos generador eléctrico a todo dispositivo capaz de transformar alguna forma de energía en energíaeléctrica.

• Llamamos intensidad de corriente eléctrica, I, a la carga eléctrica que atraviesa la sección recta de un conductor en la unidad de tiempo: I = q /t. Su unidad en el SI es el amperio (A).

• La resistencia eléctrica, R, de un conductor es una magnitud física que indica la mayor o menor dificultadque ofrece para permitir el paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).La resistencia de un conductor depende de su naturaleza, de su longitud (l ) y de su sección (S ).

R = ρI

S

Magnitudes asociadas a la corriente eléctrica

La diferencia de potencial entre una nube y la copa de un árbol es de 103 MV. Si la descarga de un rayo es de 1,2 ⋅ 105 mC, calcula la energía que se ha transmitido.

Calcula la intensidad de una corriente sabiendo que por una sección de un conductor ha circulado la carga de 6 ⋅ 10−2 C en 3 segundos.

Calcula el valor de la carga eléctrica que atraviesa una sección de un conductor cuando circulapor él una corriente de 2 mA durante 25 min.

Calcula el número de electrones que tienen que pasar por una sección transversal de un conductor en 1 s para que la intensidad de la corriente sea de 1 A. (Carga del electrón: e− = −1,6 ⋅ 10−19 C.)

4

3

2

1

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 277



AMPLIACIÓN


Por un conductor circula una corriente de 3 mA. ¿Cuántos culombios han circulado por el conductor en media hora?

Calcula la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor, sabiendo que por él pasa una carga de 7 C cada minuto.

Calcula la resistencia de un conductor de 50 m de longitud y 4 mm2 de sección:

a) Si es de cobre. b) Si es de aluminio.

(Resistividad del cobre: 1,7 ⋅ 10−8 Ω ⋅ m; resistividad del aluminio: 2,8 ⋅ 10 −8 Ω ⋅ m.)

¿Qué longitud de alambre de nicrom (aleación de níquel, cromo y hierro) de 1,2 mm de diámetro se necesita para obtener una resistencia de 4 Ω (ρnicrom = 100 ⋅ 10−8 Ω ⋅ m)?

Dos hilos del mismo material tienen igual longitud y distinta sección, ¿cuál tendrá menos resistencia?

Calcula la resistencia de un conductor de constantán (aleación de cobre y níquel)(ρ = 50 ⋅ 10−8 Ω ⋅ m) en los siguientes casos:

a) Longitud: 29,2 m; diámetro de la sección: 2 mm.

b) Longitud: 58,4 m; diámetro de la sección: 2 mm.

c) Longitud: 29,2 m; diámetro de la sección: √___

2 mm.

d) Longitud: 58,4 m; diámetro de la sección: √___

2 mm.

10

9

8

7

6

5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 278



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Teniendo en cuenta la ley de Ohm, indica cuál de las siguientes afirmaciones es cierta. Explícalo con tus palabras.

a) Si aumenta la resistencia, aumenta la tensión.

b) Si aumenta la intensidad, aumenta la tensión.

c) Si aumenta la intensidad, la resistencia es mayor.

d) Si disminuye la intensidad, disminuye la resistencia.

Representa en tu cuaderno un circuito eléctrico que contenga una pila, un interruptor y una resistencia. Sobre el esquema, indica el sentido de la corriente.

2

1

Recuerda que…

• Un circuito eléctrico es un sistema en el que la corriente eléctrica procedente de un generador es utilizada en un recorrido cerrado, volviendo al generador.Los componentes de un circuito eléctrico elemental son los siguientes:– Generador: transforma alguna forma de energía en energía eléctrica.– Receptores: utilizan la energía eléctrica transformándola en otras formas de energía.– Interruptor: dispositivo que impide o permite el paso de la corriente, abriendo o cerrando el circuito.– Conductores: cables de conexión entre los distintos elementos del circuito; permiten la circulación

de la corriente.• En un circuito eléctrico, el sentido real de la corriente es el del movimiento de los electrones.

Estos circulan desde el polo negativo del generador al polo positivo a través de los conductores, y desde el polo positivo al polo negativo por el interior del generador.El sentido convencional de la corriente es el que tendrían las cargas positivas si fueran estas las que se movieran por el interior del conductor. Circularían desde el polo positivo del generador al polo negativo, a través de los conductores, y desde el polo negativo al polo positivo por el interior del generador. El sentido convencional es el que se atribuye normalmente a la corriente eléctrica.

• Ley de Ohm. La corriente I en un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial, ∆V, que existe en los extremos del conductor.La constante de proporcionalidad entre I e ∆V recibe el nombre de resistencia R.

= R

Se cumple, por tanto: ∆V = I ⋅ R.

A partir de la ley de Ohm podemos definir la unidad de resistencia, el ohmio: 1 Ω =

Un ohmio es la resistencia de un conductor por el que circula la corriente de un amperio cuando entre sus extremos hay una diferencia de potencial de un voltio.

1 V1 A

∆VI

Circuito eléctrico. Ley de Ohm

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 279



AMPLIACIÓN


Describe el procedimiento que seguirías para medir la resistencia de una lámpara si para ello dispones de un voltímetro y de un amperímetro.

Calcula el valor de la diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia de 5 Ω, si circula por ella una corriente de 0,3 A.

Una lámpara de 200 Ω de resistencia admite una intensidad máxima de corriente de 2,5 A. Calcula el voltaje máximo a que puede conectarse.

Un circuito consta de dos pilas iguales unidas en paralelo y conectadas a una lámpara que tiene una resistencia de 30 Ω. El amperímetro conectado para medir la intensidad de la corriente señala 50 mA. Se pide:

a) Representar el circuito con el amperímetro y un voltímetro que mida la diferencia de potencial entre los bornes de la lámpara.

b) ¿Cuál será la lectura del voltímetro?

c) ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los bornes de cada una de las pilas?

Completa la tabla siguiente, sabiendo que V, I, R cumplen la ley de Ohm en cada caso.7

6

5

4

3

V (V) I (mA) R (Ω)

50 0,5

2,5 500

2000 400

12 030

30 100

100 1,0

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 280



AMPLIACIÓN


AM

PLI

AC

IÓN

Dibuja el esquema de un circuito que tenga: una pila de 5 V, una resistencia de 50 Ω, un amperímetro y un voltímetro.

Calcula:

a) La intensidad que circulará por el circuito.

b) La resistividad de la resistencia de 50 Ω si tiene una longitud de 0,5 m y una sección de 1 mm2.

c) Los culombios que atraviesan el circuito en 20 s.

d) El valor de la intensidad de la corriente, sabiendo que en una milésima de segundo han circulado por el circuito 1018 electrones.

Calcula la tensión a la que está conectado un calentador sabiendo que la resistencia eléctrica es de 110 Ω y que circula una intensidad de corriente de 2 A.

Por una lámpara conectada a 230 V de tensión circula una corriente de 1,5 A. Calcula:

a) La resistencia de la lámpara.

b) La carga eléctrica que ha circulado por la lámpara en un minuto.

c) La tensión a la que se debe conectar la lámpara si la intensidad de la corriente aumenta un 15 %.

10

9

8

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 281



AMPLIACIÓN


Recuerda que…

• Dos o más resistencias están conectadas en serie cuando por todas ellas circula la misma intensidad de corriente.– La diferencia de potencial entre los extremos de una asociación de resistencias en serie

es igual a la suma de las diferencias de potencial entre los extremos de cada una de ellas.– La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias en serie es la suma de todas ellas.

I = I1 = I2; ∆Vtotal = ∆V ⋅ R1 + ∆V ⋅ R2; Requivalente = R1 + R2

• Dos o más resistencias están colocadas en paralelo o derivación cuando en los extremos de todas ellas existe la misma ddp.– La intensidad de la corriente eléctrica que circula por la rama principal es igual a la suma

de las intensidades que circulan por cada una de las ramas secundarias.– La inversa de la resistencia equivalente de dos o más resistencias conectadas en paralelo es la suma

de las inversas de cada una de ellas.

∆V ⋅ R1 = ∆V ⋅ R2 ; I = I1 + I2 ; = +1R2

1R1

1Requivalente

Ley de Ohm. Asociación de resistencias

Serie

R1 b R2

a

I

c

Req

ParaleloR1

R2

ba I1

I2

I1

I2I

Req

a

I

c

a

I

I b

Calcula el valor de la resistencia equivalente en los casos siguientes:

a) Tres resistencias en serie de 2 Ω, 4 Ω y 6 Ω.

b) Dos resistencias en paralelo de 5 Ω y 20 Ω.

Si tres lámparas iguales se conectan a un mismo generador:

a) En serie b) En paralelo

¿En qué caso lucen más las lámparas? ¿Qué sucede, en cada caso, si se funde una lámpara?

2

1

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 282

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


12 V

R3 = 4 Ω

R1 = 10 Ω R2 = 2 Ω

− +

Dos resistencias, R1 = 200 Ω y R2 = 300 Ω, están conectadas en serie a los bornes de una pila. Calcula la diferencia de potencial entre los bornes de la pila, sabiendo que la caída de potencial en la resistencia R1 es de 4 V.

Un circuito está formado por cuatro resistencias de 1, 3, 5 y 7 Ω conectadas en serie con un generador que produce una diferencia de potencial entre sus bornes de 120 V. Calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad de la corriente que circula por cada resistencia.

c) La caída de potencial en cada resistencia.

Si dos resistencias están conectadas en paralelo y R1 es mayor que R2.¿En qué resistencia será mayor la intensidad? Razona la respuesta.

Un circuito está formado por un generador y dos resistencias en paralelo: R1 = 40 Ω y R2 = 60 Ω.

a) Dibuja el correspondiente circuito y determina su resistencia equivalente.

b) Calcula la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia, sabiendo que por la resistencia R1 circulan 0,3 A.

c) Calcula la intensidad total del circuito.

En el circuito de la figura, determina:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad que circula por cada resistencia.

c) La ddp entre los extremos de cada resistencia.

7

6

5

4

3

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 283



AMPLIACIÓN


Una lámpara se conecta a una diferencia de potencial de 125 V. Si durante media hora circulapor ella una corriente de 2,5 A, ¿qué cantidad de energía consume?

Un radiador de 1250 W de potencia ha estado encendido durante tres horas y media a una tensión de 220 V. Calcula:

a) La corriente que ha pasado por él.

b) La cantidad de calor desprendida.

Calcula la potencia de un secador eléctrico conectado a una tensión de 220 V, sabiendo que la intensidad de la corriente que circula por él es de 2,5 A.

Calcula la energía que consumen los siguientes aparatos:

a) Una aspiradora de 600 W que funciona durante 25 min.

b) Un horno de 3000 W funcionando durante dos horas.

4

3

2

1

Recuerda que…

• La energía, E, que suministra el generador de un circuito se emplea para producir el trabajo de transportar las cargas eléctricas de un punto A a otro B del circuito. Es igual a la carga q que transporta del punto A al Bpor la diferencia de potencial que existe entre ellos.

E = (VA − VB) ⋅ q = V ⋅ q– E: energía suministrada en julios (J). – V: diferencia de potencial en voltios (V).– q: carga transportada en culombios (C).

• La energía eléctrica consumida en una resistencia la obtenemos teniendo en cuenta la definición de intensidad de corriente y la ley de Ohm:

I = q/t ; V = R ⋅ I ; E = V ⋅ I ⋅ t ; E = R ⋅ I 2 ⋅ tE, en el SI, se mide en julios (J), pero también se emplea el kilovatio hora (kWh)

1 kWh = 3,6 ⋅ 106 J• La potencia eléctrica es la energía producida, consumida o transferida en la unidad de tiempo: P = E/t.

La unidad de potencia es el vatio (W); 1 W = 1 J/1 s.Por tanto, la potencia eléctrica que consume una resistencia la obtendremos con las siguientes ecuaciones: P = V ⋅ I; P = R ⋅ I 2..

• Ley de Joule. La cantidad de calor, Q (energía calorífica), que se produce en una resistencia, R, por el paso de una corriente, I, es proporcional al cuadrado de la intensidad, a la resistencia y al tiempo.

1 J = 0,24 cal ; Q = 0,24 ⋅ P ⋅ t = 0,24 ⋅ V ⋅ I ⋅ t = 0,24 ⋅ R ⋅ I 2 ⋅ t

Transformaciones energéticas en un circuito eléctrico

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 284

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN


Un horno microondas de 750 W está conectado a una tensión de 230 V. Calcula:

a) La intensidad de corriente.

b) La energía consumida en una hora y media.

c) El coste de la energía consumida si el precio del kWh es de 0,09 €.

¿Cómo varía la energía producida en una resistencia si la corriente que circula por ella se hace el doble?

Una lámpara de incandescencia lleva la inscripción 60 W-230 V. Calcula:

a) La intensidad de la corriente que circula por ella.

b) Su resistencia.

c) La energía consumida en una hora y media, expresada en kWh.

d) El coste de funcionamiento durante dicho tiempo, si el kWh vale 0,09 €.

¿Cuánto cuesta la energía consumida en un mes por tres lámparas de 100 W cada una, si están encendidas durante cuatro horas? (El precio del kWh es de 0,09 €.)

¿Cómo variará la resistencia de un conductor para que la corriente permanezca constante si la tensión se triplica?

9

8

7

6

5

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 285



AMPLIACIÓN


Indica si son verdaderos (V) o falsos (F) los siguientes enunciados:

La potencia eléctrica es proporcional a la intensidad de la corriente y a la diferencia de potencial.

La energía eléctrica se disipa en forma de calor en las resistencias.

El calor desarrollado por el efecto Joule es solamente proporcional al cuadrado de la intensidad y a la resistencia del conductor.

El kilovatio hora (kWh) es una unidad de potencia.

La potencia consumida por una resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la tensión.

Un julio equivale, en el SI, a un vatio ⋅ segundo (W ⋅ s).

La energía disipada por el efecto Joule disminuye con el tiempo.

Una plancha tiene una potencia de 1500 W. Calcula:

a) La resistencia que ofrece al paso de la corrientesi la plancha está conectada a una tensión de 230 V.

b) La energía, en kWh, que consume en una hora.

c) El coste de dicha energía si el precio del kWh es 0,09 €.

d) La cantidad de calor que ha desprendido la plancha, suponiendo que el 90 % de la energía eléctrica se transforma en calor.

En una vivienda funcionan diariamente los aparatos siguientes durante el tiempo que se señala:

• Lámparas: 5 de 100 W y 10 de 60 W, conectadas 4 horas.• Frigorífico de 500 W funcionando su motor 5 horas.• Lavadora de 2 kW durante 1 hora.• Televisor de 200 W durante 3 horas.• Otros electrodomésticos: 200 W durante 2 horas.

Calcula:

a) El consumo en kWh de energía eléctrica durante un mes de 30 días.

b) La potencia contratada con la compañía eléctrica suministradora. ¿Qué ocurre si se contrata menos potencia de la necesaria?

12

11

10

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 286

AM

PLI

AC

IÓN



AMPLIACIÓN

LA ELECTRICIDAD8

Completa el siguiente mapa de conceptos:1

Síntesis

LA E

LEC

TRIC

IDA

D

que circulanpor

formado

por

queproduce

la corriente

que

cuyatransferencia

permite

da lugara

se mide

con

la electrizaciónde los cuerpos

descritaspor

no circulapor

formada

porelectrones

quepuede

ser

alterna

quetransform

an la electricidad

en

calor

se mide

cono tam

bién seem

plea elrelacionadas

con

se mide

conóhm

etro

determinan

se producegracias a la

existencia de

se describeusando

diferentesm

agnitudes

intensidad

potenciaeléctrica

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 287

Notas

288

826722 _ 0215-0288.qxd 22/2/07 11:23 Página 288

Ampliación (2)

Documents

Transcript of Ampliación (2)