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TEORÍA DE COMPLEMENTO A LA UNIDAD 6. LAS REACCIONES QUÍMICAS.

Reacciones químicas de interés.

1. Reacciones de combustión.

Las combustiones son reacciones químicas en las que una sustancia, que denominamos combustible, reacciona con el oxígeno para dar dióxido de carbono y agua. Estas reacciones son exotérmicas. Esto quiere decir que, al producirse, se desprende energía.

2. Reacciones ácido-base.

2. Reacciones ácido-base.

Características de los ácidos Características de las bases -Tienen sabor agrio.

-Disuelven algunos metales, como el zinc, desprendiendo gas hidrógeno.

-Disuelven el mármol, desprendiendo dióxido de carbono. -Sus propiedades desaparecen cuando los hacemos reaccionar con una base.

-Tienen sabor amargo y son untuosos al tacto.

-Favorecen la disolución de las grasas.

-Dañan la capa grasa de la piel. -Sus propiedades desaparecen cuando las hacemos reaccionar con un ácido.

Ejemplos de ácidos más comunes: Ejemplos de bases más comunes:

Ácido clorhídrico - HCl: Interviene en la digestión. Cuando

se produce en exceso, sentimos “ardores”. Se usa como producto de limpieza, aguafuerte o salfumán.

Ácido sulfúrico – H2SO4: Se usa en la fabricación de

fertilizantes, Otras aplicaciones importantes se encuentran en la refinación del petróleo, producción de pigmentos, tratamiento del acero, extracción de metales no ferrosos, manufactura de explosivos, detergentes, plásticos y fibras. se encuentra en las baterías de los coches. Es responsable de la lluvia ácida.

Ácido nítrico – HNO3: Se usa para fabricar explosivos. Es

responsable de la lluvia ácida.

Amoniaco - NH3: Se utiliza para fabricar productos de

limpieza y fertilizantes.

Hidróxido de sodio – NaOH: Se emplea para elaborar

muchos productos químicos y jabón. Se usa como producto de limpieza, para desatascar tuberías.

Bicarbonato de sodio – NaHCO3: Contrarresta el “ardor”

de estómago. Se utiliza como levadura de panadería y repostería. Sirve también para la limpieza por su poder abrasivo y desodorante (por ejemplo, para quitar el olor "a nuevo" de las neveras). Se usa además como blanqueador dental ya que pule la superficie del esmalte y como agente desodorante para eliminar olores de sudoración fuerte en axilas y pies.

En una reacción de neutralización, los reactivos (ácido y base) reaccionan para dar siempre los mismos productos (sal y agua):

Aplicación: La picadura de las abejas es ácida, pero la de las avispas es básica. Por tanto, para tratar las picaduras de abejas se puede utilizar una base como el amoniaco, mientras que para tratar la picadura de una avispa es mejor untar un poco de vinagre o zumo de limón.

El combustible puede ser metano, propano, butano, fuel-oil, gasolina, petróleo o madera, mientras que el aire suele ser la fuente de oxígeno. Ejemplos: metano: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 890 kJ/mol

butano: 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + 2880 kJ/mol

Actividades: 1. Calcula la cantidad de energía que se desprende cuando se queman 10 kg de metano. 2. Calcula la energía desprendida al quemar 10 kg de butano. 3. Calcula la energía que se desprende cuando se queman 75 kg de metano. 4. Para preparar una comida necesitamos 12000 kJ. Si nuestra cocina es de butano, ¿cuántos kg de ese combustible debemos quemar para lograrlo? ¿Y si fuese de metano?

Actividades: 1. En las farmacias venden un remedio eficaz contra las picaduras de insectos. Su olor nos indica que contiene amoniaco. Razona si las picaduras de los insectos son ácidas o básicas. 2. Si un camión que transporta una carga de ácido sulfúrico vuelca en la carretera y va derramando este líquido, ¿cómo lo podrán contrarrestar los bomberos que acuden al siniestro?

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La Química en la sociedad.

1. La Química y la salud.

La bioquímica.

Toda la materia viva está basada en compuestos de carbono. La bioquímica es la parte de la química que estudia los elementos y los compuestos que intervienen en el organismo de los seres vivos y las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de éstos. En cuanto a los elementos que forman parte de los seres vivos tenemos los bioelementos (principales: C, H, O, N y secundarios: Ca, Na, P, K, Cl, Mg, S) y los oligoelementos (Fe, Cu, Zn, Si, I, Mn, F). Los bioelementos se combinan entre sí para formar las biomoléculas que se clasifican en inorgánicas y orgánicas.

Inorgánicas: agua y sales minerales (cloruros, carbonatos y fosfatos de calcio, sodio, potasio, hierro y otros metales.

Orgánicas: - Glúcidos: son biomoléculas esenciales para la obtención de energía en las células. Contienen C, H y O. Se

distinguen los monosacáridos (glucosa) y polisacáridos (almidón y celulosa). - Lípidos o grasas: son biomoléculas que tienen la función de reserva de energía. son importantes la oleína,

muy abundante en el aceite, la palmitina y la estearina, que se encuentran en la manteca de cerdo. - Proteínas: Forman parte de la materia fundamental del cuerpo de los seres vivos. Cumplen otras funciones,

como transportar el oxígeno (hemoglobina), transmitir mensajes (hormonas), etc. - Vitaminas: tienen importantísimas funciones que regulan muchas reacciones bioquímicas. Su carencia o

escasez produce graves enfermedades. - Ácidos nucleicos: Son grandes moléculas constituidas por elementos más pequeños llamados nucleótidos.

Contienen C, H, O, N y P. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN, que es el encargado de transmitir información genética propia de cada individuo y ARN, que está relacionado con la formación de las proteínas a partir de los aminoácidos fundamentales.

Las reacciones bioquímicas: todos los seres vivos necesitan alimentarse y respirar. La gran diferencia entre los animales y las plantas es que los animales necesitan que los alimentos les lleguen en forma de compuestos orgánicos; en cambio, las plantas los pueden sintetizar dentro de sus células. Tipos:

- La respiración celular. Es una combustión, utiliza como combustible la glucosa. El conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el organismo y que son imprescindibles para la vida se denomina metabolismo. Para que las reacciones metabólicas se lleven a cabo es necesaria la presencia de otras sustancias denominadas enzimas.

- La fotosíntesis. Las plantas verdes no necesitan alimentarse como los animales, porque son capaces de fabricar sus propios alimentos gracias a la fotosíntesis. para que ésta se lleve a cabo es necesaria la luz solar y la presencia de un pigmento, la clorofila. En este proceso de absorbe dióxido de carbono del aire y se expulsa oxígeno.

La industria farmacéutica.

La industria farmacéutica, es decir, la elaboración de medicamentos sintéticos en laboratorios, tiene fecha reciente (poco más de un siglo) y sigue utilizando componentes naturales extraídos de las plantas (y de algunos animales) para elaborar los medicamentos. Los medicamentos son sustancias que se administran a las personas o a otros seres vivos para prevenir, aliviar o curar una enfermedad.

Actividades: 1. Realiza un mapa conceptual de la bioquímica. 2. Escribe y ajusta la ecuación química que representa la respiración celular: glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua + energía. 3. Escribe y ajusta la ecuación química que representa la fotosíntesis: dióxido de carbono + agua + luz (energía) → glucosa + oxígeno. 4. Señala en la etiqueta de la derecha los bioelementos, oligoelementos, biomoléculas y vitaminas. Busca información sobre el ácido pantoténico.

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Los fármacos de especial interés y más frecuentes son: • Antibióticos (penicilina, amoxicilina). Actúan contra las bacterias. • Analgésicos y antipiréticos (aspirina, paracetamol, ibuprofeno). Se utilizan para combatir el dolor y reducir la fiebre, respectivamente. • Desinfectantes (tintura de yodo, alcohol, agua oxigenada). Destruyen los microorganismos que pueden penetrar a través de la piel. • Antiinflamatorios (corticoides). Combaten la inflamación de cualquier tejido u órgano. • Antihistamínicos. Sirven para reducir o eliminar los efectos de las alergias. • Vacunas. Previenen las enfermedades.

Otro tipo de fármacos son las drogas. Según la OMS (Organización Mundial de la Salud), una droga es toda sustancia que, introducida en el organismo por cualquier procedimiento, altera de algún modo el sistema nervioso central y crea dependencia psicológica, física o ambas.

La industria alimentaria.

La industria química alimentaria se ocupa de la conservación y manipulación de los alimentos envasados y de la conservación de los frescos. Hay procesos importantes en la transformación de alimentos para consumo humano: yogures, conservas, zumos, pastas, cerveza, vino, etc., pero también hay que tener en cuenta que los alimentos se pudren por la acción de microorganismos, se enrancian por la acción del oxígeno del aire, pierden lentamente su sabor característico, se endurecen, etc. para evitar estos perjuicios es necesario la utilización de aditivos alimentarios de diversos tipos. Su naturaleza y clasificación están reguladas por leyes muy rigurosas en todos los países europeos.

Actividades: 1. Relaciona la columna izquierda con la derecha: A. Tuberculosis. 1. Vacuna. B. Herida. 2. Agua oxigenada. C. Gripe. 3. Penicilina. D. Sarampión. 4. Aspirina. 2. Busca información y elabora un breve resumen sobre los siguientes grupos de fármacos: a) antídotos; b) anestésicos; c) antiácidos; d) antidepresivos; e) antibióticos. 3. Explica el término “automedicación”. 4. Cita y explica brevemente las partes de un prospecto. 5. Si el médico te manda un tratamiento de antibióticos durante siete días. ¿Es conveniente suspender su tratamiento porque te encuentras mucho mejor? ¿Por qué?

Actividades: 1. Señala los tipos de aditivos de la etiqueta del margen izquierdo e indica su aplicación. 2. Busca en casa la etiqueta de algún alimento que contenga alguno de los aditivos anteriores y pégala en tu cuaderno. Señala el producto y sus ingredientes, así como la función de cada aditivo. Añade su información nutricional y señala las biomoléculas, bioelementos, oligoelementos, etc. 3. Libro de texto: pág. 131: 19.

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2. La Química y el medio ambiente. Los cambios medioambientales, en ocasiones, son debidos a actividades humanas, como incendios, industrias, utilización de vehículos, etc.; y otras veces, actividades naturales, como erupciones volcánicas, tormentas u otros fenómenos meteorológicos. La química analiza los cambios para tratar de determinar la causa y, si es posible, corregirla.

Contaminación atmosférica.

Ver libro de texto pág. 126:

- La lluvia ácida.

- La reducción o deterioro de la capa de ozono.

- El efecto invernadero anómalo.

- Contaminación y purificación del aire.

El aire es una mezcla de gases formada por nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y una pequeña cantidad (1%) de otros gases, como dióxido de carbono, vapor de agua, argón, helio, etc.

Algunas actividades hacen que cambie la composición del aire. En ocasiones, son debidas a la evolución de la propia naturaleza, como las emisiones volcánicas. Pero otras veces, lo son por las actividades humanas. Así, las combustiones que se producen en los vehículos de motor (coches, aviones, barcos, etc.), en las calefacciones, o en muchas industrias, hacen que lleguen a la atmósfera gases que provocan efectos no deseados, como los que acabamos de estudiar.

Para evitar estos problemas, se instalan filtros que capturan estos gases y los hacen reaccionar con otras sustancias, con lo que se evita que lleguen a la atmósfera. En las industrias en la que se queman combustibles y se liberan dióxido de azufre y dióxido de carbono se instalan filtros en la salida de gases. Esto hace que los gases se transformen en sustancias no volátiles, como sulfatos o carbonatos, que ya no pueden llegar a contaminar la atmósfera.

Actividades: 1. Probablemente en tu cocina hay una campana extractora de humos. ¿Para qué se usa? ¿Posee algún tipo de filtro? ¿Cuál es su función? 2. Habitualmente se recomienda utilizar el transporte público para reducir la contaminación en las ciudades. Explica por qué. 3. ¿Por qué es necesaria una renovación constante de aire en espacios donde se producen combustiones? 4. Indica cuáles de las siguientes actividades provocan contaminación del aire: a) El vapor de la olla a presión. b) El humo que se desprende al freír. c) Encender una cocina de butano. d) Encender una cocina eléctrica. e) Fumar un cigarrillo. f) Utilizar un desodorante de spray. g) Usar una colonia con vaporizador. 5. ¿Qué es el “smog”? 6. Indica en qué problema medioambiental interviene cada una de las reacciones y comprueba si están todas ajustadas (para que se cumpla la ley de conservación de la masa): a) SO3 + H2O → H2SO4; b) N2O5 + H2O → HNO3; c) CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2; d) Cl + O3 → ClO + O2

7. Analiza cuáles de las siguientes acciones contribuyen al incremento del efecto invernadero y explica cuáles son debidas a las actividades humanas:

Acciones Contribuye al efecto invernadero (SI/NO) Actividad humana (SI/NO)

Incendio

Erupción volcánica

Respiración

Calefacción

Vehículos

Terremotos

Tala de árboles

Sprays

Barbacoa

8. Libro de texto: pág. 127: 1, 2, 5 y 6; pág. 130: 6; pág. 131: 14 y 23.

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Contaminación del agua.

El agua interviene en muchas actividades humanas, agrícolas e industriales; cada una de estas actividades hace que, en determinadas ocasiones, se produzcan vertidos de sustancias que contaminan las aguas de los ríos, los lagos y los mares. En ocasiones, el agua arrastra componentes sólidos; esto sucede en las explotaciones mineras o en la limpieza de granjas. Otras veces se le añaden sustancias que se disuelven y cambian su acidez, como detergentes u otras sustancias extrañas que alteran su capacidad para mantener la vida: insecticidas, abonos, aceites u otros productos industriales. Por último, también se vierten aguas a temperatura más alta (aguas de refrigeración) que hacen que disminuya la cantidad de oxígeno disuelto. En resumen los contaminantes de agua se recogen en la siguiente tabla:

Contaminantes del agua

Agentes físicos

Sedimentos o restos sólidos de procedencia diversa.

Partículas en suspensión.

Aumento de la temperatura por vertido de agua caliente en las fábricas o centrales energéticas.

Agentes químicos

Residuos domésticos: detergentes y otros productos de limpieza.

Residuos agrícolas: fertilizantes, plaguicidas, herbicidas y pesticidas.

Residuos industriales: ácidos y álcalis, petróleo y derivados y sales de metales pesados.

Agentes biológicos

Desechos de seres vivos.

Pequeños seres vivos: gusanos, larvas, etc.

Microorganismos patógenos: bacterias.

Para evitar los problemas de todos estos vertidos el agua se somete a un proceso de depuración y potabilización que depende del grado de contaminación.

Contaminación del suelo.

El suelo que pisamos también sufre los efectos de la contaminación producida por la actividad química industrial. Sobre él se vierten productos extraños e indeseados que modifican sus características naturales y terminan afectando a su composición química y a la vida que sustenta. ● Los residuos de las actividades industriales y urbanas van a parar con frecuencia a vertederos incontrolados. Desde allí se extienden por el viento o las lluvias y contaminan los terrenos circundantes. ● Las actividades agrícolas vierten sobre los suelos grandes cantidades de fertilizantes (abonos) y pesticidas (combaten las plagas del campo).

En este apartado tratamos la relación entre la química y la agricultura: - Los fertilizantes aportan al terreno los nutrientes necesarios para el desarrollo de las plantas. Muchos

fertilizantes contienen N, P y K. - Los pesticidas o plaguicidas se emplean para repeler o evitar el desarrollo de plagas de insectos,

microbios y otros seres que impiden el normal desarrollo de las plantas. - Los herbicidas se utilizan para matar las malas hierbas que crecen junto a los cultivos.

En la depuración del agua se realiza el siguiente procedimiento: 1. Las aguas se depositan en unas balsas para que su temperatura se iguale al la del ambiente. 2. Los sólidos que arrastran se van al fondo, y los aceites, a la superficie. Así se pueden separar. (Decantación). 3. Se añaden otras sustancias para corregir la acidez o capturar las sustancias extrañas (floculantes) que llevan disueltas, con el fin de que se conviertan en sólidos y se vayan al fondo. 4. Si se desea usar el agua para el consumo humano, hay que someterla a un proceso final de potabilización, que consiste en eliminar cualquier microorganismo que contenga; para ello se suele añadir una cierta cantidad de cloro.

EDAR (estación depuradora de aguas residuales)

Actividades: 1. La contaminación del agua es un problema grave que todos debemos evitar en lo posible ya que favorece la propagación de enfermedades. Señala tres formas de contaminación del agua por acción de los seres humanos. 2. Elabora un esquema de los pasos de depuración y potabilización del agua. 3. La cantidad máxima de arsénico permitida en el agua destinada al consumo humano es de 10 µg/L, y la de cobre, de 2

mg/L. ¿Qué cantidad máxima de arsénico y de cobre puede contener un vaso de agua de 250 mL?

4. La escasez de agua potable es un problema cada vez más grave y que nos afecta a todos. Escribe algunas ideas para ahorrar agua y contaminarla menos en nuestras casas, en los jardines y en las industrias. 5. Libro de texto: pág. 131: 20.

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Tratamiento de las basuras.

Las actividades humanas generan gran cantidad de desechos que denominamos basura. Algunos de estos desechos tienen una vida muy larga, como los plásticos. Otros contaminan el suelo y las aguas, como los metales pesados y el contenido de las pilas y baterías. Finalmente otros se descomponen, produciendo malos olores y permitiendo el desarrollo de microorganismos. Debemos modificar nuestras costumbres a fin de:

- Reducir la cantidad de basuras que producimos. - Reutilizar los materiales para aprovechar al máximo su vida útil. - Reciclar los materiales con el fin de obtener nuevos productos a partir de ellos.

Contaminación nuclear.

En las reacciones químicas sólo intervienen los electrones de la corteza de los átomos. Cuando los que se modifican son los núcleos de los átomos, estamos en presencia de reacciones nucleares. Estas reacciones pueden producir grandes cantidades de energía y se distinguen dos tipos:

Los tetrabricks están

compuestos por finas capas de

cartón, aluminio y plástico. El

proceso de reciclado requiere

separar primero el cartón y, a

continuación, el aluminio del

plástico. Normalmente este

último, al estar en una fina

capa, no se puede reciclar y se

quema para obtener solo el

aluminio, que tiene más valor.

Actividades: 1. Probablemente habrás visto y utilizado los contenedores especiales para tirar la ropa usada. Describe las fases de Reducir, Reutilizar y Reciclar la ropa. 2. Empareja: a) Dióxido de carbono 1. Contaminación de aire. el material de que están hechos, y explica sus ventajas b) CFC 2. Capa de ozono. económicas y medioambientales. c) Monóxido de carbono 3. Efecto invernadero. 4. Clasifica los residuos en función de su posible d) Plaguicidas 4. Lluvia ácida. aprovechamiento: reutilizable, reciclable o biodegradable. e) Dióxido de azufre 5. Contaminación del suelo. Residuos: envases de vidrio, muebles, pilas, papel, ropa, 3. Los botes de refrescos se usan cada vez más. Razona Materia orgánica, metales, lana, agua, estiércol, envases cómo serán las fases de Reducir, Reutilizar y Reciclar de plástico.

- Reacciones de fisión nuclear, consiste en la rotura del núcleo de ciertos isótopos de algunos elementos químicos muy grandes, como el plutonio o el uranio para dar otros núcleos más pequeños, mediante el impacto de neutrones y desprende una gran cantidad de energía.

- Reacciones de fusión nuclear, consiste en la unión de átomos muy pequeños, como el hidrógeno, deuterio o tritio, pata formar núcleos de átomos más mayores, como el helio. Este proceso, que tiene lugar en el Sol y en las demás estrellas, desprende una gran energía.

Los residuos radiactivos se clasifican en residuos de baja, media y alta actividad. Los residuos de baja y media actividad son aquellos que dejan de ser peligrosos para la salud pasados unos trescientos años como máximo. Los residuos de alta actividad proceden de restos de combustibles de las centrales nucleares o del armamento nuclear. Tardarán miles de años en dejar de ser nocivos para la salud. Por seguridad, los operarios deben utilizar equipamiento y vestimenta convenientes que les protejan de todo contacto con los residuos nucleares. Los residuos de baja y media actividad se almacenan en instalaciones poco profundas; son los llamados cementerios nucleares. En España hay uno en El Cabril (Córdoba). Los residuos de alta actividad deben almacenarse en instalaciones estables a más de 500 metros de profundidad. En ocasiones, estos residuos se almacenan en las propias centrales nucleares.

El uso de la energía nuclear tiene importantes inconvenientes: - Por una parte, los residuos nucleares, productos

secundarios de las reacciones nucleares, que son radiactivos y que mantienen su actividad durante miles o millones de años.

- Por otra, el riesgo de accidentes, en los que pueden liberarse sustancias radiactivas que causen enfermedades y graves secuelas, en ocasiones, incluso en grandes zonas del planeta.

Actividades: 1. ¿Por qué las centrales nucleares

no son bien recibidas por los habitantes de los pueblos vecinos?

2. ¿Cuál es la ventaja de las centrales nucleares frente a otras centrales térmicas, como las de petróleo? Piensa en las consecuencias para el medio ambiente de cada tipo de central.

3. Busca información sobre algún accidente nuclear ocurrido en los últimos años.

4. Recuerda lo que acabas de estudiar sobre los residuos nucleares: a) ¿De dónde

proceden los residuos nucleares? b) ¿Cuáles son los procedimientos que se siguen

en la actualidad para almacenar los residuos nucleares c) ¿Por qué se prohibió el

vertido de residuos nucleares al mar?