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FÍSICA Y QUÍMICA

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Ricardo Franco

Francisco López Arriazu

Gabriel D. Serafi niES 3.er año

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Intercambios de energía. Estructuray transformaciones de la materia

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Índice

Así es la ciencia Pág. 8

La ciencia: un conjunto de conocimientos. Los científicos 10Las ciencias físicas y químicas 11La alquimia. La serendipia y la alquimia 12Las estrategias de investigación 14Las hipótesis 15Las leyendas. La explicación científica 16Los modelos 18La comunicación y el lenguaje. El lenguaje de la física y la química 19La ciencia y la tecnología 20Actividades finales 21

Las formas de energía Pág. 22

¿Qué es la energía? 24Las formas de energía y sus transformaciones. Eficiencia de cada transformación 25La conservación de la energía. ¿En qué unidades se mide la energía? 26Pura ciencia. La construcción histórica de la ciencia 27La equivalencia masa-energía 28El trabajo y la potencia 29La energía mecánica. La energía cinética 30La energía potencial gravitatoria. Conservación de la energía mecánica 32La energía potencial elástica 33Otras formas “no mecánicas” de acumular energía 34La energía eléctrica. Las centrales térmicas. Las centrales hidroeléctricas. 36Las centrales nucleares. Las fuentes de energía “alternativas” 37Actividades finales 38Entretelones de la ciencia. ¡Cuidado con el molinoooo! Vientos de cambio. El canal de la discordia. Hagan olas... 40

La energía térmica Pág. 42

El calor y la temperatura. El modelo actual de la materia 44La temperatura. Relación entre el calor, la masa y la temperatura 45El calor y los cambios de estado de la materia. La dilatación y la contracción térmicas 46Pura ciencia. El progreso del conocimiento científico 47Los termómetros. Los modelos de termómetros 48Las escalas de temperatura. La escala centígrada 49La escala Kelvin o “absoluta” de temperatura. La sensación de frío 50El equilibrio térmico 52El calor específico 52Las formas de propagación del calor. La conducción. La convección 53 La radiación. Formas de transmisión combinadas 54Actividades finales 56Entretelones de la ciencia. ¿A qué temperatura se quema el papel? Truco de magia. Cuando calienta el Sol... Ponete protector solar, nene 58

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La energía radiante Pág. 60

La energía radiante. Emisión, absorción y reflexión de energía radiante 62Las ondas electromagnéticas. La forma de las ondas 63El espectro electromagnético 64La naturaleza de la luz. La interferencia 66La naturaleza ondulatoria de la luz. La dualidad onda-partícula 67La difracción. La difracción frente a aberturas y objetos 68Pura ciencia. Comparación de modelos científicos 69La radiación y los materiales. La reflexión de la luz 70La refracción de la luz 71La radiación solar y los seres vivos. Las ondas visibles: energía y temperatura. Las ondas infrarrojas. Las ondas ultravioleta 72La radiación solar y el “agujero” de ozono 74El efecto invernadero 75Actividades finales 76Entretelones de la ciencia. ¿Estamos en el horno o en el congelador? Hielo solar. ¿Qué día lo festejamos? Faros patagónicos 78

La estructura del átomo Pág. 80

La materia y los átomos 82Los primeros modelos atómicos. El modelo atómico de Dalton 84El modelo de Thomson. El modelo de Rutherford 85El modelo de Bohr. Bases experimentales para el modelo de Bohr 86Pura ciencia. Uso de analogías en Ciencias naturales 87Los elementos químicos. Los neutrones y los isótopos 88El número másico (A). La masa atómica relativa (Ar) 89El modelo atómico actual. Configuración electrónica 90El ordenamiento de los elementos químicos. La tabla de Mendeleïev 92La tabla periódica actual de los elementos químicos 93Los metales y los no metales. Los metaloides 94Actividades finales 96Entretelones de la ciencia. Lucha de titanes. La “partícula divina”. ¿El fin del mundo? 98

Las uniones químicas Pág. 100

El concepto de valencia. La regla de Abegg 102El “átomo cúbico”. Los símbolos de Lewis 103Las fórmulas de Lewis 104La teoría del octeto de valencia 104Pura ciencia. La notación simbólica 105La electrovalencia de Kossel. Los iones monoatómicos 106La unión covalente. Electronegatividad y unión covalente 107El carácter polar del enlace químico 108Polaridad de la molécula y fórmula estructural 108La geometría de las moléculas. Teoría de repulsión de pares electrónicos de valencia (TRePEV) 110Otras disposiciones geométricas 111El enlace iónico. Las sales iónicas binarias 112Los óxidos iónicos. Los hidruros metálicos 114

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Las moléculas binarias. Los hidrácidos. Los hidruros no metálicos 115Actividades finales 116Entretelones de la ciencia. Azul quedó. Color predilecto. ¿Existe la kryptonita? ¿Criptón o Kryptón? 118

Características de las reacciones químicas Pág. 120

Los cambios en la Naturaleza. Los cambios físicos 122Los cambios químicos. La teoría del flogisto 124La conservación de la materia 125Consecuencias de la ley de conservación de la materia. Proporciones constantes y variables. Los errores en las explicaciones de Dalton 126Pura ciencia. Registro de datos cualitativos y cuantitativos 127Las reacciones químicas y los átomos. Las ecuaciones químicas 128Los coeficientes estequiométricos 129El concepto de mol. De los moles a los gramos 130Ocurrencia de una reacción química: teoría de las colisiones. Energías de reacción y de activación 132La energía y la combustión. Calor de combustión 133La velocidad de las reacciones químicas 134Actividades finales 136Entretelones de la ciencia. Me llena el tanque con agua, por favor... ¿Visionario o informado? Éxito científico, poniendo el lomo... Las modernidades de Pedro... 138

Tipos de reacciones químicas Pág. 140

¿Cómo se manifiestan las reacciones químicas? 142La clasificación de las reacciones químicas. El número de oxidación. Reglas para recordar el número de oxidación 144Criterios para clasificar las reacciones químicas 145Las reacciones redox. Reacciones redox y electroquímica 146Pura ciencia. Utilización de esquemas en ciencias 147Las sustancias ácidas y las sustancias básicas. Las reacciones de neutralización 148La acidez y el pH. Los indicadores ácido-base 149Los indicadores caseros 150La industria química y la contaminación ambiental 152Los contaminantes del aire. Las reacciones químicas en el efecto invernadero 153El deterioro químico de la capa de ozono. Contaminantes del agua y del suelo. Control de la contaminación ambiental 154Actividades finales 156Entretelones de la ciencia. Antes supervillano, ahora superhéroe. Efecto nitro. ¿Se puede fabricar papel sin contaminar? Salvemos los libros 158

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Las reacciones nucleares Pág. 160

Las reacciones químicas y nucleares. La radiactividad 162Las emisiones radiactivas 163Las ecuaciones nucleares. Medida de la radiactividad. Semivida de un radioisótopo 164Pura ciencia. Realización de experimentos seguros 165Las reacciones nucleares inducidas. Representación de las reacciones nucleares 166Las centrales nucleares. El reactor nuclear 167Los pro y los contra de las centrales nucleares 168Aplicaciones de los radioisótopos. Los trazadores 170Uso del efecto ionizante de las radiaciones. La radioprotección 171Aplicaciones de la radiactividad natural: la datación. Datación de restos fósiles. Datación de rocas y minerales 172Actividades finales 174Entretelones de la ciencia. Marche un submarino radiactivo con tónica. Irradiando cosas extrañas. Aserrín para ratas y ratones 176

Prácticas de laboratorio Pág. 178

1. Investigación sobre el movimiento y la energía mecánica de un péndulo 179 2. Análisis de la elongación de un resorte 180 3. Uso del termómetro y comparación de calores específicos 181 4. Absorbiendo las radiaciones solares 182 5. Interferencia de radiaciones electromagnéticas 183 6. Observación de fenómenos de difracción luminosa 184 7. Ensayos a la llama 185 8. Clasificación de metales y no metales 186 9. Las propiedades de la sustancias y el enlace químico 187 10. Reacciones químicas “espectaculares” 188 11. Fabricación de jabón 189 12. La llave de cobre 190 13. Las flores que cambian de color 191 14. Construcción de un modelo para evidenciar los diferentes tipos de emisiones radiactivas 192

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