Química I con enfoque por competencias. 2Ed. Eduardo Martínez

CON ENFOQUE POR COMPETENCIAS

QUÍMICA I

EDUARDO MARTÍNEZ MÁRQUEZ

SEGUNDA EDICIÓN

Segunda ediciónSegunda edicióniónnSegunda edición

Con enfoque por competenciasCon enfoque por competenciasias

SEMESTRE

P R I MER

Con enfoque por competencias

Eduardo Martínez Márquez

Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur

Revisión técnica: Leticia Ángeles Malagón VeraMaestra en Competencias (M.C.)

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Martínez Márquez, Eduardo

Química I, segunda ediciónISBN 13: 978-607-522-489-3

ISBN 10: 607-522-489-0

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Química I, segunda ediciónEduardo Martínez Márquez

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Luis Á. Arroyo Hernández

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CONTENIDO GENERAL

Presentación institucional del fondo editorial Cengage Learning para el estudiante ......... ix

Presentación para el docente ......................................................................................................... xi

¿Cuáles componentes posee el libro? ............................................................................................ xiv

Acerca del autor ................................................................................................................................ xvi

Bloque I Reconoces la química como una herramienta

para la vida ......................................................................... 2¿Qué tanto sabes? ........................................................................................................................... 4

Objeto de aprendizaje: La química, una ciencia para la vida .................... 8Relación de la química con otras ciencias ....................................................................................................... 10

Los grandes momentos históricos de la química ........................................................................................ 15

Objeto de aprendizaje: El método científico y sus aplicaciones ............... 18El método científico en la vida cotidiana ......................................................................................................... 19

Evaluación de aprendizaje ............................................................................................................. 23

Proyecto: El método centífico aplicado al método científico ................................................... 24

Rúbrica para la evaluación del proyecto ...................................................................................... 26

Práctica de química: ¿Qué hay en la tinta? ................................................................................. 27

Rúbrica para evaluar la práctica .................................................................................................... 28

Rúbrica para evaluar el bloque ..................................................................................................... 30

Bloque II Comprendes la interrelación de la materia y la energía .. 32¿Qué tanto sabes? .......................................................................................................................... 34

iv Química I

Objeto de aprendizaje: Materia, propiedades y cambios ........................... 37Características y manifestaciones de la materia ............................................................................................ 37

Propiedades de la materia .................................................................................................................................... 38

Propiedades generales o extensivas .......................................................................................................... 39

Propiedades específicas o intensivas ......................................................................................................... 40

Estados de agregación de la materia ................................................................................................................. 42

Estado sólido ....................................................................................................................................................... 42

Estado líquido ...................................................................................................................................................... 43

Estado gaseoso .................................................................................................................................................. 43

Plasma ................................................................................................................................................................... 43

Cambios de estado de la materia ......................................................................................................................... 45

Energía y su interrelación con la materia ......................................................................................................... 49

Características y manifestaciones de la energía ............................................................................................ 49

Manifestaciones de la energía ............................................................................................................................. 50

Energía química ................................................................................................................................................ 51

Energía calorífica ............................................................................................................................................... 51

Beneficios y riesgos en el consumo de energía ............................................................................................ 52

Energías limpias ......................................................................................................................................................... 52

Cambio ........................................................................................................................................................................ 61

Cambio físico ...................................................................................................................................................... 61

Cambio químico ................................................................................................................................................ 62

Cambio nuclear .................................................................................................................................................. 63

Evaluación de aprendizaje ............................................................................................................. 65

Proyecto: Vampiros eléctricos en los hogares, cómo eliminarlos ........................................... 68


Práctica de química: Estudio de los cambios de estado físico en el agua ............................... 70

Rúbrica para evaluar la práctica ...................................................................................................... 72

Rúbrica para evaluar el bloque ...................................................................................................... 74

Bloque III Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones ........ 76

Objeto de aprendizaje: Modelos atómicos y partículas subatómicas ....... 82Primeras aproximaciones al modelo atómico actual .................................................................................... 82

Leyes ponderables y la teoría atómica de Dalton ......................................................................................... 83

Contenido general v

Objeto de aprendizaje: Se reconocen partículas subatómicas .................. 87El electrón y el modelo atómico de Thomson ............................................................................................... 87

El protón y los rayos canales ................................................................................................................................. 90

La radiación y el modelo de Rutherford ........................................................................................................... 91

El neutrón y los experimentos de James Chadwick ..................................................................................... 97

Objeto de aprendizaje: Conceptos básicos: número atómico, número de masa y masa atómica ......................................................... 99

Objeto de aprendizaje: Los isótopos y sus aplicaciones ........................... 103Modelo atómico actual ........................................................................................................................................... 107

Los modelos de Bohr-Sommerfeld y los números cuánticos (n, l, m) .................................................... 108

Objeto de aprendizaje: Los números cuánticos ......................................... 111Orbitales atómicos ................................................................................................................................................... 113

Objeto de aprendizaje: Configuración electrónica ...................................... 114Proyecto: Aplicaciones médicas de los radiofármacos .............................................................. 122

Rúbrica para la evaluación del proyecto .................................................................................... 125

Práctica de química: Modelos atómicos ....................................................................................... 126



Bloque IV Interpretas la tabla periódica ................................................. 132¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 134

Objeto de aprendizaje: Elementos químicos .............................................. 137Antecedentes históricos de la clasificación de los elementos químicos ............................................... 137

Tabla periódica actual ............................................................................................................................................ 141

Metales, no metales y semimetales o metaloides ......................................................................................... 159

La importancia de los minerales en México .................................................................................................... 160

Proyecto: La máquina perfecta, el cuerpo humano .................................................................. 166

Rúbrica para la evaluación del proyecto ..................................................................................... 167

Práctica de química ......................................................................................................................... 168



vi Química I

Bloque V Interpretas enlaces químicos e interacciones

intermoleculares ................................................................ 174¿Qué tanto sabes? ........................................................................................................................... 176

Objeto de aprendizaje: Modelo de enlace iónico ....................................... 179

Objeto de aprendizaje: Regla del octeto ...................................................... 179Estructuras de Lewis ............................................................................................................................................... 180

Formación de iones y las propiedades periódicas ........................................................................................ 183

Objeto de aprendizaje: Propiedades de los compuestos iónicos .............. 187El modelo de enlace covalente ............................................................................................................................ 190

Estructuras de Lewis y electronegatividad ..................................................................................................... 190

Representación de enlaces covalentes mediante estructuras de Lewis ............................................... 191

Geometría molecular y polaridad ....................................................................................................................... 195

Objeto de aprendizaje: Propiedades de los compuestos covalentes ........ 199

Objeto de aprendizaje: El modelo de enlace metálico .............................. 200Los electrones libres y la energía de ionización ............................................................................................ 200

Propiedades de los metales .................................................................................................................................. 202

Objeto de aprendizaje: Fuerzas intermoleculares (dipolos inducidos y dipolos instantáneos) ......................................... 206Interacciones dipolo-dipolo ................................................................................................................................. 208

Dipolos inducidos .................................................................................................................................................... 208

Puente de hidrógeno ............................................................................................................................................... 210

Características del agua .......................................................................................................................................... 210

Otros elementos que presentan puentes de hidrógeno ............................................................................ 212

Química cotidiana ...................................................................................................................................................... 213

Proyecto: ¿La industria minero-metalúrgica, una solución económica o amenaza ecológica? ........................................................................................................... 216

Rúbrica para la evaluación del proyecto .................................................................................... 219


Rúbrica para evaluar la práctica ..................................................................................................... 223


Contenido general vii

Bloque VI Manejas la nomenclatura química inorgánica .................... 228¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................ 230

Objeto de aprendizaje: Reglas de UIQPA para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos ......................... 232Lenguaje de la química ........................................................................................................................................... 232

Nomenclatura ............................................................................................................................................................ 235

Nomenclatura tradicional .............................................................................................................................. 236

Nomenclatura Stock ........................................................................................................................................ 237

Nomenclatura sistemática ............................................................................................................................. 237

Escritura de fórmulas .............................................................................................................................................. 239

Moléculas simples ............................................................................................................................................. 242

Compuestos binarios ............................................................................................................................................... 243

Óxidos no metálicos (óxidos ácidos) ................................................................................................................. 245

Óxidos metálicos (óxidos básicos) ..................................................................................................................... 248

Hidruros metálicos ................................................................................................................................................. 248

Sales .............................................................................................................................................................................. 249

Compuestos ternarios o superiores .................................................................................................................. 250

Oxiácidos .................................................................................................................................................................... 251

Oxisales ........................................................................................................................................................................ 253

Hidróxidos ................................................................................................................................................................... 254

Proyecto: Contaminantes y sus efectos en la salud .................................................................. 263





Bloque VII Representas y operas reacciones químicas ........................ 272¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 274

Objeto de aprendizaje: Símbolos de las ecuaciones químicas ................ 276

Objeto de aprendizaje: Baanceo de ecuaciones químicas ........................ 278Método por tanteo o de ensayo y error ........................................................................................................... 278

viii Química I

Balanceo por óxido-reducción (redox) ............................................................................................................. 281

Objeto de aprendizaje: Tipos de reacciones químicas ............................... 292Proyecto: Productos químicos en el hogar con riesgo de intoxicaciones .............................. 303


Práctica de química ........................................................................................................................... 306



Bloque VIII Comprendes los procesos asociados con el calor

y la velocidad de las reacciones químicas .................... 312¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................ 314

Objeto de aprendizaje: Reacciones exotérmica y endotérmica ............... 317

Objeto de aprendizaje: Entalpía ................................................................... 318

Objeto de aprendizaje: Velocidad de reacción ............................................ 326

Objeto de aprendizaje: Factores que modifican la velocidad de reacción . 329

Objeto de aprendizaje: Desarrollo sostenible .............................................. 331Proyecto: Consumismo e impacto ambiental ............................................................................ 333



Rúbrica para evaluar la práctica .................................................................................................. 340


Cengage Learning para el estudiante

Estimada(o) estudiante:

El libro que tienes en tus manos constituye un compromiso que Cengage Learning Editores ha establecido con la educación de los jóvenes en México. Las condiciones

sociales, económicas y culturales de la actualidad exigen la formación de ciuda-

danos con capacidades intelectuales y actitudinales que les permitan contribuir al

desarrollo constante y sostenible de su entorno; que sean personas reflexivas que

posean opiniones personales, así como la habilidad para interaccionar en contextos

plurales; que asuman un papel propositivo como integrantes de la sociedad a la

que pertenecen, disciernan sobre lo que es relevante y lo que no lo es, establezcan

objetivos precisos con base en la información verificable y tengan la inquietud de

actualizarse continuamente.

Por ello, Cengage Learning Editores se dio a la tarea de renovar y mejorar

las propuestas educativas que hasta la fecha ha ofrecido a jóvenes que estudian

el bachillerato, de manera que estas constituyan para ustedes verdaderas herra-

mientas de apoyo y les ayuden a responder en forma positiva ante las exigencias

y los retos de hoy en día.

Química I con enfoque por competencias, segunda edición, corresponde al programa

oficial vigente para los estudiantes de la asignatura de Química I del Bachillerato

General, dentro del campo disciplinar de las ciencias experimentales, en el que se

busca que te conviertas en un ciudadano reflexivo, capaz de interpretar tu entorno

social y cultural de manera crítica, y que no solo te adaptes a las condiciones de

la realidad, sino que intervengas en su construcción y transformación valorando

prácticas distintas a las tuyas y, de este modo, asumiendo una actitud responsable

hacia los demás.

En este libro se proponen actividades y proyectos que te permitirán consolidar,

diversificar y fortalecer los aprendizajes adquiridos. Encontrarás mayor sentido de

lo que vas aprendiendo al hacer conexiones entre lo que vas estudiando y la reali-

dad de tu entorno.

Esta propuesta educativa se orienta principalmente a que:

• Reconozcas los grandes momentos de la química y su influencia en el desarrollo

de la Humanidad, conjuntamente con el estudio del método científico como he-

rramienta importante para la resolución de problemas.

• Comprendas las interrelaciones de la materia y la energía.

• Estudies los modelos atómicos que dieron origen al modelo atómico actual y sus

aplicaciones en la vida cotidiana.

• Hagas una interpretación de la tabla periódica y analices los antecedentes que

dieron lugar a la tabla periódica actual, finalizando con un estudio de los metales

y no metales más importantes del país desde el punto de vista socoeconómico.

Presentación institucional del fondo editorial

x Química I

• Relaciones las propiedades macroscópicas de las sustancias con los diferentes

modelos de enlace tanto interatómicos como intermoleculares.

• Identifiques los diferentes compuestos a través del uso del lenguaje de la química

y promuevas el uso de normas de seguridad para el manejo de los productos

químicos.

• Describas los diferentes tipos de reacciones químicas y apliques la ley de conser-

vación de la materia al balancear las ecuaciones.

• Estudies los factores que intervienen en la velocidad de una reacción química

conjuntamente con los intercambios de calor que experimenta la reacción finali-

zando con un análisis del consumismo y el impacto que esto genera en el medio

ambiente y en tu vida cotidiana.

Ten la seguridad de que realizando lo anterior con entusiasmo no solo aprenderás

más sobre las ciencias experimentales, sino que desarrollarás actitudes y aptitudes

que te permitirán un mejor desenvolvimiento dentro de tu entorno escolar, familiar

y social.

La Reforma Integral de la Educación Media Superior ha instrumentado la defi-

nición de un Marco Curricular Común basado en un enfoque por competencias

que permita “Establecer en una unidad común, los conocimientos, habilidades,

actitudes y valores que el egresado de bachillerato debe poseer”, entendiendo por

competencia: “La capacidad de movilizar recursos cognitivos para hacer frente a un

tipo de situaciones”, con buen juicio, a su debido tiempo, para definir y solucionar

verdaderos problemas.1

Esta Reforma, a través de los programas de Química I, ha permitido que el estu-

diante de primer semestre reconozca esta ciencia como parte importante de su vida

diaria y como una herramienta para resolver problemas del mundo que nos rodea,

implementando el método científico como un elemento indispensable en su resolu-

ción y exploración con la finalidad de contribuir al desarrollo humano y científico.

En el libro se desglosan los 8 bloques que componen el programa de la Direc-

ción General del Bachillerato:

Bloque I. Reconoces a la química como una herramienta para la vida Bloque II. Comprendes la interrelación de la materia y la energíaBloque III. Explicas el modelo atómico actual y sus aplicacionesBloque IV. Interpretas la tabla periódicaBloque V. Interpretas enlaces químicos e interacciones intermolecularesBloque VI. Manejas la nomenclatura química inorgánicaBloque VII. Representas y operas reacciones químicasBloque VIII. Comprendes los procesos asociados con el calor y la

velocidad de las reacciones químicas

Se ha procurado que los bloques contengan un número suficiente de actividades

de aprendizaje, ya que su objetivo primordial es facilitar la formulación y/o reso-

lución de situaciones o problemas de manera integral en cada uno, y de garantizar

el desarrollo gradual y sucesivo de distintos conocimientos, habilidades, valores y

actitudes, en el alumnado.

Las actividades de aprendizaje se han diseñado persiguiendo los saberes reque-

ridos para el logro de las unidades de competencia (conocimientos, habilidades y

actitudes y valores) sugeridos en los programas oficiales y apegados a las Compe-

tencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales, inherentes a

la química, que son:

• Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente

en contextos históricos y sociales específicos.

• Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida

cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

• Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipó-

tesis necesarias para respoderlas.

Presentación para el docente

1 Philippe Perrenoud. “Construir competencias desde la escuela”. Ediciones Dolmen, Santiago de Chile.

xii Química I

• Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de

carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos

pertinentes.

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hi-

pótesis previas y comunica sus conclusiones.

• Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos na-

turales a apartir de evidencias científicas.

• Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de

problemas cotidianos.

• Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones cien-

tíficas.

• Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o

demostrar principios científicos.

• Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los ras-

gos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

• Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora

las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

• Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus

procesos vitales y el entorno al que pertenece.

• Relaciona los niveles de organización química, biológica y ecológica de los siste-

mas vivos.

• Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo

en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Las actividades pueden ser resueltas de manera individual, en pequeños grupos, en

equipos o en grupo por todos los alumnos de la clase, en los espacios indicados en el

libro, que debe considerarse parte del portafolio de evidencias de desempeño y de

conocimiento correspondiente, o bien en hojas separadas, para integrarlas después

en dichos portafolios. Las actividades de aprendizaje deben servir como indicado-

res de desempeño para lograr las Unidades de competencia y deben ser corregidos

y evaluados cualitativa y cuantitativamente. El libro brinda al docente una serie de

instrumentos de evaluación, pero pueden ser modificados para satisfacer las nece-

sidades del grupo.

Debemos recordar que el rol del docente es facilitar el proceso educativo dise-

ñando actividades significativas integradoras que permitan al estudiante vincular

los saberes previos con los objetos de aprendizaje; propiciar el desarrollo de un cli-

ma escolar adecuado, afectivo, que favorezca la confianza, seguridad y autoestima

del alumnado, motivándolo a proponer temas actuales e importantes que los lleven

a usar las Tecnologías de la Información y la Comunicación como un instrumen-

to real de comunicación; despertar y mantener el interés y deseo de aprender al

establecer relaciones y aplicaciones de las competencias en su vida cotidiana, así

como su aplicación y utilidad; ofrecer alternativas de consulta, investigación y tra-

bajo utilizando de manera eficiente las tecnologías de información y comunicación;

incorporar diversos lenguajes y códigos (iconos, hipermedia y multimedia) para

potenciar los aprendizajes del alumnado; coordinar las actividades de las alumnas

y los alumnos ofreciendo una diversidad importante de interacciones entre ellos;

favorecer el trabajo colaborativo de los estudiantes; utilizar diversas actividades y

Presentación para el docente xiii

dinámicas de trabajo que estimulen la participación activa en la clase; conducir las

situaciones de aprendizaje bajo un marco de respeto a la diferencia y de promoción

de valores cívicos y éticos y diseñar instrumentos de evaluación del aprendizaje

considerando los niveles de desarrollo de cada uno de los grupos que atiende, fo-

mentando la autoevaluación y coevaluación por parte del alumnado y el trabajo

colegiado interdisciplinario con sus colegas.

Es por esta razón, que el libro jamás podrá suplir la responsabilidad del docente

y que solo representa una herramienta para el trabajo en el aula.

Es importante tener presente durante el curso, que la Reforma Integral de la

Educación Media Superior pretende proporcionar al estudiante, una educación

pertinente que le permita relacionar su entorno con la escuela, por lo que el ba-

chillerato debe orientarse al desarrollo de los futuros ciudadanos a través de las

competencias genéricas (transversales) que construyan su perfil de egreso y que

deben permear a todas las asignaturas y proporcionar las capacidades básicas que

le permitan seguir aprendiendo a lo largo de su vida. Las competencias genéricas,

con sus atributos, para el bachillerato son:

1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los

objetivos que persigue.

2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresio-

nes en distintos géneros.

3. Elige y practica estilos de vida saludables.

4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos me-

diante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos

establecidos.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, con-

siderando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región,

México y el mundo.

10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de

creencias, valores, ideas y prácticas sociales.

11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Habría que considerar que los atributos de las competencias genéricas, que articu-

lan y dan identidad a la Educación Media Superior de México, desaparecieron de

los programas de estudio de la Dirección General del Bachillerato. Sin embargo, el

docente deberá tenerlos en cuenta en el diseño de las actividades, así como en todo

el proceso del modelo educativo.

¿Cuáles componentes posee el libro?

Actividades de aprendizaje.

Mención de las actividades que

deberás realizar en el transcurso del

estudio del tema y la puntuación que

se asignará a cada una.

Autoevaluación. Con ellas podrás

valorar tu desempeño en la actividad

que la precede.

Entrada del bloque. Aquí se mencionan los

objetos de aprendizaje que estudiarás en

cada bloque, así como los desempeños y la

competencias correspondientes; funciona

como apoyo para que los visualices y

sintetices.

¿Qué tanto sabes? A partir

de esta sección será posible

obtener información pertinente

sobre tus conocimientos previos

y planear estrategias que

promuevan tu aprendizaje.

Desarrollo temático. La presentación

y explicación de los objetos de

aprendizaje establecidos por la DGB;

una característica de este texto es su

redacción amigable para ti.

¿Cuáles componentes posee el libro? xv

Actividades. Ejercicios para que practiques

lo aprendido; algunas se proponen como:

individuales,

o en equipo;

al observar el icono correspondiente puedes

diferenciarlas.

Glosario. Resalta los téminos

clave y te ayuda a localizarlos

en el texto.

Prácticas de Química

y Proyectos. Para que

puedas trasladar los saberes

adquiridos a una situación

real y controlada.

Evaluación de aprendizaje. Con esta sección se

verificará tu nivel de aprendizaje, si se alcanzaron los

objetivos planteados y si se acreditan o no.

Listas de cotejo. Con ellas

evaluarás las actividades

correspondientes a cada objeto

de aprendizaje.

Eduardo Martínez Márquez

El profesor Eduardo Martínez Márquez es especialista en Bioquímica y Química de

suelos por la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza de la Universidad Nacional

Autonoma de México. En su amplia experiencia profesional ha sido docente de

Química y Biología en la Escuela Profesional de Contabilidad y Administración, el

Centro de Educación Preparatorio, S. C., la Escuela Comercial Cámara de Comer-

cio, la Escuela Comercial de la Ciudad de México y el Colegio Williams; también ha

impartido las disciplinas de Química, Álgebra superior, Algebra lineal y Geometría

analítica en la Universidad Tecnológica de México (UNITEC).

También se ha desempeñado como asesor académico en el área de Ciencias Na-

turales, en el Departamento de Desarrollo Académico de la Dirección General del

Bachillerato, perteneciente a la Subsecretaría de Educación Media Superior, de la

Secretaría de Educación Pública (SEP). Entre las actividades que ha realizado se

encuentran la revisión de los programas de estudio de las materias de Biología,

Química, Física, Matemáticas, Geografía y Ecología; la evaluación de las propuestas

de materiales didácticos de los diferentes colegios que integran los subsistemas en

todo el país; la asistencia a reuniones académicas para la evaluación didáctica y la

participación en la Reforma Curricular del Bachillerato General, entre otras.

Ha impartido cursos sobre impacto ambiental y sus consecuencias actuales, tó-

picos de química, manejo de programas de estudio y manejo del libro de Química I

para bachillerato.

Es autor de los libros Química 1 (Cengage), Química 2 (Cengage); Temas Selec-

tos de Química I, (Cengage, 2010) y Temas Selectos de Química II (Cengage, 2008).

Acerca del autor

Reconoces la química como una herramienta para la vida

Bloque I

Propósito:Reconoce a la química como parte de su vida cotidiana, tras conocer el progreso que ha tenido esta a través del tiempo y la forma en que ha empleado el método científico para resolver problemas del mundo que nos rodea, así como su relación con otras ciencias que conjuntamente han contribuido al desarrollo de la Humanidad.

Desempeños del estudiante al concluir el bloque:

Comprende el concepto de química, su desarrollo histórico y su relación con otras ciencias.Utiliza el método científico en la resolución de problemas de su entorno inmediato relacionados con la química.

Objetos de aprendizaje:La química, una ciencia para la vida.El método científico y sus aplicaciones.

Competencias a desarrollar: Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la

sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.Reconoce y comprende las implicaciones biológicas y económicas, políticas y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

Este bloque sirve para que:Expliques el concepto de química y sus aplicaciones, utilizando ejemplos reales de tu vida cotidiana.Relates los momentos trascendentales que ha vivido el desarrollo de la química, a través del tiempo.Establezcas la relación de la química con las matemáticas, la física y la biología, utilizando ejemplos reales de tu vida cotidiana.Expliques la forma en que el método científico ha ayudado a la química en la resolución de problemas.En un nivel inicial, observes y analices un fenómeno, hecho o situación de la vida cotidiana; formules una hipótesis, experimentes y obtengas las conclusiones correspondientes.

Con el aprendizaje y la práctica podrás:Desarrollar un sentido de responsabilidad y compromiso al reconocer que la química se aplica de manera permanente en tu vida diaria.Valorar las aplicaciones de la química en tu vida cotidiana y en el desarrollo de la Humanidad.Mostrar interés por participar en actividades experimentales y/o de campo.Promover el trabajo metódico y organizado.

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¿Qué tanto sabes?Contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Qué estudia la química?

2. ¿Cómo se relaciona la química con el hogar?

3. Identifica cinco compuestos químicos en diversos productos de uso cotidiano.

4. Menciona cinco productos de origen natural y cinco de origen sintético.

5. ¿Qué entiendes por materia?

6. Menciona dos aspectos en los que la química ha contribuido a mejorar la calidad de vida.

7. Menciona con qué otras ciencias tiene relación la química.

8. ¿Consideras que la química ha beneficiado o perjudicado al medio ambiente?

9. ¿Por qué es importante que estudies química?

10. ¿Qué problemas del cuidado personal crees que haya resuelto la química?

Bloque I Reconoces la química como una herramienta para la vida 5

El siguiente hecho real se presentó en cierta

comunidad a principios de la década de 1980 en

la región del bajo río Coatzacoalcos, Veracruz, y

continúa ocurriendo hasta nuestros días en algunas

otras zonas del país. En ese tiempo hubo una

situación anormal en las mujeres embarazadas de la

región: el índice de abortos se incrementó respecto

a la media nacional y estatal, además de otras

complicaciones que padecía la población, como

un aumento en los casos de alteraciones renales,

hipertensión arterial, asma, irritación cutánea,

trastornos mentales y dificultades en el sistema óseo,

entre otras afecciones.

¿Cuándo decimos que ocurre algo anormal?

Sucede que hay patrones de comportamiento

específicos de las enfermedades. Por ejemplo, en la

época de invierno son frecuentes las enfermedades

de vías respiratorias como la gripe o el resfriado,

que no lo son tanto en la temporada de primavera-

verano, tal es el caso de lo acontecido hace no

mucho en la Ciudad de México donde se reportaron

cuadros de gripe que no eran comunes en primavera,

alertando a la comunidad médica sobre una posible

epidemia generada por la mutación de un nuevo

virus proveniente de los cerdos, al que llamaron

influenza A (H1N

1). La alerta epidemiológica previno a

la población y el número de muertes fue inferior a lo

que pudo haberse dado en caso contrario. Entonces,

toda aquella enfermedad o patrón de salud del que se

tenga conocimiento o información, que se presente

en tiempos y formas diferentes, se considera

anormal.

Lo acontecido en las comunidades cercanas

al río Coatzacoalcos despertó el interés de los

científicos, que se dieron a la tarea de indagar lo que

provocaba esta serie de problemas de salud. Una

de las primeras acciones de los investigadores fue

entrevistar a la población respecto a sus actividades,

hábitos y costumbres, que incluían la alimentación

y la higiene. Dieron un vistazo al medio físico donde

se encontraban estas comunidades y se fijaron

en los complejos petroquímicos más importantes

de México: las plantas Lázaro Cárdenas, Morelos,

Cangrejera, Cosoleacaque y Pajaritos, donde se

produce la mayor parte de la gasolina, la turbosina, el

combustolio y el gas licuado del país.

Aparentemente la respuesta al problema se

encontraba en los productos de desecho que estas

plantas emiten al medio ambiente. Sin embargo, era

preciso demostrar esta suposición con hechos, lo

que llevó a los científicos, por principio de cuentas,

a recabar la información existente respecto a

estudios anteriores (que en realidad había desde

1975) y después a realizar investigaciones del medio

ambiente que incluían organismos como peces,

vegetales y posteriormente aguas, suelos y aire de

la zona. Cabe aclarar que la misma población estuvo

sometida a estudios sobre todo de sangre y muestras

de tejidos.

Después de las pruebas exhaustivas encontraron

que los causantes del problema eran los metales

pesados (plomo, mercurio, cromo y níquel) y

algunas sustancias orgánicas producto de la

actividad de otras empresas como la de fertilizantes

determinando, por ejemplo, que la cantidad de

plomo en la sangre de los habitantes fuera casi tres

veces mayor en comparación con los que viven

en la Ciudad de México. El límite permisible es de

10 microgramos por decilitro y se encontraron

concentraciones de hasta 25.4 microgramos.

¿Qué está pasando?

Lee con atención lo siguiente.

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tock.

com

6 Química I

Lo que hicieron los científicos parece simple

en papel, pero en realidad fue un proceso arduo y

complejo. Sin embargo, usaron un método muy

poderoso que les ayudó a definir qué era lo que

afectaba a la comunidad de las partes bajas del río

Coatzacoalcos.

Lo anterior nos conduce al planteamiento de las

siguientes preguntas relacionadas con el método

científico; una herramienta imprescindible y tan

importante en la resolución de problemas reales

como el que se ha narrado en párrafos anteriores.

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Patr

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stim

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om

Integra un equipo, contesta las siguientes preguntas en forma individual y compara tus respuestas con las de tus

compañeros, para después socializar con el grupo.

1. ¿Conoces el método científico? ¿Qué importancia tiene?

2. ¿Recuerdas las etapas que constituyen el método científico?

3. Describe brevemente en qué consiste cada una de sus etapas.

4. ¿Cuál consideras la fase más importante del método, si la hay, y por qué?

5. Identifica las etapas del método científico para resolver el problema planteado y completa la tabla.

Etapas del método científico Descripción


6. ¿Qué repercusiones sociales, económicas y de medio ambiente tiene la emisión de sustancias tóxicas generadas

por la industria?

Repercusiones sociales:

Repercusiones económicas:

Repercusiones al medio ambiente:

7. ¿Qué otras áreas del conocimiento intervienen en el problema de las comunidades cercanas al río Coatzacoalcos

y de qué manera actúan?

Desempeño Sí No

OBSERVACIONES

¿Qué me faltó? ¿Qué aspectos debo mejorar?

Identifiqué las ideas principales

del tema.

Localicé la información específica

del texto planteado.

Utilicé la información contenida

para desarrollar la evaluación

diagnóstica.

Relacioné los conocimientos

previos con el tema que se va a

revisar en el bloque.

Realicé los ejercicios con

honestidad y en el tiempo

requerido.

Solicité ayuda del (de la)

profesor(a), para que me

orientara.

Autoevaluación

8 Química I

Realiza un mapa conceptual de las etapas del método científico aplicadas en la resolución del problema planteado.

Método científico

Socialicen sus resultados para obtener conclusiones.

La química, una ciencia

para la vida

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5/

Sutt

ers

tock.

com En el momento, estimado lector, en que inicias

la lectura de este libro, se desarrolla alrededor y

dentro de ti una cantidad innumerable de reac-

ciones químicas: las plantas verdes transforman

el dióxido de carbono (mediante un mecanismo

muy complejo) en vapor de agua y oxígeno que,

como sabemos, utiliza un gran número de seres

vivos para mantenerse con vida. Asimismo, al

respirar estos seres incorporan oxígeno a su orga-

nismo y lo devuelven al ambiente como dióxido

de carbono, con lo cual el ciclo continúa.

Mientras tus ojos recorren estas líneas se de-

sarrollan reacciones químicas en tu retina que

transforman la luz recibida en un impulso ner-

vioso. Este se genera por intercambio de iones de sodio, potasio y cloro en el axón,

es decir, en el cuerpo neuronal. En asociación con este intercambio iónico entre

una neurona y otra, se liberan sustancias llamadas neurotransmisores, que llevan

el mensaje a la siguiente neurona y así sucesivamente, hasta llegar a nuestra corteza

cerebral que nos permite identificar sin duda las letras de este texto, la habitación

en que nos encontramos, los rasgos faciales de la persona que está cerca, etcétera.

Algo similar ocurre con los sonidos que percibes, así como con las sensaciones

corporales de frío, calor y dolor. El proceso digestivo involucra aspectos físicos,

mecánicos y sobre todo químicos. Desde que ingerimos los alimentos hasta que las

sustancias nutritivas se incorporan a nuestro organismo, intervienen varios proce-

sos químicos.

Objeto de aprendizaje


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e.c

om

De manera muy clara y directa es posible afir-

mar que la mayoría de los objetos que utilizamos

en la actualidad han sido elaborados aplicando los

conocimientos químicos: las telas con las que está

hecha nuestra ropa, los colorantes para teñirla, la

suela de nuestros zapatos o tenis, los perfumes,

muchos de los ingredientes de la sopa instantánea

que disfrutas con tanta delicia y la tinta de la pluma

con la que escribes; la misma textura y el color que

tiene el papel de este libro, el pegamento que sirve

para mantener unidas las hojas, la forma en que las

imágenes aparecieron en las placas fotográficas con

que se crearon muchas de las ilustraciones de este

libro, etcétera.

Es indudable que la química también está presente en los problemas ambien-

tales. Los contaminantes que se vierten al aire, producto del funcionamiento de

miles de vehículos automotores, llegan a la atmósfera, donde participan en una

serie de reacciones fotoquímicas que dan como resultado la llamada lluvia ácida, la

cual provoca alteraciones cada vez mayores en todo el ecosistema. Otro fenómeno

químico asociado con la contaminación y sobre el que nos advierten numerosas

organizaciones ambientales es la destrucción paulatina de la capa de ozono. Con el

transcurso del tiempo, afirman los científicos, el fenómeno no impedirá el paso de

la peligrosa radiación ultravioleta, generando cánceres de piel y mutaciones genéti-

cas que ni siquiera imaginamos.

La pregunta clásica de muchos estudiantes: “¿por qué debo estudiar química?”,

encuentra una clara respuesta si consideramos que el aprendizaje de los conceptos

químicos tiene entre sus objetivos, otorgarte una concepción lo más clara posible

de la naturaleza de las cosas, de los procesos que en ellas se efectúan, de cómo es

posible influir en ellos para obtener una mejor calidad de vida y de qué manera

puedes colaborar para combatir la contaminación de la naturaleza. En suma, para

que tomes conciencia de la importancia de tu participación en aras de lograr un

mundo mejor para quienes habitarán después de nosotros este maravilloso planeta

azul.

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om

10 Química I

Contesta las siguientes preguntas, primero de forma individual y posteriormente en equipos. Elaboren un cuadro

donde puedan comparar sus diversas respuestas, con la finalidad de establecer semejanzas que permitan

concluir en definiciones, conceptos y sobre todo en puntos de vista grupales.

1. ¿Qué es química?

2. ¿Qué relación guardas con la química?

3. ¿Consideras que la química es una herramienta para la vida? ¿Por qué?

Actividad de aprendizaje 1

TIC

Para ampliar la información sobre el tema, observa los siguientes videos:

https://www.youtube.com/watch?v=Ij47YutgLFc

https://www.youtube.com/watch?v=28wIL7_y_uk

https://www.youtube.com/watch?v=v-QQVb6QDnQ

Relación de la química con otras ciencias

El desarrollo actual de la química exige que tenga relaciones con una gran cantidad

de otras ciencias. Mencionaremos algunos ejemplos relevantes.

Con la biología tiene una estrecha relación porque en los seres vivos se verifica

una amplísima variedad de reacciones químicas y la materia en estudio proporcio-

na conocimientos básicos para entenderlas y predecirlas.

La química se relaciona de manera estrecha con las ciencias ambientales, debido

a los cambios climáticos provocados por causas externas a la dinámica atmosférica,

como la emisión de dióxido de carbono o de partículas suspendidas emitidas por

las industrias en sus actividades de producción. A tal situación se le conoce como

cambio climático.

Ciencia: Actividad que se ocupa de la resolución de problemas mediante la aplicación de la observación, la abstracción y la lógica.

Biología: Ciencia que estudia a los seres vivos y los fenómenos que se relacionan con ellos.

Ciencias ambientales: Disciplina científica que estudia el funcionamiento del ambiente y la forma en que lo afectamos, lo cual nos permite establecer estrategias para enfrentar los efectos que creamos en el ambiente.

Cambio climático: Variaciones que presenta el clima por periodos prolongados.

GLO

SA

RIO

Propósito:Estudiar los modelos atómicos que dieron origen al modelo actual, al describir la estructura del átomo, reconocer sus propiedades y aplicaciones de los elementos radiactivos en su vida personal y social.

Desempeños del estudiante al concluir el bloque:

Distingue las aportaciones científicas que contribuyeron al establecimiento del modelo atómico actual.Construye modelos para representar las distintas teorías atómicas.Identifica las características de las partículas subatómicas.Resuelve ejercicios sencillos donde explica cómo se interrelacionan el número atómico, la masa atómica y el número de masa.Elabora configuraciones electrónicas para la determinación de las características de un elemento.Argumenta sobre las ventajas y desventajas del empleo de isótopos radiactivos en la vida diaria.

Objetos de aprendizaje:Modelos atómicos y partículas subatómicas.Conceptos básicos (número atómico, masa atómica y número de masa).Configuraciones electrónicas y los números cuánticos.Los isótopos y sus aplicaciones.

Competencias a desarrollar: Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y

el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la

tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y

plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a

preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional.

Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.

Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

Este bloque sirve para que:Valores las aportaciones de Dalton, Thomson, Rutherford, Chadwick, Goldstein, Bohr, Sommerfeld y Dirac-Jordan como parte de un proceso histórico que desemboca en el modelo atómico actual.Describas la masa, carga y ubicación de las partículas subatómicas (electrón, protón y neutrón).Diseñes modelos con materiales diversos para representar la estructura del átomo.Identifiques el número atómico, masa atómica y número de masa de cualquier elemento de la tabla periódica.Representes la configuración electrónica de un átomo y su diagrama energético, aplicando el principio de exclusión de Pauli, la regla de Hund y el principio de edificación progresiva.Identifiques los electrones de valencia en la configuración electrónica de los elementos, y su relación con las características de estos.Reflexiones sobre las aplicaciones de los isótopos en las actividades humanas.

Con el aprendizaje y la práctica podrás:Valorar las aportaciones históricas de los modelos atómicos que nos llevan al modelo actual, así como las aplicaciones de los isótopos en la vida cotidiana.

78

¿Qué tanto sabes?Contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Qué significa átomo?

2. ¿Qué entiendes por nivel de energía?

3. Observa el siguiente esquema de la estructura del átomo y escribe en cada línea el nombre de la subpartícula y

su carga.

4. Define número atómico.

5. ¿Qué entiendes por masa atómica?

6. ¿Qué entiendes por número de masa?

7. ¿Qué son los números cuánticos?

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tock.

com

79

Generalmente relacionamos la energía atómica con

armamento y desastres originados por centrales

nucleares, pero existen mayores aplicaciones del

átomo en beneficio de la humanidad de lo que

podemos imaginar. Permíteme platicarte del uso de

esta energía en uno de los campos más fascinantes

que ha desarrollado el hombre: la medicina nuclear.

Algunos de los grandes padecimientos más

representativos que aquejan a la Humanidad son

el cáncer, las enfermedades neurológicas y las

dificultades cardiacas. Tan solo la primera de ellas

causará cerca de 85 millones de muertes en todo el

mundo, en un periodo de 15 años contabilizados a

partir del año 2000. Cuando el cáncer se detecta a

tiempo (es decir, antes de que las células cancerosas

invadan otros órganos por vía linfática o sanguínea)

se puede controlar y en algunos casos eliminar;

por lo tanto, la detección temprana es vital para

su tratamiento. Para esto se ha desarrollado la

tomografía por emisión de positrones (PET, por sus

siglas en inglés) ciclotrón, cuya tarea es diagnosticar

el funcionamiento de los órganos internos, las

glándulas, los huesos o las articulaciones aplicando

material radiactivo. Pero, ¿cómo trabaja este método

de detección?

Primero se emplean sustancias conocidas

como radiofármacos o trazadores que se inyectan

directamente en la vena del paciente y son

absorbidos por los órganos que se desea estudiar.

Entre los trazadores utilizados con más frecuencia

se encuentran el yodo radiactivo, el tecnecio 99 y

el talio 201. Cuando estos trazadores se alojan en

los tejidos de los órganos la energía que emiten

es captada por un aparato que rodea al paciente

(ciclotrón), transformando las señales del átomo

EL ÁTOMO AL SERVICIO DE LA HUMANIDAD

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erg

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8. ¿Qué es la radiactividad?

9. ¿Qué entiendes por isótopo?

10. Menciona tres aplicaciones de los radioisótopos en la medicina.

Lee el siguiente texto.

Cáncer: Grupo de enfermedades que producen un exceso de células malignas que se dividen y crecen de forma descontrolada. G

LOS

AR

IO

80 Química I

en señales eléctricas; una computadora las

convierte en imágenes que permiten diagnosticar el

funcionamiento de los órganos. La diferencia esencial

de este método con otros como los rayos X

y las tomografías (las cuales generan imágenes

tanto verticales como transversales) es que utilizan

radiación que no se genera en el núcleo del átomo,

sino que proviene de los electrones que se ubican en

las órbitas; por eso, es posible decir que el paciente

es “bombardeado”.

La ventaja de este sistema, incluso por encima

de la resonancia magnética, reside en que permite

analizar la eficiencia del órgano más que la apariencia.

Este aspecto es de suma importancia, ya que la forma

de los órganos y sus funciones son distintas. Al ver

claramente la forma y el tamaño de un riñón es posible

determinar si tiene lesiones o tumores, pero no se

puede saber si la sangre se filtra adecuadamente y se

eliminan las toxinas. La técnica de PET ciclotrón no

genera gráficos tan claros, pero sí permite conocer

qué tan bien funciona el cuerpo humano.

Esta técnica permite conocer el funcionamiento

del hígado, el riñón, el páncreas, las glándulas, la

vesícula biliar, las venas y arterias, así como

la calidad de irrigación sanguínea, entre muchas

otras aplicaciones, sin que existan riesgos, pues

las reacciones alérgicas son de 1 caso entre 15 000

o 20 000, y el paciente no requiere preparación

especial, tan solo un ayuno de seis horas

aproximadamente. Los trazadores tienen una vida

media de entre 15 y 20 minutos en el organismo,

por lo cual la exposición es muy baja y el método

más seguro. Cabe señalar que las radiaciones

generadas son pequeñas y no provocan problemas al

organismo, de hecho es más riesgosa una exposición

prolongada a los rayos solares.

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tock.

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Después de leer y reflexionar sobre el átomo al servicio de la Humanidad, contesta las siguientes preguntas de

forma individual.

1. ¿Cómo hemos podido manipular el átomo de esta manera?

2. ¿Qué es el átomo?

3. ¿Quién o quiénes lo descubrieron?

4. ¿Hace cuánto tiempo?

Bloque III Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones 81

5. ¿Cómo está formado el átomo?

6. ¿Qué características tienen sus elementos estructurales?

7. ¿Qué propiedades del átomo puedes reconocer?

8. ¿Qué otras aplicaciones tiene el átomo?

9. Reúnete con tus compañeros y discute las preguntas antes formuladas para conocer qué tanto sabes del átomo y

sus propiedades, así como de su historia. Te sugiero elaborar un cuadro donde señales tu grado de conocimiento

al respecto, tratando de ser más específico en tus conocimientos (marca nombres, términos, procesos,

propiedades, leyes, teorías, etc.) sin que para ello asignes un número o calificación. Por ejemplo, podrías escribir

si sabes mucho, regular, poco o nada. Para cada uno de los términos identifica tu grado de conocimiento y

márcalo con una .

¿Cuál es tu grado de conocimiento acerca de….? Mucho Regular Poco Nada

El átomo.

Cómo está formado el átomo.

Qué características tienen sus elementos estructurales.

Qué propiedades puedes reconocer del átomo.

Qué otras aplicaciones tiene el átomo.

Quién descubrió el átomo y hace cuánto tiempo.

Cómo se ha podido manipular el átomo.

Aplicaciones del átomo.

Autoevaluación

Desempeño Sí No

OBSERVACIONES


Identifiqué las ideas

principales del tema.

Localicé la información

específica del texto

planteado.

82 Química I

Desempeño Sí No

OBSERVACIONES


Utilicé la información

contenida para desarrollar la

evaluación diagnóstica.

Relacioné los conocimientos

previos con el tema que se

va a revisar en el bloque.

Realicé los ejercicios con

honestidad y en el tiempo

requerido.

Solicité ayuda del

profesor(a), para que me

orientara.

Modelos atómicos y partículas

subatómicas

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tock.

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Primeras aproximaciones al modelo atómico actual

Muchas de las propiedades de la materia descri-

tas en el bloque anterior tienen su explicación a

nivel atómico. Los átomos son, en la escala de lo

pequeño, los “ladrillos del Universo”, como seña-

laba Isaac Asimov, y es precisamente ahí adon-

de haremos un viaje para explorar el interior del

átomo.

Cada sustancia del Universo, incluyéndonos,

está formada por átomos. Muchos de los proce-

sos químicos que ocurren en la naturaleza o que

son generados en los laboratorios tienen una ex-

plicación a nivel microscópico y para entenderlos

es preciso partir del conocimiento de la estructu-

ra y el comportamiento del átomo.

En la actualidad conocemos mucho de su es-

tructura y sus propiedades pero, ¿cómo se ha llegado a esto? Imaginemos que tene-

mos una caja en la cual se encuentran objetos de diversa índole, pero que no se nos

permite abrirla. ¿Qué harías para conocer su contenido? Posiblemente una serie de

pruebas como agitarla de diferentes formas, escuchar los sonidos que se generan al

moverla, sentir algún objeto pesado usando el tacto, etc. A partir de estas acciones

tendrías una idea de su contenido y de seguro te atreverías a precisar el nombre de

algunos objetos e incluso hacer predicciones sobre el comportamiento de la caja.

Puesto que no podemos ver el contenido de la caja, al igual que no podemos

ver un átomo, empleamos nuestros sentidos e intelecto para crear un modelo que

Modelo: Representación abstracta de un sistema o proceso del Universo, que nos permite hacer predicciones respecto a su comportamiento.G

LOS

AR

IO

Objeto de aprendizaje

Bloque III Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones 83

lo explique. De la misma manera, los científicos crean modelos que

les permiten formular predicciones que los llevan a proponer teorías

sobre la naturaleza del átomo. Un modelo no es una estructura rígida,

se puede perfeccionar, cambiar o desechar si se vuelve obsoleto y ya no

cumple la función para la cual se creó.

Haremos un breve recorrido por los 2 500 años que han transcurrido

en la evolución del concepto de átomo, citando a los personajes y los

momentos en que se produjeron los cambios más notables y los hechos

experimentales que los indujeron.

En la antigua Grecia comenzaron los primeros cuestionamientos

científicos sobre las leyes que rigen el comportamiento de la materia y

que no obedecen a los mandatos o designios

divinos. Leucipo y su discípulo Demócrito

propusieron que la materia se componía de

diminutas partículas indivisibles que llama-

ron átomos, cuyo significado es indivisible.

Creían que las sustancias se podían dividir

hasta cierto límite que eran los átomos, mis-

mos que ya no podían dividirse más. Sin em-

bargo, esta teoría no fue muy popular en su

tiempo y hubo filósofos muy influyentes que

no la aceptaron pues desde la época de los ro-

manos se creía que toda sustancia estaba for-

mada por la combinación de fuego, agua, aire,

agua y tierra.

El modelo atómico actual no es producto

de la casualidad; su concepción tiene un pasa-

do maravilloso que abordaremos a continua-

ción, porque para entender el presente hay

que conocer su historia, la cual está repleta de

personajes, acontecimientos, experimentos y

teorías que dieron forma a lo que hoy conoce-

mos del átomo. Su conocimiento nos ha llevado a explorar el espacio exterior, nos

ha proporcionado una vida más cómoda y placentera, y nos ha permitido conocer

lo más íntimo del cuerpo humano. Este y muchos otros aspectos son los beneficios

de conocer la estructura atómica y sus propiedades.

Las leyes ponderales y la teoría atómica de Dalton

El desarrollo de la química tomó un nuevo giro a partir de las investigaciones de

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), quien realizó los primeros experimentos

químicos realmente cuantitativos. Lavoisier demostró que en una reacción química

la cantidad de materia es la misma al comienzo y final de la reacción. Al efectuar

un experimento con agua pudo determinar que su peso, antes y después de una

prolongada ebullición, era el mismo. Claro que en condiciones controladas, como

un sistema cerrado, en el que no hubiera escape de vapor, lo que le permitía hacer

cálculos con gran precisión.

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84 Química I

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A partir de este y otros experimentos enunció su conocida ley de la conserva-

ción de la materia, la cual establece que “la materia no se crea ni se destruye, solo

se transforma”. Por ello, Lavoisier es considerado el padre de la química moderna.

Posteriormente, Joseph Louis Proust (1754-1826), químico francés, propuso la

ley de las proporciones definidas, también conocida como ley de la composición

constante, la cual establece que los elementos se combinan para formar compuestos,

y siempre lo hacen en proporciones definidas. Proust realizó mediciones muy cuida-

dosas en las que comprobó que el cobre, el oxígeno y el carbono, que forman el car-

bonato de cobre II, CuCO3, se combinaban en las mismas proporciones de peso: 5

unidades de cobre por 4 de oxígeno por 1 de carbono, y sin importar lo que se haga

la proporción siempre será 5:4:1, este descubrimiento le llevó a pensar que no se

trataba de una receta de cocina, donde ponemos una “pizca” de algún ingrediente

o le quitamos otro. La proporción del CuCO3 es inmutable.

Otra ley fue establecida por el alemán Jeremías Benjamín Richter (1762-1807)

en 1792 llamada ley de las proporciones recíprocas, la cual establece que:

[...] la relación de masas de dos elementos, que se combinan con una

cantidad fija de un tercero, es la misma con la cual se combinan para

formar un compuesto.

Pero, ¿qué significa esto? Bueno, veamos un ejemplo.

H2O

1: 8

Cl2O

17: 8

HCl

1: 17

Laurent Lavoisier.

86 Química I

Elemento

1 Símbolo

Elemento

2 Símbolo

Compuesto

1

Fórmula Compuesto

2

Fórmula

Carbono C Oxígeno O Monóxido

de carbono

CO Dióxido de

carbono

CO2

Comenten, reunidos en equipos de dos a tres integrantes, la importancia de las leyes ponderales.

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John Dalton

Al conjunto de las leyes citadas se les conoce como leyes ponderales

o leyes de las combinaciones químicas, ya que rigen la proporción de la

masa y el volumen en los compuestos.

Entre 1808 y 1810, Dalton publicó su obra Un nuevo sistema de filo-

sofía química, en la cual establece su teoría atómica a partir del estudio

de las propiedades físicas del aire atmosférico y de otros gases. Asi-

mismo, incluyó en ese trabajo la masa atómica de varios elementos y

compuestos conocidos. Aunque sus masas no eran muy precisas, cons-

tituyó una aportación importante en la clasificación de los elementos.

También proporcionaba una simbología para representar a los elemen-

tos químicos y las moléculas.

Dalton estableció los siguientes postulados, que son la esencia de su

teoría atómica:

• Los elementos se componen de partículas en extremo pequeñas llamadas átomos.

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Química I con enfoque por competencias, segunda edición, está estructurado en ocho bloques de conocimiento con un enfoque en el desarrollo de competencias y brinda los elementos teóricos metodológicos propios de la materia. Fomenta la construcción de conocimientos y afina las capacidades de inducción y deducción, útiles en el análisis y la reflexión sobre los fenómenos que caracterizan a la materia, la energía y los cambios que estas sufren a través de las reacciones químicas.

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PRIMERSEMESTRE

Química I con enfoque por competencias. 2Ed. Eduardo Martínez

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