Modulo 3° grado 2015
- 1. 1 INTRODUCCION A LA BIOLOGIA
- 2. 2 INTRODUCCION A LA QUIMICA ¿Qué beneficios nos brinda la Química? ¿Cuántos tipos de energía podemos reconocer y qué aplicaciones tiene? Si observamos a nuestro alrededor, encontraremos muchas cosas que son elaboradas por el hombre para lograr una vida más cómoda. Por ejemplo, las pinturas, el caucho de las llantas, los medicamentos, los insecticidas, los fertilizantes, los preservantes, los detergentes, las fibras sintéticas y muchos otros productos. Pero ¿qué tiene que ver la química en todo esto? ¿Es la química la responsable de los productos mencionados? ¿Qué estudia la química? ¿Qué otras aplicaciones prácticas conocemos de la química? ¿Por qué debemos evitar que se derrame vinagre sobre el mármol? ¿Por qué se abonan las plantas? ¿Por qué tomamos bicarbonato cuando tenemos acidez? ¿Por qué arde el carbón y no las piedras? ¿Por qué empleamos bencina para limpiar las manchas de grasa? ¿Por qué debemos usar gasolina- ecológica? ¿Por qué se usa el carbono 14 para determinar la antigüedad de un fósil, o el cobalto 60 para el tratamiento contra el cáncer. ¿Porqué son peligrosas las explosiciones nucleares?. ¿QUÉ ES LA QUIMICA? La química es una ciencia experimental que estudia las propiedades y estructura química de la materia. Tanto la química como la física se caracterizan por analizar los cambios en las propiedades de la materia o sustancia. A diferencia de la física que estudia la materia “eternamente”, la química lo hace internamente. 1. APLICACIONES DE LA QUÍMICA.- La química colabora con distintas ramas de la actividad humana, veamos algunos ejemplos de ello: AGRICULTURA: Con la fabricación de pesticidas, insecticidas, abonos, fertilizantes, etc. • MEDICINA: E n el mejoramiento de la salud gracias a la elaboración de vacunas, antibióticos, cortisona, antidepresivos, vitaminas, hormonas, analgésicos, entre otros. • INDUSTRIA TEXTIL: Con la elaboración de tintes y colorantes, fibras sintéticas (nylon, rayón), teñido de lanas y otras fibras. • MINERÍA Y METALURGÍA: Con la obtención de diversos minerales y aleaciones mediante procesos electrolíticos. • ALIMENTACIÓN: En la conservación de frutas y diversos productos alimenticios, la potabilización del agua, la elaboración de vinagres, aceites, yogourt, azúcares, entre otros. • OTRAS INDUSTRIAS: En el procesamiento de madera para la obtención de papel y resinas, en la obtención del ácido sulfúrico, etc. • MEDIO AMBIENTE: Con el control de los elementos contaminantes del medio ambiente y la asistencia en desastres ecológicos como derrames de petróleos, lluvias ácidas, incendios forestales, etc. 2.DIVISIÓN DE LA QUÍMICA.- La química, como resultado de su desarrollo con otras ciencias, se ha dividido en las siguientes ramas. QUÍMICA GENERAL. Estudia las leyes y principios fundamentales a todas las ramas de la química. Por ejemplo, la estructura del átomo. QUÍMICA DESCRIPTIVA. Estudia cada sustancia en particular. Por ejemplo, el agua, el alcoholetílico, el oxígeno, etc. se divide en: QUÍMICA INORGÁNICA: Estudia los elementos y compuestos que no tienen carbono, y otros compuestos que, a pesar de tener carbono son inórganicos, como algunos ácidos y sales de carbono. • QUÍMICA ORGÁNICA: Estudia las sustancias donde interviene el carbono como elemento fundamental. Por ejemplo, grasas, vitaminas, petróleo, alcohol, etc. QUÍMICA ANALÍTICA: Estudia la identificación y determinación de las sustancias orgánicas e inorgánicas. Se divide en: CUALITATIVA: Permite conocer los elementos que forman las sustancias. Por ejemplo el hidróxido de calcio demuestra que éste contiene únicamente calcio, oxígeno e hidrógeno. • CUANTITATIVO: Precisa la cantidad de los elementos que forman un compuesto. Por ejemplo, indica que el hidróxido de calcio contiene 1 átomo de calcio, 2 de oxígeno y 2 de hidrógeno: Ca(OH)2. QUÍMICA APLICADA.- Por su relación con otras ciencias, la química se divide en: • QUÍMICA INDUSTRIAL: Estudia los procesos industriales, como los combustibles, fertilizantes, detergentes, etc.. PETROQUÍMICA: Estudia los subproductos del petróleo para obtener combustibles, acetileno, plásticos, colorantes, insecticidas, etc. • FISICOQUÍMICA: Estudia la aplicación de las leyes físicas en la química. • RADIOQUÍMICA: Estudia el comportamiento de las sustancias radiactivas. Por ejemplo, la fisión nuclear. • BIOQUÍMICA: Estudia las funciones de las moléculas biológicas por ejemplo, la fotosíntesis, la respiración, la digestión. • ASTROQUÍMICA: Estudia la naturaleza química de los astros. Así, ha determinado que la atmósfera de Marte se compone de nitrógeno, argón, anhidrido carbónico e hidrógeno, y que indicios de la presencia de helio.
- 3. 3 PRACTICA 1. ¿Cuál es la importancia de la química en nuestra formación personal? …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… 2. Cita 3 ejemplos de la vida cotidiana y clasificada dentro de las ramas de la Química. a. ……………………………………………………. b. ……………………………………………………. c. ……………………………………………………. 3. ¿Qué diferencia existe entre datos cualitativos y cuantitativos?. ............................................................................... ………………………………………………………… 4. ¿Cuál es la responsabilidad de la química en la protección del medio ambiente?. ............................................................................... ………………………………………………………… 5. No forma parte del estudio químico: Materia – cuerpo – fenómeno – químico – mezcla - fenómeno físico. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. 6. No se apoya de conocimientos químicos: El físico – el literato – el arqueólogo – el médico – El farmacéutico. 7. Estudia las leyes que rigen a toda la química: - Q. cuantitativa - Q. orgánica - Q. nuclear - Q. general - Q. descriptiva …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….. 8. No pertenece a la química aplicada: A) Fisioquímica B) Bromatología C) Toxicología D) Química inorgánica E) Bioquímica ................................................................................ ………………………………………………………… 9. Estudia la composición química de los astros: - Geoquímica -Astronomía - Astroquímica - Química nuclear 10. Estudio la composición química de la tierra: ............................................................................... ………………………………………………………… 11. Estudia compuestos orgánicos, se le conoce también como la química del carbono: ………………………………………………………… ………………………………………………………… 12. Se relacionan con la biología para estudiar las funciones y transformaciones químicas en el interior de un ser vivo: A) biología B) fisicoquímica C) biología molecular D) bioquímica E) N.A 13. Estudia las técnicas de purificación y extracción de minerales. A) Q. Inorgánica B) Petroquímica C) Mineralogía D) Q. Industrial E) Geología 14. Obtiene productos industriales a partir de los derivados del petróleo, carbón y gas natural: A) química industrial B) ingeniería química C) petroquímica D) química general E) N.A. METODO CIENTIFICO La Química emplea el método científico como una técnica para la investigación. Mencionaremos los pasos a seguir del método científico. 1. La observación del fenómeno.- Una vez planteado el fenómeno que se quiere estudiar, lo primero que hay que hacer es observar su aparición, y sus características. Por ejemplo, al describir el encendido de una vela, deberemos observar que la vela se acorta a medida que arde, que el material de la vela se consume, que arde con la presencia del aire, que la llama es azul en la base, oscura en el centro y amarilla en el resto, etc. 2. La búsqueda de información.- Como paso siguiente, consultar libros, enciclopedias o revistas científicas en los que se describa el fenómeno estudiado. No te olvides que en los libros se encuentra el conocimiento que es importante en todo trabajo científico. 3. La formulación de hipótesis.- Después de haber observado el fenómeno y te has documentado lo suficiente, debes buscar una explicación que te permita definir cada detalle que has observado. Como primer paso debes efectuar varias suposiciones o conjeturas de la que posteriormente eligirás como explicación del fenómeno a la mejor que se ajuste a tus conocimientos en ese momento. Esta explicación razonable se denomina hipótesis científica 4. La comprobación experimental.- Una vez
- 4. 4 formulada tu hipótesis debes comprobar que ésta es válida para lo cual debes realizar experiencias donde puedes reproducir todo el fenómeno estudiado. Tu hipótesis puedes desarrollarlo con hechos experimentales que puedes realizarlo en el laboratorio o en el salón de clase. De los resultados de estas experiencias obtendrás algunos datos que te servirán para realizar tus propias conclusiones y que te permita verificar que tú hipótesis es aceptada o rechazada. 5. Las conclusiones y la comunicación de resultados.- Una vez comprobada tu hipótesis procedes a emitir a que conclusiones llegastes, que pueden ser empíricas. Una vez obtenida dicha conclusión, ésta debe ser comunicada al resto de la comunidad para que sirva como punto de otros descubrimientos. AUTOEVALUACIÓN 1. ¿Cuál es la importancia del método científico? Rpta.: ............................................................ 2. ¿Cuál es la diferencia entre el conocimiento empírico y el conocimiento científico. Rpta.: ............................................................ 3. Desarrolla un ejemplo en el cual menciones como se realiza la observación del fenómeno. Rpta.: .......................................................... 4. En cuál de las características del método científico, se debe consultar en libros o enciclopedias para acumular nuestros conocimientos. Rpta.: .............................................................. 5. A qué se denomina hipótesis científico. Rpta.: ............................................................ MATERIA ¿QUÉ ES LA MATERIA? Es todo aquello que existe en el universo, que tiene masa y por tanto ocupa un lugar en el espacio (volumen). La materia puede ser cualquier cosa que podamos ver y tocar (como agua, tierra y árboles) o no (como el aire). Su existencia es independiente de nuestros sentidos. La materia ¿Es sólo aquello que posee masa y volumen? No, La energía también es una forma de materia, es materia dispersada. Ejemplos: • Agua, Sal, Aire, Arena, Gaseosa, etc. • El cuerpo humano, un envase de aluminio, los muebles, el sol, etc. • Luz, sonido, campo magnético, Rayos X, Radiación Infrarrojas, Rayos UV, etc. I. DIVISIÓN DE LA MATERIA: La materia no es un todo único, sino que se halla en porciones en la naturaleza y cada porción limitada de materia se denomina cuerpo, este se va a dividir mediante diferentes medios como mecánicos, físicos, químicos, nucleares y cósmicos hasta llegar a la última división “Los Quarks”. “Cuerpo” “Partícula” “Molécula” “Átomo” Medios Medios Medios Mecánicos Físicos Químicos Partículas Quarks Subatómicas Medios Medios Nucleares Cósmicos II. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA: 1. Sustancia química.- Es la materia homogénea que está constituida por una sola clase de átomos o de moléculas. Y puede ser: Sustancia simple o elemento.- Está constituido por una sola clase de átomos. Ejemplo: Metales: Plata : Ag • Carbono : C • Cobre : Cu • Hidrógeno : H2 • Oro : Au • Oxígeno : O2 • Mercurio : Hg • Nitrógeno : N2 • Hierro : Fe • Cloro : Cl2 • Calcio : Ca • Fósforo : P • Sodio : Na • Helio : He • Aluminio : Al Sustancia compuesta o compuesto.- Se encuentra formada por dos o más elementos diferentes. Ejemplo:
- 5. 5 EQUIPO DE DESTILACION Compuesto Fórmula Agua Dióxido de carbono Ácido sulfúrico Amoniaco Cloruro de sodio (sal) Óxido de calcio (cal) Hidróxido de sodio Monóxido de carbono Óxido ferroso H2O CO2 H2 SO4 NH3 NaCl CaO NaOH CO FeO 2. Mezcla: Es la unión de dos o más sustancias en cantidades variables, no presentan fórmula y no se forman nuevas sustancias. Se pueden separar mediante procesos físicos como: destilación, filtración, etc, a. Mezcla homogénea.- Presenta una sola fase (un solo color). Ejemplos: • Agua de mar (salmuera): agua y sal • Agua dura: agua y sal (calcio y magnesio) • Agua potable: agua y cloro • Ácido muriático: agua y ácido clorhídrico • Formol: agua y metanal • Vinagre: agua y ácido acético • Latón: cobre y cinc • Bronce: cobre y estaño • Amalgama: metal y mercurio b. Mezcla heterogénea.- Presenta dos o más fases: Ejemplo: El hielo flotando en el agua, líquidos no miscibles como aceite y agua, mezcla de arena y sal común. Nota: Se llama Combinación a la unión de dos o más sustancias en cantidades fijas, generándose nuevas sustancias con propiedades diferentes a las iniciales. Para separar una mezcla de dos líquidos miscibles se puede hacer por destilación. III. ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA Los estados de la materia se manifiestan mediante dos fuerzas. Cohesión (Fa ) : Es la atracción molecular en los cuerpos. Repulsión (FR ) : Es la separación molecular en los cuerpos. Entre los estados de la materia tenemos: 1. Estado Gaseoso: 2. Estado Sólido:
- 6. 6 3. Estado Liquido: 4. Estado Plasmático.- El estado se produce cuando la materia está sometida a altas temperaturas, como por ejemplo en las estrellas, donde la temperatura alcanza millones de grados centígrados. Se caracteriza porque: Es el más abundante del universo Es un estado de Alta Energía (Temperatura mayor a 10 000ºC) La materia está totalmente Ionizada( Cationes y electrones libres). LUCES EN LA ATMÓSFERA 5. EL QUINTO ESTADO DE LA MATERIA EL CONDENSADO DE BOSE- EINSTEIN: Un BEC es un grupo de unos cuantos millones de átomos que se unen para formar una sola onda de materia de aproximadamente 1mm de diámetro. Este estado se consigue a temperaturas cercanas al cero absoluto ( a mil millones de veces más frío que el espacio interestelar) Los BECs son frágiles. La luz viaja muy lentamente a través de los BECs Los BECs fueron pronosticados por el Físico Hindú Satyendra Nath Bose y por Albert Einstein en 1920.
- 7. 7 Sabías que… Un BEC es como si sentáramos 100 personas en una misma silla, pero no una encima de la otra, si no que ocupando el mismo espacio. ¿Qué cosas no?... En 1995 Ketterle creó BECs en su laboratorio, enfriando un gas hecho de átomos de Sodio. En ese mismo año Eric Cornell y Carl Weiman crearon también algunos BECs; los de ellos estaba compuestos por átomos de Rubidio Superenfriados. Por eso Cornell y Weiman compartieron el premio Nobel de Física 2001 con Ketterle. 6. SEXTO ESTADO DE LA MATERIA.- Como sabemos el BEC aparece cuando los científicos superenfrian unas partículas llamadas bosones los cuales se unen para formar una única súper-partícula. Ahora tenemos “condensados Fermiónicos” recién descubiertas por investigadores financiados por la NASA, se logró enfriando hasta menos de una millonésima de grado sobre el Cero absoluto. “Cuando se encuentra una nueva forma de materia, toma un tiempo entenderla”. IV. PROPIEDADES DE LA MATERIA: Las características que presenta la materia se llaman propiedades y pueden ser: a. Propiedades generales o extensivas.- Son aquellas que dependen de la cantidad de materia. Entre ellas tenemos: 1. Masa.- Es la cantidad de materia contenida en un cuerpo. El instrumento que se usa para medir la masa es la balanza y su unidad en el Sistema Internacional es el Kilogramo. 2. Extensión (volumen).- Es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio. 3. Divisibilidad.- La materia se puede fraccionar en partes cada vez más pequeñas. 4. Impenetrabilidad.- El espacio ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro en el mismo instante. 5. Inercia.- Todo cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento uniforme, mientras que no exista una causa (fuerza) que modifique dicho estado. b. Propiedades particulares o intensivas.- Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia y los más importantes son: 1. Dureza.- Es la resistencia que presenta un sólido a ser rayado. Según la escala de Mohs, el material más duro es el diamante y el menos duro el talco. 2. Tenacidad.- Es la oposición que presenta un cuerpo sólido al fraccionamiento. 3. Maleabilidad.- Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta láminas. 4. Ductibilidad.- Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta alambres o hilos. 5. Viscosidad.- Es la resistencia que presentan los fluidos en su desplazamiento. V. FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS: En la naturaleza se producen constantes cambios en la materia: la evaporación del agua de los mares y lagos, la lluvia, la corrosión de los metales. Estos cambios pueden ser físicos o químicos. a. Fenómeno físico.- Un fenómeno o cambio físico es toda transformación que sufre la materia, de manera que la estructura molecular de los materiales no se altera y sus cualidades persisten aún después del cambio. Este tipo de cambio es fácil de identificar, por ejemplo, si se arruga un papel, se provoca en él un cambio físico: No cambia la estructura molecular del papel y se puede apreciar a simple vista. Otros ejemplos de cambios físicos son: Mezcla Dilatación Cambios de estado, en el ciclo del agua se grafica todos los cambios de estado sufridos por dicha sustancia.
- 8. 8 b. Fenómenos químicos.- Un fenómeno o cambio químico es la alteración de la estructura molecular que sufre la materia. Puedes observar un ejemplo de cambio químico cuando quemas una hoja de papel. El papel modifica su composición química y, por ende, sus cualidades químicas. Alotropía.- Es la existencia en un mismo estado físico de dos o más formas moleculares o cristalinas de un elemento químico, debido a ello, sus propiedades son diferentes. Ejemplo: Oxígeno - O2 (Oxígeno) - O3 (Ozono) Carbono - Diamante - Grafito Fósforo. - Rojo - Blanco Azufre - Monoclínico - Rómbico AUTOEVALUACIÓN 1. De las aseveraciones: I. La dureza es la resistencia de un sólido a ser rayado. II. La inercia es una propiedad extensiva de la materia. III. Los gases son difícilmente compresibles Son correctas: a) sólo I b) sólo II c) sólo III d) I y II e) todas 2. Indicar cuántas propiedades son intensivas: -Temperatura de ebullición -Cantidad de materia -Olor -Viscosidad -Densidad a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 3. ¿Cuáles son propiedades intensivas? I. Corrosión del hierro en el medio ambiente. II. Ataque de los ácidos a ciertos metales. III. Sublimación del hielo seco. III. Evaporación del agua de mar a) sólo I b) sólo II c) sólo III d) sólo IV e) Todas 4. La resistencia de un cuerpo a ser roto se denomina: a) dureza b) ductibilidad c) maleabilidad d) tenacidad e) masa 5. Indique una sustancia que presente ductibilidad: a) oxígeno b) argón c) oro d) nitrógeno e) madera 6. Señale aquello que no corresponde a un fenómeno químico. a) fotosíntesis. b) oxidación de los metales. c) fermentación de la "chicha de jora". d) combustión de la madera. e) la sublimación de la naftalina 7. Señalar al que no representa un fenómeno físico: a) chancar piedra b) dilatar los metales c) mezclar agua y alcohol d) oxidación de los metales e) todos. Un papel arde (combustible) Un metal se oxida (corrosión)