PRIMER TRIMESTRE
ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE IMPRESCINDIBLES
B1.C3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados. CMCT
B1.C4.1. Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado. CCL, CMCT, CAA, CSC
B1.C4.2. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventivas. CMCT, CAA, CSC
B1.C5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad. CCL, CSC
B2.C6.1. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario. CMCT, CAA
B2.C6.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. CMCT, CAA
B2.C6.3. Relaciona la notación con el número atómico, el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas. CMCT
B2.C7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos. CCL, CAA, CSC
B2.C8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la Tabla Periódica. CCL, CMCT
B2.C9.1. Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación. CCL, CMCT, CAA
B2.C9.2. Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente y calcula sus masas moleculares. CCL, CMCT, CAA
B2.C10.1. Reconoce los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química. CCL, CMCT, CSC
B2.C11.1. Utiliza el lenguaje químico para nombrar y formular compuestos binarios siguiendo las normas IUPAC. CCL, CMCT, CAA
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Unidad inicial
Metodología científica
El conocimiento científico es aquel que surge de estudiar los fenómenos utili-zando un método científico.
Para que algo sea considerado conocimiento científico, debe cumplir las si-guientes características:
• Ser una construcción del ser humano, realizada mediante la contribución de muchas personas a lo largo de la historia.
• Ha de desarrollarse mediante rigurosos métodos de trabajo, englobados en el método científico.
• Basarse en pruebas; nunca se puede basar en creencias, intuiciones o supo-siciones.
• Debe ser acorde con la realidad, y se ha de poder comprobar las veces que se necesite.
La figura muestra un esque-ma simplificado de estos métodos de trabajo, que se reúnen bajo la expresión «método científico».
En ocasiones se nos mues-tra algo como conocimien-to científico, sin serlo. Ha-blamos en estos casos de pseudociencia (falsa cien-cia). Un ejemplo es la as-trología, que no tiene base científica, ni poder de pre-dicción, o la ufología, que es el estudio de los fenóme-nos que se asocian con los ovnis.
Aprende, aplica y avanza
1 Indica en cuáles de los siguientes casos estaríamos hablando de conocimiento científico y en cuáles de pseudociencia.
a) Astrología ………………………………….. b) Astronomía …………………………………..
c) Química ……………………………………… d) Ufología …………………………………........
1 Conocimiento científico
Identificación de un problema
Posible respuesta (hipótesis)
No se cumple
Comprobación con la realidad
Se cumple
Se obtiene conocimiento
científico
La investigación y el método científico
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Unidad inicial
La física y la química son disciplinas científicas cuyo propósito es explicar el mundo en el que vivimos. Ambas centran su estudio en porciones de materia que reciben el nombre de:
• Sistemas materiales, si no tienen límites definidos (como la atmósfera).
• Cuerpos, si presentan límites definidos (como un trozo de hierro o un lápiz).
Los cambios que puede sufrir la materia pueden ser de dos tipos.
Los cambios físicos son aquellos en los que después de que se produzca el cambio se tienen las mismas sustancias.
Un ejemplo de cambio físico es la fundición del hierro. Cuando el hierro al-canza una temperatura de 1540 °C pasa de estado sólido a estado líquido. Se produce un cambio físico, pero sigue siendo la misma sustancia.
Los cambios químicos son aquellos en los que después del cambio se tienen sustancias diferentes a las iniciales. Los cambios químicos suelen ir acompa-ñados de un cambio físico (emisión de un gas, aparición de burbujas, cambio de color, etc.) que nos ayuda a reconocerlos.
Un ejemplo de cambio químico es la oxidación del hierro. Cuando el hierro se oxida se forma una nueva sustancia, el óxido de hierro, con propiedades muy distintas de las del hierro. En estos casos, cuando las sustancias finales son distintas de las iniciales, se habla de cambios químicos.
2 Cambios físicos y químicos
Aprende, aplica y avanza
1 Indica si los siguientes cambios son físicos o químicos:
a) Romper un papel en trozos:
b) Calentar una sopa en el fuego:
c) Quemar un papel:
d) Hacer cubitos de hielo:
e) Oxidación de un tornillo:
f) Secar la ropa al sol:
g) Mezclar en un vaso agua y aceite:
h) Transformar las uvas en vino:
Cambios físicos
Cambios químicos
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Unidad inicial
Una magnitud física es toda propiedad de los fenómenos que se puede medir de forma objetiva.
La velocidad, el tiempo o la aceleración son magnitudes físicas, ya que, si se miden correctamente por varias personas, todas ellas obtendrán los mismos valores. Por el contrario, la belleza, la valentía o el cansancio no son magnitu-des físicas, pues no se pueden medir de forma objetiva.
La unidad de una magnitud física es una cantidad de ella que se utiliza para medir esa magnitud.
Un número solo, sin unidad, no tiene sentido físico. Si decimos que tardamos 5, podrían ser 5 minutos, 5 horas, 5 días, etc.
Cada unidad se representa por un símbolo, formado por una o más letras. Esta letra debe ir en minúscula, a menos que derive de un nombre propio, en cuyo caso habrá que escribir la primera letra en mayúscula. También hay que tener en cuenta que nunca hay que añadirle una «s» para el plural.
Así, por ejemplo:
• La unidad gramo se representa por el símbolo «g» y, aunque tengamos más de un gramo, nunca escribiremos «gs».
• La unidad newton se representa por el símbolo «N»; observa que, al tratarse de un nombre propio, se escribe la unidad con mayúscula.
Medir consiste en comparar la magnitud que se mide con la unidad. Siempre que hagamos una medición, tenemos que usar la unidad más apropiada para cada caso.
Aprende, aplica y avanza
1 Razona si las siguientes cualidades de una persona son magnitudes físicas:
a) Altura: ...................................................................................................................................
b) Belleza: .................................................................................................................................
c) Peso: .....................................................................................................................................
d) Amabilidad: ........................................................................................................................
2 Indica si las unidades de las siguientes medidas están bien o mal escritas. Si
están mal, escríbelas correctamente:
a) 5 gs (gramos) b) 10 M (metros) c) 2 ne (Newton)
............................ ............................ .............................
3 Magnitudes físicas. Unidades y medida
Magnitud física
Unidades y medidas
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Unidad inicial
Existen muchas magnitu-des físicas, pero todas se pueden expresar en fun-ción de las denominadas magnitudes fundamenta-les o básicas.
Además, dado que existen distintas unidades para una misma magnitud, se ha adoptado un conjunto de unidades a utilizar a ni-vel internacional: el Siste-ma Internacional de Uni-dades (SI).
Las magnitudes derivadas son las que se obtienen a partir de las fundamenta-les; algunos ejemplos se muestran en la siguiente tabla:
3 Con ayuda de las tablas de magnitudes fundamentales y derivadas, relacio-na cada magnitud derivada con las magnitudes fundamentales a partir de la que se obtiene.
Magnitudes fundamentales y sus unidades SI
Magnitud Unidad Símbolo
Masa (m) Kilogramo kg
Longitud (l ) Metro m
Tiempo (t) Segundo s
Temperatura (T) Kelvin K
Intensidad de corriente (l ) Amperio A
Intensidad luminosa (lv) Candela cd
Cantidad de sustancia (n) Mol mol
Algunas magnitudes derivadas y sus unidades
Magnitud Unidad SI Símbolo Otras unidades de uso frecuente
Superficie (S) Metro cuadrado m2 Hectárea (ha)
Volumen (V) Metro cúbico m3 Litro (L)
Densidad (d)
Kilogramo kg/m3 Gramo por centímetro cúbico (g/cm3)
por metro cúbico Gramo por litro (g/L)
Velocidad (v) Metro por segundo m/s Kilómetro por hora (km/h)
Aceleración (a)
Metro por segundo m/s2 Aceleración de la gravedad (g)
al cuadrado
Fuerza (F) Newton N (kg · m/s2) Kilopondio (kp)
Presión (p)
Pascal
Pa (N/m2)
Atmósfera (atm) Milímetro de mercurio (mmHg)
Energía (E) Julio J (N · m) Caloría (cal)
Magnitudes derivadas
a) Velocidad
b) Fuerza
c) Densidad
d) Superficie
e) Aceleración
f) Volumen
Magnitudes fundamentales
1) Masa, longitud y tiempo
2) Longitud y tiempo
3) Longitud
4) Longitud y tiempo
5) Longitud
6) Masa y longitud
Aprende, aplica y avanza
El Sistema Internacional de Unidades (SI)
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Unidad inicial
Notación científica
En física y química a veces tenemos que trabajar con números muy grandes, o muy pequeños. Para expresar estos valores, se utilizan las potencias de 10. Por ejemplo:
1000 = 103 ; 0,001 = 1
= 1
= 10–3 1000 103
Esta forma de expresar los números, con una cifra entera, seguida o no de decimales, y la potencia de diez adecuada, se conoce como nota-ción científica.
Múltiplos y submúltiplosNo tiene sentido medir la distancia entre dos ciudades en metros, ni la masa de un alfiler en kilogramos.Por ello, es habitual utilizar múltiplos o submúltiplos de las unidades del SI, añadiéndoles prefijos. De esta manera podemos usar una nota-ción más adecuada.
Cambios de unidadesEl manejo de múltiplos y submúltiplos obliga al uso de cambios de uni-dades; aprenderemos a hacerlo con un ejemplo.
Aprende, aplica y avanza
4 Dos ciudades están separadas 250 km. Expresa esa distancia en unidades del SI.
5 Una hormiga se mueve con una velocidad de 18 m/h. ¿Cómo podrías expre-sar esa velocidad en unidades del SI? Fíjate en el ejemplo resuelto.
Números grandes y pequeños
La medida de magnitudes físicas se lleva a cabo mediante el uso de instrumentos diseñados para ello. Sus principales características son:
• Cota mínima y cota máxima. Son el menor y el mayor valor que puede medir el instrumento.
La diferencia entre ambos es el intervalo de medida.
• Sensibilidad. Es la respuesta del instrumento ante las variaciones de la mag-nitud que mide.
Instrumentos de medida
Ejercicio resuelto
Un coche circula con una rapidez de 100 km/h. ¿Cuál es su valor en unidades del SI?
= =hkm
kmm
sh
, m/sv 100110
36001
27 83
$ $
Múltiplos y submúltiplos
Prefijo Símbolo Potencia
Giga G 109
Mega M 106
Kilo k 103
Hecto h 102
Deca da 10
Unidad – 1
Deci d 10–1
Centi c 10–2
Mili m 10–3
Micro µ 10–6
Nano n 10–9
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Unidad inicial
Para hablar de ciencia se utiliza un lenguaje muy riguroso, que además se suele acompañar de ecuaciones físicas, tablas de datos y gráficas.
Una ecuación física es una expresión matemática que relaciona magnitudes físicas.
Un ejemplo de ecuación física sería la de la rapidez media, que nos indica el es-pacio que recorre un cuerpo en la unidad de tiempo:
=v te
Las letras de las ecuaciones físicas son símbolos con los que se representan las magnitudes físicas. En la ecuación anterior, la letra v representa la velocidad media; e, el espacio recorrido, y t, el tiempo empleado en recorrerlo.
Además, las ecuaciones físicas también sirven para conocer las relaciones de proporcionalidad entre sus magnitudes. Las dos más comunes son:
• Proporcionalidad directa
Dos magnitudes son directamente proporcionales cuando al multiplicar una por un número, la otra queda multiplicada por dicho número.
A = k . B
• Proporcionalidad inversa
Dos magnitudes son inversamente proporcionales cuando al multiplicar una por un número, la otra queda dividida por el mismo número.
=A Bk
En ambas expresiones, k es una constante.
Para entender mejor los conceptos de proporcionalidad, veamos un ejemplo.
4 El lenguaje de la ciencia
Ecuaciones físicas
Ejercicio resuelto
Estudia las relaciones de proporcionalidad de la rapidez media con el espacio recorrido y el tiempo.
La expresión matemática que relaciona las magnitudes es v = e/t. Si tomamos un espacio doble, =e e2 $l , la velocidad se duplica:
v te
te
te
v2
2 2$
$ $= = = =ll
Si tomamos un tiempo doble, =t t2 $l , la velocidad se reduce a la mitad:
vte
te
te v
2 21
2$$= = = =l
l
Por tanto, la velocidad es directamente proporcional al espacio recorrido, e inversamente proporcional al tiempo empleado.
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Unidad inicial
Si se quiere estudiar la relación entre dos magnitudes hay que diseñar experi-mentos en los que una de las variables vaya cambiando (variable independien-te), mientras se miden los valores de la otra (variable dependiente).
Los datos obtenidos se deben organizar en tablas de datos, a partir de las cua-les se elaboran las representaciones gráficas.
Pasos a seguir para elaborar una gráfica:
• Se trazan los ejes de coordenadas.
• Se indica en cada uno de ellos las magnitudes que representa y su unidad, te-niendo en cuenta que la variable independiente se sitúa en el eje de abscisas (eje X), y la dependiente, en el de ordenadas (eje Y).
• Se señalan divisiones en los ejes.
• Se representa un punto por cada par de datos de la tabla.
• Se unen los puntos mediante una línea.
Vamos a ver un ejemplo resuelto de cómo elaborar una gráfica.
Tablas y gráficas
Ejercicio resuelto
Se mide el alargamiento de un muelle en función de la masa que se cuelga de él, y se obtienen los siguientes datos.
Representa gráficamente estos datos y obtén la relación entre el alargamien-to y la masa.
En este caso, la masa es la va-riable independiente (es lo que nosotros vamos variando) y el alargamiento es la variable de-pendiente (lo que vamos mi-diendo). La representación grá-fica es la que se muestra a la derecha. (I)
Se observa una relación de proporcionalidad directa, por lo que ∆l = k · m. De los da-tos de la tabla es fácil de-ducir que k = 2. Por tanto, ∆l = 2 · m, expresión en la que ∆l se mide en cm, y m, en kg.
A partir de las tablas de datos y las gráficas se puede deducir la relación de proporcionalidad entre magnitudes. Las figuras de la derecha (II y III) muestran las gráficas de las relaciones estu-diadas.
1
2
4
6
8
10
2 3 4 5 m (kg)
Dl (cm)I
b
y
Directa
y = k · x
xProporcionalidad directa
II
y
y = k / x
xProporcionalidad inversa
III
m (kg) 1 2 3 4 5
∆l (cm) 2 4 6 8 10
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Unidad inicial
Aprende, aplica y avanza
1 A partir de la siguiente gráfica, en la que se representa el espacio recorrido por un vehículo en función del tiempo que lleva moviéndose:
a) Elabora una tabla con al menos cinco pares de datos:
b) Estudia la relación entre las magnitudes y exprésala en lenguaje verbal y matemático.
c) Determina la rapidez media del vehículo.
2 Expresa, en lenguaje verbal y matemático, la relación entre las magnitudes representadas en la siguiente gráfica:
1
40
80
120
160
200
2 3 4 t (h)
x (km)
t (h) x (km)
50
5
0
10
15
20
25
30
p (atm)
1510 V (L)2520 3530
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Unidad inicial
Lo primero que hay que conocer antes de entrar en un laboratorio son sus normas de seguridad, las cuales hay que respetar siempre:
• Si es necesario, utiliza gafas protectoras y guantes de látex.
• No lleves prendas u objetos que dificulten tu movilidad.
• No te muevas sin motivo y, sobre todo, no corras.
• Si tienes alguna herida, tápala antes de realizar la práctica.
• Lávate las manos con jabón después de la práctica.
• No huelas, pruebes o ingieras ninguno de los productos.
• Los ácidos y las bases han de manejarse con precaución, ya que la mayoría son corrosivos.
• Si tienes que mezclar algún ácido con agua, añade el ácido sobre el agua, nunca al contrario.
• Si te salpica algún producto, lava la zona con agua abundante.
• Fíjate en los signos de peligrosidad que aparecen en los frascos de los productos químicos.
En caso de accidente, comunícalo inmediatamente al docente más cercano.
Aprende, aplica y avanza
1 Durante nuestros trabajos en el laboratorio generaremos una serie de residuos, como papeles o plásticos, que tendrán que ser eliminados como hacemos nor-malmente. Por el contrario, otros residuos no son tan fáciles de eliminar y pue-den dañar el medio ambiente; los deben gestionar empresas especializadas. ¿Se te ocurre algún residuo del laboratorio que no podamos tirar a la basura?
5 Material de laboratorio. Normas de seguridad
Sustancias explosivas
Sustancias inflamables
Sustancias comburentes
Sustancias corrosivas
Gas bajo presión
Toxicidad aguda
Toxicidad por inhalación
Cancerígeno, mutágeno
Dañino para el medio ambiente
Cuidados en el laboratorio
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Unidad inicial
Vaso de precipitados EmbudoMatraz Erlenmeyer Matraz de destilación
Matraz de fondo redondo
Termómetro
Refrigerante
Pipeta
Bureta
Probeta
Pinzas dobles
Pinzas de madera
Mechero Bunsen
Frasco lavador Tubos de ensayo
y gradilla
Cristalizador
Espátula
Escobillas
Soporte universal Aro
Rejilla
Balanza
Material básico de laboratorio
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Unidad inicial
La ciencia y la tecnología difieren en algunos aspectos; algunos de ellos son:
• Propósito. El de la ciencia es explicar el mundo que nos rodea; el de la tec-nología, la fabricación de dispositivos.
• Punto de partida. La ciencia parte de la necesidad de responder a un proble-ma; la tecnología, de responder a nuestras necesidades.
• Procedimiento. La ciencia busca soluciones emitiendo hipótesis que deben ser acordes con la realidad; la tecnología elabora diseños y después fabrica el producto, que debe funcionar.
• Producto final. El de la ciencia es conocimiento que se puede generalizar; el de la tecnología, un objeto particular.
Sin embargo, aunque hay diferencias, las relaciones entre ciencia y tecnología son muchas y están íntimamente relacionadas con la sociedad, sobre la que in-fluye día a día. Se habla, en general, de relaciones ciencia-tecnología-sociedad, o relaciones CTS, como se muestra a continuación.
Aprende, aplica y avanza
1 Busca información en Internet sobre un descubrimiento científico reciente. Indica qué relaciones CTS encuentras.
6 Ciencia, tecnología y sociedad
La ciencia necesita de la tecnología para mejorar los instrumentos de observación y medición, que es posible gracias a los avances científicos
La ciencia influye en la sociedad, al
permitirnos conocer el mundo en el que vivimos y mejorar
nuestras condiciones de vida. La sociedad, por su parte, puede
determinar en qué se investiga, e influye en la ciencia a través de
subvenciones
La tecnología forma parte de nuestras
vidas, mejorándolas o empeorándolas según se utilice.
A su vez, la sociedad influye en el desarrollo de la tecnología por demanda de
consumo
CIENCIA TECNOLOGÍA
SOCIEDAD
Ciencia, tecnología y
sociedad están íntimamente relacionadas
Relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad
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1 Estructura atómica de la materia
1 Las leyes fundamentales de la química
Cuando hacemos reaccionar dos elementos químicos para formar un com-puesto, se cumplen dos leyes de la química: la ley de la conservación de la masa y la ley de las proporciones definidas.
Ley de la conservación de la masa
Si hacemos reaccionar 12 g de carbono con 16 g de oxígeno obtenemos 28 g de monóxido de carbono, un gas tóxico que se produce por un mal funciona-miento de los sistemas de calefacción, como son algunas calderas:
C+
O8
CO
carbono oxígeno monóxido de carbono
12 g de C + 16 g de O = 28 g de CO
La ley de conservación de la masa dice que la suma de las masas de los reac-tivos (carbono y oxígeno en nuestro ejemplo) es igual a la suma de las masas de los productos (monóxido de carbono en nuestro ejemplo).
Ley de las proporciones definidas
Si ahora hacemos reaccionar 24 g de carbono, necesitaremos 32 g de oxígeno para obtener 56 g de monóxido de carbono. La proporción en la que reaccionan los elementos para formar un compuesto es siempre la misma, en este caso:
gg
gg
gg
3224
1612
43
O
C
O
C
O
C= =
También se cumple que la proporción entre cualquiera de los elementos (oxíge-no o carbono) y el compuesto formado (monóxido de carbono) es constante.
gg
gg
gg
2812
5624
73
O
C
O
C
O
C= =
Conservación de la masa y proporciones definidas
Aprende, aplica y avanza
1 Calcula la masa de carbono que será necesaria para que reaccionen 48 g de oxígeno y se forme monóxido de carbono. Utiliza para ello la proporción que hemos dado en el ejemplo.
8gg
gg
.......... gx
x3
484 O
C
O
CC= =
2 Comprueba que se cumple la ley de la conservación de la masa en el ejercicio anterior. Para ello, calcula la masa de monóxido de carbono (CO) aplicando la ley de las proporciones definidas.
8gg
gg
.......... gx x74 48
CO
C
CO
CCO= =
.......... g de oxígeno .......... g de carbono .......... g de monóxido de carbono+ =
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2 La teoría atómica de Dalton
Aprende, aplica y avanza
1 Utilizando las imágenes de esta página, identifica dos compuestos diferentes que estén formados por átomos de los mismos elementos químicos. Indica en qué se diferencian.
2 ¿Con qué ley de la química podemos relacionar la cuarta hipótesis de la teoría atómica de Dalton?
3 ¿Cuál es la proporción de átomos de carbono e hidrógeno en el metano? ¿Con qué ley relacionas este hecho?
Entre 1803 y 1808, el científico inglés J. Dalton, propuso sus ideas acerca de qué estaba com-puesta la material; para ello, utilizó una idea que provenía de la Grecia Clásica: el átomo.
1ª. La materia está formada de partículas muy pequeñas, denominadas átomos.
2ª. Los átomos de un mismo elemento químico (por ejemplo, cloro) son idénticos entre sí en masa y propiedades, y diferentes de los ele-mentos de cualquier otro elemento químico (por ejemplo, sodio).
3ª. Los átomos de distintos elementos se com-binan entre sí para formar compuestos; por ejemplo, dos átomos de hidrógeno (H) se unen con uno de oxígeno (O) para formar una molécula de agua (H2O).
4ª. En una reacción química se reordenan los áto-mos de los distintos elementos para formar compuestos nuevos.
Hipótesis de Dalton
HH
H H
H2O NH3C2H4 CH4
O
O
O
O O
Primera hipótesis
Tercera hipótesis
Cuarta hipótesis
Segunda hipótesis
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Unidad 1
3 El descubrimiento del electrón y la radiactividad
En 1897, el físico británico J. J. Thomson estu-dió unos «rayos misteriosos» (rayos catódicos), que aparecían en unos tubos de vidrio con gas en su interior cuando eran sometidos a descar-gas eléctricas muy altas.
• Los rayos catódicos son iguales para todos los gases que se introduzcan en el tubo de des-carga.
• Estos rayos están formados por partículas de masa muy pequeña y carga eléctrica negati-va, que son los electrones, presentes en todos los átomos.
La radiactividad
En 1895, un físico alemán, W. K. Röentgen, y años más tarde Becquerel y M. Curie, observa-ron la emisión que provenía de algunas sustan-cias (sustancias radiactivas): la radiactividad. Existen tres tipos de radiactividad: la alfa (a), la beta (b) y la emisión gamma (g). Tienen distinta carga y diferente poder de penetración.
Completa las frases y resume
1 Completa las palabras que faltan en este párrafo:
a) Los ................................ son partículas de masa muy ................................ y carga
eléctrica ................................ que se encuentran en todos los ................................ .
Se descubrieron en tubos de ................................ .
b) Los electrones de cualquier elemento son ................................, y pueden ........
........................ entre átomos.
c) Existen ................................ tipos de emisiones radiactivas: la emisión .................
..............., de carga eléctrica ................................, y ................................ poder de pe-
netración, la emisión ................................, de carga eléctrica ................................ ,
y la emisión .............................., sin carga eléctrica y mayor poder de penetración.
¿Qué son los rayos catódicos y la radiactividad?
Cátodo
Placa negativa
Placa positiva
Ánodo Rayoscatódicos
– – – – –
PapelAluminioHormigón
+
++
+ +
+ + + +
–
–
––
– –
– Emisión b Emisión gEmisión a+
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Unidad 1
4 Los modelos atómicos
Completa las frases y resume
1 Enumera las diferencias entre los modelos atómicos de Thomson y Ruther-ford y entre los modelos de Rutherford y Bohr, completando las palabras de estos cuadros.
El modelo de ................................ supone que el átomo es macizo, mientras que
el de Rutherford indica que fundamentalmente es espacio ................................ .
La carga ................................ del átomo, según Thomson, está por todo el átomo,
mientras en el modelo de Rutherford está concentrada en un lugar, llamado
................................ .
En el modelo de Rutherford, los ................................ están en órbitas cuales-
quiera, mientras que en el modelo de Bohr esas ................................ son órbitas
................................, donde el electrón es ................................ .
En los primeros años del siglo xx, se propusieron modelos para el átomo. Cada uno de ellos apor-taba nueva información, descubierta en experi-mentos diferentes. Posteriormente, nuestro cono-cimiento sobre el átomo mejoró, hasta el modelo actual, mucho más complejo.
Modelo atómico de Thomson
El átomo está formado por una parte maciza, con carga positiva, en la que están incrustados los elec-trones, con carga negativa. El conjunto es neutro.
Modelo atómico de Rutherford
La carga positiva del átomo está concentrada en el núcleo. Alrededor del núcleo orbitan los electro-nes, como si fueran planetas alrededor del sol. La mayor parte del átomo está vacío.
Modelo atómico de Bohr
Basado en el modelo de Rutherford, pero con una modificación fundamental: los electrones no están en cualquier órbita, sino en unas concretas, llama-das estacionarias, donde son estables.
Evolución de los modelos atómicos
–
–
Electrones en órbita estacionaria
Electrones
Zona cargada positivamente
Electrones orbitando
Núcleo concarga positiva
––
––
BOHR
RUTHERFORD
THOMSON
+
–
––
–
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Unidad 1
5 Las partículas subatómicas
En la actualidad se sabe que los átomos están forma-dos por tres clases de partículas: el protón, el neutrón y el electrón. Veamos sus características.
Electrón
Se encuentra en la corteza del átomo.
Carga eléctrica -1.
Masa tan pequeña que es despreciable.
Protón
Se encuentra en el núcleo del átomo.
Carga eléctrica +1.
Masa igual a 1 u.
Neutrón
Se encuentra en el núcleo del átomo.
Sin carga eléctrica.
Masa igual a 1 u.
Llamamos número másico, A, a la suma del número de protones y neutrones.
Llamamos número atómico, Z, al número de protones.
Las partículas que componen el átomo
Aprende, aplica y avanza
1 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F):
a) Si un átomo es neutro, es decir, su carga total es cero, el número de protones que posee es igual al número de neutrones que posea.
b) Si un átomo es neutro, es decir, su carga total es cero, el número de protones que posee es igual al número de electrones que posea.
c) Podemos encontrar electrones en el núcleo de un átomo.
d) La masa de un electrón es mayor que la de un neutrón.
2 Completa la tabla sobre átomos neutros; fíjate para ello en el ejemplo de la primera fila:
N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A
4 3 4 4 7
6 6 6
2 2
8 8 17
8 8
++
+
–
–
–
+ +
Electrón
Protón
Neutrón
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Unidad 1
Aprende, aplica y avanza
Realiza una pequeña investigación
6 Los isótopos y sus aplicaciones
Se llama isótopos a átomos que tienen el mismo número de protones y di-ferente número de neutrones. Por ello, su número atómico, Z, es igual, pero tienen distinto número másico, A.
¿Qué es un isótopo?
1 En la ilustración te mostramos los isótopos del carbono. Todos los átomos tienen el mismo número de protones, por eso son todos del mismo elemento químico, en este caso carbono. Completa la tabla con el número de partícu-las subatómicas de los isótopos del carbono:
Carbono-12 Carbono-13 Carbono-14–
+ + ++ + +
–
––
–
–
–
–
––
–
–
–
–
––
–
–
+ + ++ + +
+ + ++ + +
Isótopo N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A
Carbono-12
Carbono-13
Carbono-14
2 ¿Qué significa el número que acompaña al nombre del elemento cuando nos referimos a un isótopo?
3 Algunos isótopos, que emiten radiación, porque son inestables, se llaman isótopos radiactivos, y pueden tener aplicaciones diversas: en medicina y como fuente de energía. Busca en Internet información acerca del uranio-238 y el uranio-235 y responde a las siguientes preguntas. Con tus respuestas, es-cribe un pequeño informe.
a) ¿Cuántos protones tiene el uranio?
b) ¿Cuál es la diferencia entre un átomo de uranio-235 y uno de uranio-238?
c) ¿Son los dos isótopos radiactivos?
d) ¿Cuál de los dos isótopos se utiliza en los reactores nucleares? ¿Para qué se utilizan estos reactores nucleares?
e) ¿Es la energía nuclear una energía limpia?
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Unidad 1
¿Cómo se disponen los electrones en el átomo?
7 La corteza del átomo y los iones
Los electrones se colocan en la corteza del átomo en niveles de energía. No todos los niveles de energía pueden contener el mismo número de electrones.
En la corteza de un átomo los electrones se colocan por capas:
• En la capa K caben 2 electrones.
• En la capa L caben 8 electrones.
• En la capa M caben 18 electrones.
• En la capa N caben 38 electrones.
Formación de iones
Si un átomo neutro pierde electro-nes, quedará con carga positiva y se tratará entonces de un catión.
Si un átomo neutro gana electro-nes, quedará con carga negativa y se tratará entonces de un anión.
K L M N
Órbitas
Núcleo
Aprende, aplica y avanza
1 Dibuja los electrones de las capas de estos átomos neutros a partir de la in-formación de los recuadros.
Z = 3N = 4A = 7
Z = 8N = 8A = 16
Z = 18N = 22A = 40
2 Completa la tabla e indica si se trata de un catión o de un anión.
N.º de protones N.º de neutrones N.º de electrones Z A Catión/Anión
8 7 10
12 10 23 Catión
1 0 1
a) b) c)
–
–– –
–
––
–
––
–
–
––
–
––
–
––
–
–
–
– + +++
+ ++++
+ +++
+ ++++
1 Los elementos químicos
Las sustancias químicas
En la naturaleza encontramos, de forma habitual, las sustancias químicas for-mando mezclas. Aquí trataremos la descripción y propiedades de las sustan-cias puras, su composición y representación. Para ello, será útil conocer la clasificación de los elementos químicos: el Sistema Periódico.
Las sustancias puras
Aprende, aplica y avanza
1 Completa el mapa conceptual sobre los elementos químicos y los tipos de sustancias. Utiliza para ello la información de un Sistema Periódico.
2 El grupo más numeroso de elementos químicos se denomina grupo de los me-tales. Entre sus características destacamos que son buenos conductores de la electricidad y la energía térmica, tienen brillo metálico y son dúctiles y maleables.
a) Busca en el diccionario el significado de dúctil y maleable:
• Dúctil: ...................................................................................................................................
• Maleable: .............................................................................................................................
b) Subraya los elementos químicos que son metales y escribe su símbolo químico:Cobre Hierro Oxígeno Carbono Platino Flúor
....................................................................................................................................................
con pueden ser
es decir
ELEMENTO QUÍMICO
SÍMBOLOS QUÍMICOS
ELEMENTO QUÍMICO
Mismo número atómico, Z
COMPUESTOSMismo número
de protonesELEMENTALES
Fe
..................
C
..................
O
..................
H
..................
CONJUNTO DE ÁTOMOS SUSTANCIAS QUÍMICAS
se denomina
si sus átomos son
se representan con
de diferente
del mismo
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2 El Sistema Periódico de los elementos químicos
Aprende, aplica y avanza
1 Completa la tabla.
Grupo 1
Grupo .........
Grupo 13
Grupo .........
Grupo .........
Grupo .........
Grupo .........
Grupo .........
Litio
Li
2 Completa, como en el ejemplo, el número de electrones que tienen estos elementos químicos.
Elemento GrupoN.º
electronesElemento Grupo
N.º electrones
Sodio, Na 1 1 Fósforo, ....... 15 5
Potasio, ........ Silicio, ........ 4
Magnesio, ........ Azufre, ........
Calcio, ........ Neón, ........
Todos los elementos químicos se recogen en el Sistema Periódico que tiene 7 filas, llamadas períodos, y 18 grupos, llamados también familias. Los elementos de cada familia tienen propiedades químicas similares.
El Sistema Periódico actual
Cs
Fr
Ba
Ra
Li
H
Be
Na Mg
K Ca
Rb Sr
La
Ac
Hf
Sc Ti
Y Zr
Ta W
V Cr
Nb Mo
Pr
Th Pa
Nd Pm
U Np
Sm Eu
Pu Am
Gd Td
Cm Bk
Dy
Cf
Ho
Es
Er Tm
Fm Md
Yb
No
Lu
Lr
CeCERIO PRASEODIMIO
TORIO PROTACTINIO
NEODIMIO PROMETIO
URANIO NEPTUNIO
SAMARIO EUROPIO
PLUTONIO AMERICIO
GADOLINIO TERBIO
CURIO BERKELIO
DISPROSIO
CALIFORNIO
HOLMIO
EINSTENIO
ERBIO TULIO
FERMIO MENDELEVIO
YTERBIO
NOBELIO
LUTECIO
LAURENCIO
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
140,12
232,04
140,91
(231)
144,24
238,03
(147)
(237)
150,35
(244)
151,96
(243)
157,25
(247)
162,5 164,93 167,26 168,93 173,04 174,97
(247) (251) (252) (257) (258) (259) (262)
158,92
In
Tl
Sn
Pb
B C
Al Si
Ga Ge
Sb
Bi
Te
Po
S
As Se
I
At
Xe
Rn
Cl Ar
N F Ne
He
Br Kr
Re Os
Mn Fe
Tc Ru
Ir Pt
Ds
Co Ni
Rh Pd
Au
Rg
Cu
Ag
Hg
Zn
Cd
Cn
1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
Re
B
P
O
BOHRIO
HELIO
Bh
CESIO
FRANCIO
BARIO
RADIO
LITIO
HIDRÓGENO
BERILIO
SODIO MAGNESIO
POTASIO CALCIO
RUBIDIO ESTRONCIO
LANTANO
ACTINIO
ESCANDIO
ITRIO
HAFNIO
RUTHERFORDIO
TITANIO
CIRCONIO
TÁNTALO
DUBNIO
WOLFRAMIO
SEABORGIO
VANADIO CROMO
NIOBIO MOLIBDENO
RENIO OSMIO
MANGANESO HIERRO
TECNECIO RUTENO
IRIDIO PLATINO
COBALTO NÍQUEL
RODIO PALADIO
MEITNERIO DARMSTADIOHASSIO
ORO
COBRE
PLATA
MERCURIO
CINC
CADMIO
COPERNICIOROENTGENIO
INDIO
TALIO
ESTAÑO
PLOMO
BORO
BORO
CARBONO
ALUMINIO SILICIO
GALIO GERMANIO
FÓSFORO AZUFRE
NITRÓGENO OXÍGENO FLÚOR NEÓN
ANTIMONIO
BISMUTO
TELURO
POLONIO
ARSÉNICO SELENIO
YODO
ASTATO
XENÓN
RADÓN
CLORO ARGÓN
BROMO KRIPTÓN
Rf Db Sg Hs Mt
Lantánidos
Actínidos
Fl Uup Lv Uus UuoUutLIVERMORIOFLEROVIO UNUNPENTIOUNUNTRIO UNUNCEPTIO UNONOCTIO
Metales Semimetales No metales Gases nobles Elementos químicos desconocidos
1
3
2
4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18
115 116 117113 114 118
1
3
19
11 12
4
20
37
55 56
38
87 88
21 22 23 24 25 26 27 28
86
105 106 107 108 109 110 111 112
57 72 73 74 76 77 78 79 80
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
29 30
89 104
75 81 82 83 84 85
49 50 51 52 53 54
31 32 33 34 35 36
13 14 15 16 17 18
5
5
6 7 8 9 10
21,008
6,939
22,99
39,102
9,012
24,305
40,08 44,956 47,90 50,942 51,996 54,938
(98)
55,847
101,07
58,933
102,90
4,003
10,811
10,811
12,011 14,007 15,999 18,998 20,183
26,981 28,086 30,97 32,064 35,453 39,95
58,71 63,54 65,37 69,72 72,59 74,922 78,96 79,909 83,80
106,4 107,87 112,4 114,82 118,69 121,75 127,6 126,90 131,3095,94
183,85 186,2 190,2 192,2 195,09 196,97 200,59 204,37 207,19 208,9 (210) (210) (222)
91,22
178,49
(265)
92,906
(268) (271) (270) (277) (276) (281) (280) (285) (284) (289) (288) (293) (294) (294)
180,95
85,47
(223)
87,62
137,34
(226)
88,905
138,91
(227)
132,9
Símbolo
Masaatómica
Nombre
Númeroatómico ESTADO DE AGREGACIÓN
Ne Gaseoso Ne Sólido
Hg Líquido Cf Sintético
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3 Uniones entre átomos
Un átomo es estable si posee en su última capa 8 electrones. Como hemos visto, sólo los átomos del grupo 18 (gases nobles), tienen 8 electrones en su última capa. Para conseguir este número de electrones, los átomos pueden compartir electrones o bien cederlos o ganarlos. Como resultado de lo ante-rior, los átomos se unen entre ellos.
La regla del octeto
1 Completa este mapa conceptual con la información sobre las uniones entre átomos.
2 Indica si los siguientes átomos tienen carga eléctrica neta, el signo de esta car-ga, positiva o negativa, y si son cationes o aniones. Fíjate para ello en el lugar que ocupan en el Sistema Periódico y completa las palabras que faltan:
a) Átomo de azufre, S, que ha ganado 2 electrones, tiene carga eléctrica ne-gativa y, por tanto, es un anión.
b) Átomo de sodio, .............., que ha perdido 1 electrón, tiene carga eléctrica
....................... y, por tanto, es un ....................... .
c) Átomo de ...................., O, que ha ganado 2 electrones, tiene ahora .......
...................... en su última capa, y tiene carga negativa; por tanto, es un anión.
d) Átomo de calcio, .............., que ha ....................... dos electrones, tiene carga
eléctrica positiva y, por tanto, es un ........................
COMPARTIR GANAR.......................
LOS ÁTOMOS
ELECTRONES EN SU ÚLTIMA CAPA
adquieren estabilidad si tienen
para ello pueden
UNO O VARIOS ELECTRONES
dando lugar a
IONES
con carga eléctrica
............................. NEGATIVA
CATIONES ANIONES
llamados llamados
Aprende, aplica y avanza
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4 Moléculas y cristales
Completa las frases y resume
Aprende, aplica y avanza
1 Explica con tus propias palabras el significado de estos términos:
a) Individualmente ..................................................................................................................
b) Colectivamente ..................................................................................................................
c) Número determinado .......................................................................................................
d) Dar lugar a .............................................................................................................................
2 Explica el significado de estas fórmulas químicas
a) Sustancias moleculares: b) Cristales:
• CH4 ........................................................ • AlCl3 ..................................................
................................................................. .............................................................
• NH3 ........................................................ • Fe2O3 .................................................
................................................................. .............................................................
MOLÉCULAS CRISTALES
Cuando se unen los átomos pueden dar lugar
Un número determinado de átomos comparten electrones
individualmente.
Cationes y aniones se unen por la
atracción de cargas de distinto signo.
Átomos del mismo metal se unen porque comparte de forma
colectiva sus electrones.
AmoniacoAgua NaCl Fe
Las sustancias moleculares, los cristales y su representación
Las sustancias moleculares y los cristales se re-presentan mediante fórmulas químicas, que nos dan información del número de átomos o de la proporción de átomos de diferente elemento químico. Si el número es uno, no se escribe el su-bíndice.
Por ejemplo:• Fórmula de un cristal: CaF2; así, por cada átomo
de calcio, Ca, hay 2 átomos de flúor, F.• Fórmula química de una sustancia molecular: H2O;
por tanto, en una molécula de agua hay 2 áto-mos de hidrógeno, H, y un átomo de oxígeno, O.
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5 Masas de átomos y moléculas 5
Para expresar la masa de un átomo, utilizamos una unidad de masa muy pe-queña, llamada unidad de masa atómica (u). A partir de la masa de los átomos de una molécula podemos calcular la masa de la molécula, y expresarla en unidades de masa atómica.
ElementoMasa
atómica (u)Elemento
Masa atómica (u)
ElementoMasa
atómica (u)
H 1,008 F 18,998 Cl 35,453
C 12,011 Na 22,990 Cu 36,546
N 14,007 Mg 24,305 K 39,098
O 15,999 Al 26,981 Fe 55,845
Masas molecularesPara calcular la masa de una molécula, ne-cesitamos conocer su fórmula química y la masa de los átomos que la componen.
Masas de sustancias que forman cristalesEn el caso de cristales, como el número de átomos no está definido, nos limita-mos a calcular la masa que corresponde a la fórmula del compuesto; por eso se de-nomina masa de la unidad fórmula.
Masas de los átomos de algunos elementos químicos
1 A partir de los datos de la tabla, calcula la masa molecular, o masa de la uni-dad fórmula, de estas sustancias:
a) CH4. c) AlCl3.
b) NH3. d) Fe2O3.
CO2 mCO2 = mC + 2 · mO
N2 mN2 = 2 · mN
BaF2
mBaF2 = mBa + 2 · mF
Aprende, aplica y avanza
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6 Sustancias químicas de especial interés
Realiza una pequeña investigación
El estudio del enlace químico permite predecir y justificar las propiedades de una sustancia, lo que podemos utilizar para aplicarla en diferentes usos.
Grafeno
• Es una sustancia formada por láminas de átomos de carbono.
• Es muy ligero, por lo que tendrá numerosas aplicaciones en la industria automovilística y aeronáutica.
• Es el mejor conductor de la electricidad; los prototipos de baterías con electrodos de grafeno duran mucho tiempo y su carga es muy rápida.
• Se podría utilizar para construir ordenadores mucho más eficientes.
• Es biocompatible y biodegradable; por ello, se podría aplicar en medicina.
Titanio y óxido de titanio
El óxido de titanio se utiliza en prótesis debi-do a su gran resistencia, tanto al peso como al movimiento de la articulación y a su biocom-patibilidad. También tiene otras aplicaciones en otros sectores.
El grafeno y el titanio
1 El óxido de titanio, TiO2, se utiliza en muchos productos, pues sus propieda-des son muy diversas. El código de este aditivo es E171.
Busca entre los productos que tengas en casa aquellos en cuya etiqueta apa-rezca como ingredientes o formulación, dióxido de titanio, o titanium dioxi-de, o su código E171. Elabora una lista con estos productos e investiga cuál es su uso en cada producto. Para esto último puedes consultar Internet o preguntar a tu profesor o profesora.
Producto Uso
Crema solar Filtro para rayos UV