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Ciencias Naturales 9 INSTITUTO INTEGRADO FRANCISCO SERRANO MUÑOZ “Somosunainstitución que progresa” SAN JUAN GIRÓN ¿De qué manera la energía eléctrica influye en los ciclos biogeoquímicos para el funcionamiento y dinámica de los ecosistemas? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL Esp. Blanca Inés Villamizar - Diana Marcela Roa - Luis Alberto Afanador CUARTO PERIODO AÑO 2021 GRADO 7° NOMBRE DEL ESTUDIANTE: GRUPO: COMPETENCIAS Biología: BÁSICAS: Caracteriza ecosistemas y analiza el equilibrio dinámico entre sus poblaciones. CIUDADANAS: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personas o grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales. LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a mi disposición. Física: BÁSICAS: Comprende la ley de inducción electromagnética y sus aplicaciones. CIUDADANA: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personas o grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales. LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a mi disposición. Química: BÁSICAS: Determina los factores químicos y fsicos que influyen en la dinámica poblacional. CIUDADANA: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personas o grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales. LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a mi disposición. DESEMPEÑOS Explica en forma acertada la relación que existe entre los diferentes ciclos biogeoquímicos y el medio ambiente. Experimenta la formación de campos magnéticos utilizando diferentes imanes y electroimanes. Realiza modelos de moléculas evidenciando la formación de enlaces. CONTENIDOS Ciclos biogeoquímicos Campo magnético Centrales hidroeléctricas Formación de moléculas Enlaces químicos Agua TIEMPOS Fecha de publicación o entrega de la guía: septiembre 27 de 2021 Fecha máxima de presentación de las evidencias: noviembre 12 de 2021 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS El término Ciclo Biogeoquímico deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e interviene un cambio químico. Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes. Estos son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra. La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos. Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos como el del fósforo y del azufre que son de tipo sedimentario (los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre) y del carbono, nitrógeno y oxígeno que son de tipo gaseoso (los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos). Para el caso particular del ciclo del agua o hidrológico, esta circula entre el océano, la atmósfera, la tierra y los organismos vivos; este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta. BIOLOGÍA

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Ciencias Naturales 9

INSTITUTO INTEGRADO FRANCISCO SERRANO MUÑOZ“Somosunainstituciónque

progresa”SAN JUAN

GIRÓN

¿De qué manera la energía eléctrica influye en los ciclos biogeoquímicospara el funcionamiento y dinámica de los ecosistemas?

CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTALEsp. Blanca Inés Villamizar - Diana Marcela Roa - Luis Alberto Afanador

CUARTO PERIODO

AÑO 2021GRADO 7°

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: GRUPO:

COMPETENCIAS

Biología:BÁSICAS: Caracteriza ecosistemas y analiza el equilibrio dinámico entre sus poblaciones.CIUDADANAS: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personaso grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales.LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a midisposición.Física:BÁSICAS: Comprende la ley de inducción electromagnética y sus aplicaciones.CIUDADANA: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personaso grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales.LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a midisposición.Química:BÁSICAS: Determina los factores químicos y fsicos que influyen en la dinámica poblacional.CIUDADANA: Comprendo que el respeto por la diferencia no significa aceptar que otras personaso grupos vulneren derechos humanos o normas constitucionales.LABORALES GENERALES DE TIPO PERSONAL: Utiliza adecuadamente los espacios y recursos a midisposición.

DESEMPEÑOS Explica en forma acertada la relación que existe entre los diferentes ciclos biogeoquímicos y el

medio ambiente. Experimenta la formación de campos magnéticos utilizando diferentes imanes y electroimanes. Realiza modelos de moléculas evidenciando la formación de enlaces.

CONTENIDOS

Ciclos biogeoquímicosCampo magnéticoCentrales hidroeléctricasFormación de moléculasEnlaces químicosAgua

TIEMPOS Fecha de publicación o entrega de la guía: septiembre 27 de 2021Fecha máxima de presentación de las evidencias: noviembre 12 de 2021

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

El término Ciclo Biogeoquímico deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismosbiológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e interviene un cambio químico. Gracias a los ciclos biogeoquímicos,los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos cicloslos seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes. Estos son procesos naturales que reciclan elementosen diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono,oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivosde la Tierra.

La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias utilizadas por los organismosno se"pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sinembargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemascomo fuera de ellos.

Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos como el del fósforo y del azufre que son de tipo sedimentario (losnutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre) y del carbono, nitrógeno y oxígeno que son de tipogaseoso (los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos). Para el caso particulardel ciclo del agua o hidrológico, esta circula entre el océano, la atmósfera, la tierra y los organismos vivos; esteciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.

BIOLOGÍA

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CICLO DEL AGUA O CICLO HIDROLÓGICOEl ciclo hidrológico se define como el "proceso integrante de los flujosde agua, energía y algunas sustancias químicas". En la figura se resumen cualitativamente los principaleselementos componentes del ciclo hidrológico.

Así, el agua cae sobre la superficie terrestre en forma de precipitación líquida o sólida (nieve, granizo, etc.).Parte de aquella puede ser evaporada antes de tocar la superficie terrestre. Aquella fracción que alcanza lavegetación es parcialmente retenida por las hojas y cobertura foliar de las plantas (intercepción). De allí, unaparte es evaporada nuevamente hacia la atmósfera o escurre y cae hacia el suelo, desde donde puede infiltrarseo escurrir por las laderas siguiendo la dirección por las mayores pendientes del terreno.

Aquella fracción que se infiltra puede seguir 3 rutas bien definidas: una parte es absorbida por la zona radicular delas plantas y llega a formar parte activa de los tejidos de las plantas o transpirada nuevamente hacia laatmósfera; puede desplazarse paralelamente a la superficie del terreno a través de la zona no saturada delterreno, como flujo subsuperficial hasta llegar a aflorar en los nacimientos o manantiales y la otra ruta escontinuar infiltrándose hasta llegar a la zona saturada del terreno, donde recargará el almacenamiento de aguassubterráneas.

Las aguas subterráneas, que se hallan limitadas en su parte inferior por depósitos impermeables (arcillas,formaciones rocosas, etc.) no permanecen estáticas, sino que a su vez se desplazan entre dos sitios condiferencias en sus equipotenciales. No hay que olvidar que la evaporación es un proceso continuo cuasi-estacionario presente en todos los puntos de la cuenca, el cual va desde la evapotranspiración en la vegetaciónhasta aquella proveniente de la superficie del terreno, los cuerpos abiertos de agua, las corrientes principales ysecundarias y las zonas no saturadas y saturadas del terreno.

Como puede verse, el ciclo hidrológico comprende una serie de interacciones continuas bastante complejas y decarácter no lineal. En conclusión, se puede definir:

- El ciclo hidrológico es la sucesión de estados que atraviesa el agua al pasar de la atmósfera a la tierra y volvera la atmósfera: evaporación del suelo, del mar, o de superficies de aguas continentales; condensación para formarnubes, precipitación, acumulación en el suelo y en superficies de agua y re evaporación.

- El ciclo hidrológico externo es la componente del ciclo hidrológico tal que el vapor de agua evaporado de lasuperficie del mar se condensa bajo la forma de precipitación, la cual cae sobre los continentes.

- El ciclo hidrológico interno es la componente del ciclo hidrológico limitado a una cierta superficie continental: elvapor de agua evaporado por esta superficie se condensa bajo la forma de precipitación dentro de los límites deesta misma región. (En realidad, parte del agua evaporada no entra dentro de la circulación interna porque esarrastrada por los vientos fuera de los límites del territorio dado).

CICLO DEL CARBONO

El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque proteínas, ácidos nucleicos,carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono. El ciclo del carbono es un ciclobiogeoquímico donde el carbono sufre distintas transformaciones a lo largo del tiempo. Este ciclo juega un papel

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importante en la regulación del clima del planeta. Este elemento se encuentra depositado en todas las esferasdel sistema global en diferentes formas: en la atmósfera como dióxido de carbono, metano y otros componentes;en la hidrosfera, en forma de dióxido de carbono disuelto en al agua; en la litósfera, en las rocas y en depósitos decarbón, petróleo y gas; en la biosfera, en los carbohidratos; en la antropósfera, en diferentes formas en los objetoscreado por la sociedad. El carbono circula entre la atmósfera, la hidrosfera, la biosfera y la litosfera por medio dela interacción en escalas de tiempo que van desde procesos que demoran algunas horas, días, meses y estacioneshasta aquellos que tardan largos periodos geológicos.

En resumen, los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes:

• El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el procesode fotosíntesis.

• Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanoso el suelo.

• Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono almedio ambiente.

• El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos enla interacción entre el aire y el agua.

• Desde 1750, la concentración de CO2 ha aumentado de manera significativa. Aquí se muestra un gráficode la concentración detectada de núcleos de hielo en Low Dome, Antártida.

Además, el ciclo del carbono tiene procesos muy rápidos, rápidos, lentos y muy lentos.

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El CO2 proviene de varias fuentes. Por ejemplo, las plantas absorben el dióxido de carbono para la madera, lasramas y hojas. Luego, las liberan a la atmósfera cuando las hojas caen o el árbol muere. La preocupación actual esque hay combustible fósil que está siendo insertado en la atmósfera en concentraciones enormes de CO2 a unatasa tan acelerada que es más alta de lo que el sistema climático puede tolerar o adaptarse.

CICLO DEL NITRÓGENO

La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno, donde constituye hasta un 78 % de los gases. Sin embargo,como la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar aminoácidos y otroscompuestos nitrogenados, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar dela gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitantepara el crecimiento de los vegetales.

El proceso a través del cual circula nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico se denomina ciclo delnitrógeno.

¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA?

Una central hidroeléctrica aprovecha las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos paratransformarlas en energía eléctrica. Para ello, utiliza turbinas acopladas a los alternadores. Según la potenciainstalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:

• Centrales hidroeléctricas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.• Mini centrales hidroeléctricas: entre 1MW y 10MW.• Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

FÍSICA

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Componentes principales de la central hidroeléctrica

• La presa. Responsable de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.• Rebosaderos. Elementos que permiten liberar parte del agua retenida sin que pase por la sala de máquinas.• Destructores de energía. Reducen la energía del agua para evitar erosiones en el terreno o sobrecarga.Los dos tipos principales son:Los dientes o prismas de cemento. Provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.Los deflectores de salto de esquí. Disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a travésdel choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.• Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementosde regulación y control de la central.• Turbina. Transforman la energía cinética de una corriente de agua en energía mecánica.• Alternador. Tipo de generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica.

Conducciones

La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones. En el caso delos canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Suconstrucción está siempre supeditada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir untúnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado. La parte final del recorrido del agua desde la cámarade carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías seutiliza acero para saltos de agua de hasta 2000 m y hormigón para saltos de agua de 500m.

• Válvulas.• Dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.• Chimeneas de equilibrio.• Pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que producecuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas.

La presa

La presa es un elemento esencial de la central hidráulica. Se encarga de contener el agua de un río y almacenarlaen un embalse. Su construcción crea un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferentedespués de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía. La forma de la prensa dependeprincipalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se ubica. Según el material utilizado, existenpresas de tierra y presas de hormigón.Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Dependiendo de su estructura, se puedenclasificar en:• Presas de gravedad. De larga duración, no necesitan mantenimiento. Su altura está limitada por la resistenciadel terreno. Tienen forma triangular y una base ancha que estrecha en la parte superior.• Presa de vuelta. Su pared tiene forma curva. La presión provocada por el agua se transmite íntegramente hacialas paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menoshormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir.• Presas de contrafuertes. Dispone de una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares deforma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. En general, se utilizan en terrenospoco estables y no son muy económicas.

La turbina hidráulica

La turbina hidráulica es el elemento fundamental con el que se aprovecha la energía. Transforman la energíacinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua en energía mecánica. Su componente más importantees el rotor, que tiene una serie de palas impulsadas por el agua en movimiento. Las turbinas hidráulicas sepueden clasificar en dos grupos:

• Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente enenergía cinética. Su característica principal es que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida delrodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.• Turbinas de reacción. Solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética.El agua tiene una presión menor en la salida que en la entrada.Las turbinas más utilizadas y con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Sus característicastécnicas y sus aplicaciones más destacadas son:• Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de granaltura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposiciónhorizontal del eje.• Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas delrodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen decaudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo.Se pueden instalar con el eje en posición horizontal o en posición vertical, pero, en general, la disposición máshabitual es la de eje vertical.• Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudalesmedianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalarde forma horizontal o inclinada.

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Tipos de central hidroeléctrica

Las centrales hidroeléctricas dependen de las características y peculiaridades del lugar donde se construyen. Enbase a ello, se pueden distinguir tres modelos:

• Centrales de agua fluyente. El terreno no presenta mucho desnivel. Es necesario que el caudal del río sea losuficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. En la temporadade precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durantela época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano. Notiene embalse.• Centrales de embalses. Cuentan con una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena unvolumen considerable de agua por encima de las turbinas. El embalse puede producir energía eléctrica durantetodo el año, aunque el río se seque completamente durante algunos meses. Estas centrales exigen, generalmente,una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Existen dos variantes de este tipo de centrales:• Centrales a pie de presa. En un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una alturadeterminada. La sala de turbinas se sitúa después de la presa.• Centrales por derivación de las aguas. Las aguas del río se desvían mediante una pequeña presa y se conducenmediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible. Después, llegan hasta un pequeñodepósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la salade turbinas. Posteriormente, el agua se devuelve río abajo, mediante un canal de descarga. Los desniveles de estetipo de centrales son más grandes que en las centrales a pie de presa.• Centrales de bombeo o reversibles. Disponen de dos embalses situados a niveles diferentes. Cuando la demandadiaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: elagua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalseinferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua se bombea al embalse superior para que vuelva ahacer el ciclo productivo. Este tipo de central utilizan los recursos hídricos de una forma más racional.

Funcionamiento de una central hidroeléctrica

La presa se sitúa en el curso de un río donde, artificialmente, acumula un volumen de agua para formar unembalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad.Para ello, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería depresión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. Elagua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendofuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas, el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica,transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generadoreléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez hacedido su energía, vuelve al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.

Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas se caracterizan por ser limpias y por no necesitar combustible para funcionar.Además, sus embalses se pueden utilizar para suministrar agua a las poblaciones cercanas, como protección contralas inundaciones o para regar. También es importante señalar que las centrales tienen costes de explotación ymantenimientos bajos, y que las turbinas hidráulicas son de fácil control y mantenimiento. A pesar de todas estasventajas, las centrales hidroeléctricas también presentan varios inconvenientes, como, por ejemplo, su elevadotiempo de construcción o los elevados costes de infraestructuras y de inversión por kilovatio insta lado. Además,la generación de energía depende de las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.

Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas

La electricidad de origen hidráulico se ha considerado siempre una alternativa energética limpia. Sin embargo,existen diversos efectos ambientales derivados de la construcción y la infraestructura de las centraleshidroeléctricas. Entre ellos podemos señalar que altera el territorio, modifica el ciclo de vida de la fauna, dificultala navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas).Además, reduce el caudal de los ríos, modifica el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsaday el microclima. Los costos ambientales y sociales de este tipo de centrales pueden evitarse o reducirse si seevalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas.

MOLÉCULAS Y COMPUESTOS

Los compuestos se pueden clasificar como iónicos o covalentes. Las moléculas son la unidad más simple de uncompuesto covalente, y las moléculas se pueden representar de muchas maneras diferentes.Enlaces covalentes y moléculasSe forma un enlace covalente cuando dos átomos comparten pares de electrones. En un enlace covalente, laestabilidad del enlace proviene de la atracción electrostática que comparten los dos núcleos atómicos con cargapositiva, y los electrones con carga negativa que comparten entre los dos.

QUÍMICA

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Cuando se combinan los átomos al formar enlaces covalentes, el grupo de átomos que resulta se conoce comomolécula. Por lo tanto, podemos decir que una molécula es la unidad más simple de un compuesto covalente.Como ahora podremos ver, hay una variedad de formas distintas de representar y dibujar moléculas.

Representación de moléculas: fórmulas químicas

Las fórmulas químicas, a veces llamadas fórmulas moleculares, son la forma más simple de representarmoléculas. En una fórmula química, utilizamos los símbolos de los elementos de la tabla periódica para indicar quéelementos están presentes, y usamos subíndices para indicar cuántos átomos de cada elemento existen dentrode la molécula. Por ejemplo, una sola molécula de NH3, amoníaco, contiene un átomo de nitrógeno y tresátomos de hidrógeno.

En contraste, una sola molécula de N2H4, Hidracina, contiene dos átomos de nitrógeno y cuatro átomos dehidrógeno.

IONES Y FORMACIÓN DE IONES

Ahora que hemos entendido los enlaces covalentes, podemos empezar a analizar el otro tipo principal de enlacequímico, el enlace iónico. A diferencia de los enlaces covalentes, en los que pares de electrones se compartenentre los átomos, un enlace iónico se forma cuando dos iones con cargas opuestas se atraen entre sí. Para ilustraresto mejor, primero tenemos que examinar la estructura y formación de los iones.Recuerda que los átomos neutros tienen igual número de protones y electrones. El resultado de esto es que lacarga positiva total de los protones cancela exactamente la carga negativa total de los electrones, por lo que elátomo tiene una carga general, o carga neta, de cero.Sin embargo, si un átomo gana o pierde electrones, se rompe el equilibrio entre protones y electrones, y elátomo se convierte en un ion (una especie con carga neta). Veamos primero lo que pasa cuando un átomoneutro pierde un electrón:

A continuación, veremos la formación de un anión, un ion con una carga neta negativa.

ENLACES IÓNICOS

En la última sección, analizamos cómo el sodio puede perder un electrón para formar el catión Na+, y por otraparte, cómo el cloro puede ganar un electrón para formar el anión Cl-. Pero en realidad este proceso puedeocurrir completo en un solo paso cuando el sodio regala su electrón al cloro. Podemos ilustrar esto como sigue:

Ciencias Naturales 16

Aquí podemos ver cómo se transfiere un electrón del sodio al cloro para formar los iones Na+ y Cl- . Una vez quese forman estos iones, hay una fuerte atracción electrostática entre ellos, lo que lleva a la formación de unenlace iónico. Podemos ver que uno de los principales factores que distingue los enlaces iónicos de los covalenteses que en los enlaces iónicos los electrones se transfieren completamente, mientras que en los enlacescovalentes, los electrones se comparten.

El dibujo de enlaces iónicos

Ahora consideraremos las diferentes maneras de dibujar o representar los enlaces iónicos. Seguiremosestudiando el compuesto iónico más comúnmente conocido, el cloruro de sodio, también llamado sal de mesa. Sepuede representar un solo enlace iónico en el cloruro de sodio de la siguiente manera:

Al catión de sodio con carga positiva y al anión de cloruro con carga negativa les gusta colocarse uno junto al otrodebido a su atracción electrostática mutua. Puesto que no se comparten electrones, no mostramos un enlaceiónico con una línea como lo hacemos para los enlaces covalentes. Sencillamente reconocemos que la atracciónexiste por los signos de cargas opuestas en los iones.El diagrama anterior, sin embargo, es solo un modelo. En la naturaleza, el cloruro de sodio no existe como un solocatión de sodio unido con un solo anión de cloruro. Como mencionamos antes, el cloruro de sodio es la sal demesa, y si pudiéramos usar un microscopio súper poderoso con en el que fuera posible ver la sal de mesa a nivelatómico, veríamos algo como la estructura siguiente:

Compuestos covalentes vs compuestos iónicos: moléculas vs celdas unitarias.

Ya que hemos analizado lo básico tanto de los enlaces covalentes como de los iónicos, tenemos que hacer unascuantas diferencias necesarias. Sabemos que un grupo de átomos unidos solo por enlaces covalentes se conocecomo molécula. Se debe enfatizar, sin embargo, que la palabra molécula solo se debe usar para referirse acompuestos covalentes. En un compuesto iónico, como el cloruro de sodio, no existe algo como una solamolécula de cloruro de sodio, puesto que, en realidad, el cloruro de sodio está hecho de muchos iones de sodioy cloro unidos en una gran red cristalina, como lo vimos en el diagrama anterior. Como tal, nos referimos a unpedazo de NaCl no como una molécula sino como una celda unitaria. Hay que tener en cuenta que una sola celdaunitaria, a diferencia de una sola molécula, en general no existe en la naturaleza, simplemente usamos las celdasunitarias por conveniencia y para facilitar su alusión.

CONCLUSIÓN:

Todos los enlaces químicos se deben a la atracción electrostática. Cuando los átomos se combinan a través deenlaces químicos, forman compuestos, es decir estructuras únicas que se conforman de dos o más átomos. Lacomposición básica de un compuesto se puede manifestar mediante el uso de una fórmula química. Unafórmula química utiliza símbolos de la tabla periódica para indicar los tipos de elementos presentes en uncompuesto en particular, y usa subíndices para representar el número de cada tipo de elemento presente. Loscompuestos pueden ser covalentes o iónicos. En los compuestos covalentes, los átomos forman enlacescovalentes que consisten de núcleos atómicos adyacentes que comparten pares de electrones. Un ejemplo decompuesto covalente es el amoniaco. La fórmula química del amoniaco es NH3, que nos dice que en una solamolécula de amoniaco hay un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. La estructura de uncompuesto covalente se puede representar a través de modelos espaciales, así como de modelos de esferas ybarras.

En los compuestos iónicos, los electrones se transfieren completamente de un átomo a otro, de manera que seforma un catión (ion con carga positiva), y un anión (ion con carga negativa). La fuerte atracción electrostáticaentre cationes y aniones adyacentes se conoce como enlace iónico. El ejemplo más común de un compuestoiónico es el cloruro de sodio, NaCl, mejor conocido como sal de mesa. A diferencia de los compuestos covalentes,

Ciencias Naturales 17

no existe algo como una molécula de un compuesto iónico. Esto se debe a que, en la naturaleza, el NaCl noexiste en unidades individuales, sino en estructuras de red cristalina que se conforman de muchos iones de Na+

y Cl- que se alternan en el espacio. La fórmula química NaCl especifica una celda unitaria de este compuesto.

1. Haga un cuadro comparativo entre los diferentes ciclos biogeoquímicos y diga que aporta cada uno al medioambiente.

2. Elabore en esquema mental por cada ciclo biogeoquímico.

3. Definir los siguientes conceptos:

- Ciclo biogeoquímico: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________- Agua: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________- Recursos naturales: ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Realiza un resumen de cómo se da cada uno de los ciclos biogeoquímicos:

Nitrógeno

Carbono

Fosforo

Oxigeno

Azufre

5. ¿Observa el siguiente ciclo biogeoquímico y responde?

ACTIVIDADES DE BILOGÍA

Ciencias Naturales 18

a. ¿Qué ciclo representa? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b. ¿Qué fuentes de energía son necesarias para que este ciclo sea efectivo? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c. ¿Cómo es obtenido el dióxido de carbono que va al aire? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Observa el ciclo del agua (dibújalo) y con relación a este ciclo responde:

a. ¿Cómo este ciclo del agua interviene en el desarrollo de los seres vivos? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b. ¿Cómo afecta el ciclo del agua en el momento de las precipitaciones a el agua de los ríos, los lagos y los mares,si es una zona de alto auge industrial? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. ¿Qué transformaciones energéticas tienen lugar en una central hidráulica? ¿En qué dispositivos se realiza cadauna de ellas?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué es una central de bombeo? ¿De qué tipos puede ser? ¿Qué diferencias existen entre ellas?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Qué analogías y qué diferencias existen entre una central de agua embalsada y una de agua fluyente? ¿Enqué casos se utiliza una y otra?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿En qué se diferencian las centrales de agua embalsada y las de agua fluyente?

ACTIVIDADES DE FÍSICA

Ciencias Naturales 19

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Qué son presas de vertedero o rebose?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Resuelve las siguientes preguntas:

1. La fórmula química del ácido acético, un ácido común que se encuentra en el vinagre, es C2H4O2 ¿Cuántosátomos de oxígeno hay en tres moléculas de ácido acético?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué tipo de compuestos están hechos de moléculas, los iónicos o los covalentes, justifique tu respuesta?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDADES DE QUÍMICA

Ciencias Naturales 20