CAPÍTULO 1 / EJERCICIOS

LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES | EJERCICIOS

El átomo y las moléculas

1. Dibuja cómo está compuesto un átomo y describe las características de cada parte:

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Identifica cuáles de los siguientes enunciados son verdaderos (V) y cuáles son falsos (F). Justifica todas las respuestas.

Las moléculas de la materia en estado gaseoso tienen poca distancia de separación. (  )

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Los átomos están formados por partículas subatómicas llamadas aniones y cationes. (  )

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Las moléculas de un cuerpo sólido no tienen posiciones fijas, es decir, que pueden moverse libremente. (  )

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Según la teoría de Dalton, los átomos de un mismo elemento tienen las mismas propiedades. (  )

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El número atómico está formado por la suma de los protones y los electrones, y éste se representa con la letra Z. (  )

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Las moléculas compuestas están formadas por átomos de un mismo elemento. (  )

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Estados de agregación de la materia

1. Describe cuáles son los tipos de sólidos:

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2. Establece cuatro diferencias entre los estados sólido, líquido y gaseoso:

Sólido Líquido Gaseoso

Características y estructura general de la atmósfera

1. Realiza un mapa conceptual sobre el ciclo del nitrógeno.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. La atmósfera está compuesta por cinco subcapas atmosféricas. En el siguiente cuadro, agrega el nombre de la subcapa correspondiente a cada descripción.

Subcapa Descripción
También conocida como ionósfera, es aquella capa donde los rayos gamma, los rayos X y la radiación ultravioleta proveniente del espacio producen la ionización de átomos y moléculas, lo que su vez genera un aumento en la temperatura.
Es conocida por ser la capa donde se observan las estrellas fugaces, meteoroides que se desintegran al ingresar a nuestro planeta. También se caracteriza por presentar mayor formación de turbulencias producto de la baja densidad del aire.
Es la subcapa que está en contacto con la superficie terrestre. En ella ocurren los fenómenos meteorológicos como tormentas tropicales, lluvias, vientos y huracanes.
Por su composición es la capa más densa de la atmósfera, ya que contiene la mayor parte del oxigeno, además del vapor de agua.
Se ubica a 50 km de altitud y debe su nombre a su organización estratificada. La principal característica de esta subcapa es que contiene el 90 % del ozono presente en la atmósfera, este compuesto químico tiene la función de proteger al planeta de las radiaciones nocivas provenientes del espacio.
Es la capa de transición entre la atmósfera y el espacio. Debido a ello, los gases en esta capa pierden sus propiedades fisicoquímicas y se dispersan hasta alcanzar una composición similar a la del espacio.

Mezclas HETEROGÉNEAS

1. Menciona tres ejemplos de mezclas coloidales y tres ejemplos de suspensiones:

Mezclas coloidales Suspenciones

 

2. Explica en qué consiste el efecto Tyndall y cómo puede ayudar en el diagnóstico de la uveítis:

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Mezclas homogéneas: relación soluto-solvente

1. Describe tres ejemplos de mezclas homogéneas que pueden ser útiles para la humanidad:

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2. Investiga y describe cinco técnicas de separación de mezclas homogéneas:

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El agua como solvente universal

1. Explica por qué el agua es considerada un solvente universal:

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2. Indica cuatro ejemplos de sustancias hidrofílicas, hidrofóbicas y anfipáticas:

Hidrofílicas

Hidrofóbicas

Anfipáticas

Separación de mezclas

1. Investiga y menciona un ejemplo para cada método de separación empleado en la industria:

EVAPORACIÓN: _______________________________________________________________________________________

SUBLIMACIÓN: ________________________________________________________________________________________

SEDIMENTACIÓN: ______________________________________________________________________________________

FLOTACIÓN: __________________________________________________________________________________________

DECANTACIÓN: ________________________________________________________________________________________

TAMIZACIÓN: _________________________________________________________________________________________

FILTRACIÓN: __________________________________________________________________________________________

CENTRIFUGACIÓN: _____________________________________________________________________________________

DESTILACIÓN: _________________________________________________________________________________________

CRISTALIZACIÓN: ______________________________________________________________________________________

PRECIPITACIÓN: _______________________________________________________________________________________

2. Identifica qué técnica de separación se está empleando en cada imagen.

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Transformación de la materia

  1. Describe 5 reacciones químicas que ocurren en nuestro cuerpo:

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2. Basándote en las reacciones químicas de nuestro cuerpo descritas en la pregunta anterior. Explica: ¿cuáles son endotérmicas y cuáles son exotérmicas? ¿Por qué?

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Cambios químicos: combustión y corrosión

1. Establece cuatro diferencias entre la combustión y la corrosión:

Combustión Corrosión

2. Describe tres métodos empleados por el hombre para reducir la combustión:

a)

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b)

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c)

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Los alcanos

Los alcanos son compuestos que están formados solo por enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno. Comúnmente se los suele llamar también hidrocarburos.

El alcano más simple es el metano, cuya fórmula molecular es CH4. Admitiendo la tetravalencia del carbono y la monovalencia del hidrógeno, solamente es posible una estructura para el metano:

El alcano con dos átomos de carbono, el etano, tiene por fórmula molecular C2H6. Su fórmula estructural es:

Cuando el número de átomos de carbono es n, su fórmula molecular es CnH2n+2. Los alcanos pueden suponerse derivados del metano por sustitución sucesiva de un hidrógeno por un grupo metilo, CH3.

Los alcanos pueden ser de cadena lineal o de cadena ramificada. En la cadena normal cada átomo de carbono está unido directamente a lo sumo a otros dos, es decir, los carbonos son primarios o secundarios; en las cadenas ramificadas existen también átomos de carbono terciarios o cuaternarios:

 

El metano es el alcano más simple.

Una cadena ramificada se puede considerar como una cadena normal en la que la parte de sus átomos de hidrógeno han sido sustituidos por grupos CnH2n+1, que se denominan cadenas laterales.

Dado que la fórmula estructural desarrollada ocupa mucho espacio, para los alcanos de cadena larga se acostumbra usar la fórmula estructural abreviada, que se escribe poniendo entre paréntesis las cadenas laterales (y los sustituyentes) para indicar que esos átomos o grupos están directamente unidos al átomo de carbono precedente no escrito entre paréntesis. Por ejemplo, la última fórmula que hemos escrito en forma desarrollada, en forma abreviada se escribiría:

CH3 CH(CH3)CH2 C(CH3)3

Nomenclatura de los alcanos

Los primeros químicos nombraban en general los compuestos haciendo referencia a su origen. Esto dio lugar a una nomenclatura vulgar que, en muchos casos, aún se emplea. A medida que fue aumentando el número de compuestos orgánicos conocidos se fue haciendo evidente la necesidad de sistematizar la nomenclatura, de manera que el nombre de un compuesto reflejara su estructura. La nomenclatura actual se basa en la establecida en el Congreso de Química de Ginebra de 1892 (nomenclatura de Ginebra), que ha sido revisada repetidas veces, siendo las últimas reglas las que recomendó en 1957 la Comisión de Nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). En esta obra seguiremos el sistema de la IUPAC, aunque usaremos nombres vulgares cuando éstos estén muy arraigados.

Los cuatro primeros alcanos tienen nombres especiales (relacionados con su historia); a partir del quinto término se nombran según el prefijo griego o latino correspondiente al número de átomos seguido de la terminación -ano.

Los alcanos de cadena normal se indican colocando una n delante del nombre (n-butano) cuando se los quiere diferenciar de los que tienen el mismo número de átomos de carbono pero cadena ramificada en el primer enlace, a los que se antepone el prefijo iso- (iso-butano).

Los radicales monovalentes que se forman eliminando un átomo de hidrógeno de un carbono extremo de un alcano se denominan radicales alquilo. El nombre de cada radical se obtiene cambiando el sufijo -ano del nombre del alcano por -ilo, o bien por -il si el nombre del radical antecede en el nombre del compuesto (por ejemplo, el radical metilo o metil es CH3).

Para nombrar a los hidrocarburos ramificados se elige la cadena más larga y el compuesto se nombra como derivado de ese alcano de cadena normal. La cadena de carbonos se numera de un extremo a otro, eligiendo empezar por el extremo que permita que los números usados para ubicar las cadenas laterales sean lo más bajos posible. Por ejemplo, el 2-etil-3-metil-pentano sería:

Al examinar las fórmulas de los alcanos se observa que dos cualesquiera de ellos se diferencian en uno o más CH2. Una serie de compuestos en la que, como en las parafinas, los sucesivos términos se diferencian en un CH2 se denomina serie homóloga, denominándose homólogos los términos de la misma.

Los constantes físicas (densidad, solubilidad, punto de fusión, índice de refracción, etc.) de los términos de una misma serie homóloga suelen variar de un modo continuo con el aumento del peso molecular, sobre todo los puntos de fusión y de ebullición.

Propiedades generales de los alcanos

Las propiedades físicas de los alcanos siguen la gradación propia de los términos de una serie homóloga. Los cuatro primeros términos de los alcanos normales son gaseosos, del 5 al 16 son líquidos y los términos superiores, sólidos. Son incoloros e inodoros, insolubles en agua, miscibles entre sí y fácilmente solubles en disolventes orgánicos, tales como éter, sulfuro de carbono, benceno, etc. Fácilmente combustibles, arden con llama tanto más luminosa cuanto mayor es el número de carbonos de su molécula. Son estables y químicamente inertes puesto que a temperatura ambiente no son atacados por los ácidos ni las bases fuertes; ésta es la razón por la que se les denomina también parafinas (poca afinidad). Los halógenos se combinan con ellos por sustitución, formándose el derivado halogenado y el hidrácido correspondiente. Así, el metano reacciona con gas cloro dando cloruro de metilo y cloruro de hidrógeno:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

El proceso puede proseguir hasta la sustitución de todos los hidrógenos por átomos de Cl, formándose tetracloruro de carbono.

El alcano más importante es el metano, que es muy estable, ya que sólo empieza a descomponerse por encima de los 600 °C.

Los alcanos son incoloros, inoloros e insolubles en agua.

Estado natural de los alcanos

Los alcanos son compuestos muy abundantes en la naturaleza. El primer término de la serie, el metano, se desprende en los pantanos como producto de la descomposición de sustancias orgánicas por acción de bacterias anaerobias (es decir, en ausencia de aire); de ahí su antiguo nombre de gas de los pantanos. También se desprende en las minas de carbón (grisú), donde puede provocar peligrosas explosiones. Es el principal componente del gas natural, cada día más utilizado por ser un combustible limpio y de elevado poder calorífico. Los demás alcanos se hallan contenidos en el gas natural y en el petróleo, del que pueden obtenerse muchos hidrocarburos saturados por destilación fraccionada. El propano y el butano son constituyentes del gas natural y del gas de los pozos petrolíferos, de los cuales se pueden separar por fraccionamiento. Se utilizan como combustibles, comercializándose licuados bajo presión en bombonas, a diferencia del gas natural, que se suministra por cañerías.