CAPÍTULO 1 / EJERCICIOS

ciencia y sociedad | ejercicios

¿Qué es la ciencia?

1. Establece las diferencias entre las ciencias básicas y las ciencias aplicadas.

Ciencias básicas Ciencias aplicadas
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Realiza un mapa conceptual sobre los tipos de ciencias.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

el rol del científico y los estereotipos

1. Investiga y realiza un resumen sobre la importancia de la ciencia y la tecnología en el patrimonio cultural.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Selecciona en esta lista la acción que no califica como válida en un trabajo científico:

(  ) Formulación de hipótesis.

(  ) Control de variables.

(  ) Planteamiento del problema.

(  ) Plagio de material publicado.

(  ) Diseño experimental con resultados.

metaciencias

1. Completa las siguientes oraciones:

  • En términos generales, la metaciencia es la práctica de ________________________________________________

______________________________________________.

  • La metaciencia se clasifica en _____________ áreas principales.
  • A _____________________ se lo conoce como el padre de la ciencia.
  • La metaciencia busca mejorar la _________________________________________.

2. Relaciona cada término con sus definiciones.

Epistemología Ciencia que estudia los componentes sociales en la ciencia.
Lógica Rama de la filosofía que estudia los problemas fundamentales del pensamiento filosófico.
Filosofía Rama de la filosofía que estudia los fundamentos y métodos del conocimiento humano.
Metafísica Estudia la estructura de las teorías y la relevancia empírica de los conceptos.
Sociología de la ciencia Ciencia que estudia las leyes universales que producen cambios en la naturaleza, la sociedad y el pensamiento humano.

las ciencias naturales y sus disciplinas

1. Selecciona del siguiente listado las disciplinas que abarcan las Ciencias Naturales.

(  ) Biología

(  ) Historia

(  ) Lenguaje

(  ) Química

(  ) Geología

(  ) Antropología

(  ) Astronomía

2. Identifica en las siguientes imágenes cuál está relacionada con la Geología y describe de qué se trata esta rama de las Ciencias Naturales.

 

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

¿Cómo se trabaja en las ciencias naturales?

1. Realiza un trabajo de investigación donde se apliquen los pasos del método científico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Realiza un listado de 10 materiales de laboratorio e indica la función de cada uno.

  1. _______________________________________________________________________________________________
  2. _______________________________________________________________________________________________
  3. _______________________________________________________________________________________________
  4. _______________________________________________________________________________________________
  5. _______________________________________________________________________________________________
  6. _______________________________________________________________________________________________
  7. _______________________________________________________________________________________________
  8. _______________________________________________________________________________________________
  9. _______________________________________________________________________________________________
  10. _______________________________________________________________________________________________

comunicación, divulgación y modelización en ciencias

1. Realiza una búsqueda a profundidad en la web de 5 artículos con validez científica que sean relevantes para las Ciencias Naturales. Anota el título, el autor y el propósito del trabajo.

a)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

 

b)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

c)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

d)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

e)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Investiga y describe brevemente la influencia de los siguientes personajes en las Ciencias Naturales:

Hipócrates: ___________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Albert Einstein: ________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Gregor Mendel: ________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Nicolás Copérnico: _____________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

George Cuvier: ________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Antoine Lavoisier: ___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Carlos Linneo: _______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

CAPÍTULO 4 / EJERCICIOS

la energía | ejercicios

¿QUÉ ES LA ENERGÍA?

1. Indica con una flecha el término que corresponde a cada definición:

Energía cinética Capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo.
Calor Energía del movimiento.
Energía Energía producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural.
Temperatura Energía almacenada en los objetos.
Energía hidráulica Forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos que presentan distintas temperaturas.
Energía mecánica Magnitud que da cuenta de nociones como frío, caliente o tibio.

2. Escribe un ejemplo de cada tipo de energía y explica el aprovechamiento que le damos los seres humanos en cada caso.

Energía mecánica

Ejemplo: ___________________________________________________________________.

Explicación: ________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________.

Energía potencial

Ejemplo: ___________________________________________________________________.

Explicación: ________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________.

Energía térmica

Ejemplo: ___________________________________________________________________.

Explicación: ________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________.

Energía eléctrica

Ejemplo: ___________________________________________________________________.

Explicación: ________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________.

Energía radiante

Ejemplo: ___________________________________________________________________.

Explicación: ________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________.

3. Completa el siguiente cuadro con los consejos de ahorro de energía según la frecuencia con la que los realices.

Nunca hago A veces hago Siempre hago
En la sala
En el baño
En la habitación
En la cocina

Transformación y conservación de la energía

1. Construye un texto de 5 líneas máximo con las siguientes palabras.

  • Energía
  • Transformada
  • Ley
  • Eléctrica
  • Conservación

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Completa el texto con las siguientes palabras:

  • Agua
  • Gases
  • Caliente
  • Convección
  • Densidad
  • Calor

La _____________ es la transferencia de ___________ por medio del movimiento de una masa fluida, como por ejemplo el aire o el _________. Sólo se produce en líquidos y _________ donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio. Dicho movimiento es producto de que el fluido ____________ se dilata y causa una disminución en su _______________, lo que a su vez provoca el ascenso del fluido caliente y el descenso del fluido frío, que es más denso.

formas de energía

1. Responde

¿Cuál es la forma de energía en los siguientes ejemplos? Justifica la respuesta.

  • Fotosíntesis: ____________________, porque ______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Bombilla: _____________________, porque ________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Molinos de viento: _____________________, porque ________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Lanzamiento de pelota: _________________, porque ________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Rayos X: _________________, porque ____________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Imanes: __________________, porque ____________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

  • Bomba atómica: __________________, porque _____________________________________________________

________________________________________________________________________________________________.

2. La energía eléctrica desde que se produce hasta que se consume en hogares e industrias, debe ser transformada. Basado en esto y a lo que ya conocemos, responde:

¿Dónde se produce la energía eléctrica?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

¿Cómo se transporta esa electricidad?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

¿Cómo se llama el lugar que distribuye la electricidad hasta nuestros hogares?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

energía mecánica

1. Responde de la manera más breve:

  • ¿Qué es el trabajo?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • Describe 2 ejemplos de trabajo.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • ¿Qué relación hay entre la fuerza y el trabajo?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Basado en la energía potencial elástica, escribe 5 ejemplos de deformaciones.

  1. _____________________________________________________.
  2. _____________________________________________________.
  3. _____________________________________________________.
  4. _____________________________________________________.
  5. _____________________________________________________.

fuentes de energía

1. En las siguientes oraciones escribe con una V si es verdadera o F si es falsa. En caso de ser falsa justifica tu respuesta.

  1. Las fuentes renovables se dividen en dos categorías.  (   )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  1. Las fuentes no renovables son las más abundantes en la naturaleza.  (   )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  1. Algunas fuentes de energía renovables también son conocidas como energías alternativas.  (   )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  1. Las fuentes de energía renovables son las más usadas en la actualidad a pesar de encontrarse en cantidades limitadas en la naturaleza.  (   )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  1. Los combustibles fósiles son un tipo de fuente de energía no renovable.  (   )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Completa las siguientes oraciones:

  1. La energía __________________ se obtiene mediante el movimiento del agua.
  2. La energía solar llega en forma de ___________________________ proveniente del Sol.
  3. La energía del Sol se aprovecha por medio de ___________________________.
  4. La _____________ es la materia orgánica que se origina en un proceso biológico.
  5. El _______________________ es un acuerdo firmado en Japón, que comprometió a los países industrializados a estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero entre el período 2008 y 2012.

fenómenos ondulatorios

1. Explica la diferencia que existe entre:

  • Ondas longitudinales y ondas transversales.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • Período y frecuencia.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • Relexión y refracción.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • Intensidad y timbre.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

  • Sonido y ruido.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Describe las principales aplicaciones de las ondas electromagnéticas.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3. Define con tus propias palabras el efecto Doppler.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

El calor y la temperatura

1. Observa la siguiente lista de materiales conductores y aislantes, ordénalos y colócalos en la columna correspondiente.

  • Mercurio
  • Polietileno
  • Oro
  • Madera
  • Hierro
  • Goma
  • Corcho
  • Aluminio
Materiales conductores Materiales aislantes

2. Encierra en un círculo la alternativa correcta.

  • Si un cubo de hielo se coloca a 30 °C de temperatura, ¿qué le ocurrirá?
  1. Aumentará su masa.
  2. Cambiará de estado.
  3. Conservará su forma.
  • ¿Qué magnitud podemos utilizar para la energía térmica?
  1. Humedad relativa
  2. Frecuencia
  3. Temperatura

CAPÍTULO 4 / REVISIÓN

LA ENERGÍA | ¿qué aprendimos?

¿Qué es la energía?

Los movimientos y las transformaciones que presenciamos en nuestro día a día se originan gracias a la energía. Ésta no es más que la capacidad de producir cambios o la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Hay muchos tipos de energía diferentes en el universo. Toma muchas formas.

El Sol provee energía a través de radiaciones electromagnéticas que son aprovechadas por el hombre.

Transformación y conservación de la energía

Con la transformación de la materia también hay transformaciones de una energía a otra. Además, la energía puede conservarse, es decir, mantenerse constante, traspasarse en forma de calor o trabajo, y también degradarse, es decir, puede perder su calidad en el proceso de transformación.

La ley de la conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Formas de energía

La energía se entiende como la capacidad que posee un cuerpo de realizar distintos tipos de trabajo, como el movimiento, el calor o la luz. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras, como energía mecánica, energía química, energía térmica, energía radiante, energía eléctrica, energía magnética y energía nuclear.

En el proceso de fotosíntesis, la energía de la luz solar es convertida en energía química, la cual se almacena en los enlaces de carbohidratos.

Energía mecánica

El movimiento y los cambios de posición en los objetos se deben a la energía mecánica. Ésta resulta de la suma de dos formas de energía: la energía cinética, que es la energía que tienen los cuerpos en movimiento; y la energía potencial, que está relacionada con la posición del cuerpo. La energía potencial puede ser gravitatoria o elástica.

Cuando el vagón de una montaña rusa llega a la parte más elevada aumenta su energía potencial, mientras que al bajar y aumentar su velocidad incrementa su energía cinética.

Fuentes de energía

Las fuentes de energía son aquellos recursos naturales o cuerpos que almacenan energía que puede transformarse en energía utilizable. Pueden ser renovables o no renovables. Las fuentes de energía renovables son las más abundantes en la naturaleza y son inagotables, por ejemplo: la energía hidráulica, la energía solar y la energía geotérmica. En cambio, las fuentes no renovables son las más utilizadas a pesar de ser limitadas, por ejemplo los combustibles fósiles.

La energía nuclear es una fuente de energía no renovable. Un ejemplo de ella es la bomba atómica.

Fenómenos ondulatorios

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio. Las ondas pueden comportarse de distintas maneras según el medio en el que se encuentren y se caracterizan por transportar energía, más no materia. Las ondas pueden ser transversales o longitudinales según la dirección en la que se propagan; también se pueden clasificar como mecánicas o electromagnéticas según el medio de propagación.

La luz y el sonido son ejemplos de ondas.

El calor y la temperatura

Aunque en nuestro vocabulario estos términos se usen sin distinción, el calor y la temperatura no son lo mismo. El calor es una forma de energía que se transfiere de un material más caliente a otro menos caliente, mientras que la temperatura es la medida de la cantidad de movimiento de las moléculas de un sistema; es decir, es una medida de la energía térmica.

La temperatura es una magnitud que puede medirse con un termómetro.

CAPÍTULO 4 / TEMA 1

¿Qué es la energía?

Todos los objetos a nuestro alrededor tienen la capacidad de producir cambios. Por ello, convivimos con movimientos y transformaciones constantes, algunos más perceptibles que otros, pero que tienen su origen en un único concepto: la energía.

ENERGÍA: CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO

Ley de conservación de la energía

La energía no puede ser creada ni destruida, sino que puede ser transformada, por lo que la cantidad total de energía es siempre la misma. Por ejemplo, la energía lumínica del Sol se transforma en energía eléctrica mediante el uso de paneles solares.

La energía es la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Si bien no se tiene una definición concreta de energía, los físicos han logrado determinar una ley universal: si la energía de un cuerpo aumenta en determinada cantidad, la de otro disminuye de manera proporcional.

La energía que la humanidad necesita en un año es irradiada por el Sol en 15 minutos.
¿Sabías qué?
El término “energía” proviene del griego enérgeia, que significa “actividad”. Pero esta idea no debe confundirse: no es necesario un movimiento abrupto para reconocer la presencia de energía ya que, en realidad, se encuentra en todos lados aunque no sea posible observarla.

TIPOS DE ENERGÍA

La energía es la capacidad de realizar cambios en los sistemas y los cuerpos. Hay diferentes tipos de energía en el universo y en muchas formas.

Energía primaria

La producción de energía primaria se relaciona con las formas de energía disponibles en la naturaleza antes de ser transformadas, como el petróleo, el gas natural, los combustibles sólidos, los combustibles renovables y la electricidad primaria.

 

VER INFOGRAFÍA

Energía mecánica

Es la energía almacenada en objetos y es la suma de otras dos fuentes de energía: cinética y potencial. Por ejemplo, justo en el punto más elevado de una montaña rusa, toda la energía del vagón es energía potencial y al comenzar a descender la energía potencial se transforma en energía cinética.

¿Qué es la energía hidráulica?

Es la energía producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural. Se aplica en la generación de energía eléctrica para ciudades, pueblos e industrias.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía que tiene un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro, y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética. Por ejemplo, si una pelota se levanta, adquiere energía potencial de la gravedad que se vuelve aparente al caer.

Tipos de energía potencial

 

 

Energía potencial elástica

Resulta de estirar y comprimir objetos elásticos, como las ligas.

 

Energía potencial gravitacional

Resulta del almacenamiento de energía por la fuerza de gravedad, como un fruto que cuelga de un árbol.

 

 

Energía potencial química

Resulta de la transformación de energía química a través de una reacción química, como el cambio de energía eléctrica a química en una pila.

Energía cinética

Significa “movimiento”. Cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. La energía de los ríos y la del viento son formas de energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

Al lanzar una pelota se transfiere energía cinética para que pase del estado de reposo al estado en movimiento.
Ventajas de la energía cinética

– No genera residuos tóxicos.

– Los parques generadores de energía cinética pueden construirse en terrenos no aptos para otras actividades.

– Los parques generadores son de rápida instalación.

Energía térmica

Todos los materiales están compuestos por moléculas en constante movimiento. La energía térmica es producto del movimiento de esas moléculas, es decir, la energía cinética que poseen. Cuanto más se muevan y choquen entre sí, mayor será el calor que generen y, por lo tanto, aumentará su temperatura y su energía térmica.

¿El calor es igual a la temperatura?

No. El calor es una forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o distintas partes de un cuerpo, las cuales presentan distintas temperaturas. Por su parte, la temperatura es una magnitud que da cuenta de nociones como frío, caliente o tibio. La misma se mide a través de un termómetro.

 

VER INFOGRAFÍA

 

Energía química

Es aquella que es liberada durante las reacciones químicas. Podemos encontrar este tipo de energía siempre en la materia, pero sólo se manifiesta cuando ocurre un cambio en ella. Algunos ejemplos de energía química son la combustión y la energía nuclear.

Energía eléctrica

VER INFOGRAFÍA

Es la energía transferida de un sistema a otro mediante el uso de electricidad, que es el movimiento de partículas cargadas. En otras palabras, este tipo de energía es causada por el movimiento de los electrones a través de materiales conductores de la electricidad.

Puede generarse a partir de otras energías y a su vez puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

La mantarraya puede generar corrientes eléctricas de hasta 200 voltios.
¿Qué es una represa hidroeléctrica?

Es un sistema diseñado y construido para producir energía eléctrica mediante el aprovechamiento del caudal de los cursos de agua.

 

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Energía radiante

Es energía transportada por la radiación. Tanto la luz visible como la radiación infrarroja son formas de energía radiante, ambas son emitidas por el Sol.

La energía de los rayos solares puede recuperarse y convertirse en electricidad o calor.

La energía radiante está en constante movimiento y a velocidades altísimas, lo que forma ondas que poseen distintas longitudes y frecuencias. La mayoría de estas ondas pueden propagarse por el vacío, por eso los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden alcanzar la superficie de la Tierra.

¿Sabías qué?
La energía radiante es aplicada en radiografías, medicina nuclear, radios y algunos aparatos electrónicos.

Energía nuclear

Es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Se puede obtener a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones del núcleo atómico son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Las reacciones en el núcleo pueden ser de fusión o de fisión.
¿Sabías qué?
En estrellas como el Sol, la energía atómica se libera cuando los núcleos se combinan en un proceso conocido como fusión.
¿Qué es un reactor nuclear?

Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Se puede utilizar para la obtención de energía, para la producción de materiales fisionables como el plutonio, como armamento nuclear, o para la propulsión de buques o de satélites artificiales.

 

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Energía magnética

Es la capacidad de atraer o repeler que poseen algunos materiales sobre otros y que originan campos magnéticos permanentes que producen energía magnética. Existen diversos materiales con propiedades magnéticas, entre ellos podemos encontrar el níquel, el cobalto, el hierro y sus aleaciones. Sin embargo, la presencia de campos magnéticos influye, en mayor o menor medida, en todos los materiales.

UNIDADES DE MEDIDA DE ENERGÍA

Una de las propiedades de la energía es que puede ser medida. Para ello, según el Sistema Internacional, la unidad más utilizada es el “Joule” o “Julio”, y es simbolizada con la letra jota mayúscula (J). Esta unidad es nombrada así en honor al físico James Prescott Joule, quien fue uno de los científicos más importantes de su época. Estudió, entre otras cosas, el magnetismo y su relación con el trabajo mecánico, lo que lo condujo a la teoría de la energía. El Joule equivale a:

Donde

N = Newton

m = metros

kg = kilogramos

s = segundos

Otras equivalencias

Nombre Equivalencia en julios
Caloría (cal) 4,1855
Kilovatio hora (kWh) 3.600.000
Electronvoltio (eV) 1,6023 x 10-19
British Thermal Unit (BTU) 1.005,05585
Ergio (erg) 1 x10-7
Energía en los alimentos

Cada célula de nuestro cuerpo requiere energía para funcionar adecuadamente. Ésta es proporcionada por las calorías y por ello resulta importante conocer la cantidad que aportan los nutrientes que ingerimos y así evitar consecuencias negativas para nuestro organismo.

 

VER INFOGRAFÍA

 

RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Intercambio de calor”

Recurso audiovisual que le permitirá profundizar sobre el proceso de transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo a otro.

VER

Aplicaciones del magnetismo: la brújula, el campo electromagnético

Este video describe a detalle el funcionamiento magnético de una brújula.

VER

 

 

Química y Física

Todo aquello que tiene masa ocupa un volumen y posee cierta cantidad de energía se considera materia, palabra que deriva del latín y significa “sustancia de la que están hechas las cosas”. Ramas de la ciencia como la Física y la Química se encargan de estudiarla, y por lo tanto, dan explicación a fenómenos naturales y componentes del universo.

Química Física
¿Qué es? Rama de la ciencia. Rama de la ciencia.
¿Qué estudia? La materia: su composición, estructura y transformación. La materia: sus características en relación a la energía y el tiempo.
Enfoque Los cambios de la materia son estudiados a nivel estructural y molecular. Se ocupa de las interacciones entre sustancias y la energía, sus cambios (reacciones), síntesis y propiedades. Los cambios de la materia son estudiados en base a las propiedades comunes de materiales.

Se ocupa de los principios fundamentales de los fenómenos físicos y las fuerzas básicas de la naturaleza, así como de los principios básicos que explican la materia y energía.

Conceptos fundamentales Materia, elemento, átomo, molécula, ion, carga eléctrica, electrón, protón, neutrón, enlace, reacción, orbitales, solución y nomenclatura, entre otros. Materia, partícula, campo, onda, espacio-tiempo, posición, energía, momentum, masa, carga eléctrica y entropía, entre otros.
Etimología La palabra química tiene un origen controvertido. Proviene de la palabra alquimia y ésta deriva del árabe, aunque algunas hipótesis sugieren que deriva del griego. Uno de sus significados es “al arte de la metalurgia”. La palabra física proviene del latín y del antiguo griego y significa “natural, relativo a la naturaleza”.
Subdisciplinas
  • Química orgánica.
  • Química inorgánica.
  • Bioquímica.
  • Química analítica.
  • Química cuántica.
  • Química ambiental.
  • Química nuclear.
  • Física teórica.
  • Física experimental.
  • Física nuclear.
  • Física atómica.
  • Astrofísica.
  • Biofísica.
  • Física molecular.
Científicos destacados
  • John Dalton (1766-1844)
  • Dimitri Mendelejeff (1834-1907)
  • Amedeo Avogadro (1776-1856)
  • Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)
  • Louis Pasteur (1822-1895)
  • Marie Curie (1867 – 1934)
  • Albert Einstein (1879 – 1955)
  • Isaac Newton (1643 – 1727)
  • Nikola Tesla (1856 – 1943)
  • Max Planck (1858 – 1947)
  • Galileo Galilei (1564 – 1642)
  • Stephen Hawking (1942 – 2018)
Algunos aportes de interés 
  • Elementos químicos.
  • Herramientas de datación.
  • Radiactividad.
  • Derivados de hidrocarburos.
  • Avances genéticos
  • Conservación de alimentos.
  • Ley de gravedad.
  • Leyes de movimiento.
  • Fuentes de energía.
  • Exploración espacial.
  • Entendimiento del mundo.
  • Rayos láser.

Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas

Se conoce como mezcla a la combinación de dos o más sustancias puras, siempre y cuando cada una de ellas mantenga sus propiedades químicas individuales. Se pueden clasificar de acuerdo a su uniformidad en mezclas homogéneas y  heterogéneas.

Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas
Definición Son aquellas en las que sus componentes no se pueden diferenciar a simple vista, es decir, son uniformes. Son aquellas en las que sus componentes se pueden diferenciar a simple vista, es decir, no están distribuidos de manera uniforme.
Número de fases 1 Al menos 2.
¿Sus componentes se pueden distinguir a simple vista? No. Sí.
Solubilidad Sus componentes son miscibles, es decir, son solubles entre ellos. Sus componentes son inmiscibles, es decir, no son solubles entre ellos. Por eso se forman al menos dos fases.
Métodos de separación Destilación simple, destilación fraccionada, cristalización y cromatografía. Tamizado, centrifugación, levigación, decantación, filtración e imantación.
Ejemplos Aire, mezcla de cemento, agua con azúcar o sal y tinta con agua, entre otros.

Agua y aceite, arena y oro; y arroz con granos, entre otros.

 

Alcanos, alquenos y alquinos

Los hidrocarburos son el grupo más diverso y amplio de los compuestos orgánicos y se clasifican en alifáticos o aromáticos. Dentro de los hidrocarburos alifáticos encontramos a los alcanos, los alquenos y los alquinos, todos compuestos que constituyen mayormente cadenas abiertas de carbono e hidrógeno.

Alcanos Alquenos Alquinos
Tipo de compuesto orgánico Hidrocarburo. Hidrocarburo. Hidrocarburo.
Tipo de hidrocarburo Alifático. Alifático. Alifático.
Otros nombres Parafinas. Oleofinas. Acetilenos.
Fórmula general CnH2n+2

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 1,2,3…

CnH2n

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 2,3…

CnH2n-2

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 2,3…

Saturaciones Saturado. No saturado. No saturado.
Tipo de enlace característico Covalente simple. Covalente doble. Covalente triple.
Hibridación sp3

(en todos sus carbonos)

sp2

(en los carbonos del doble enlace)

sp

(en los carbonos del triple enlace)

Molécula más simple Metano

Eteno

Etino

 Estado físico Hasta C4H10 son gases.

 

De C5H12 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Hasta C4H8 son gases.

 

De C5H10 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Hasta C4H6 son gases.

 

De C5H8 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Punto de ebullición
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alcanos no ramificados.
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alquenos no ramificados.
  • Muy similar al de su alcano correspondiente.
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alquinos no ramificados.
  • Ligeramente más elevados que su alcano o alqueno correspondiente.
Solubilidad Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos. Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos. Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos.
Densidad Menor a 1 g/mL. Mayor a la de los alcanos. Mayor a la de sus correspondientes alcanos y alquenos.
Fuente Petróleo y gas natural.

 

Procesos de craking del petróleo natural. Deshidrogenación y deshalonación de derivados de alquenos.
Ejemplo Propano

 

Propeno

Propino

 

Jabones y detergentes

En la actualidad es necesario mantener una higiene adecuada para tener un estilo de vida saludable, por ello se emplean diversos jabones y detergentes. Éstos son usados para limpiar la ropa, la vajilla, la casa y la piel del cuerpo, y aunque ambos productos tienen un efecto limpiador no son lo mismo.

Jabones Detergentes
 ¿Qué son? Sales alcalinas de ácidos grasos, generalmente de 16 a 18 átomos de carbonos. Sulfonatos de cadena larga en forma de sales sódicas.
Componentes complementarios Agua, glicerina y aditivos, entro otros. Coadyuvantes, aditivos, enzimas y reforzadores, entre otros.
Uso en el tiempo Desde la antigüedad. Sustancias modernas, el primero se fabricó en 1907.
Usos
  • Limpieza del cuerpo humano.
  • Eliminación de suciedad y aceites.
  • Eliminación de manchas con mayor eficiencia que el jabón.
  • Como limpiador doméstico.
Fuente Grasas animales o vegetales. Derivados de petróleo.
Función en agua dura No funcionan en agua dura. Son efectivos en agua dura.
Residuos Pueden dejar residuos. No dejan residuos.
Biodegradabilidad Son biodegradables. No son biodegradables.
Costo Son económicos. Son costosos.
Estructura química

Estearato de sodio.

p-Dodecilbencenosulfonato sódico.

Obtención Reacciones de saponificación y neutralización. Proceso industrializado.
Característica principal Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los jabones son surfactantes aniónicos.

 

Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los detergentes pueden ser surfactantes aniónios, catiónicos o no iónicos.

Hidrocarburos ramificados

Los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrógeno, los mismos pueden tener una estructura lineal, ramificada o presentarse en forma de ciclos. Los hidrocarburos ramificados contienen sustituyentes.  Un sustituyente puede ser un átomo diferente al C o al H, un grupo funcional o un grupo alquilo.

La nomenclatura de los compuestos orgánicos se basa en las recomendaciones de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). Los cuatro alcanos, alquenos y alquinos más sencillos poseen nombres no sistemáticos, para nombrar los siguientes compuestos se hará uso de prefijos griegos.

                 Tabla 1.

En la siguiente tabla se puede ver la nomenclatura de algunos alcanos, se utilizó “prefijo + terminación ano” dado que dichos compuestos poseen únicamente enlaces simples C-C.

Nombre del hidrocarburo Fórmula Número de átomos de C
metano CH4 1
etano CH3-CH3 2
propano CH3-CH2-CH3 3
butano CH3-(CH2)2-CH3 4
pentano CH3-(CH2)3-CH3 5
hexano CH3-(CH2)4-CH3 6
heptano CH3-(CH2)5-CH3 7
octano CH3-(CH2)6-CH3 8
nonano CH3-(CH2)7-CH3 9
decano CH3-(CH2)8-CH3 10

           Tabla 2.

SIGNIFICADO DEL PARÉNTESIS EN UNA FÓRMULA QUÍMICA

Cuando existen elementos dentro de un paréntesis en una fórmula química significa que éstos se repiten tantas veces como el subíndice fuera del paréntesis lo determine.

CH3(CH2)4-CH3   =   CH3CH2-CH2-CH2-CH2CH3

Los nombres de los alquenos y alquinos se construyen del mismo modo que los alcanos expresados en la Tabla 2, con la particularidad de que en alquenos y alquinos pueden existir más de un doble o triple enlace.

EJEMPLO 1: Los tres compuestos que se observan a continuación contienen 2 carbonos en su fórmula, por ello se escriben utilizando el prefijo et-, se diferencian entre sí por sus enlaces, simple, doble y triple respectivamente.

CH3-CH3          CH2=CH2       CH≡CH

etano              eteno            etino

EJEMPLO 2: Los siguientes compuestos tienen en común que poseen 4 carbonos cada uno, se diferencian en sus terminaciones. En el caso de alquenos y alquinos se indica la posición del doble o triple enlace.

CH3-CH2-CH2-CH         CH2=CH-CH2-CH         CHC-CH2-CH3

butano                         1buteno                     1butino

EJEMPLO 3: Cuando los dobles o triples enlaces se encuentran más de una vez, en el nombre se agrega un prefijo griego (di, tri, tetra, etc.) que indica la cantidad de dobles o triples enlaces presentes.

CH2=C=CH-CH3

1,2 butadieno

El biogás se obtiene a partir de residuos orgánicos y es una alternativa a las fuentes de energía contaminantes, se compone de entre un 50 y un 70% de metano.

PREFIJOS GRIEGOS          

Los prefijos griegos se utilizan con frecuencia en las ciencias exactas y naturales, por ejemplo, en química para nombrar hidrocarburos y en matemática para dar nombre a las figuras geométricas (triángulo, pentágono, etc.).

1 mono- 8 octa- 15 pentadeca-
2 di- 9 nona- 16 hexadeca-
3 tri- 10 deca- 17 heptadeca-
4 tetra- 11 undeca- 18 octadeca-
5 penta- 12 dodeca- 19 nonadeca-
6 hexa- 13 trideca- 20 icosa-
7 hepta- 14 tetradeca- 100 hecta-

REGLAS IUPAC

Para poder nombrar hidrocarburos lineales, ramificados o cíclicos es indispensable conocer las reglas de la IUPAC. Como se puede observar en los ejemplos anteriores, nombrar hidrocarburos lineales no es una tarea difícil. Si se desea dar nombre a ramificados, es necesario conocer algunas reglas específicas y tener en cuenta que estos compuestos poseen una cadena principal de átomos de carbono y sustituyentes.

SUSTITUYENTES

Reemplazan a un hidrógeno de la cadena carbonada y pueden ser:

  • Átomos distintos al carbono o al hidrógeno, por ejemplo el Br, Cl, I, etc.
  • Grupos funcionales.
  • Grupo alquilo

GRUPO ALQUILO: Cuando a un alcano se le quita un hidrógeno se genera un grupo alquilo.

ALCANO GRUPO ALQUILO
metano CH4 metilo -CH3
etano CH3-CH3 etilo -CH2-CH3
propano CH3-CH2-CH3 propilo -CH2-CH2-CH3

Cuando el alquilo se une a la cadena principal, se elimina la letra “o” final para nombrar el compuesto, por ejemplo:

-CHes un metilo, al ser un sustituyente se nombra como metil:  3-metil-hexano

REGLAS PARA NOMBRAR HIDROCARBUROS RAMIFICADOS

PARA TENER EN CUENTA: La numeración de la cadena inicia en el extremo más cercano al sustituyente.

  1. Identificar la cadena principal (es la cadena más larga de átomos consecutivos de carbono).

 La cadena más largas de carbonos contiene 6 C.

 En este ejemplo la cadena no está ubicada en forma lineal, cuenta con 6 C.

2. Escribir el número que indica la posición de los radicales alquilo y nombrarlos (en orden alfabético si hay más de uno). Se finaliza nombrando la cadena principal.

 3- metil-hexano

En el carbono 3 se encuentra un sustituyente (metil), por ello el se escribe: 3-metil.

Como la cadena principal contiene 6 C, corresponde a un hexano, por ello el nombre es: 3-metil hexano.

5-etil-3-metil-octano

En el carbono 3 se observa un sustituyente metil y en la posición del carbono 5 la ramificación es un etil. Como deben escribirse en orden alfabético queda: 5-etil-3-metil.

La cadena principal contiene 8 C y todos los enlaces son simples, por lo tanto el compuesto es: 5-etil-3-metil-octano.

3. Si en la cadena los sustituyentes son halógenos (elementos del grupo VII de la tabla periódica) y además de éstos hay alquilos, se nombra primero a los halógenos.

  2-cloro-3-metil-hexano

4. Si el radical se repite se utilizan los prefijos di, tri, tetra, etc.

 3,5-dimetil octano

5. Los dobles y triples enlaces de deben nombrar después de los sustituyentes.

 3-metil-1-octeno

En el ejemplo se comienza a numerar la cadena principal a partir del extremo más cercano al doble enlace y luego se nombra primero la posición y el tipo de radical (3-metil), finalizando con laubicación del doble enlace y el alqueno de 8 carbonos (1-octeno).

A PRACTICAR LO APRENDIDO

  1. Formular los siguientes compuestos:

a) 2,3-dimetil-pentano

b) 3-etil-4-metil-1-hexeno

c) 4-metil-1,6-octadiino

2. Nombrar los siguientes compuestos:

a)   

b)   

c)   

respuestas

1.

a)

b) 

c) 

2.

a) 2,3,5-trimetil-heptano

b) 2-metil-2,4-heptadieno

c) 4-metil-2-hexino

¿Sabías qué...?
Hasta la primera mitad del siglo XIX se creía que los compuestos orgánicos sólo podían producirse en los organismos vivos, por ello se denominó Química Orgánica a la ciencia que estudiaba dichos compuestos. Actualmente este término se emplea para designar a la parte de la Química que estudia compuestos que contienen Carbono en sus moléculas, sin importar si dichos compuestos son naturales o sintetizados en laboratorio.

 

Alquinos

Los alquinos son hidrocarburos no saturados que poseen enlaces triples entre carbonos C≡C. Su fórmula general es CnH2n-2 y se utiliza cuando el compuesto contiene un solo enlace triple. 

El acetileno es el alquino más sencillo, puede alcanzar temperaturas de hasta 3.000°C, por lo cual es utilizado en soldadura.

Los alquinos son hidrocarburos alifáticos, es decir que se conforman por cadenas abiertas, a diferencia de los aromáticos, cuyas cadenas se cierran formando ciclos.

El alquino más simple es el etino, comúnmente denominado acetileno. El mismo cuenta  únicamente con dos carbonos unidos mediante un enlace triple y su fórmula molecular es C2H2. El enlace triple es resultado de la hibridación de los orbitales que intervienen en la unión de los respectivos átomos.

HIBRIDACIÓN SP

Los enlaces híbridos sp se forman a partir de un orbital s y un orbital p. En el caso del etino, los orbitales híbridos sp se disponen especialmente en forma simétrica y se orientan en un segmento de recta.

El carbono en su estado fundamental tiene a sus electrones de valencia distribuidos de la siguiente forma:

Al promover un electrón desde el orbital 2s hasta el orbital 2p, queda:

Finalmente, se puede representar al estado de hibridación sp de la siguiente forma:

De este modo se observa cómo quedan dos electrones ubicados en dos orbitales híbridos sp y un electrón en cada uno de los orbitales 2p (2py, 2pz) sin hibridación.

nomenclatura de alquinos

Los alquinos se nombran con el mismo procedimiento que los alquenos, la única diferencia es que su terminación es “ino”.

Pasos para nombrar los alquinos lineales sin ramificaciones

La siguiente tabla es indispensable cuando se realiza nomenclatura de compuestos orgánicos:

Tabla 1.

Los pasos para dar nombre a este tipo de compuestos son cuatro y se desarrollarán mediante un ejemplo.

Nombrar el siguiente compuesto:

PASO 1.- Contar la cantidad de carbonos que contiene el compuesto y según la Tabla 1 escribir el prefijo del nombre.

La cantidad de C son 6, se observa la Tabla 1 y a partir de allí se puede comenzar a escribir el nombre: hex_____

PASO 2.- Identificar la posición de los triples enlaces.

PASO 3.- Al primer enlace triple se le asigna el menor número posible y se comienza a contar desde el extremo más próximo al mismo.

El triple enlace que más cercano a un extremo se encuentra es el que se observa junto a la CH de la derecha, por ello se comienza a contar los enlaces desde allí. En este caso los triples enlaces están ubicados en posición 1 y 4.

PASO 4-. Si hubiese más de un triple enlace se indica la ubicación de los mismos y se agrega un prefijo (di, tri, tetra, penta, etc.) para indicar cuántos enlaces múltiples están presentes.

En este paso se organiza toda la información anterior:

Primero se escriben los números de la ubicación separados por coma: 1,4

A continuación se coloca un guión y se escribe el prefijo que se identificó en el paso 1: 1,4 – hex

Como en este ejemplo hay dos enlaces triples, se escribe el prefijo di precedido de una letra a: 1,4 – hexadi

El compuesto es un alquino porque contiene enlaces triples, por ello su terminación es ino: 1,4 – hexadiino

formulación de alquinos

La formulación de alquinos (al igual que alcanos y alquenos) se inicia con la escritura de la cantidad de carbonos que indica el prefijo. Por ejemplo:

Escribir la fórmula semidesarrollada del  2-pentino

PASO 1.- Identificar cuántos carbonos contiene el compuesto observando la Tabla 1.

2-pentino    → pent indica que la cadena contiene 5 C.

PASO 2.- Escribir la estructura de carbonos que contiene la cadena.

C C C C C    → se escriben los símbolos de 5 carbonos.

PASO 3.- Ubicar los enlaces según corresponda.

C  – CC – C   – C    → el número 2 en 2-pentino indica la ubicación del doble enlace.

PASO 4.- Se completan los H en cada carbono del hidrocarburo.

CH3-C≡C-CH2-CH   → cada carbono puede formar 4 enlaces.

A tener en cuenta: los carbonos que están unidos con el triple enlace no tienen capacidad para unirse con H, ya que completaron sus 4 enlaces.

TRANSPORTE DE ACETILENO 

El transporte de combustibles requiere extremas medidas de seguridad.

La molécula de etino tiende a descomponerse, por lo tanto es inestable. Por ello es necesario tomar recaudos para su transporte. El gas debe disolverse en un disolvente orgánico, como acetona, regulando la presión a la cual está sometido. El acetileno en estado líquido es muy sensible a los golpes, ya que es explosivo.

TIPOS DE FÓRMULAS

Un hidrocarburo se puede escribir mediante fórmulas molecular, semidesarrollada, desarrollada y taquigráfica. Para alquenos y alquinos no se recomienda utilizar la fórmula molecular dado que no muestra la disposición de los átomos y esto es sumamente importante, especialmente en compuestos isómeros.

En el siguiente cuadro se pueden comparar las fórmulas para el compuesto 1-pentino:

FÓRMULAS
MOLECULAR SEMIDESARROLLADA DESARROLLADA TAQUIGRÁFICA
C5H8 CH≡C-CH2-CH2-CH3

ISÓMEROS

Los isómeros son compuestos que poseen la misma fórmula molecular, pero difieren en su estructura. Existen cuatro clases de isomería: de posición, de función, de esqueleto o cadena y estereoisomería.

TIPOS DE ISOMERÍA

Isomería de posición: ocurre cuando difieren en la ubicación del grupo funcional que caracteriza una familia de compuestos orgánicos, como por ejemplo el enlace triple. El 1-pentino y 2-pentino tienen la misma fórmula molecular C5H8 pero distinta posición del triple enlace.

  

Isomería de cadena o esqueleto: se presenta cuando varía la estructura de la cadena hidrocarbonada. Los dos compuestos del ejemplo tienen fórmula molecular C6H12.

 

 

 

 

Isomería de función: es aquella en la cual los compuestos se diferencian por su función química. En el ejemplo se observan dos compuestos cuya fórmula molecular es C6H12 pero que difieren en sus propiedades químicas y físicas.

Estereoisomería: está relacionada con la geometría de la molécula. La disposición espacial difiere en relación al enlace doble.

A PRACTICAR LO APRENDIDO

1.- Formular los siguientes alquinos:

a) 1-butino

b) 2-hexino

c) 1,3 octadiino

2.- Escribir el nombre de los siguientes hidrocarburos:

a) CH≡C-CH3

b) CH3-C≡C-C≡C-C≡C-CH2-CH3

c) CH≡C-CH2-C≡C-CH3

RESPUESTAS

1.-

a) CH≡C-CH2-CH3

b) CH3-C≡C-CH2-CH2-CH3

c) CH≡C-C≡C-CH2-CH2-CH2-CH3

2.-

a) propino (no se escribe 1-propino, dado que este compuesto solamente puede contener un triple enlace en la                              posición 1).

b) 2,4,6 nonatriino

c) 1,4 hexadiino

¿Sabías qué...?
El propino o también denominado metilacetileno es un alquino que se utiliza como combustible de cohetes espaciales.