Conceptos Fundamentales de la Química
Identificación y Descripción de Sustancias y Mezclas
Elemento: Es la sustancia más simple que existe en la naturaleza y no puede descomponerse en otra aún más sencilla.
Compuesto: Es la unión química de dos o más elementos en la que se forman diferentes tipos de enlaces químicos.
Mezcla: Es la unión física de dos o más sustancias en la que no se alteran las propiedades físicas y químicas de cada una de ellas.
Mezclas Homogéneas: Son aquellas en donde solo se observa una fase.
Mezclas Heterogéneas: Son aquellas en donde se observa más de una fase.
Solución: Es una mezcla homogénea formada por la unión de un soluto y un disolvente.
Soluto: Es la sustancia que se disuelve en el disolvente, generalmente presente en menor proporción.
Disolvente: Es la sustancia que disuelve al soluto, generalmente presente en mayor proporción.
Suspensión: Son mezclas heterogéneas formadas por un sólido en polvo y/o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) dispersas en un medio líquido (fase dispersante o dispersora).
Ejemplos de Elementos y Compuestos
A continuación, se presentan 5 ejemplos de elementos y 5 de compuestos con su nombre:
ELEMENTOS
COMPUESTOS
Na = Sodio
CaO = Óxido de calcio
K = Potasio
Na2O = Óxido de sodio
Ca = Calcio
SO3 = Trióxido de azufre
Fe = Hierro
CO2 = Dióxido de carbono
Al = Aluminio
N2O3 = Trióxido de dinitrógeno
Formación de Enlaces en Compuestos
¿En los compuestos se forman nuevos enlaces?
Sí, en los compuestos se forman nuevos enlaces. Esto se debe a que los compuestos son el resultado de una unión química entre átomos de diferentes elementos. Durante esta unión, los átomos comparten o transfieren electrones, formando nuevos enlaces que alteran sus propiedades físicas y químicas originales.
Formación de Enlaces en Mezclas
¿En las mezclas se forman nuevos enlaces? Explica por qué.
No, en las mezclas no se forman nuevos enlaces. Las mezclas son uniones físicas de sustancias, lo que significa que las propiedades físicas y químicas de las sustancias o elementos que se mezclan no se alteran. Cada componente mantiene su identidad química.
Características de los Estados de Agregación de la Materia
¿Cuáles son las características de los diferentes estados de agregación de la materia y cómo los identificarías esquemáticamente?
- En los sólidos, las partículas se encuentran fuertemente unidas y en posiciones fijas, vibrando en torno a ellas. Esto les confiere una forma y volumen definidos.
- En los líquidos, las partículas no se encuentran tan fuertemente unidas como en los sólidos; tienen mayor libertad de movimiento y pueden deslizarse unas sobre otras. Esto les permite adoptar la forma del recipiente que los contiene, manteniendo un volumen definido.
- En los gases, las partículas se encuentran muy separadas unas de otras y en constante movimiento aleatorio, ocupando todo el espacio disponible. No tienen forma ni volumen definidos.
Formación de Óxidos y Anhídridos: Diferencias Clave
Los óxidos se forman por la unión de un metal con el ión óxido (O2-), por ejemplo: Na2O (óxido de sodio).
Los anhídridos (también conocidos como óxidos ácidos) se forman por la unión de un no metal con el ión óxido (O2-), por ejemplo: N2O3 (trióxido de dinitrógeno).
Nota: Para anhídridos, se suelen repasar valencias específicas como C+2, C+4, S+4, S+6, N+3 y N+5.
El Ozono: Definición y Tipos
¿Qué es el ozono?
El ozono (O3) es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno. Se forma a partir de un conjunto de reacciones químicas en las que interviene la luz solar. Está presente de forma natural en la estratosfera y la troposfera, incluso sin la actividad humana.
Tipos de Ozono y su Ubicación
Existen dos tipos principales de ozono, clasificados por su ubicación y efecto:
- El Ozono Estratosférico (conocido como «ozono bueno») se encuentra en la estratosfera. Absorbe los rayos solares ultravioleta (UV) dañinos, protegiendo la vida en la Tierra y contribuyendo a mantener una temperatura estable y vital para el desarrollo de la vida.
- El Ozono Troposférico (conocido como «ozono malo» o «ozono a nivel del suelo») se genera principalmente como consecuencia de la actividad humana (contaminación). Es nocivo debido a sus efectos oxidantes: afecta el rendimiento de las cosechas, ralentiza el crecimiento de los bosques y produce afecciones respiratorias en los seres vivos.
Clasificación de Sustancias: Mezclas o Compuestos
Identifica si se trata de mezcla o compuesto:
- Aire: Es una Mezcla
- Ozono: Es un Compuesto
- Vitaminas: Son Compuestos
- Smog: Es una Mezcla
- Sal: Es un Compuesto (ej. NaCl)
- Azúcar: Es un Compuesto (ej. sacarosa)
- Agua de mar: Es una Mezcla
Nota: El agua de mar es una mezcla compleja. Si solo consideramos agua y sal disuelta, es una mezcla homogénea (solución). Sin embargo, experimentalmente, se considera una mezcla heterogénea debido a la presencia de partículas en suspensión, sedimentos y microorganismos.
- Arena y agua: Es una Mezcla
Formación de una Solución
¿Cómo se forma una solución?
Una solución se forma por la unión de un soluto y un disolvente, donde el soluto se dispersa de manera uniforme en el disolvente a nivel molecular, creando una mezcla homogénea.
Solución y Disolución
¿Solución y disolución expresan lo mismo?
Sí, en el contexto de la química, los términos «solución» y «disolución» se utilizan indistintamente para referirse a una mezcla homogénea de dos o más sustancias.
Métodos de Separación de Mezclas
A continuación, se presentan diferentes mezclas y los métodos adecuados para su separación:
- Cómo separarías una mezcla de alcohol y agua: Por destilación, ya que separa líquidos con diferentes puntos de ebullición.
- Agua y aceite: Por decantación, utilizando un embudo de separación, ya que presentan diferente densidad y son inmiscibles.
- Arena y agua: Puede ser por filtración (la arena queda retenida en el filtro) o por decantación (la arena se asienta en el fondo).
- Pigmentos de la espinaca: Por cromatografía, un método que separa los componentes de una mezcla basándose en sus diferentes afinidades por una fase estacionaria y una fase móvil.
- Sal, arena y agua: Primero se separa la arena por filtración, y luego la sal del agua por evaporación (el agua se evapora y la sal cristaliza).
Principales Componentes del Aire
Menciona los principales componentes del aire.
El aire es una mezcla de gases que consta aproximadamente de 78% de nitrógeno (N2), 21% de oxígeno (O2) y 1% de otros gases, incluyendo argón (Ar), neón (Ne), dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O).
Componente del Aire Causante de la Combustión
¿De los componentes del aire, alguno de ellos es causante de que se pueda llevar a cabo la reacción de combustión?
Sí, el oxígeno (O2) es el componente del aire esencial para que se lleve a cabo la reacción de combustión.
La Combustión de una Vela
¿El encender una vela representa una reacción de combustión? Explica por qué.
Sí, al encender una vela se produce una reacción de combustión. La cera de la vela (compuesta principalmente por hidrocarburos) reacciona con el oxígeno del aire, produciendo dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O) y liberando energía en forma de luz y calor.
Recuerda la reacción de combustión general que vimos en clase: Combustible + O2 → CO2 + H2O + Energía.
Reacciones de Combustión del Metano y Butano
Representa la reacción de combustión del metano y del butano e indica si se trata de fenómenos físicos o químicos.
Ambas son fenómenos químicos, ya que implican la transformación de sustancias en otras nuevas. Las reacciones son las siguientes:
Reacción de combustión del metano:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Energía calorífica
Reacción de combustión del butano:
(La reacción del butano no fue proporcionada en el documento original, pero su combustión completa es: 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + Energía calorífica)
La Reacción de Fotosíntesis
Representa la reacción que se lleva a cabo durante el proceso de fotosíntesis.
La fotosíntesis es un proceso vital que ocurre en las plantas, algas y algunas bacterias. Su reacción general es:
6CO2 (Dióxido de carbono) + 6H2O (Agua) + Energía luminosa → C6H12O6 (Glucosa) + 6O2 (Oxígeno)
Descripción Detallada de la Fotosíntesis
Describe la reacción de fotosíntesis, explicando quiénes son sus reactivos y cuáles sus productos, indicando además cuál es el beneficio para la vida en general.
En el proceso de fotosíntesis, las plantas toman del aire el dióxido de carbono (CO2) y del suelo el agua (H2O). Estos son los reactivos. Con la ayuda de la luz solar (energía luminosa) y la clorofila, el dióxido de carbono y el agua se transforman en el alimento de la planta: glucosa (C6H12O6), que es un azúcar, y liberan oxígeno (O2). La glucosa y el oxígeno son los productos de la reacción.
El beneficio de la fotosíntesis para la vida en general es inmenso: produce el oxígeno que la mayoría de los seres vivos necesitamos para respirar y es la base de la cadena alimentaria, ya que genera la materia orgánica (glucosa) que sustenta a los ecosistemas.
Experiencia de Laboratorio: Preparación de Frapuchinos y Concentraciones
Explica detalladamente qué hiciste en el laboratorio cuando se prepararon frapuchinos, es decir, qué tipo de sustancias se utilizaron, en qué cantidades se adicionaron, y qué tema de la clase se reforzó con esta práctica.
Nota para el estudiante: Esta sección requiere tu descripción personal de la práctica. Recuerda que el objetivo principal fue investigar el significado de las soluciones diluidas, concentradas, saturadas y sobresaturadas. Explica cómo prepararon los frapuchinos con diferentes concentraciones, cómo los clasificaron (diluidos, concentrados) y las observaciones y opiniones de tus profesores y compañeros.
Ejemplos de Reacciones de Síntesis y Descomposición
Escribe 3 ejemplos de reacciones de síntesis y 3 ejemplos de reacciones de descomposición.
SÍNTESIS
DESCOMPOSICIÓN
4Na + O2 → 2Na2O
2Na2O → 4Na + O2
2H2 + O2 → 2H2O
2H2O → 2H2 + O2
C + O2 → CO2
CO2 → C + O2
Fórmula y Nombre de Compuestos
Nota para el estudiante: Esta sección requiere que revises y anotes los ejemplos de fórmulas y nombres que se hicieron en clase.
Alcanos: Fórmulas y Estructura
Escribe el nombre y la fórmula de los primeros 6 alcanos y explica por qué los carbonos inicial y final tienen 3 átomos de hidrógeno y los del centro solo presentan dos átomos de hidrógeno.
- CH4: Metano
- CH3-CH3: Etano
- CH3-CH2-CH3: Propano
- CH3-CH2-CH2-CH3: Butano
- CH3-CH2-CH2-CH2-CH3: Pentano
- CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3: Hexano
Los átomos de carbono tienen una valencia de cuatro, lo que significa que pueden formar cuatro enlaces. En los alcanos, los carbonos iniciales y finales de la cadena solo están unidos a un único átomo de carbono adyacente, por lo que necesitan formar tres enlaces adicionales con átomos de hidrógeno para completar su valencia. Los carbonos intermedios, en cambio, están unidos a dos átomos de carbono adyacentes (uno a la izquierda y otro a la derecha), por lo que solo necesitan formar dos enlaces adicionales con átomos de hidrógeno para satisfacer su valencia de cuatro.
El Átomo de Carbono y sus Enlaces
Escribe el átomo de carbono y representa sus electrones de valencia. Indica cuántos enlaces se pueden formar y por qué.
El átomo de carbono (C) tiene 4 electrones de valencia. Su representación de Lewis es:
.C .
El carbono puede formar cuatro enlaces porque tiene cuatro electrones de valencia disponibles para compartir con otros átomos, buscando alcanzar la configuración electrónica estable de un octeto.
Contaminación del Aire en el País
¿Consideras que lo que se hace en nuestro país es suficiente para disminuir la contaminación del ambiente (aire)?
Nota para el estudiante: Esta es una pregunta de opinión personal basada en lo visto en clase sobre contaminación.
Sugerencias para la Contaminación del Agua
¿Qué podrías sugerir, de acuerdo con lo visto en clase, con respecto a la contaminación del agua y los métodos de purificación del agua para evitar que continúe la contaminación de esta sustancia tan importante?
Nota para el estudiante: Esta es una pregunta de opinión personal basada en lo visto en clase sobre contaminación y purificación del agua.
Clasificación de Cambios Físicos y Químicos
Clasifica los siguientes ejemplos como cambios físicos o químicos:
CAMBIO FÍSICO
CAMBIO QUÍMICO
Preparar una ensalada de verduras
Quemar leña
Llenar de aire una llanta
Fotosíntesis
Cortar una manzana en trozos
Cocer frutas y verduras
Calentar agua
Oxidación de un metal
Recuerda que los cambios físicos NO alteran la naturaleza interna de la materia; solo modifican su forma, estado o apariencia.
Recuerda que los cambios químicos SÍ alteran la naturaleza interna de la materia, resultando en la formación de nuevas sustancias con propiedades diferentes.
El Ciclo del Agua: Pasos y Explicación
Explica cada uno de los pasos del ciclo del agua observando la siguiente imagen.
Nota para el estudiante: Los pasos del ciclo del agua ya están descritos a continuación; explícalos con tus propias palabras de forma sencilla.
- Precipitación: Es el transporte a través de la atmósfera de las nubes hacia el interior, con un movimiento circular como resultado de la gravedad, y la pérdida de su agua que cae en la tierra. Este fenómeno se llama lluvia, nieve, granizo, etc.
- Infiltración: El agua de lluvia se infiltra en la tierra y se hunde en la zona saturada, donde se convierte en agua subterránea. El agua subterránea se mueve lentamente desde lugares con alta presión y elevación hacia lugares con baja presión y elevación, desde el área de infiltración a través de un acuífero y hacia un área de descarga, que puede ser un mar o un océano.
- Transpiración: Las plantas y otras formas de vegetación toman el agua del suelo y la excretan nuevamente como vapor de agua a la atmósfera. Cerca del 10% de la precipitación que cae en la tierra se vaporiza a través de la transpiración de las plantas; el resto se evapora de los mares y océanos.
- Escorrentía Superficial: El agua de lluvia que no se infiltra en el suelo alcanzará directamente el agua superficial, como ríos y lagos. Después será transportada de nuevo a los mares y océanos. Esta agua es llamada agua de escorrentía superficial.
- Evaporación: Debido a la influencia de la luz del sol, el agua en los océanos y los lagos se calienta. Como resultado, se evaporará y será transportada de nuevo a la atmósfera. Allí formará las nubes que con el tiempo causarán la precipitación, devolviendo el agua a la tierra. La evaporación de los océanos es la clase más importante de evaporación.
- Condensación: En contacto con la atmósfera, el vapor de agua se transformará de nuevo a líquido, de modo que sea visible en el aire. Estas acumulaciones de agua en el aire son lo que llamamos las nubes.
Así se completa un ciclo continuo de transferencia del agua, conocido también como ciclo hidrológico.