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Víctor Manuel Mora GonzálezZito Octavio Alejandre Rosas

Penélope Martínez GarcíaMaría Luisa Arriaga Lucero

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Dirección editorialGrupo Editorial Mx

Editor en jefeClaudia Gabriela Guevara Gómez

EditorIrving Rondón Ojeda

Revisión técnicaMayela de la Rosa Miranda

Corrección de estiloItalibi Quintana Meza

Coordinación de diseñoKarem Anabelli Zavala Acevedo

Diseño editorialBrenda Anahi Cortés Fabián

Diseño de portadaFlor Alejandra Carmona Vera

Dirección de producciónJorge Rodríguez Hernández

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Registro número 3790.

Víctor Manuel Mora GonzálezZito Octavio Alejandre RosasPenélope Martínez GarcíaMaría Luisa Arriaga Lucero

1ª edición enero de 2019

D.R. © Grupo Editorial Mx.

ISBN: 978-607-8613-64-9

Organización didáctica por unidades con proyectos formativos.

Durante el proceso de impresión es-tamos contactando a los sitios de in-ternet referidos, para notificarles que estamos usando su información sin fines de lucro.

Derechos ReservadosNo está permitida la reproducción total o parcial de este libro ni su tratamiento informático ni la transmisión de ningu-na forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, incluyendo foto-copiado, almacenamiento en cualquier sistema de recuperación de información o grabado sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright.

La marca Grupo Editorial Mx es propiedad de TRACK, S. A. de C. V.Prohibida su reproducción total o parcial.Impreso en México / Printed in Mexico

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Este libro tiene como propósito que desarrolles aprendizajes al relacionar el conocimiento que adquirirás en este módulo con tus experiencias de la vida cotidiana.

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electrónico siguiendo 5 sencillos pasos:

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Integra conocimientos, habilidades y actitudes para evidenciar el logro de las competencias genéricas y disciplinares. Incluye instrumento de evaluación.

Actividad para despertar la curiosidad por los nuevos conocimientos.

Permite identificar los conocimientos previos para tomarlos como punto de partida en el proceso de aprendizaje.

Evidencian las relaciones entre las áreas del conocimiento a través de los ámbitos transversales del Perfil de egreso.

Actividades que desarrollarán Competencias Genéricas (CG) y Competencias Disciplinares Básicas (CDB) a través de la movilización o transferencia de saberes.

Lecturas con ejercicios de prelectura y poslectura para alcanzar el nivel medio de lectocomprensión.

Actividades para la evaluación de los aprendizajes esperados. Incluye instrumento de evaluación.

Reactivos similares a la prueba PLANEA.

Registro general de los avances en los resultados de aprendizaje de todo el módulo.

Reactivos para la evaluación de los conocimientos adquiridos.

Autoevaluación de las competencias genéricas y disciplinares desarrolladas a través de los resultados de aprendizaje.

Tabla de ponderación

Proyecto formativo

Explora tu mundo

Evaluación diagnóstica

Actividad transversal

Evaluación sumativa

Fomento a la lectura

Evaluación formativa

Prueba tipo PLANEA

Vinculación de competencias y resultados de aprendizaje

Sección de orientación vocacional para acompañar el diseño de plan de carrera. A través de casos se muestran las profesiones que aprovechan los conocimientos abordados en los contenidos.

Or te

Actividades enfocadas al Desarrollo de Habilidades Socioemocionales

(DHS) de acuerdo con el programa ConstruyeT. Desarrollo de Habilidades Socioemocionales

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Contenido

I

II

III

Identificación de las reacciones químicas y el equilibrio químico 6

Cuantificación en las reacciones químicas 36

Identificación de los modelos de ácido base 70

Análisis químico de reacciones 10Reacciones químicas 10A. Equilibrio dinámico 12B. Reacciones químicas importantes de nuestro entorno 15C. Análisis de algunas reacciones ambientales 17Balanceo de ecuaciones 24A. Balanceo de ecuaciones 24B. Métodos 24

Relación entre el número de Avogadro y la masa de grupos de átomos y de moléculas 40A. Estequiometría 43B. Unidades de concentración 44C. Masa 53D. Volumen 53Cantidad de sustancia que se consume y se forma en una reacción química y sus implicaciones ecológicas 60A. Cálculos estequiométricos 60B. Implicaciones ecológicas 64

Características de los ácidos y bases 75Características y comportamiento 75A. Reacciones ácido-base 77B. Teorías 87

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IV

V

Identificación de la energía y rapidez en las reacciones químicas 94

Síntesis química y diversidad de los nuevos materiales 138

Bibliografía 176

Caracterizar los sistemas con base en las interacciones de éstos con el entorno 97A. Interacción en los sistemas químicos, biológicos, físicos y ecológicos 97Enlaces químicos 97B. Reacciones exotérmicas y endotérmicas 107La combustión: una reacción química en la que una sustancia se combina con oxígeno liberando energía 111A. Energía de activación y energía de reacción. 111B. Impacto ambiental 118Factores que intervienen y modifican la rapidez de una reacción, distinguiendo el funcionamiento de los catalizadores, y su importancia en la industria química 123A. Rapidez de reacción 123B. Importancia en la industria química 129

Síntesis química de importancia cotidiana: monómeros, polímeros y macromoléculas 143A. Síntesis y análisis químico 143B. Monómero 145C. Polímero 146D. Macromolécula 151Estructura, propiedades, funciones y usos de las macromoléculas naturales y sintéticas 155Estructura, propiedades y función 157Macromoléculas naturales y sus funciones 159A. Almacenamiento de energía 164B. Macromoléculas sintéticas 170C. Tipos de enlace 171

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¿Por qué es importante?

Palabras clave

Competencias Genéricas (CG) a desarrollar

10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

7. Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Competencias Disciplinares Básicas de las Ciencias Experimentales (CDBCE) a desarrollar

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

5.2 Ordena información de acuerdo con categorías, jerarquías y relaciones.

5.4 Construye hipótesis, diseña y aplica modelos para probar su validez.

• Reacción química • Balanceo • Impacto ambiental

El alumno es capaz de analizar su entorno a través de la resolución de problemas de análisis químico y valora los componentes de las reacciones químicas y su impacto ambiental.

1.1. Resolver problemas de análisis químico de reacciones conocidas, utilizando su descripción a través de ecuaciones químicas y destacando lo que éstas representan. 1.2. Realizar el balanceo de ecuaciones de algunas reacciones del entorno, valorando la importancia de tomar en cuenta sus componentes relacio-nados con su impacto ambiental.

Resultados de aprendizaje

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Unidad I

Identificación de las reacciones químicas y el equilibrio químico

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Aprendizaje esperado


Representación simbólica y angular del entorno

Comunicación en los ámbitos escolar y profesional


Realiza el balanceo de ecuaciones y el principio de conservación de la materia de algunas reacciones del entorno para valorar la importancia de tomar en cuenta todos sus componentes relacionados con sus impactos ambientales.


Resuelve problemas de análisis químico de reacciones conocidas utilizando su descripción a través de ecuaciones químicas.

7

Interdisciplinariedad

Medición

Elaborar reseñas fundamentando sus opiniones y valoraciones mediante la colaboración con los demás.

Representación simbólica y angular del entornoExplica el comportamiento e interacción en los sistemas químicos, biológicos, físicos y ecológicos.

Transversalidad de los aprendizajes

Comunicación en los ámbitos escolar y profesional

Colaboración y trabajo en equipo

Habilidades digitales

Habilidades socioemocionales y proyecto de vida

Lenguaje y comunicación

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Proyecto formativo

Se propone que los estudiantes desarrollen un tríptico con la información necesaria para concientizar a la población acerca del problema de sobrepeso y obesidad que sufre la población de nuestro país, desde los niños hasta las personas adultas. En el tríptico deberán plantear una solución al problema con base en el equilibrio entre la dieta y las actividades físicas recomendables para que las personas se mantengan sanas.

En México la población padece un desequilibrio alimenticio, de acuerdo con datos publicados por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), a la cual pertenece nuestro país. En 2015 ese organismo informó que más de la mitad de los adultos y 1 de cada 6 niños sufren de problemas de sobrepeso u obesidad. La medida que se utilizó es el índice de masa corporal, el cual relaciona la masa con la estatura de un individuo. El informe mencionó que el 32.4% de la población presenta este problema. Una de las causas es la desigualdad educativa y socioe-conómica, y la OCDE indica algunas de las acciones que el país debe realizar a fin de combatirlo.

Para comprender mejor esta problemática, consulta los reportes de salud de 2013 y 2015 por parte de la OCDE en los siguientes enlaces:

• http://gpoe.mx/4v9aJ8 • http://gpoe.mx/wT8gXS

Una vez que has consultado los reportes de salud, responde las siguientes preguntas:1. ¿Cuáles son las acciones que México tomó para dar solución al problema de sobrepeso?

2. ¿Por qué crees que esas acciones podrían ayudar a reducir ese problema?

3. Ahora que conoces más acerca del sobrepeso y la obesidad que padece la población del país, ¿qué conocimientos crees que la Química puede aportar para darle solución al problema?

Actividad experimental: Reacciones de oxidación-reducción

En esta actividad observarás el desarrollo de algunas reacciones en las que hay intercambio de electrones.Material:

• 200 ml de disolución sobresaturada de sulfato de cobre (más adelante se indica cómo se prepara)

• 4 vasos de cristal • 1 tira de papel de aluminio de 1 × 8 cms

• 1 tira de zinc (que puede extraerse de una batería usada)

• 1 clavo • Cuchara cafetera • Pinzas pequeñas para sostener las tiras de metal

Explora tu mundo

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Relación entre compuestos orgánicos y el entornoI

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I. Coloca sobre la línea el nombre o el símbolo del elemento químico, según corresponda:1. K 2. Cloro

3. Sc 4. Azufre5. V 6. Carbono7. Cu 8. Calcio

9. Hg 10. Uranio

II. Anota el nombre o la fórmula del compuesto químico:

1. H2S 2. Bromuro de hierro (III)

3. CaH2 4. Sulfito de cobre (I)

5. H2SO4 6. Hidróxido de sodio

7. Ca(OH)2 8. Óxido de potasio

9. Ba(NO3)2

Procedimiento: 1. En un recipiente coloca 150 ml de agua limpia y añade 50 g de sulfato de cobre (que

puede comprarse en una tienda de jardinería). Revuelve la mezcla lo mejor posible y llévala a calentamiento hasta que esté cerca del punto de ebullición. Deja enfriar y reparte la solución de manera equitativa en los vasos de cristal. Uno de los vasos solamente servirá como referencia para comparar contra lo que sucederá en los otros tres vasos.

2. Sostén con las pinzas el clavo y sumerge la mitad en uno de los vasos con disolución. Deja pasar unos cinco minutos, retíralo de la disolución, observa los cambios producidos y anota tus observaciones.

3. Haz lo mismo con la tira de papel de aluminio y con la tira de zinc. Observa atentamente lo que sucede mientras se sumergen en la solución y los cambios que presentan una vez que se retiran.

4. Concentra tus observaciones en una tabla en la que indiques lo que sucedió en cada uno de los vasos.

I. Junto con tus compañeros de equipo, o de forma individual, investiga las reacciones químicas que han sucedido durante el experimento y anótalas en una tabla que elabores en tu cuaderno.

II. Comparte tus hallazgos con tu profesor y con el grupo.

Evaluación diagnóstica

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Identificación de las reacciones químicas y el equilibrio químicoUnidad I

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Análisis químico de reaccionesSi reflexionamos por un momento, nos daremos cuenta de que en nuestra vida una actividad frecuente consiste en resolver problemas. A veces se trata de problemas pequeños y, en otras ocasiones, de problemas que requieren pensar mucho y pedir ayuda a otros para lograr dar con la so-lución, incluyendo el uso de herramientas especiales.

La Química es una ciencia que analiza la realidad desde un punto de vista muy especial, intentando dar solución a diferentes problemas a partir de los conocimientos adquiridos a lo largo de su historia y uti-lizando las herramientas a su alcance. Se plantean preguntas de este tipo: ¿Cómo se distingue una sustancia de cualquier otra? ¿Cómo se de-termina la estructura de tal sustancia? ¿Cómo se puede predecir cuáles son sus propiedades? ¿Cómo sabemos que ha ocurrido un cambio quí-mico? ¿Podemos predecir si ocurrirá un cambio químico en determinadas circunstancias? ¿Cómo podemos controlar los cambios químicos? ¿De qué forma podemos sintetizar sustancias químicas? ¿Cómo aprovechamos la energía química? En fin, la lista de preguntas sería interminable.

La pregunta esencial que nos hacemos al iniciar este libro es la siguiente: ¿Qué problemas requieren del pensamiento químico para resolverse?

La respuesta podría considerar tan sólo el aspecto teórico; sin embargo, es mucho más relevante pensar en cómo resolver situaciones que están comprometiendo al planeta entero y la vida de cada uno de los que lo habitamos. Por ejemplo, la Química tiene que pensar en cómo mejorar los combustibles para evitar que se sigan acumulando contaminantes en la atmósfera, cómo ayudar a evitar o disminuir el efecto invernadero y mitigar el calentamiento global, cómo contribuir a que la seguridad alimentaria sea una realidad teniendo en cuenta la forma en que crece la población, cómo producir mejores medicamentos para erradicar en-fermedades, etcétera.

En resumen, los problemas que requieren del pensamiento químico para su solución serán todos aquéllos en los que está profundamente implicado el conocimiento de la materia, su estructura y transformaciones.

Reacciones químicasA cada momento, a nuestro alrededor y dentro de nosotros mismos su-ceden reacciones químicas. Nos percatamos de ello porque algo “sucede” y las sustancias cambian su aspecto o sus propiedades. Mencionemos, como ejemplo, lo que sucede en la cocina cuando se elabora el “caldillo” para preparar la sopa de pasta. Cuando se muelen en la licuadora los jitomates, la cebolla y el ajo, la mezcla resultante tiene olor, color y sabor caracte-rísticos. Una vez que se coloca al fuego, la mezcla va cambiando de color, de un rosa pálido a un rojo naranja brillante y el sabor es notablemente di-ferente. Ha sucedido una reacción química.Figura 1.1 En nuestras cocinas

suceden reacciones químicas.

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Figura 1.2 La combustión de un cerillo es un ejemplo de reacción química.

Figura 1.3 Los automóviles obtienen energía de la combustión de gasolina dentro de sus motores.

Figura 1.4 El cloruro de sodio es el producto de la reacción química entre un metal y un no metal.

Otro ejemplo cotidiano de reacción química lo podemos encontrar al encender un cerillo. Aparece la flama y conforme pasa el tiempo, del cerillo no quedan más que cenizas. Ha ocurrido, sin duda, una reacción química.

Podríamos seguir comentando otros casos, pero desde la Química no podemos quedarnos con descripciones de los fenómenos, sino que debemos tratar de conocer, con toda la profundidad posible, qué es lo que sucede al interior de las sustancias involucradas para que se lleve a cabo una reacción química, por qué las sustancias resultantes difieren tanto de las sustancias originales o cómo pueden aprovecharse las reacciones químicas para el bienestar de la humanidad.

Una reacción química es todo proceso en el que una o más sus-tancias se convierten en otras sustancias.

Sabemos, por nuestros cursos anteriores, que los átomos forman compuestos estableciendo enlaces químicos que conservan una cierta cantidad de energía. Cuando se dan las condiciones apropiadas, las sustancias rompen sus enlaces y forman otros nuevos, dando como resultado nuevas sustancias.

Pensemos, como ejemplo, en lo que sucede al interior de un automóvil cuando está funcionando: los hidrocarburos que contiene la gasolina se mezclan con oxígeno proveniente del aire, y se encienden con una chispa en el interior del cilindro. Como resultado de la reacción, los gases calientes se expanden, mueven los pistones y, mediante algunos mecanismos, hacen girar a las ruedas del coche. Para describir lo que sucede, además de las palabras, utilizamos ecuaciones químicas en las que aparecen las sustancias iniciales (reactivos) y las sustancias resul-tantes (productos). La flecha que aparece en medio de las fórmulas sirve para indicar el flujo de la reacción. La combustión del octano (uno de los hidrocarburos de la gasolina) puede representarse por la siguiente ecuación:

+ → +C H 252

O 8CO 9H O8 18 2 2 2

Como se observa, los elementos químicos que formaban a los reactivos son exactamente los mismos que aparecen en las fórmulas de los productos, pero con un arreglo diferente, dando como resultado propiedades distintas, como se aprecia en el siguiente ejemplo.

Cuando se forma el cloruro de sodio, esto es, la sal común, los re-activos originales son sodio y cloro. El sodio es un metal blando, ligero y de color gris, mientras que el cloro es un gas tóxico de color verde amarillento que existe en forma de moléculas diatómicas. Cuando se pone en contacto un trozo de sodio con una cantidad de gas cloro, la reacción resultante es espectacularmente violenta y el resultado son unos cristales conocidos por todos ya que los utilizamos al comer o para sazonar los alimentos.

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A. Equilibrio dinámicoLa ecuación química que representa la formación del cloruro de sodio se representa así:

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Las abreviaturas (s) y (g) sirven para indicar el estado de agregación en el que se presentan las sustancias; en nuestro ejemplo, sólidos o gases.

Equilibrio dinámico

Muchas reacciones químicas ocurren en un solo sentido, con lo cual queremos decir que a partir de los reactivos se obtienen exclusivamente los productos. Tal es el caso de la com-bustión, pues una vez que se ha llevado a cabo, ya no es posible revertir el proceso ni volver a obtener las sustancias originales. Sin embargo, es posible observar que suceden reacciones químicas en las que los reactivos forman los productos y, al mismo tiempo, estos vuelven a formar los reactivos. De manera esquemática podemos expresarlo así:

+ +A B C D

Cuando esto sucede al mismo tiempo y en la misma proporción, nos encontramos ante el caso de un equilibrio dinámico. En este tipo de equilibrio al mismo tiempo que se forman productos a partir de los reactivos, el proceso inverso también se da, es decir, los productos se descomponen para formar los reactivos originales. Cuando se llega al equilibrio dinámico, la concentración de reactivos y productos permanece constante a lo largo del tiempo. Este pro-ceso puede representarse gráficamente marcando el cambio en la concentración de reactivos y productos conforme avanza el tiempo:

Un ejemplo de equilibrio dinámico lo podemos encontrar en el proceso de oxigenación de nuestro cuerpo. La hemoglobina (Hb) es la molécula que se encarga de transportar el oxígeno (O2) a los tejidos del cuerpo. El proceso es muy complejo, pero de forma esquemática podemos representarlo de la siguiente manera:

Hb(ac)+O2 (ag) Hbo2 (ac)

Tiempo

A + B

C + D

Con

cent

raci

ón

Equilibrio

Figura 1.5 En el equilibrio dinámico, la concentración de reactivos y productos permanece constante.

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Actividad 1 • CG 4•

I. Forma un equipo de trabajo con dos o tres de tus compañeros; posteriormente, lean con atención el siguiente texto:

Los alquimistas llevaron a cabo numerosos experimentos y admitían que en ellos se formaba materia, porque en los recipientes en que se hervía agua aparecían residuos en el fondo. Lavoisier decidió aclarar esto utilizando como herramienta principal sus balanzas. Midió un volumen de agua y lo colocó en un recipiente que previamente había pesado. Hizo hervir el agua a reflujo durante 101 días, y después de ello destiló el agua, la midió y la pesó, comprobando con ello que la masa original no había cambiado después de la experiencia. Demostró, asimismo, que el residuo provenía de las paredes del matraz de vidrio.

Fuente: Bascuñán Blaset, Aníbal, Antoine Laurent Lavoisier. El revolucionario. Recuperado de: http://www.scielo.org.mx/pdf/eq/v19n3a11.pdf

II. Comenten en equipo cuáles son los aspectos más destacables de la historia y anótenlos en el espacio siguiente, precisando cuáles serían las aplicaciones actuales de esta experiencia de Lavoisier.

La hemoglobina capta oxígeno y se convierte en oxihemoglobina (HbO2) que viaja desde los pulmones a los tejidos para distribuir el oxígeno. La oxihemoglobina se descompone en los compuestos originales y de manera simultánea vuelve a formarse, tal como se expresa en la anterior ecuación química.

Además del equilibrio dinámico, podemos encontrar otros tipos de equilibrio químico que dependen de las condiciones en las que se lleva a cabo la reacción así como de la naturaleza de los reactivos, por lo que podemos establecer la siguiente definición:

Equilibrio químico es el estado de balance dinámico en el que la velocidad de formación de los productos de una reacción a partir de los reactivos es igual a la velocidad de formación de los reactivos a partir de los productos.

Figura 1.6 La hemoglobina capta oxígeno y lo transporta en un proceso cíclico.

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Reacción directa

La reacción directa conocida como irreversible es una reacción química que se realiza en un sólo sentido, es decir, que se prolonga hasta agotar por completo una o varias de las sustan-cias reaccionantes; los reactivos se consumen totalmente y finalizan cuando el reactivo limi-tante se termina.

Por ejemplo, cuando una base fuerte como el hidróxido de sodio reacciona con un ácido fuerte como el clorhídrico, para dar como resultado cloruro de sodio y agua.

NaOH + HCl → NaCl + H2O

OH

OH

H2O

NaOH(aq) NaCl(aq)HCl(aq)

Na-

Na- Na-

Na-

Na- Cl -Cl -

Cl -

H+

H+ H+

Cl -

Na-

Reacción inversa

También conocidas como reacciones reversibles, en las que los reactivos no se consumen total-mente, y los productos pueden formar nuevamente a los reactivos estableciéndose un equilibrio entre ambos procesos, los cuales se pueden alterar en uno u otro sentido con introducir alguna modificación en el sistema. Se representa principalmente con una doble flecha: la que tiene el sentido hacia la derecha indica que primero sucede la reacción directa; la que tiene el sentido hacia la izquierda indica la reacción inversa.

Por ejemplo, cuando el hidrógeno (H2) se combina con el nitrógeno (N2) para formar amoniaco (NH3) se le conoce como reacción directa, pero se descompone regenerando a las sustancias de partida por medio de la reacción inversa.

Efecto de algunos factores

Algunos de los factores influyentes sobre las reacciones químicas, pueden ser: • Concentración de los reactivos. • Luz • Estado físico de los reactivos • Cambios de temperatura

• Adición de un catalizador • Positivos o negativo • Homogéneos o heterogéneos

Estos pueden llevar a que la energía cinética de las partículas que participan en la reacción química aumente, o que la concentración de los productos varíe y también que si se llega a utilizar un catalizador se pueda llevar a cabo la reacción sin provocar algún desequilibrio en la misma, ya que no interviene en el proceso como parte de los reactivos.

Nitrógeno (N2) + Hidrógeno (H2)

(N2) + (H2) → NH3

Amoníaco (NH3)

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Actividad 2 • CG 5.1 y 5.2 CDBCE 7 y 10 •

Identifica los 10 conceptos que estén relacionadas con las reacciones químicas y el equilibrio químico, después redacta la definición de cada uno.

1. Reversible2. Reacción3. Equilibrio

4. Irreversible5. Inversa6. Reactivo

7. Directa8. Sustancia9. Catalizador

D O S B A C D A N E D D R I I E U D C

A O I E C C C Z B N E D R O R R S S A

I P R O D U C T O P O O O T O D E S I

O N R B U I Z T D O D C I I A I A V O

T S V A L N C I S A D E R O A R S L I

C T L E R S C O Z I A B V S I E T R O

A A N I R L M I R C I I Z T Z C L E C

B M A M U S L E D L T R S E R T I V L

A E T O A A A U I C A O F T N A R E U

E A N S T Z V U A R S N E T A O R R R

S C E A I E Q E S B T R O D A L E S E

E U C O D E R R U A E Q N N B Q J I A

A P S L I R R E V E R S I B L E O B C

L A B T R R R N S D C R U L I E D L C

I O N A A E X L N D E R S Ñ N H Z E I

S B Ó R T N R I R U T U L D A O O B Ó

E N L S E D C I C V R E S R R H O A N

T E A E A U E I S C C R A I D A V E S

A S L O R O V A A E S A E S A N S E M

B. Reacciones químicas importantes de nuestro entornoTal vez pienses que las reacciones químicas se desarrollan de manera exclusiva en el ámbito del laboratorio, en condiciones controladas y con el equipo adecuado; sin embargo, existen procesos químicos que suceden en nuestro entorno y que tienen gran importancia para el sos-tenimiento de la vida en el planeta y para las funciones vitales de los seres vivos, tales como la fotosíntesis, la corrosión o la digestión.

Combustión

A diario, en todos los hogares, utilizamos la combustión para cocinar los alimentos y para calentar el agua con la que nos bañamos. En el interior de los automotores, la combustión es la reacción química que se aprovecha para producir el movimiento del vehículo. Algunos procesos industriales dependen de la combustión para ob-tener sus productos, como sucede, por ejemplo, en la producción del acero, la fabricación del cemento, la confección de la cal, entre otras actividades.

La combustión es, esencialmente, la reacción química entre una sustancia combustible (gasolina, madera, propano) con el oxígeno, generando entre sus productos dióxido de carbono, agua y el desprendimiento de una gran cantidad de calor. La combustión del gas butano, C4H10, se representa con la siguiente ecuación química:

+ → + +C H 132

O 4CO 5H O calor4 10 2 2 2

Figura 1.7 La combustión es, posiblemente, la reacción química más conocida y empleada por la humanidad.

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Figura 1.8 La fotosíntesis es una reacción química necesaria para la vida.

Digestión

Otro proceso esencial para todos los seres vivos es la digestión. A través de ella, los alimentos sólidos y las bebidas que consumimos se van descomponiendo en partes cada vez más pequeñas hasta transformarse en nutrimentos que el cuerpo puede absorber y utilizar como fuente de energía. Así pues, el proceso digestivo está conformado por dos transformaciones: la mecánica y la química. En la primera se fragmenta el alimento para favorecer la digestión. En la trans-formación química se efectúa una hidrólisis enzimática en la que las grandes moléculas se transforman en otras más sencillas por acción de las enzimas. Existen tantas enzimas como moléculas que deben digerirse.

Corrosión

La corrosión es un fenómeno que se presenta con frecuencia y que constituye un grave problema, puesto que deteriora los metales hasta el punto de vol-verlos inútiles para el fin al que están destinados. Por ello se dedican muchos recursos para evitarla.

Desde el punto de vista químico, la corrosión puede describirse como el de-terioro que sufre un material metálico a consecuencia del ataque químico de su entorno. Un ejemplo común de la corrosión puede observarse cuando se deja a la intemperie una pieza de metal o un clavo de hierro. Conforme pasa el tiempo, se nota la aparición de un sólido de color café oscuro que va cubriendo la pieza paulatinamente, hasta inutilizarla por completo. La ecuación química para re-presentar la corrosión del hierro es la siguiente:

Fe + O2 → Fe2O3

Para evitar la corrosión se emplean diversos medios, como la pintura o la denominada protección catódica que permite prolongar el tiempo de vida útil del material o de la estructura que se desea proteger.

Figura 1.10 La corrosión produce graves deterioros.

Figura 1.9 El estómago contiene enzimas que permiten la obtención de nutrientes.

Fotosíntesis

El proceso fotosintético es esencial para la vida tal como la conocemos, puesto que sirve para nutrir al reino vegetal y, en consecuencia, para alimentar a todos los demás seres que incluyen a los vegetales en su alimentación, incluido el ser humano. Consta de dos fases, una fase oscura y otra fase luminosa, y a través de ellas se produce la transformación de materia inorgánica en orgánica.

La fotosíntesis es un proceso físico-químico extremadamente complejo, pero de forma esquemática se representa así:

+ +CO H O C H O O2 2luz solar

6 12 6 2

clorofila

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C. Análisis de algunas reacciones ambientalesAdemás de los procesos que hemos reseñado brevemente, existe una serie de reacciones a las que se acostumbra denominar ambientales porque se desarrollan en el medio ambiente y lo afectan de tal manera que ponen en peligro nuestro planeta y la vida de todos quienes lo habitamos.

Lluvia ácida

De manera natural, gracias a la descomposición bacteriana de la materia orgánica, se encuen-tran en la atmósfera compuestos de azufre, pero su cantidad es pequeña. En la actualidad, por el uso de combustibles fósiles, se ha incrementado la concentración de compuestos azufrados, especialmente el SO2. Este compuesto es altamente nocivo por sí solo, pero en la atmósfera se oxida para producir SO3, el cual, al combinarse con agua, produce ácido sulfúrico:

SO3 + H2O → H2SO4

La presencia de estos compuestos en la atmósfera da como resultado la denominada lluvia ácida que trae consigo graves problemas para el ecosistema, como los que ya se han presentado en más de 300 lagos del estado de Nueva York y 140 lagos de Ontario, Canadá, los cuales están, prácticamente, desprovistos de vida.

El smog fotoquímico

Un fenómeno cada vez más frecuente en las grandes concentraciones urbanas es la presencia de esmog (combinación de los términos smoke y fog, que en inglés significan humo y niebla, respectivamente), que consiste en una masa de aire con gran cantidad de óxido de nitrógeno, hidrocarburos y ozono, además de otras partículas. Esta masa gaseosa tiene apariencia de una nube más o menos densa y de color gris que permanece durante unas horas hasta que las condiciones atmosféricas permiten su dispersión.

En el esmog fotoquímico, los contaminantes sufren reacciones químicas debido a la par-ticipación de la luz solar, en particular, de las radiaciones ultravioleta. De esta manera, los contaminantes originales forman peligrosos contaminantes secundarios entre los que destacan el ozono (O3), el dióxido de nitrógeno (NO2) y los compuestos conocidos como PAN (nitratos de peroxiacilo). Estos últimos, cuando se encuentran en gran cantidad, provocan la tonalidad amarillenta del esmog.

Los efectos del esmog sobre la salud son numerosos. Principalmente, afectan al aparato respiratorio; en algunos casos, el daño provocado llega hasta los alveolos, generando un medio propicio para las infecciones.

La formación de ozono en la estratosfera

La estratósfera es la segunda capa de la atmósfera que se ubica entre los 15 y 50 km de altura. La concentración de ozono en esta región es mayor que en otras capas de la atmósfera, for-mando lo que se conoce como capa de ozono y que sirve para absorber radiaciones ultravioleta provenientes del Sol y permitiendo así la vida en la Tierra.

En la formación del ozono, los enlaces de la molécula de oxígeno se rompen al absorber un fotón de radiación ultravioleta de longitud de onda menor de 240 nanómetros, y se producen

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dos átomos de oxígeno libres que son muy reactivos. Al chocar uno de estos con una molécula de oxígeno, se forma la molécula de ozono.

O2 + hv → O + OO + O2 → O3

La destrucción de las moléculas del ozono se lleva a cabo por la absorción de radiaciones ultravioleta menores a los 320 nm. De esta manera, la molécula de ozono se convierte en una molécula de oxígeno y en un átomo de oxígeno libre. Este último reacciona con una molécula de ozono para formar dos moléculas diatómicas de oxígeno.

O3 + hv → O + O2O + O3 → O2 + O2

Uno de los graves problemas que enfrenta el planeta es la destrucción acelerada de la capa de ozono. Se ha documentado el adelgazamiento en algunas partes del planeta hasta casi el 60%, lo que ha incidido en la aparición de numerosos casos de cáncer de piel y de algunos otros efectos que se están estudiando. Se sabe que esto se debe al uso indiscriminado de com-puestos de cloro, los denominados clorofluorocarbonos, que se utilizan en la refrigeración y como propelentes en algunos aerosoles. La reglamentación establecida en muchos países busca disminuir o eliminar el uso de estos compuestos, ya que en la atmósfera llegan a permanecer intactos por más de 60 años.

Actividad 3 • CG 4.1 •

I. Revisa las actividades que se realizan diariamente en tu casa y trata de identificar las que involucran reacciones químicas, especialmente aquellas que se desarrollan en la cocina. Elabora un listado y haz una investigación sobre ellas.

II. Revisa el libro La Química y la cocina, de José Luis Córdova Frunz, que forma parte de la colección La Ciencia desde México. La versión digital se encuentra en: http://gpoe.mx/UDm1Q4

III. Elabora un resumen de las ideas que consideres más relevantes y compártelo con tus compañeros.

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Actividad 4 • CDBCE 6 •

I. Forma un equipo con dos o tres de tus compañeros y lleven a cabo una investigación más profunda sobre alguna de las reacciones ambientales. Tomen las notas necesarias y elaboren un folleto explicativo utilizando la computadora. Incluyan fotos y diagramas para ilustrar. Traten de obtener un producto de la mejor calidad.

II. Organicen una exposición de los folletos que sirva para fomentar la toma de conciencia sobre esta problemática.

III. Anota tus conclusiones personales sobre la actividad.

Evaluación formativa

Reúnete en equipos de tres personas y elaboren un cuadro sinóptico del tema “reacciones químicas”. Para evaluar la actividad, guíense con la siguiente lista de cotejo.

Indicador Sí No

Identifican tres categorías de conceptos: primaria, secundaria y terciaria.Ordenan los conceptos de lo general a lo particular. Se puede leer de izquierda a derecha.El cuadro cuenta con la estructura adecuada y los conceptos encerrados en llaves.

Aplica las reglas ortográficas adecuadamente.

La redacción es clara, coherente y adecuada.

Entregan el cuadro sinóptico en la fecha establecida.

Participan de forma colaborativa con el equipo de trabajo.

Expresa el cuadro sinóptico la comprensión de “reacciones químicas”.

El uso de las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC) es una gran herramienta que auxilia a la química para expresar de forma más rápida, confiable y verídica los conocimientos adquiridos.

La actividad transversal es realizar un crucigrama digital con 10 preguntas de cada uno de los siguientes temas:

• Reacciones químicas • Balanceo de ecuaciones químicasPara realizarlos, puedes apoyarte de las siguientes páginas web.

• http://gpoe.mx/9Woh67 • http://gpoe.mx/EHtGAv

• http://gpoe.mx/Za9NGv

Una vez realizado el crucigrama, compártelo con tus compañeros y profesor.

Actividad transversal

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Proyecto formativo

Una vez planteada la problemática del sobrepeso y obesidad que existe en México, realiza las siguientes actividades para recabar información.

1. En el grupo, formen equipos de trabajo de 3 a 5 compañeros.2. Cada equipo deberá investigar acerca del cálculo del índice de masa corporal (IMC).3. Cada integrante del equipo deberá calcular su propio índice de masa corporal.4. Realicen una tabla donde anoten sus nombres, su masa en kg, su estatura en

metros y el IMC.

Nombre Masa (kg) Estatura (m) IMC

5. En computadora, registra lo que comen tú y cada uno de tus compañeros de equipo en tres días, la cantidad y unidad de medida. Elaboren una tabla como la siguiente:

Nombre:Alimento Cantidad Unidad

Papas fritas 48 g

6. Registra todas las actividades físicas que realizan tú y tus compañeros durante tres días y el tiempo que las desarrollan en minutos; por ejemplo, estar sentado en el aula, dormir, comer, etcétera, y anota los datos en una tabla como la siguiente:

Nombre: Actividad Tiempo (min)

Estar sentado en clase 240

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Para reflexionar¿Qué es la asertividad?, ¿para qué sirve?

Paso a paso:Organizados en equipo lleven a cabo la siguiente dramatización.

1. Uno de los miembros del equipo deberá representar el papel de un estudiante que se acerca al docente para reclamar su calificación. Este primer actor determinará la situación emocional (enojo, tristeza, entusiasmo, etcétera).

2. Los participantes restantes deben actuar para entenderlo y guiarlo de manera que pueda expresar sus emociones de manera asertiva.

Para terminar:Escribe una lista de los factores que crees que influyen en la asertividad.

Desarrollo de Habilidades Socioemocionales

Desarrollo de Habilidades Socioemocionales

La felicidadActividad 2

Nuestro objetivo

Materiales

• Conocer los factores personales que determinan o influyen en la asertividad.

• Dramatización

¿Cómo te sentiste durante la actividad?

No me gusta

Me da igual

Me emocionaMe gusta

Autoconocimiento

Or teBiomedicina

¿Qué es?La biomedicina consiste en el estudio de los aspectos biológicos de la medicina; su objetivo es investigar los mecanismos moleculares, bioquímicos, celulares y genéticos de las enferme-dades humanas.

Entre sus labores se encuentran: • Desarrollo de nuevos fármacos. • Nuevas técnicas para ayudar al tratamiento de enfermedades. • Desarrollo de alternativas de salud para nuevas patologías. • Análisis de patologías. • Alternativas de prevención y curación de enfermedades.

Conocimientos de la unidad

• Análisis químico de reacciones

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Fomento a la lectura

Prelectura La contaminación es un problema que afecta a todos los seres vivos que habitamos el planeta y la química también está presente en ella. Regularmente se habla de “químicos”, como las sustancias que son nocivas para la salud de las personas, animales o plantas; pero también son químicos las medicinas y alimentos que ingerimos para mantenernos saludables. A menudo, a la química se la percibe como algo dañino; a pesar de que también genera los beneficios que obtenemos de las sustancias. LecturaLee con atención el siguiente texto, el cual menciona las causas de la destrucción de la capa de ozono.

Ralph Burns

Es común escuchar que el ozono en la estratosfera nos protege de los rayos UV de alta energía. Pero, ¿cómo ocurre esto?

En la ozonosfera, una molécula de oxígeno choca con un fotón de luz ultravioleta C (que es de mayor energía que la luz ultravioleta A y B). La energía del fotón rompe el enlace O2 (O=O) y quedan libres dos átomos de oxígeno:

O2 + hv (UV–C) → 2O•

Los átomos de oxígeno así producidos se llaman radicales libres y son tan reactivos que de inmediato se combinan con una molécula de oxígeno para formar el ozono:

O • + O2 → O3

La radiación UV-B tiene la energía necesaria para romper los en-laces del O3, más débiles que los de oxígeno, con lo cual se destruye el ozono. Cuando esto ocurre, se origina una molécula de oxígeno y un radical oxígeno; este átomo de oxígeno libre regenera la molé-cula de oxígeno.

O3 + hv (UV–B) → O2 + O• + calor

En todas estas reacciones fotoquímicas se libera energía en forma de calor que calienta la estratosfera. De esta manera, la radiación UV-C y la mayor parte de la UV-B ya no llegan a la superficie de la Tierra. Éstas son las reacciones con las cuales la capa de ozono nos protege. En 1928, se desarrolló el diclorodifluorometano, un compuesto refrigerante que se produjo a gran escala durante la década de 1930 y también se usó como propelente en aerosoles e insecticidas. Este compuesto se consideraba inerte, pero décadas después se averiguó que podía combinarse con el ozono, debido a la alta reactividad de éste.

Rea

ccio

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Poslectura Contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Cómo puedes definir lo que es un radical libre?

2. ¿Por qué se llaman reacciones fotoquímicas?

3. ¿Cuál es la fórmula del CFC?

4. Explica la diferencia entre el ozono y el oxígeno.

En 1973, el estudiante de origen mexicano, José Mario Molina Hernández (hoy nacionalizado estadounidense), ingeniero químico, realizaba su tesis doctoral en la universidad de California dirigido por Frank Sherwood Rowland (estadou-nidense nacido en 1927).

Como parte de ese trabajo, Molina investigó qué ocurre en la estratosfera con los clorofluorocarbonos (CFC, un ejemplo de ellos es el diclorodifluorometano, mencionado anteriormente) y encontró que se descomponen por la acción de los rayos UV. Cuando esto sucede, se liberan átomos de cloro, radicales libres, que reaccionan con una molécula de ozono para formar ClO y una molécula de oxígeno.

El investigador también descubrió que, además del átomo de cloro, la radiación UV produce un átomo de oxígeno que a su vez reacciona con el monóxido de cloro para descomponerlo en un radical libre de cloro más oxígeno molecular. De esta manera, el átomo de cloro queda libre para afectar a otra molécula de ozono. El proceso puede repetirse hasta 100 000 veces antes de que el cloro participe en otra reacción y se estabilice, como se observa en las siguientes reacciones.

CFC + hv (UV–C) → Cl• + O•Cl• + O3 → ClO• + O2ClO• + O• → Cl• + O2

En 1974, Molina y Sherwood publicaron sus hallazgos en la revista Nature. Estos datos fueron confirmados por otros científicos y por el descubrimiento del agujero en la capa de ozono. Esta evidencia convenció al mundo del peligro de seguir empleando CFC y en 1990 se acordó eliminar su uso. Posteriormente, Paul Crutzen sugirió que la destrucción de la capa de O3 ocurría mediante un proceso similar con base en los óxidos de nitrógeno. En 1995, Molina, Sherwood y Crutzen compartieron el premio Nobel de Química por estas investigaciones.

Fuente: Burns Ralph, Fundamentos de química, Ed. Pearson, Pág. 232.

Figura 1.11 Mario Molina, científico mexicano, ganador del Premio Nobel de Química.

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Balance de ecuaciones¿Sabías que las reacciones químicas o los fenómenos químicos que ocurren en nuestro entorno se puede cuantificar para conocer la cantidad de sustancias que reaccionan y las que se producen?

Esto es posible gracias al principio de conservación de la materia establecido a finales del siglo XVIII. Este principio es fundamental dentro del estudio de la Química. Algunos ejemplos donde se aplica son la combustión interna de los motores de los automóviles, la combustión del gas LP en las estufas de nues-tros hogares o la duración de una pila.

Las ecuaciones químicas son la representación simbólica de las reacciones químicas. Estas ecuaciones contienen dos componentes: los reactivos que se encuentran en la parte izquierda y representan la sustancia o sustancias que van a reaccionar, y los productos que están a la derecha y representan la sus-tancia o sustancias que se van a obtener. Ambos componentes se encuentran separados por una flecha (→), que significa produce.

A. Balanceo de ecuacionesDefinición y objetivo

La medición de las sustancias que se producen es importante en un proceso químico. Desde el punto de vista económico, debe ser rentable que las sustan-cias que se van a vender tengan un valor mayor en el mercado que las materias primas que se van a utilizar. Pero, ¿cómo calcular la cantidad de sustancias que se producen en una reacción química? Como se mencionó, las reacciones químicas deben representarse por medio de ecuaciones químicas.

Las ecuaciones químicas se deben balancear, lo cual significa que deben tener el mismo número de átomos de todos los elementos que componen la ecuación en ambos componentes. Esto se consigue colocando números enteros (a partir de 2) a la izquierda de cada una de las sustancias existentes; tales números se llaman coeficientes. El balanceo tiene la finalidad de cumplir con el principio de la conservación de la materia.

Para llevar a cabo el balanceo de las ecuaciones químicas, es importante distinguir cada uno de los elementos químicos involucrados en la reacción.

B. MétodosTanteo

Recordemos que una ecuación química es la representación gráfica de una reacción química y para que esta representación sea correcta, debe cumplir con la ley de la conservación de la materia que acabamos de revisar. Esto se logra mediante el balanceo de la ecuación, que consiste, básicamente, en anotar los coeficientes necesarios antes de cada fórmula, para que exista la misma cantidad de átomos de cada elemento antes y después de llevarse a cabo la reacción.

Es necesario que sepamos distinguir entre un coeficiente y un subíndice para no cometer errores durante el balanceo.

Figura 1.12 El uso de carbón fue sustituido por el de gas LP en el siglo XX como proveedor de energía en motores de autos, después se popularizó en los hogares.

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Tomemos, como ejemplo, el compuesto llamado oxalato de calcio:CaC2O4

En la fórmula de este compuesto, de acuerdo con los subíndices, encontramos un átomo de calcio, 2 átomos de carbono y 4 átomos de oxígeno. Por ninguna circunstancia, estos números pueden alterarse durante el balanceo porque se cambiaría la identidad de la sustancia. Sin embargo, sí es permitido colocar números enteros antes de cada fórmula, con el propósito de proporcionar números iguales a cada lado de la ecuación. Siguiendo con el ejemplo, si colo-camos un coeficiente 2 antes de la fórmula del oxalato de calcio, solamente hemos modificado su cantidad, pero no su identidad.

2CaC2O4

Para balancear una ecuación química por el método de tanteo existen varias recomendaciones:1. Conviene iniciar contando cada tipo de átomo en ambos lados de la ecuación.2. Por lo general es mejor balancear primero los elementos que están presentes en el menor

número de fórmulas químicas de cada lado de la ecuación.3. Una vez que ya estén equilibrados estos átomos es conveniente proseguir con los demás

y cerrar con los átomos de oxígeno.

Ejemplo 1: C2H4 + O2 → CO2 + H2O

Contamos los átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación:2 O 2×1 + 1 = 3

Puesto que el carbono y el hidrógeno están presentes en solo una fórmula a cada lado de la ecuación, comenzamos el balanceo por éstos. Es necesario ajustar también los demás átomos que se afectan con el coeficiente, como es el caso del oxígeno.

C2H4 + O2 → 2CO2 + 2H2O2 O 2×2 + 2×1 = 6

Para igualar los átomos de oxígeno en ambos lados, colocamos un coeficiente 3 delante de la fórmula que se encuentra en los reactivos:

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

2 C 1×2 = 24 H 2×2 = 4

6 = 3×2 O 2×2 + 2×1 = 6

De este modo, la ecuación está correctamente balanceada.

Ejemplo 2:Al + HCl → AlCl3 + H2

1 Al 11 H 21 Cl 3

Los átomos de aluminio están equilibrados, por lo que ajustamos los átomos de hidrógeno:Al + 2HCl → AlCl3 + H2

2 = 2×1 H 22 = 2×1 Cl 3 25


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¿Cómo podemos equilibrar los átomos de cloro? Tenemos dos en los reactivos y tres en los productos. Para igualar, multiplicamos el coeficiente del HCl por 3 y el del AlCl3, por 2:

Al + 6HCl → 2AlCl3 + H2

A partir de estos coeficientes volvemos a ajustar los átomos de aluminio e hidrógeno:2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Para verificar el balanceo, contamos los átomos:2 Al 26 H 66 Cl 6

Hemos concluido el balanceo.

Actividad 5 • CG 4.1, 8.1 • 176/16 12 •

Utilizando el método de balanceo por tanteo, ajusta las siguientes ecuaciones químicas:

1. CaCO3 CaO + CO2

2. Mg + N2 Mg3N2

3. Na2NH + H2O NH3 + NaOH

4. CaC2 + H2O C2H2 + Ca(OH)2

5. PCl5 + H2O H3PO4 + HCl

Δ

Algebraico/aritmético

Ecuación química:

C + H2SO4 SO2 + CO2 + H2O

Asignamos una letra a cada especie química:

aC + bH2SO4 cSO2 + dCO2 + eH2O

1. Contabilizamos los átomos de cada elemento químico y establecemos una ecuación para cada uno, utilizando el signo igual (=) en lugar de la flecha de reacción:

C a = d …...................... ( 1 ) H 2b = 2e ..................... ( 2 ) S b = c …...................... ( 3 ) O 4b = 2c + 2d + e ....... ( 4 )

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A la letra que aparece en más ocasiones (en este caso la letra “b”), le asignamos el valor de 1 y comenzamos a resolver (es muy importante no perder de vista qué ecuación estás resolviendo):

a = d .................................... ( 1 ) 2 = 2e .................................. ( 2 ) 1 = c .................................... ( 3 ) 4 = 2c + 2d + e .................... ( 4 )

2. La ecuación (3) ya está resuelta y nos da el valor de 1 para la letra c. La ecuación 2 se resuelve despejando y obtenemos el valor de 1 para la letra e. Con estos valores, podemos resolver la ecuación 4:

4 = 2 + 2d + 14 = 3 + 2d4 - 3 = 2d1 = 2d

d = 12

y como la ecuación (1) nos dice que a = d, entonces a = 12 .

3. Ahora bien, como no existen coeficientes fraccionarios, debemos multiplicar todos y cada uno de los encontrados por dos, para volverlos enteros:

a = 12 x 2 = 1

b = 1 x 2 = 2

c = 1 x 2 = 2

d = 12 x 2 = 1

e = 1 x 2 = 2

En lugar de las letras, anotamos los coeficientes que hemos encontrado (excepto los coeficientes “1”, los cuales no se anotan) y revisamos si la ecuación cumple con la ley de la conservación de la masa; es decir, si existe igual número de átomos de cada especie tanto en reactivos como en productos:

C + 2H2SO4 2SO2 + CO2 + 2H2O

Reactivos Elemento Productos1 C 1

2 × 2 = 4 H 2 × 2 = 4

2 × 1 = 2 S 2 × 1 = 22 × 4 = 8 O 2 × 2 + 1 × 2 + 2 × 1 = 8

Así, la ecuación queda balanceada.

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Redox

El método redox se utiliza cuando uno o más átomos sufren un cambio en su número de oxidación al pasar de reactivos a productos. Como sucede, por ejemplo, en la formación del óxido de aluminio: 0 0 3+ 2-

Al + O2 Al2O3

Nota: puedes repasar cómo asignar los números de oxidación en la explicación que ya se incluyó en este libro.

El átomo de aluminio cambia su número de oxidación de 0 a 3+ y el oxígeno cambia de 0 a 2-. ¿Cómo podemos saber si el átomo ha ganado o perdido electrones? El diagrama que aparece a continuación es de mucha utilidad para ello:

Reducción (ganancia de electrones)

Oxidación (pérdida de electrones)

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

De acuerdo con el diagrama, el aluminio ha perdido tres electrones, es decir, se ha oxidado; mientras que el oxígeno, al cambiar de 0 a 2-, ha ganado dos electrones y, por tanto, se ha reducido. Con esta información, podemos escribir dos medias reacciones, una de oxidación y otra de reducción: 0 3+

Al – 3e- Al2 (oxidación)

0 2-O2 + 2e- O3 (reducción)

Proseguimos haciendo un balance de masa en cada una de las medias reacciones, lo cual también impacta en el cálculo de los electrones ganados o perdidos:

0 3+2Al – 6e- Al2 (oxidación)

0 2-3O2 + 12e- 2O3 (reducción)

Los electrones ganados por un átomo deben ser perdidos, en igual cantidad, por el átomo que se oxida. En nuestro ejemplo, equilibramos los electrones ganados con los perdidos multiplicando la ecuación de oxidación por 2:

0 3+4Al – 12e- 2Al2 (oxidación) 0 2-

3O2 + 12e- 2O3 (reducción)Anotamos los coeficientes en la ecuación original y verificamos que exista igual cantidad

de cada elemento en ambos lados. 0 0 3+ 2-4Al + 3O2 2Al2O3

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Encontramos cuatro átomos de aluminio y seis átomos de oxígeno en ambos lados; por lo que la ecuación está correctamente balanceada.

Los pasos para balancear por el método de óxido-reducción se resumen a continuación: 1. Determinar los números de oxidación de todos y cada uno de los átomos,

identificando aquéllos que cambian al pasar de reactivos a productos.2. Escribir dos medias reacciones, una para el elemento que se oxida y otra para el ele-

mento que se reduce.3. En caso necesario, equilibrar la cantidad de átomos en cada una de las medias reac-

ciones, sin olvidar afectar la cantidad de electrones ganados o perdidos.4. Equilibrar, haciendo las operaciones necesarias, los electrones ganados y los electrones

perdidos.5. Asignar los coeficientes encontrados y terminar el balanceo partiendo de ellos, hasta

obtener igualdad a ambos lados de la ecuación química.6. Verificar el balanceo.

Veamos un caso de aplicación del método redox para la siguiente ecuación química:

Na4SnO4 + HCl NaCl + SnCl2 + Cl2 + H2O

1. Determinamos los números de oxidación, identificando cuáles átomos cambian al pasar de reactivos a productos:

1+ 4+ 2- 1+ 1- 1+ 1- 2+ 1- 0 1+ 2- Na4 SnO4 + HCl NaCl + SnCl2 + Cl2 + H2O

2. Escribimos las dos medias reacciones:4+ 2+

Sn + 2e- Sn (reducción)1- 0

Cl – 1e- Cl2 (oxidación)

Efectuamos el balance de masa y ajustamos el número de electrones, que en este caso sólo se necesita en la media reacción de oxidación:

4+ 2+Sn + 2e- Sn (reducción)1- 02Cl – 2e- Cl2 (oxidación)

3. Como ya están equilibrados los electrones ganados y perdidos, asignamos los coeficientes encontrados y, a partir de éstos, terminamos el balanceo. Se recomienda equilibrar pri-mero los metales y luego los no metales; a continuación, el hidrógeno y, por último, el oxígeno:

1+ 4+ 2- 1+1- 1+ 1- 2+ 1- 0 1+ 2-1Na4 SnO4 + HCl NaCl + 1SnCl2 + 1Cl2 + H2O

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4. Equilibramos los átomos de sodio:1Na4SnO4 + HCl 4NaCl + 1SnCl2 + 1Cl2 + H2O

5. Ajustamos los átomos de cloro:1Na4SnO4 + 8HCl 4NaCl + 1SnCl2 + 1Cl2 + H2O

6. Igualamos el total de átomos de hidrógeno:1Na4SnO4 + 8HCl 4NaCl + 1SnCl2 + 1Cl2 + 4H2O

Notas:Hemos colocado coeficientes “1” sólo con fines didácticos; pero el balanceo correcto no

los lleva anotados. La solución final es la siguiente:

Na4SnO4 + 8HCl 4NaCl + SnCl2 + Cl2 + 4H2O

• La comprobación del balanceo se muestra para que practiques el conteo de átomos.

Actividad 6 • CG 4.1 y 8.1 • CDBCE 12 •

Balancea cada una de las ecuaciones utilizando primero el método algebraico. Posteriormente, efectúa el balanceo utilizando el método redox.

a. Ag + KCN + O2 + H2O KAg(CN)2 + KOHComo apoyo, te proporcionamos los números de oxidación para el KAg(CN)2

1+ 1+ 2+3-KAg(CN)2

b. As + HNO3 + H2O H3AsO4 + NO

Proyecto formativo

I. Una vez que realizaste el registro de la información, es necesario procesarla para conocer si existe un equilibrio en la dieta de tus compañeros con respecto a las actividades físicas que desarrollan durante los tres días de registro.

II. Las actividades a realizar son:1. Con los datos recopilados de todos tus compañeros, realiza el cálculo del contenido

energético ingerido en los tres días registrados de la dieta. Para ello apóyate en la tabla de contenido energético que puedes consultar en Internet.

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2. Calcula la energía consumida de cada uno de tus compañeros durante los tres días de registro, de acuerdo con las actividades realizadas por ellos. Recuerda que debes apoyarte en la tabla que aparece en la actividad de aprendizaje 12.

3. Compara los valores de contenido energético consumido en la dieta de tus compañeros con la energía consumida por sus actividades físicas, y realiza los comentarios, observa-ciones o conclusiones que consideres adecuados para los resultados encontrados.

4. En equipo, elaboren un tríptico de información referente al problema de sobrepeso y obesidad que padece la población del país, donde expliquen cómo se debe realizar en pasos sencillos, el registro de la información relevante para calcular la cantidad de ki-localorías consumidas y compararla con las kilocalorías necesarias para sus actividades diarias. Por último, incluyan una serie de sugerencias para alcanzar un equilibrio entre la dieta y las actividades físicas.

5. Presenta junto con tus compañeros el tríptico obtenido frente al grupo y profesor, para explicar su contenido.

III. Las observaciones y los comentarios de tus compañeros se referirán a si existe un equilibrio en ellos, qué alimentos son los que les dan un mayor aporte energético y cuáles son las actividades que consumen en mayor cantidad su energía.

IV. Para evaluar la realización de este proyecto, utiliza la siguiente rúbrica.

Elementos Niveles

Deficiente Regular Bueno Excelente

Trabajo de investigación

Busca información, pero no selecciona fuentes suficientes para fundamentar la investigación.

Busca y selecciona

equivocadamente las fuentes

(no hay relación entre ellas).

Busca y selecciona fuentes (bibliográficas,

hemerográficas, etcétera) sin relacionar sus

contenidos.

Analiza el trabajo

a desarrollar, busca y realiza una selección

pertinente y fundamentada del material documental.

Planeación

Algunos miembros del equipo no

cumplieron con las tareas asignadas.

Sólo algunos miembros del equipo se responsabilizan de todas las tareas

asignadas.

Los miembros del equipo vigilan el desempeño

de aquellos que tienen dificultades y los

incentivan a concluir con sus tareas.

El equipo coordinó y llevó a cabo las tareas

según lo planeado, contando totalmente

con la participación de sus integrantes.

Contenido

La organización del contenido no es clara. Aparecen contenidos

no solicitados

La información no se encuentra organizada y el procedimiento no se llevó a cabo según

lo solicitado.

El equipo organizó debidamente la

información y siguió el procedimiento obteniendo

el producto.

El equipo presentó la información

y llevó a cabo el procedimiento, con eficiencia, precisión

y creatividad.

Publicación o presentación del producto

El tríptico está incompleto y el equipo tiene dificultades para explicar o presentar

el producto.

La presentación del tríptico se hace con deficiencias y sin

coordinación entre los miembros del equipo.

La fundamentación del trabajo es deficiente pero

la presentación del tríptico es correcta

y los miembros del equipo pueden explicar

el proceso.

El tríptico se presenta de manera excelente frente al grupo; el equipo muestra

integración y eficiencia en la explicación de su contenido

y es original.

Observaciones del docente

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Vinculación de Competencias con Resultados de aprendizaje

En la siguiente tabla se presenta la asociación de resultados de aprendizaje con las competencias genéricas y disciplinares que se deben promover desde el módulo de Relación entre compuestos orgánicos y el entorno. Dicha relación fue establecida para cubrir el Perfil de egreso de la EMS, de tal manera que cada módulo tiene las competencias que se deben atender y respetar en su planeación. Marca aquellas competencias que desarrollaste.


Resultado de aprendizaje

Competencia genérica Atributo Competencia

disciplinar Resuelve problemas de análisis químico

de reacciones conocidas

utilizando su descripción a través

de ecuaciones químicas.

1.1. Resolver problemas de

análisis químico de reacciones conocidas,

utilizando su descripción a través

de ecuaciones químicas y

destacando lo que éstas representan.

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones

a problemas a partir de métodos

establecidos.

5.1 Sigue instrucciones y

procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un

objetivo.

10. Relaciona las expresiones

simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los

rasgos observables a simple vista o mediante

instrumentos o modelos científico.

5.2 Ordena información de acuerdo con categorías, jerarquías y relaciones.

7. Hace explícitas las nociones

científicas que sustentan los procesos para la solución

de problemas cotidianos.

Realiza el balanceo de ecuaciones y el principio de

conservación de la materia de

algunas reacciones del entorno para valorar

la importancia de tomar en

cuenta todos sus componentes

relacionados con sus impactos ambientales.

1.2. Realiza el balanceo de ecuaciones de

algunas reacciones del entorno, valorando la importancia de tomar en

cuenta todos sus componentes

relacionados con sus impactos ambientales.

5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su

validez.

5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

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Evaluación sumativa

I. Lee con atención las siguientes preguntas y subraya la respuesta correcta.1. ¿Cuáles de los siguientes fenómenos cotidianos son reacciones químicas?

a. Derretir un hielo, doblar una lámina de acero y fundir plomo.b. Derretir un hielo, encender la estufa y doblar una lámina de acero.c. Encender la estufa, asar carne y oxidación de un clavo.d. Encender la estufa, fundir plomo y oxidación de un clavo.

2. ¿Son las sustancias resultantes en una reacción química?a. Reactivosb. Productosc. Elementosd. Compuestos

3. ¿Cómo se denomina a la representación simbólica de una reacción química?a. Fórmula químicab. Compuesto químicoc. Igualdad químicad. Ecuación química

4. ¿Cómo se llaman las reacciones que ocurren en un solo sentido?a. Irreversibles b. Reversiblesc. Combinaciónd. Descomposición

5. ¿Cómo se llama el fenómeno que se presenta en una reacción química cuando los reactivos forman productos y los productos forman reactivos, en el mismo instante?a. Reacción reversibleb. Equilibrio dinámicoc. Reacción irreversibled. Ecuación química

6. ¿Cuáles son los coeficientes que balancean la siguiente ecuación química?H2 + S2 → H2S

a. 1, 1, 2b. 2, 2, 1c. 2, 1, 2d. 1, 2, 1

7. De la pregunta anterior, ¿cuál es el valor de la masa molar del H2S?a. 32.06 g/molb. 64.12 g/molc. 2 g/mold. 34.06 g/mol

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ClH

I. Lee el siguiente texto.

Prueba tipo PLANEA

El organismo humano es todo un verdadero labo-ratorio. Allí se llevan a cabo numerosas reacciones químicas de todo tipo.

Durante el siglo XVIII, muchos investigadores afirmaban que el estómago tenía una actividad mera-mente física; otros decían que su función era química. El investigador italiano Lázaro Spallanzani realizó los primeros ensayos para dar fin a esta polémica.

Uno de sus ensayos consistió en construir una pequeña jaula de alambre, dentro de la cual co-locó un trozo de carne. Luego, ató la canasta a un cordón y la deglutió, dejándola durante algún tiempo en el estómago. Posteriormente sacó la jaula tirando del hilo encontrando que la carne se había disuelto; confirmando que un proceso quí-mico se había producido.

Sin embargo, Spallanzani deseaba obtener el jugo gástrico para sus investigaciones; efectuó el mismo ensayo, pero reemplazó el trozo de carne por una esponja. Una vez recuperada la esponja, extrajo el jugo gástrico de ella y lo puso en un re-cipiente de vidrio que contenía un trozo de carne; luego lo calentó bajo su axila para lograr la misma temperatura del cuerpo y observó entonces cómo la carne se disolvía debido a la acción del jugo gástrico.

En otro ensayo hizo ingerir a unas gallinas pe-queñas bolas de plomo que extraía posteriormente de su sistema digestivo, observando que la forma de estas esferas había cambiado: eran más acha-tadas. Esto lo llevó a pensar que habían sufrido una presión considerable y que, por lo tanto, en la digestión se presentaban fenómenos físicos y quí-micos. Estos experimentos se convirtieron en el

camino que tomaron posteriores investigadores y que aclararon los procesos de la digestión. Gracias a estos estudios sabemos hoy en día que el estó-mago posee numerosas glándulas localizadas en la mucosa que lo tapizan interiormente y que pro-ducen el jugo gástrico.

El ácido clorhídrico es un ácido inorgánico y tiene gran importancia en el proceso de la diges-tión. Es el encargado de ablandar las proteínas e iniciar el proceso de inversión de la sacarosa y de la leche coagulada. Favorece la acción de la pep-sina, enzima que sólo actúa en medio ácido. La alta acidez, que llega a alcanzar en el estómago un pH de entre 1 y 2, ejerce una acción bactericida sobre los numerosos microorganismos ingeridos en la comida y de esta forma son destruidos.

Debido a la fuerte acción del ácido clorhídrico, el estómago está recubierto por una capa de mucus que lo protege de su acción. Cuando este mucus sufre algún daño, el ácido actúa directamente sobre la pared produciendo una herida difícil de cica-trizar, la cual en ocasiones se infecta formando la úlcera gástrica.

Para tratar esta enfermedad existen algunos medicamentos, llamados antiácidos, que evitan la irritación de la úlcera y alivian el dolor. Este efecto se debe a una reacción química de neutra-lización. Es decir, el medicamento contiene sus-tancias de carácter básico que neutralizan el ácido clorhídrico del jugo gástrico. Algunos de estos antiácidos son AI(OH)3(hidróxido de aluminio) y Mg(OH)2(hidróxido de magnesio), que producen la siguiente reacción al interior del estómago:

Nuestro organismo, todo un laboratorio

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H20

Hidróxido de aluminio Ácido clorhídrico Cloruro de aluminio Agua

Fuente: http://gpoe.mx/h7aBrH

e.

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II. Responde las siguientes preguntas, eligiendo la opción correcta.1. ¿Cuál podría ser la mejor justificación para considerar que nuestro

organismo es todo un laboratorio?a. Existen mecanismos en nuestro cuerpo que se parecen a los

laboratorios.b. En todos los órganos se producen reacciones químicas diversas

para sostener la vida.c. Existen sustancias que funcionan como reactivos, y otras como

productos. d. Experimentamos diversas reacciones químicas en nuestro cuerpo.

2. En el experimento de Spallanzani en el que deglutió un trozo de carne y lo mantuvo en su estómago se afirma que ocurrió un proceso quí-mico porque…a. La jaula de alambre se había oxidado.b. El trozo de carne se había disuelto.c. El cordón que sostenía la jaula se había degradado.d. El trozo de carne se mantuvo intacto, pero todo lo demás presentó

grandes cambios.

3. En otro experimento, Spallanzani colocó otro trozo de carne con jugo gástrico dentro de un recipiente de vidrio y luego lo calentó bajo su axila. Esto lo hizo porque…a. De otra manera el jugo gástrico se descompondría. b. Era necesario mantener el jugo gástrico a la temperatura del cuerpo.c. El jugo gástrico y la carne no debían tener la misma temperatura

para que funcionara el experimento.d. No disponía de otra forma de calentar los componentes

del experimento.

4. Al observar achatadas las bolas de plomo que había introducido en el estómago de las gallinas, ¿cuál fue la conclusión de Spallanzani?a. Las gallinas picotearon previamente las bolas de plomo y eso

provocó la deformación. b. La presión produjo el achatamiento de las bolas de plomo. c. En la digestión se presentan fenómenos físicos y químicos.d. Las bolas de plomo son muy blandas y no funcionaron para

el experimento.

5. Todas las siguientes son funciones del ácido clorhídrico, excepto:a. Ablanda las proteínas de los alimentos. b. Provoca el proceso de inversión de la sacarosa. c. Favorece la acción de la pepsina. d. Disminuye la acidez de los alimentos.

Respuestas

b c da

b c da

b c da

b c da

b c da

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víctor manuel mora gonzález zito octavio alejandre rosas

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