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Quimica 1 – Primer Semestre

2.2 EL PETRÓLEO Y SUS DERIVADOS

A continuación te presentamos la clasificación

de petróleos crudos según su composición química.

Tipo Características
Alcánicos Nafténicos Aromáticos Mixtos Predominan los compuestos llamados alcanos. Predominan los compuestos llamados cicloalcanos. Predominan los compuestos llamados bencénicos. Son mezclas de los compuestos anteriores.

Materias primas del petróleo

Tanto el crudo como el gas se localizan en rocas sedimentarias, en pequeños poros de la roca y areniscas, comportándose la roca como una esponja.

METANO CH4 Anticongelante

Etilenglicol

Fibras sintéticas (dacrón)Óxido de etileno Fibras sintéticas (orlón, acrilán, dynel)

Resinas ETILENO CH2=CH2

Rayón

Polietileno

Alcohol isopropílico

Acetona

Rayón

Resinas

Alcohol octílico

plastificantesPROPILENO Polipropileno

CH2 = CH-CH3 Alquilato

Detergentes

Pinturas

Cloruro de alilo

Glicerina Explosivos

Métodos de extracción del petróleo

Cuando se perfora el pozo petrolero, en las rocas saturadas de crudo las presiones subterráneas empujan al petróleo a través de la roca hacia el pozo y posteriormente a la superficie. Sin embargo, en muchas perforaciones la presión natural no es suficientemente grande para mover el crudo hacia el pozo, o bien, durante la explotación la presión pudo haber disminuido a tal punto que para poder sacar el crudo es necesario ejercer una presión por los métodos denominados “de recuperación secundaria”.

El método más común de recuperación secundariaes la inyección de agua, bombeándose ésta dentrodel yacimiento petrolero

En promedio, la recuperación primaria, es decir, cuando no se ha tenido que inyectar agua, produce solamente entre el 15 y 20 % del petróleo contenido en el yacimiento. En la recuperación secundaria, con inyección de agua, el rendimiento final alcanza un 35 % del crudo más o menos.

Hoy en día se aplican sistemas de explotación artificiales como: bombeo neumático,mecánico, hidráulico y eléctrico.

Los recursos naturales como fuente de energía

Los combustibles naturales que ha utilizado el hombre para obtener energía y poderla convertir en calor o trabajo fueron inicialmente la madera y el carbón vegetal, con los cuales el hombre primitivo logró, mediante su combustión, preservarse de las bajas temperaturas invernales. Gradualmente, la madera y el carbón vegetal fueron sustituidos por el carbón de piedra, cuyo poder calorifico es mucho mayor. Se logró convertir la energía en trabajo y se inició la llamada Revolución Industrial, la cual fue posteriormente impulsada por la utilización del petróleo.

La industria petrolera ha llegado a ser tan importante que mueve la política y la economía mundiales. Actualmente, en el mundo, el petróleo no sólo es la fuente más importante de energía, sino que de él se derivan una gama muy amplia de productos obtenidos por procesos petroquímicos (figura 21).

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

1) A partir del siguiente listado de productos anota en los paréntesis en qué estado de agregación se encuentran, puedes emplear la siguientes letras: “G” para indicar que es gaseoso, “S” para sólido y “L” para líquido.

Para lograr esta actividad deberás recurrir al esquema de la hoja anterior.

x Querosina. ( )
x Diesel. ( )
x Amoniaco. ( )
x Sulfas. ( )
x Materiales de Construcción. ( )
x Negro de humo. ( )
x Gel de Petróleo. ( )
x Saborizantes. ( )
x Aceite mineral. ( )
x Chicles. ( )
x Ropas. ( )
x Aislantes. ( )
x Telas, ( )

2) Anota en los renglones correspondientes a que momento de destilación del petróleo se encuentran los siguientes productos.

x Aceite lubricante de motores. _________________________ x Naftas. _________________________ x Coque de petróleo. _________________________ x Chapopote. _________________________ x Aceite refinado. _________________________ x Ceras. _________________________ x Gasóleo _________________________

1.3 EL MÉTODO DE LA QUÍMICA

Para entender lo que es el método experimental, recordemos un pasaje de la vida de Louis Pasteur (1822-1895). Para que sea más claro lo iremos explicando por pasos:

Primer Paso

Monsieur Bigo, destilador de alcohol, se encontraba en apuros, por lo que decidió visitar a Louis Pasteur en su laboratorio y pedirle ayuda.

Louis Pasteur aceptó y lo acompañó a la destilería, olfateó las cubas que no daban alcohol, tomó muestras de la sustancia gris y viscosa para llevarla a examinar a su laboratorio, sin olvidar de recoger muestras de pulpa de remolacha sana en fermentación. Volvió al laboratorio, se rascó la cabeza y decidió examinar las sustancias llevadas. Puso una gota del producto bajo el microscopio y vio que estaba llena de diminutos glóbulos mucho más pequeños que cualquier cristal conocido, de un color amarillento, y en cuyo interior había enjambres de curiosos puntos en continuo movimiento. Intrigado se preguntó: “¿Qué tendrán las cubas enfermas?. ¿Qué será esto?. ¡Pero si aquí no hay fermentos!. ¿Dónde podrían estar?. Aquí no hay más que una masa confusa. ¿Qué querrá decir esto?”.

Como ves, en primer lugar tenemos que detectar un problema, para lo cual se deben hacer preguntas significativas sobre un fenómeno; pero no es posible hacerlo si se carece de la información más elemental sobre el fenómeno en estudio. En el momento en que un hecho es conocido, toma el nombre de fenómeno.

¿Cuál era el fenómeno que estudiaría Pasteur?

La información sobre un fenómeno puede ser captada por medio de la observación directa, como en el caso de Louis Pasteur (sentido de la vista), e indirectamente a través de los antecedentes legados por los estudios anteriores, es decir, mediante una revisión bibliográfica.

Segundo Paso

En las paredes de este frasco hay motitas grises y otras flotando en la superficie del líquido. Veamos… No, no aparecen en el líquido donde hay fermentos y alcohol. ¿Qué podrá ser?.

Con cierta dificultad logró separar una de aquellas motitas, y colocarla en una gota de agua pura, para examinirla bajo el microscopio. En lugar de glóbulos de fermentos encontró algo completamente diferente, algo extraño y nunca visto: “grandes masas danzantes y enredadas de pequeños bastoncitos, sueltos unos, a la deriva otros, como cadenas de botecillos, agitados por una vibración incesante y extraña. ¿Qué podrá ser esto?”.

Observar todos aquellos aspectos que pueden ser causa de los fenómenos es un paso importante en todo método.

¿Qué observarías tú en el caso anterior para investigar por qué el contenido de las cubas no se comportaba de la misma manera?

El siguiente punto es la delimitación del problema, para lo cual se requiere de un arduo trabajo intelectual apoyado en la información lograda para elegir la pregunta más adecuada y trabajar sobre ella.

Pasteur, al estudiar el problema de la fermentación, se planteó varias preguntas y poco a poco enfocó su atención a una de ellas. Esto significa que cuando surge una serie de preguntas sobre un problema, es necesario jerarquizarlas para resolverlas una por una y al final integrarlas y poder resolver un problema mas general.

Tercer Paso

Tal vez estos bastoncitos del líquido de las cubas enfermas están vivos, tal vez compitan con los fermentos, venciéndolos. ¡Los bastoncitos son los que impiden la formación del alcohol, produciendo ácido láctico, del mismo modo que las levaduras son el fermento del alcohol! Era una conjetura, pero, en su interior, algo le decía a Louis Pasteur que tenía razón. En la cabeza le zumbaban proyectos para comprobar su conjetura.

Una vez que se tiene perfectamente claro el problema, se plantean las alternativas que tentativamente lo pueden solucionar. Toda posible respuesta o explicación encaminada a solucionar tentativamente un problema (hasta que se demuestre lo contrario) recibe el nombre de hipótesis, la cual representa una anticipación a la propia experimentación.

La hipótesis generalmente se establece al observar con precisión las semejanzas entre diversos fenómenos: conociendo la causa de uno de ellos, se emite la hipótesis, a fin de explicar los otros fenómenos, por la misma causa. También la hipótesis surge como conclusión de razonamientos inductivos o deductivos.

En este sentido, ¿qué importancia tiene establecer una hipótesis?

Cuarto Paso

En esta mezcolanza del líquido de las cubas de fermentación me es imposible estudiar los bastoncitos que considero como seres vivos -reflexionaba Pasteur-. Tengo que inventar una especie de caldo trasparente para poder ver lo que sucede: tendré que idear un medio nutritivo especial para ver si se reproducen, para ver si aparecen miles donde sólo existía uno.

Lo que procede a continuación es probar la hipótesis, para lo cual se diseña un experimento que proporcione los datos que ratifiquen o refuten la hipótesis.

La experimentación es la reproducción, y por ende a voluntad de un fenómeno para estudiarlo en su desarrollo, estableciendo y controlando deliberadamente los parámetros

o variable así como las condiciones más adecuadas para observar y medir todo lo que genera el fenómeno estudiado.

Si es difícil detectar todas y cada una de las variables, al menos se deben encontrar las que influyen directa y determinantemente en el problema estudiado, para evitar lamentaciones como: “¡se me olvidó considerar la temperatura!”; “¡no consideré la concentración!”; “¡no pensé que la espátula se disolviera en el ácido!”, etcétera. No se trata de “manejar” a la vez todas las variables, porque sería complicado; entre menor sea el número de variables que se trabajen, mayor seguridad se tendrá en el desarrollo del experimento. Para seleccionar las variables pertinentes de un experimento, se dividirán en dos grandes grupos:

Las variables dependientes, que son las principales en un experimento, y, obviamente, las que se determinen experimentalmente y, de hecho, están enunciadas en el problema. Y las variables independientes, cuya influencia puede modificar a las variables dependientes, por lo que se deben mantener bajo control, permaneciendo constantes a través de todo el experimento.

Quinto Paso

Tal vez no haya ningún caldo transparente que me permita ver crecer estos bastoncitos, pero me asomaré por si acaso. Alzó el frasco hacia la luz de gas y murmuró: Hay hileras de burbujas que brotan de las motitas grises que deposité ayer; hay muchas motitas nuevas y de todas ellas brotan burbujas. ¡Había llegado el momento de despejar la incógnita!. Puso una gota en una placa y la observó a través del microscopio. ¡Por fin! El líquido estaba plagado de millones de bastoncitos. ¡Se han multiplicado! ¿están vivos? exclamó.

Del experimento se desprenden los resultados, estos pueden ser de dos tipos: numéricos y de información ocular como cambios de color, formación de precipitados

o cristales, producción de gases, etcétera. Es por eso que el experimentador no se debe distraer para captar con todo rigor lo que el experimento le pueda ofrecer o le muestre.

¿Qué tipo de resultados obtuvo Pasteur?.

¿Consideras que a partir de los resultados se puede aceptar o rechazar una

hipótesis?.

Sexto Paso

Finalmente, los resultados deben ser sometidos a discusión para que se emitan las conclusiones. Discutir significa examinar cuidadosamente los resultados.

En las conclusiones a que se puede llegar con el experimento realizado se debe tomar en cuenta la hipótesis y el problema planteado para contestar si la hipótesis fue cierta o no y si el problema se resolvió o no. Además se pueden incluir sugerencias que permitan mejorar el experimento, reproducirlo o realizar cualquier situación que ayude a comprenderlo mejor.

a) La importancia de la observación cuidadosa

Como has notado, a lo largo del método experimental se presenta una y otra vez la observación; este proceso es muy importante, y para que lo entiendas recurriremos a una obra de Sir Arthur Conan Doyle, creador de Sherlock Holmes, en la que manifiesta que Holmes debía su éxito a su habilidad para realizar observaciones críticas, a diferencia del doctor Watson, quien no sabe observar, suscitándose el siguiente diálogo entre ellos:

-De acuerdo, usted ve pero no observa. La diferencia es clara. Por ejemplo; usted ha visto con mucha frecuencia los escalones que conducen desde el vestíbulo a esta habitación.

-Frecuentemente

-¿Con qué frecuencia?

-¡Bien, centenares de veces!

-Entonces, ¿cuántos escalones hay?

-¿Cuántos? No lo sé

-Perfectamente, usted no ha observado, aunque haya visto. Ésta es precisamente la diferencia, pues yo sé que existen 17 escalones, porque he visto y he observado al mismo tiempo.3

Aunque el número de escalones no era importante, Holmes mantenía siempre activo su poder de observación.

Te invitamos a que tú también desarrolles y practiques esta habilidad.

Es posible comparar al científico con el detective, ya que para obtener respuestas a sus preguntas emplean métodos muy parecidos; de igual forma, el éxito en el trabajo de ambos consiste en la observación que ha de ser escrupulosamente honesta.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

En alguna ocasión te habrás encontrado en una situación en donde solamente te dediques a ver y no a observar, como por ejemplo el arco iris.

¿Podrías describirlo? _____________________________________________________

¿En qué orden aparecen los colores? ________________________________________

b) Análisis y síntesis en la metodología

Los químicos pasan gran parte de su tiempo en el laboratorio, separando e identificando los constituyentes de las sustancias. “Divide y vencerás”, tal puede ser el lema de las primeras generaciones de químicos que fueron esencialmente analistas, “desmenuzadores” de la materia. Por medio del análisis químico descubrieron muchos de los elementos que existen en la Tierra y también pudieron entender qué partes integran los compuestos químicos, simples o complejos, desde la sal común hasta las proteínas. Gracias al análisis, los químicos descifraron la composición de las rocas y minerales y ayudaron a los geoquímicos a establecer la proporción de los elementos en la Tierra.

La finalidad de los análisis realizados diariamente en el laboratorio químico es de índole diversa. Puede tratarse del control de un producto acabado o que se encuentra en una fase intermedia de elaboración, sea cual fuere su naturaleza: medicamento, cemento, metal, etcétera. Puede utilizarse también para establecer presuntos actos delictivos, mediante el análisis de las trazas de pólvora de un disparo, o en la determinación de una sustancia tóxica. Los especialistas y consejeros en agronomía se ocupan del análisis del suelo, permitiendo fijar el tipo de cultivo al cual se presta mejor y el abono que más conviene utilizar.

Otra actividad cotidiana de los químicos es la síntesis de sustancias, que en muchas ocasiones ni siquiera existen en la naturaleza. Muchos de los productos químicos que nos rodean como los medicamentos, plásticos, colorantes, detergentes, etcétera, son productos complejos que el químico construye partiendo de productos de base simple, como si estuviera jugando con un rompecabezas, alternando las etapas de síntesis y las de purificación. A veces se encuentra con productos nuevos, que resultan ser un medicamento eficaz, un abono revolucionario o un nuevo material a la vez ligero y muy resistente.

Si revisáramos las guías farmacéuticas modernas veríamos que el 25% de las medicinas son preparados naturales. Las demás son sustancias medicinales sintetizadas por el poder de la Química y desconocidas en la naturaleza. En la actualidad, durante un solo día, los químicos sintetizan variedad de nuevos medicamentos, desde analgésicos hasta preparados para curar enfermedades psíquicas.

A continuación te presentamos un ejemplo de síntesis de sustancia.

La primera síntesis de una sustancia medicinal se realizó hace unos cien años. Hacía ya tiempo se conocía la propiedad curativa del ácido salicílico sobre el reumatismo, pero era muy difícil y caro obtenerlo a partir de la materia prima vegetal. Sólo en 1874 se logró elaborar un procedimiento simple para preparar el ácido salicílico a partir del fenol.

El dolor siempre ha sido compañero de por vida de los seres animados, ya que es un mecanismo de alerta cuando algo no va bien en el organismo; empero, el hombre ha podido controlarlo por medio de ciertas sustancias llamadas analgésicos; uno de ellos es el ácido salicílico, y, sin embargo, causa daños a la mucosa estomacal, por los que los

3 CANON Doyle, A: Un escándalo en Bohemia.

químicos se preguntaron: ¿Cómo disminuir el daño estomacal que produce el uso del ácido salicílico como analgésico?.

Mediante un proceso de síntesis los químicos lograron solucionar este problema al unir a la molécula del ácido salicílico un radical acetilo, convirtiéndolo en ácido acetil salicílico. Esta sustancia sirve de base para muchos preparados medicinales, entre ellos la aspirina común, pero existen diversos productos farmacéuticos que la incluyen. ¿Recuerdas alguno? Si observas en la caja la composición de algunos medicamentos de tu casa verás cuáles contienen ácido acetil salicílico.

Restaurar la salud de las personas es una tarea noble para los químicos, pero, al mismo tiempo, la más difícil. Largo es el camino de un medicamento cualquiera desde el matraz de laboratorio hasta el mostrador de una farmacia, ya que no basta con saber que puede curar con éxito una enfermedad determinada, también se necesita analizar detalladamente de qué modo actúa y cuál es su mecanismo químico de lucha contra dicha enfermedad.

Como vez, el análisis y la síntesis son dos procesos que los químicos emplean cotidianamente en su trabajo, de la misma manera que contribuir a la experiencia de la enseñanza-aprendizaje es la tarea de un docente.

EXPLICACIÓN INTEGRADORA

Una vez que hayas revisado el esquema podrás distinguir los pasos que se deben seguir en el método científico.

2.3.3 CAMBIOS NUCLEARES

Un cambio nuclear consiste en la modificación del número de partículas (protones y neutrones) de los núcleos que forman los átomos de los elementos químicos. Cuando se presenta un cambio de este tipo, existen grandes cantidades de energía asociadas a él, debido a que son muy grandes las fuerzas que mantienen unidas las partículas en los núcleos.

La radiactividad es el resultado de un cambio nuclear. Todos los núcleos de los elementos químicos tienen una estructura específica y generalmente estable cuando es igual el número de protones (partículas con carga positiva) y neutrones (partículas sin carga), pero a medida que se incrementa el tamaño y peso del núcleo, se provoca una inestabilidad en él, debido a las fuerzas de repulsión de los protones, lo que da origen a la radiactividad. Ésta se presenta de tres maneras, como emisión de partículas alfa (D), beta (E) y emisión de radiaciones gama (J).

La radiactividad puede utilizarse para establecer la edad de fósiles o restos arqueológicos, ya que existen detectores sumamente sensibles que pueden medir los cambios nucleares presentados en la estructura original de los objetos. La medicina nuclear utiliza compuestos radiactivos como marcadores con propósitos de diagnóstico o para el tratamiento de enfermedades.

Además de la radiactividad, existen otros tipos de cambios nucleares: la fisión y la fusión nuclear. La fisión consiste en la separación o rompimiento de un núcleo pesado para formar dos núcleos más ligeros. La fusión nuclear es el proceso inverso ya que consiste en obtener un núcleo más pesado a partir de la unión de dos ligeros. En ambos casos, para iniciar el proceso se requiere gran cantidad de energía, pero la cantidad de energía que se libera es mucho mayor.

En los reactores nucleares se aprovecha la fisión para producir energía eléctrica en gran escala. Las bombas atómicas como las que se hicieron estallar en 1945 en Japón, son ejemplos en los que la fisión nuclear se utilizó con fines destructivos.

Un ejemplo de fusión nuclear que ocurre continuamente a nuestro alrededor es el que produce la energía solar.

Muchos de los grandes sabios, sobre todo del siglo pasado, murieron con la frustración de no poder explicarse qué pasa en el Sol.

Es fácil entender que la cantidad de energía que la Tierra recibe del Sol en forma de luz y calor es inmensa, capaz de conservar la temperatura suficiente para la vida. Sin embargo, la energía que sale de la esfera solar se dispersa hacia todos lados, de modo que la Tierra capta una mínima parte respecto de la cantidad total producida.

Si bien el Sol es mucho más grande que la Tierra, este gasto de energía lo hubiera consumido por completo si su combustible fuera del tipo que usamos en nuestro planeta. Durante un tiempo se pensó que estaría formado simplemente por un combustible desconocido en la Tierra; sin embargo, la espectroscopía mostró que el Sol está formado preferentemente por hidrógeno, un elemento muy abundante en el planeta.

¿Qué clase de cambio ocurre en el hidrógeno para que se genere tanta energía?

La respuesta está en un cambio que sucede a nivel nuclear: Aun cuando las reacciones en el Sol son muy complejas, la más importante de ellas se debe a la fusión nuclear.

En las condiciones generadas por la inmensa fuerza gravitacional debida a la masa del Sol. Y la altísima temperatura en su interior, los núcleos de hidrógeno se juntan para formar núcleos de helio (He); parte de la masa de los núcleos de hidrógeno se convierte en energía, siendo ésta la fuente de la energía que emite el Sol. El hidrógeno que aún tiene el astro, a pesar de que ha brillado por cinco mil millones de años, le será suficiente para seguir emitiendo energía al menos por otro periodo semejante.

Los cambios nucleares ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo de manera natural, sin que nos percatemos, y son hasta cierto punto inofensivos. La ciencia ha aprendido a producir estos cambios artificialmente, creando plantas nucleares, con la finalidad de resolver el problema de los energéticos; sin embargo, se requiere establecer numerosas medidas de seguridad ya que un accidente en su funcionamiento puede traer consecuencias desastrosas para la humanidad, como ha ocurrido en algunos países.

Algo importante que debes observar es que en el caso de los cambios nucleares, las leyes de conservación, tanto de la materia como de la energía, se reúnen por la posibilidad de transformar una en otra.

En 1905 Albert Einstein (1879-1955), uno de los científicos más sobresalientes de la historia de la humanidad, expresó una teoría sorprendente para su época, la cual afirma que en realidad la materia y la energía son dos formas diferentes de lo mismo y se pueden transformar entre sí. Lo anterior se representa en la siguiente fórmula, cuya belleza consiste en su sencillez y profundidad:

E = mc2

Para determinar la cantidad de energía que se produce en una reacción nuclear, se aplica la ecuación anterior, que significa que la energía (E) producida a partir de una porción de materia es igual a su masa (m), multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz (c). Así por ejemplo, 1 g de uranio produce tanta energía como las que produciría 2,600,000 kg de carbón al quemarse. Una pequeñísima cantidad de materia se convierte en cantidades enormes de energía; esto es lo que ocurre en el Sol. Así es explicable que se diga que la materia es energía concentrada.

Traduciendo lo anterior a lo que se conoce como la Ley de la Conservación de la Materia y la Energía se llega al siguiente enunciado: “La cantidad total de materia y energía del universo no aumenta ni disminuye (no se crea ni se destruye); no obstante, la materia y la energía pueden transformarse entre sí”.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

1. A continuación te presentamos un cuadro en el cual deberás indicar a qué tipo de cambio (Físico, Químico o Nuclear) corresponden los fenómenos y/o actividades que están en la primer columna, para ello puedes emplear una “X”.

Fenómeno y/o Actividad Cambio Físico Cambio Cambio
Químico Nuclear
1. La explosión en Hiroshima
2. La fusión del hielo
3. La energía del sol
4. La corrosión de un clavo
5. Freír huevos
6. Hervir agua
7. Pila eléctrica
8. Hornear un pastel
9. Prender un fósforo
10.Combinación de agua con azúcar

EXPLICACIÓN INTEGRADORA

Desde que el hombre comenzó a notar que a su alrededor ocurrían cambios, intentó de alguna manera controlarlos. Así, al dominar el fuego se anotó el primer acierto respecto al control de los cambios. Más adelante aprendió a fabricar herramientas rudimentarias y con el tiempo a extraer metales. En la Edad Media los alquimistas intentaban fabricar fórmulas mágicas para obtener juventud eterna o pretendían transformar tierra o carbón en metales o piedras preciosas. En realidad todos estos intentos no fueron otra cosa más que tratar de controlar los cambios.

Fue hasta finales del siglo XVIII cuando Antoine L. Lavoisier y algunos de sus contemporáneos comenzaron a realizar estudios sistemáticos sobre la forma en que se verificaban los cambios, dando a la Química un carácter de ciencia experimental al introducir en ella la cuantificación.

La Química tiene como propósito controlar y cuantificar los cambios. La aplicación de los conocimientos químicos impulsa el desarrollo de la tecnología y constituye gran parte del poder económico de un país. Para darte cuenta de la importancia de la química en la vida cotidiana, no hay más que dar un vistazo a todos los procesos donde esta ciencia tiene un papel importante a nivel económico, político y social, por ejemplo:

La industria del petróleo es fundamentalmente química, ya que después de la extracción se lleva a cabo los procesos de refinación y transformación en una gran cantidad de subproductos útiles para la vida cotidiana como son los plásticos, los aceites, la gasolina, el gas, etcétera.

La industria química produce reactivos y una gran cantidad de productos necesarios para el desarrollo de otras industrias, tales como: ácidos, bases, sales, fertilizantes, detergentes, etcétera.

La industria alimentaria utiliza aditivos, colorantes, saborizantes, etc., en el procesamiento de los alimentos.

La industria farmaceútica produce medicamentos y otros muchos productos necesarios para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

La industria metalúrgica produce metales y aleaciones de alta pureza, gracias al tratamiento químico de los minerales extraídos de las minas.

Los anteriores son sólo algunos ejemplos de la importancia de los cambios químicos y éstos de alguna manera representan el índice de desarrollo de un país, ya que actualmente nuestra forma de vida depende en gran parte de la fabricación de estos productos y muchos más.

 

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3

”CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS” (OBLIGATORIA)

Objetivo

Identificar el objeto de estudio de la Química, mediante problemas que resalten las manifestaciones de la materia, la energía y su interacción en los cambios, para que puedas organizar los conocimientos que adquirirás sobre la disciplina y las relaciones con tu entorno.

Cuestionario de conceptos antecedentes.

  1. ¿Qué le sucede al agua cuando se calienta?
  2. Describe las principales características de un sólido, de un líquido y de un gas.
  3. ¿Cuál es la diferencia básica entre calor y temperatura?
  4. Escribe cinco ejemplos de cambios físicos y cinco de cambios químicos.
  5. Escribe tres ejemplos de mezclas homogéneas y tres de mezclas heterogéneas.

Experimento I

En este experimento podrás observar la interacción de la materia con la energía en la producción de energía calorífica a partir de la energía química.

¿Qué necesitas?

  • 1 tela de alambre con asbesto
  • 1 vaso de precipitados de 100 mL
  • Papel de estraza
  • 1 tripié
  • 1 vidrio de reloj
  • 1 agitador de vidrio de 90 mm de diámetro
  • Acido sulfúrico (H2SO4)
  • Etanol u otras sustancias inflamables (CH3-CH2OH)
  • Permanganato de potasio (KMnO4)

Procedimiento:

Agregar 2 gotas de Etanol sobre el papel de estraza, el permanganato de potasiodepositado en vidrio de reloj y el Ácido Sulfúrico en el vaso de precipitados, moja elagitador de vidrio en el Ácido Sulfúrico y después imprégnalo con el Permanganato de Potasio y colócalo sobre el papel de estraza que está mojado con el Etanol. Por último observa lo que ocurre, si es necesario repite varias veces esta acción, tal y como muestra la figura siguiente.

Figura 8. Interacción de la materia con la energía en la producción de energía calorífica.

Nota: Hay que tener mucho cuidado con este experimento, ya que al realizarlo se producen sustancias tóxicas y peligrosas.

¿Qué pasará al poner en contacto las diferentes sustancias?.

¿Qué pasará al poner en contacto del ácido sulfúrico y el permanganato de potasio con el papel impregnado de etanol?.

Hipótesis:

Registro de observaciones: Experimento II

En este experimento podrás observar los cambios de la materia al interactuar con la energía calorífica.

¿Qué necesitas?

  • Una lámina de cobre (Cu) ☞ 2 mL etanol (CH3CH2OH)
  • 0.5 g de yodo (cristales) (l2) ☞ 2 mL agua (H2O)
  • 0.5 sulfato de cobre (ll) pentahidratado ☞ 0.5 g azúcar (CuSO4 x 5H20) ☞ 0.5 g hojas secas (árbol)
  • 0.5 cloruro de cobalto (II) hidratado ☞ Espátula de acero inoxidable o de
(CoCl2 x H2O) ☞ 5 cm magnesio (cinta) (Mg) ☞ 0.5 g azufre (polvo) (S) ☞ 0.5 g óxido de zinc (ZnO) ☞ 0.5 cloruro de potasio (K Cl) porcelana ☞ 10 tubos de ensaye de 16 x 15 mm. ☞ Pinzas para tubo de ensaye ☞ Mechero Bunsen ☞ Pinzas para crisol
Procedimiento
Numera nueve tubos colocando en cada uno la sustancia que se indica en tabla

siguiente y calienta tal y como se muestra en la figura.

Figura. 9 Interacción de la materia con la energía calorífi

¿Qué crees que pase si calientas cada una de las sustancias?.

Hipótesis:

Registro de observaciones.

TUBO SUSTANCIA FÓRMULA OBSERVACIONES CAMBIO
1 Yodo
2 Sulfato de cobre
3 Cloruro de cobalto
4 Azufre
5 Óxido de Zinc
6 Cloruro de Potasio
7 Etanol
8 Agua
9 Azúcar

Las sustancias que se calientan a fuego directo o en la flama son:

SUSTANCIA FÓRMULA OBSERVACIONES CAMBIO
Lámina de cobre
Cinta de Magnesio
Hojas secas (árbol)

Experimento III

En este experimento podrás observar la acción de algunas sustancias en la cocción de verduras.

¿Qué necesitas?

  • 3 vasos de precipitados de 100 mL ☞ 1 probeta graduada de 100 mL
  • 1 tripié ☞ 1 calabacita mediana cruda
  • 1 mechero Bunsen ☞ 5 mL vinagre de alcohol
  • 1 tela de alambre con asbesto ☞ 1.0 g bicarbonato de sodio (Na HCO3)
  • 1 espátula de acero ☞ Agua (H2O)
  • 1 probeta graduada de 25 mL

Procedimiento

Numerar tres vasos de precipitados colocando en cada uno 50 mL de agua, al vaso No. 2 añadir 5 mL de vinagre, al vaso No. 3 1.0 g de bicarbonato de sodio, agregando a cada uno un trozo de calabacita del mismo tamaño, calentar hasta cocción (cuando se ablande la calabacita).

Figura 10. Sustancias en la cocción de verduras.

Si colocas tres pedazos iguales de calabacita en tres vasos de precipitado diferentes con el mismo volumen de líquido y calientas, ¿qué crees que pase?.

Hipótesis:

Registro de observaciones:

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4

“MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIOSObjetivo

Identificar el objeto de estudio de la Química, mediante experimentos donde se vean; la materia, la energía y sus cambios, para que puedas establecer su interacción.

Cuestionario de conceptos antecedentes

  1. ¿Qué le sucede al agua cuando se calienta? _________________________________
  2. Describe las principales características de un sólido, de un líquido y de un gas.
  3. ¿Cuál es la diferencia básica entre calor y temperatura?_____________ __________
  4. Escribe cinco ejemplos de cambios físicos y cinco de cambios químicos.
  5. Escribe tres ejemplos de mezclas homogéneas_______________________________

Experimento l

Objetivo

Observar la interacción de la materia con la energía en la producción de energía calorífica a partir de la energía química.

Hipótesis

Considera la siguiente pregunta para elaborar tu hipótesis.

¿Qué supones que pase al contacto de la glicerina y el permanganato de potasio con el papel?.

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

  • 1Tela de alambre con asbesto ☞ 5 gr de permanganato de potasio
  • 1 Vaso de precipitados de 100 mL ☞ Glicerina
  • Papel de estraza
  • 1 Tripié
  • 1 Vidrio de reloj

Prevención y seguridad.

Trabajar en área bien ventilada y teniendo la mayor distancia posible con la mesa de trabajo.

Permanganato de potasio: Sustancia muy oxidante que reacciona violentamente con glicerina causando combustión y gases tóxicos, evita el contacto con la piel y su inhalación. Si te cae en la piel o en los ojos lava inmediatamente al chorro de agua la zona afectada por 15 minutos para retirar la mayor cantidad posible y llama al responsable del laboratorio.

Glicerina: Sustancia que reacciona violentamente con el permanganato de potasio.

¿Cómo hacerlo?

Coloca sobre el tripié, la tela de alambre con asbesto y encima de ésta, un papel de estraza.

Espolvorea 0.5 g de permanganato de potasio sobre el papel y con mucho cuidado agrega 2 gotas de glicerina.

Espera 20 segundos y observa.

Precaución

Hay que tener mucho cuidado con este experimento manteniéndose a distancia de la mesa de trabajo, ya que al realizarlo se producen sustancias tóxicas y peligrosas con las que no debes tener contacto.

Registro de observaciones

¿Qué pasó al agregar la glicerina al permanganato de potasio?.

Eliminación de desechos.

Los residuos de la reacción colócalos en el bote de la basura para evitar la contaminación del ambiente.

Experimento II

Objetivo

Observar los cambios de la materia al interactuar con la energía calorífica.

Hipótesis

Considera la siguiente pregunta para elaborar tu hipótesis. ¿Qué crees que pase si calientas cada una de las sustancias?.

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

  • 1 Espátula de acero inoxidable o de ☞ Una lámina de cobre (Cu) porcelana. ☞ 0.5 g de iodo
  • 9 Tubos de ensayo de 16 x 15 mm ☞ 0.5 g de sulfato de cobre
  • 1 Pinzas para tubo de ensayo ☞ 0.5 g de cloruro de cobalto
  • 1 Pipeta de 5 mL ☞ 5 cm de cinta de magnesio
  • 1 Mechero Bunsen ☞ 0.5 g de azufre
    • 1 Pinzas para crisol ☞ 0.5 g óxido de zinc
      • 2 mL etanol
      • 2 mL de agua
      • 0.5 g de azúcar
      • 0.5 g de hojas secas

Prevención y seguridad

La indicada para el calentamiento con mechero y la que se requiere para calentar tubos

de ensayo. Las reacciones se deben realizar en un lugar bien ventilado. Iodo.- Sustancia tóxica, reacciona violentamente con etanol; sus vapores irritan los ojos y el sistema respiratorio y su ingestión causa graves daños.

Magnesio.- Sustancia inflamable, reacciona con ácidos fuertes generando hidrógeno que es inflamable. Azufre.- Sustancia tóxica, al reaccionar con oxígeno produce gases tóxicos. Etanol.- Líquido muy volátil e inflamable.

¿Cómo hacerlo?

Coloca por separado en los tubos de ensayo, cada una de las siguientes sustancias: iodo, sulfato de cobre, etanol, cloruro de cobalto, agua, óxido de zinc y las hojas secas. Calienta con cuidado en el mechero de Bunsen.

El azufre y el azúcar colócalos cada uno en una cucharilla de combustión y caliéntalos con cuidado.

El cobre y el magnesio tómalos con las pinzas y caliéntalos directamente en el mechero.

Precaución

Al calentar el iodo, el magnesio y el azufre se producen gases tóxicos; no los inhales. Si sufres de algún accidente comunícalo al responsable del laboratorio.

Registro de observaciones

Anota lo que observaste en cada muestra.

Muestra Observaciones
1
2
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5
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7
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9

Eliminación de desechos.

Arroja los residuos de las reacciones al bote de la basura para evitar la contaminación del ambiente.

Experimento III

Objetivo

Observar la acción de algunas sustancias en la cocción de verduras.

Hipótesis

Considera la siguiente pregunta para tu hipótesis. ¿Qué crees que pase cuando calientes los vasos?.

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

  • 1 Espátula de acero inoxidable ☞ 5 mL de vinagre
  • 3 Vasos de precipitados ☞ 1g Bicarbonato de sodio
  • 1 Mechero Bunsen ☞ Agua
  • 1 Tripié ☞ 1 Calabacita mediana
  • 1 Tela de alambre con asbesto
  • 1 Probeta de 25 mL
  • 1 Probeta de 100 mL
  • 1 Pinzas para vaso

Prevención y seguridad

La indicada para el calentamiento con mechero.

ACTIVIDADES DE GENERALIZACIÓN

El hierro se ha usado para construir puentes desde hace ya mucho tiempo, pero debe hacerse un proceso de mantenimiento que incluye darle una mano de pintura, porque si no, después de un cierto tiempo, pierde sus características estructurales. ¿Cómo podríamos saber qué es lo que pasa cuando el hierro se oxida?. Una forma de explicarlo es pensar que el hierro reacciona si se le agrega algo y se forma (sintetiza) un compuesto. Veamos qué tan cierto es esto.

En tres vasos de precipitados de 100mL coloca agua (H2O) 50 mL en c/u de ellos. A uno de ellos agrégale una cucharada de carbonato de sodio (Na CO3) y a otro ácido

2 clorhídrico, llamado comercialmente ácido muriático (HCI). En cada uno coloca un clavo nuevo previamente pesado, el cual es de hierro (Fe). Deja pasar tres o cuatro días y anota las observaciones en tu cuaderno. En seguida saca los clavos de los vasos y pésalos nuevamente.

Las discusiones pueden ser muy variadas. Si observas bien, verás que el clavo en la solución de ácido clorhídrico se ha cubierto de una sustancia semejante a la que se forma en el hierro de los puentes o en la lámina de los coches viejos. En esta experiencia has reproducido, en el laboratorio, lo que sucede en la realidad y has usado la síntesis controlada para aumentar tu conocimiento de un fenómeno natural, en este caso la oxidación de hierro. ¿A qué se deben los diferentes pesos registrados antes y después del experimento?.

Algunas sustancias son producidas por procesos de síntesis de una forma natural. Estas síntesis han llegado a ser tan importantes que ahora se efectúan en los laboratorios y también se producen sustancias que antes no existían, y con ello se supera la propia naturaleza.

Aquí queremos aprovechar este momento para que reflexiones sobre la importancia que tiene la posibilidad de crear nuevos materiales.

Indudablemente hay materiales cuyas características de duración son muy benéficas, pero un uso indiscriminado, sin cuidado y responsabilidad, puede ser dañino a la propia naturaleza. Un ejemplo es el plástico que se usa para bolsas, o para envasar diferentes productos. Resulta tan “durable” que una vez usado y arrojado al basurero simplemente no se descompone, porque no es degradable en condiciones naturales, sea por desgaste o porque se descomponga por la acción de organismos vivos (biodegradable).

La industria ya está buscando materiales con estas características, porque los materiales no degradables están cubriendo la superficie terrestre. ¿Qué sería del hombre y los demás seres vivos si cubrimos la Tierra con envases plásticos desechables y prácticamente eternos?.