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MEDIDA Y MÉTODO CIENTÍFICO

1

1. La medida e instrumentos de medida Recuerda 쮿 Medir una magnitud es compararla con otra de la misma naturaleza, llamada unidad, para averiguar el número de veces que la contiene. 쮿 Los instrumentos de medida son necesarios porque hay magnitudes o pequeñas variaciones de una magnitud que no pueden apreciarse con los sentidos.

Actividades 1

Completa las frases siguientes: El metro sirve para medir la

.

La balanza sirve para medir la

2

3

.

El

sirve para medir el tiempo.

El

sirve para medir la temperatura.

La probeta sirve para medir la

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y el

.

Une cada instrumento con su magnitud:

Regla

Tiempo

Probeta

Masa

Termómetro

Capacidad

Cronómetro

Temperatura

Balanza

Longitud

Indica qué afirmaciones son verdaderas y cuáles son falsas. Escribe correctamente las frases falsas: a) La balanza se utiliza para medir la masa de los cuerpos. b) El termómetro se utiliza para medir el tiempo. c) El cronómetro se utiliza para medir la temperatura. d) La regla se utiliza para medir la longitud de un cuerpo. e) La probeta se utiliza para medir el volumen de un líquido. f) El matraz aforado se utiliza para medir el volumen de un líquido.

5

Une cada unidad con su magnitud:

Metro

Tiempo

Litro

Masa

Kelvin

Capacidad

Segundo

Temperatura

Kilogramo

Longitud

¿Cuál es la capacidad de una lata de refresco?

Física y Química

4

3

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MEDIDA Y MÉTODO CIENTÍFICO

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1. La medida e instrumentos de medida 6

Realiza las siguientes transformaciones de unidades, sabiendo que: 1 m ⫽ 10 dm

1 m ⫽ 100 cm

1 m ⫽ 1 000 mm

1 km ⫽ 1 000 m

a) Escribe estas medidas en decímetros: 0,5 m ⫽

10 m ⫽

b) Escribe estas medidas en metros: 1 dm ⫽ 1 cm ⫽ 10 dm ⫽ 10 cm ⫽ 20 dm ⫽ 20 cm ⫽ 25 dm ⫽ 50 cm ⫽ 50 dm ⫽ 500 cm ⫽

1 mm ⫽ 10 mm ⫽ 20 mm ⫽ 50 mm ⫽ 100 mm ⫽

1 500 mm ⫽ 2 000 mm ⫽ 1,5 km ⫽ 25 km ⫽ 100 km ⫽

c) Escribe estas medidas en centímetros: 0,1 m ⫽ 6 m⫽ 0,5 m ⫽ 10 m ⫽ 2 m⫽ 15 m ⫽

1 dm ⫽ 10 dm ⫽ 20 dm ⫽

25 dm ⫽ 50 dm ⫽ 75 dm ⫽

d) Escribe estas medidas en milímetros: 0,1 m ⫽ 6 m⫽ 0,5 m ⫽ 10 m ⫽ 2 m⫽ 15 m ⫽

1 dm ⫽ 10 dm ⫽ 20 dm ⫽

25 dm ⫽ 50 dm ⫽ 75 dm ⫽

e) Escribe estas medidas en kilómetros: 3 000 m ⫽ 4 500 m ⫽

18 000 m ⫽

7

La medida de la masa se expresa en kilogramos (kg) en el SI. Sabiendo que 1 kg ⫽ 1 000 g, expresa las siguientes medidas en kilogramos: 100 g ⫽ 250 g ⫽ 500 g ⫽

8

La medida de un intervalo de tiempo se expresa en segundos (s) en el SI. Sabiendo que: 1 min ⫽ 60 s 1 h ⫽ 60 min 1 h ⫽ 3 600 s

9

a) Expresa estas medidas en segundos: 5 min ⫽ 30 min ⫽ 10 min ⫽ 2 h⫽ 15 min ⫽ 3 h⫽

12 h ⫽ 24 h ⫽ 1 h 15 min ⫽

b) Expresa estas medidas en horas: 7 200 s ⫽

10 800 s ⫽

1 h 30 min ⫽ 2 h 50 min ⫽ 3 h 45 min ⫽

La medida de una superficie es el área de los cuerpos y se expresa en metros cuadrados (m2) en el SI. área ⫽ largo ⫻ ancho Por ejemplo, si el largo es de 5 m y el ancho de 3 m, el área es: área ⫽ 5 m ⫻ 3 m ⫽ 15 m2 a) ¿Cuánto mide el área del suelo de un gimnasio si el largo es de 15 m y el ancho de 10 m?

Física y Química

b) La pista de deportes mide de largo 30 m y de ancho 25 m. ¿Cuál es su área?

4

c) ¿Cuál es el área de esta hoja de papel? Expresa la medida en cm2 y en m2, sabiendo que: 1 m2 ⫽ 10 000 cm2 ⫽ 104 cm2 d) El área de una revista es: área ⫽ 22 cm ⫻ 10 cm ⫽ 220 cm2 2

Expresa la medida en m .

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MEDIDA Y MÉTODO CIENTÍFICO

1

1. La medida e instrumentos de medida e) Tu cuaderno mide 15 cm de ancho y 25 cm de largo. ¿Cuál es su área? Expresa la medida en cm2 y en m2. f) Dibuja un cuadrado de 5 cm de lado. ¿Cuál es el área de este cuadrado? Expresa la medida en cm2 y en m2. g) Dibuja un rectángulo de 10 cm de largo y 5 cm de ancho. ¿Cuál es el área de este rectángulo? Expresa la medida en cm2 y en m2. 10 Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio. El volumen es el espacio ocupado por

un cuerpo. La unidad de medida del volumen es el metro cúbico (m3) en el SI. volumen ⫽ largo ⫻ ancho ⫻ alto Por ejemplo, el volumen de un bloque de piedra de 3 m de largo, 2 m de ancho y 1 m de alto, se calcula así:

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3m

1m

volumen ⫽ 3 m ⫻ 2 m ⫻ 1 m ⫽ 6 m3 2m

Es decir, el volumen es 6 m3. Realiza las siguientes cuestiones sabiendo que: 1 m3 ⫽ 1 000 000 cm3 ⫽ 106 cm3 1 dm3 ⫽ 1 000 cm3 a) El volumen de un cubo es: 30 cm ⫻ 20 cm ⫻ 10 cm ⫽ 6 000 cm3 Expresa estas medidas en el SI. b) Una clase mide 5 m de largo, 3 m de ancho y 2 m de alto. ¿Cuál es el volumen de la clase? c) Un prisma mide 5 cm de largo, 3 cm de ancho y 12 cm de alto. ¿Cuál es el volumen del prisma? Expresa el resultado en centímetros cúbicos y en metros cúbicos.

e) Dibuja un prisma de aristas: 5 cm, 4 cm y 3 cm de arista. Calcula su volumen. 11 ¿Cuántas cifras significativas tienen estas medidas?

a) 321 m b) 4,53 · 103 m

c) 0,002 3 m d) 20,08 m

Física y Química

d) Dibuja un cubo de 5 cm de arista y calcula su volumen.

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2. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

El informe científico

se recoge en

El método científico

consta de

Etapas del método científico

Sistema internacional unidades indirecta

La medida

utiliza

para medir magnitudes se utilizan

Notación científica Múltiplos y submúltiplos de unidades

su relación es Instrumentos de medida Cifras significativas y redondeo

Masa sirven para medir

Física y Química

Tiempo

6

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1. Cantidad de soluto y concentración Recuerda Cuando preparamos una disolución, su concentración depende de: 쮿 La cantidad de soluto. 쮿 El volumen de disolución en el que está disuelto.

Actividades 1

1 g de cloruro de sodio se disuelve en: a) 100 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

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b) 250 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

c) 500 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

2

2 g de cloruro de sodio se disuelven en: a) 200 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

b) 500 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

Si conocemos la concentración de una disolución, podemos calcular la cantidad de soluto que hay en un volumen determinado de la misma. ¿Cómo prepararías, por ejemplo, una disolución de cloruro de sodio en agua, con una concentración de 10 g/L, si solo dispones de matraces de 250 mL?

Física y Química

3

7

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2. Construcción de curvas de solubilidad Realiza las curvas de solubilidad del cloruro de potasio, KCl; del nitrato de potasio, KNO3, y del hidróxido de calcio, Ca(OH)2, teniendo en cuenta la tabla. Registra la solubilidad (g de soluto en 100 g de agua) en el eje de ordenadas y la temperatura (en °C) en el de abscisas. Se recomienda representar las dos primeras sustancias en una misma gráfica, y la tercera, aparte, a una escala diferente.

Solubilidad

0 °C

20 °C

40 °C

60 °C

80 °C

100 °C

KCl

27,6

34,0

40,0

45,3

51,0

56,7

KNO3

13,4

31,6

64,0

110,0

169,0

246

0,185

0,165

0,141

0,116

0,094

0,077

Ca(OH)2

Física y Química

Actividades

8

1

Según la primera gráfica, ¿qué conclusiones generales puedes extraer acerca de la influencia de la temperatura en la solubilidad de solutos sólidos en agua?

2

¿Por qué crees que la tabla solo ofrece datos entre los 0 °C y los 100 °C?

3

¿Cómo prepararías una disolución saturada de nitrato de potasio en agua a 60 °C?

4

¿Qué ocurre si esta disolución se enfría hasta 40 °C?

5

Según la segunda gráfica, ¿qué se puede decir acerca de la solubilidad del hidróxido de calcio en agua? ¿Cómo influye la temperatura?

6

¿Cómo prepararías una disolución saturada de hidróxido de calcio en agua a 0 °C?

7

¿Qué ocurrirá si calientas esta disolución hasta 80 °C?

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2

3. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Clasificación de los sistemas materiales

pueden ser

Sólidos

Líquidos

se distinguen

Gases

por métodos de separación físicos

Sistemas materiales homogéneos

por ejemplo se dividen en Petróleo

por métodos de separación físicos

se destaca la

pueden ser

Preparación

Compuestos

por métodos químicos

Elementos

se relaciona con la temperatura en las Curvas solubilidad

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1. Interpretación gráfica de la ley de Boyle Hemos visto que R. Boyle basó su investigación sobre la compresibilidad de los gases, es decir, estudió el efecto de la presión sobre los volúmenes de los gases. Llegó a la conclusión de que el volumen de una masa dada de cualquier gas a temperatura constante varía de forma inversamente proporcional a la presión a la que se somete. Vamos a llegar aquí a las mismas conclusiones que extrajo el científico irlandés estudiando diferentes representaciones gráficas.

Análisis de resultados En la tabla se recogen los resultados experimentales cuando 4 g de helio se someten a diferentes presiones a la temperatura de 0 °C. Observa cómo varían las magnitudes. Como era de esperar el volumen varía al modificarse la presión.

p (atm)

V (L)

No olvides

1,000

22,4

Para hacer una representación gráfica ten en cuenta que: 쮿 La variable dependiente se suele situar sobre el eje Y. 쮿 La variable independiente se suele situar sobre el eje X. 쮿 Localizamos la pareja de puntos (x, y) y los unimos. 쮿 La línea resultante constituye la gráfica y representa la variación de una magnitud en función de otra.

0,809

27,7

0,685

32,7

0,539

41,6

0,355

63,1

Si se representa gráficamente la relación entre la presión y el volumen de este gas, se obtiene la siguiente gráfica.

p ⴢV

La gráfica corresponde a una hipérbola y recibe el nombre de isoterma, ya que los datos se han obtenido a temperatura constante. La relación matemática que representa una hipérbola es del tipo: k k y ⫽ ; en nuestro caso: V ⫽ 씮 p ⭈ V ⫽ k x p 1. Vamos a constatar que, con los datos de la tabla se cumple realmente la relación anterior.

Física y Química

10

22,4 p (atm)

22,4

1,000

22,4

0,900

22,4

0,800 0,700

Efectuamos todos los productos p ⭈ V.

0,600

Comprobamos, en efecto, que el producto de la presión por el volumen correspondiente es constante.

0,500

2. Consideramos al helio en dos condiciones diferentes de presión. Utiliza la gráfica para obtener, los valores de volumen que corresponden a dos condiciones distintas de presión, por ejemplo 0,2 atm y 0,5 atm.

0,300

Comprueba que se verifica esta relación: p1 ⭈ V1 ⫽ p2 ⭈ V2

22,4

0,400

0,200 0,100 0 0

20

40

Interpolar Para intrapolar, sitúa los valores de presión en el eje Y y llévalos hasta la gráfica. De aquí, llévalos hasta el eje X; así obtienes los valores de los volúmenes que corresponden a los valores determinados de la presión.

60 V (L)

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1. Interpretación gráfica de la ley de Boyle Conclusiones 쮿 La representación de una hipérbola muestra que la variable dependiente se modifica de forma inversa a la variable independiente; es decir, cuando una aumenta, la otra disminuye, y viceversa. 쮿 A temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas varía de manera inversamente proporcional a la presión; es decir, cuando aumenta el volumen, disminuye la presión, y viceversa. 쮿 A cada valor de una magnitud (presión) le corresponde un único valor de la otra magnitud (volumen). Se cumple la relación: p1 ⭈ V1 ⫽ p2 ⭈ V2

1 ¿Qué ocurre si representamos p frente a V?

1/p (atmⴚ1)

V (L)

1,000

22,4

1,236

27,7

1,460

32,7

2,800

1,855

41,6

2,600

2,817

63,1

Análisis de resultados En este caso, cada isoterma es una línea recta, cuya relación matemática es y ⫽ ax ⫹ b. En el 1 ejemplo que nos ocupa, V ⫽ k ⭈ , donde k es p la pendiente de la recta y debe ser una constante.

Conclusiones 쮿 La representación de una línea recta indica una relación proporcional y directa entre las variables; es decir, cuando una aumenta, la otra también lo hace. 쮿 A temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas es directamente proporcional al inverso de la presión; es decir, cuando se incrementa el volumen, aumenta el inverso de la presión, o lo que es lo mismo disminuye la presión.

1/p (atmⴚ1)

3,000

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2,400 2,200 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0 0

20

40

60 V (L)

1

Respecto a los datos de la tabla p-V. ¿Qué gráficas obtendríamos si representásemos p ⭈ V frente a V o p ⭈ V frente a p? Saca las conclusiones oportunas.

2

En la tabla se detallan los valores de volumen obtenidos al someter 4 g de helio a distintas presiones y a 25 °C: a) Comprueba que se cumple la ley de Boyle. b) Representa gráficamente p frente a V. ¿Cómo es la isoterma a 25 °C? c) Representa gráficamente 1/p frente a V. Compara esta isoterma con la isoterma a 0 °C. d) Representa gráficamente p ⭈ V frente a p. ¿Qué se puede deducir de esta gráfica?

p (atm)

V (L)

1,000

24,4

0,809

30,2

0,685

35,7

0,539

45,3

0,355

68,7

Física y Química

Actividades

11

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2. Interpretación gráfica de la primera ley de Gay-Lussac Análisis de resultados

V (L)

En la gráfica se ha representado la temperatura frente al volumen para 4 g de helio a 1 atm de presión. 1. Utiliza la gráfica para obtener los valores de volumen que corresponden a dos condiciones distintas de temperatura, por ejemplo 150 °C y 250 °C.

45 40

30

2. Expresa los datos de temperatura en la escala Kelvin y comprueba que se verifica esta relación:

20

V1 V2 ⫽ T1 T2

0 0

200

300

400

500 T (K)

Conclusiones 쮿 La representación es una línea recta que no pasa por el origen de coordenadas; por tanto, obedece a una ecuación del tipo: y ⫽ ax ⫹ b. 쮿 Nuestra variable dependiente es V, mientras que la variable independiente es t. Luego la relación matemática de estas variables es: V ⫽ kt ⫹ V0. 쮿 El volumen inicial del gas a 0 °C es V0 ⫽ 22,4 L. 쮿 A cada valor de una magnitud (temperatura) le corresponde un único valor de la otra magnitud (volumen). Se cumple la relación: V1 V2 ⫽ T1 T2

Actividades 1

Con los valores de la gráfica de Gay-Lussac completa la siguiente tabla.

V (L)

t (°C)

V ⴚ V0

(V ⴚ V0) Vⴢt

100 200 300 (V ⫺ V0) se denomina coeficiente de dilatación del gas a presión constante. V⭈t ¿Cómo es el valor de este cociente?

Física y Química

El cociente

12

2

Si repitiésemos la experiencia anterior con otro gas, ¿obtendríamos los mismos valores para el coeficiente de dilatación del gas a presión constante?

3

Representa la gráfica V-t (t en °C): a) ¿En qué punto corta la recta al eje de abscisas? b) ¿Qué representa esa temperatura? c) ¿Cuánto vale el volumen del gas a esa temperatura?

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3. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Los gases las variables p, V, T están relacionadas por Las leyes de los gases

son interpretadas a nivel microscópico por Modelo cinético de los gases que se extrapola a toda la materia

justifica

Las propiedades de la materia

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1. Las primeras teorías atómicas Leucipo y Demócrito vivieron en Grecia hace, aproximadamente, 2 500 años. Ambos filósofos argumentaron que si un trozo de materia se partía por la mitad y esa mitad se dividía de nuevo en dos partes, y así sucesivamente, llegaría un momento en que se obtendría una partícula muy pequeña que ya no admitiría nuevas divisiones. A esta pequeña partícula la llamaron término que en griego significa .

Actividades 1

Ilustra con dibujos los argumentos de Leucipo y Demócrito.

2

Resume la filosofía atomista de Leucipo y Demócrito.

3

¿Qué filosofo fue el responsable del rechazo de la teoría de Leucipo y Demócrito?

4

¿Qué nombre recibe la teoría defendida por este filósofo?

5

¿Cuáles son las ideas principales de esa teoría no atomista?

6

¿Por qué prevaleció la teoría no atomista durante más de 2 000 años?

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2. La teoría atómica En 1808, la idea de átomo fue retomada por el científico inglés John Dalton, quien afirmó que cada elemento estaba formado por esferas atómicas sólidas y que elementos diferentes estaban compuestos por esferas atómicas de pesos diferentes. A lo largo de todo el siglo XIX, los científicos continuaron pensado en los átomos como esferas sólidas, semejantes a pequeñas bolas de billar.

Actividades 1

Ilustra con dibujos las ideas de Dalton.

2

De acuerdo con las ideas de Dalton: a) Los elementos están formados por b) Los átomos de

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.

elementos tienen masas y propiedades químicas distintas.

c) Los compuestos químicos están formados por la diferentes.

de dos o más elementos

d) Cuando dos o más átomos de distintos elementos se combinan para formar un mismo compuesto lo hacen en una relación de 3

.

Señala si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Todos los átomos de los elementos sólidos tienen la misma masa. b) Un elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales. c) Los átomos de nitrógeno tienen el mismo tamaño que los átomos de oxígeno.

4

¿Cómo es el átomo para Dalton: divisible o indivisible?

5

Observa los siguientes dibujos: A

B

C

a) ¿Qué recipiente contiene un solo elemento?

c) ¿Qué recipiente contiene una mezcla de un elemento y un compuesto?

6

Durante siglos, los alquimistas buscaron un procedimiento que les permitiera convertir plomo en oro (transmutación de la materia). ¿Está de acuerdo la teoría atómica de Dalton con la existencia de un procedimiento de este tipo?

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b) ¿Qué recipiente contiene un solo compuesto?

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3. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Reacciones químicas las sustancias que se combinan cumplen la

Conservación de la materia

ciclo carbono

ciclo agua

que son justificadas por la explica qué es que no puede explicar La ley de Gay-Lussac para los volúmenes de los gases

cantidad de sustancia

que es explicada por la

mol volumen molar

que da lugar a Teoría atómicomolecular

Física y Química

átomo

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Elemento Compuesto

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1. Electricidad y partículas atómicas Existen tres métodos fundamentales de electrización de la materia: por frotamiento, por contacto y por inducción o influencia. 쮿 Por frotamiento: Después de frotar dos cuerpos, ambos adquieren la misma carga, pero de distinto signo. 쮿 Por contacto: Cuando un cuerpo neutro y aislado se pone en contacto con otro ya cargado, el primero adquiere una carga del mismo signo que la del segundo. 쮿 Por inducción o influencia: Cuando se acerca un cuerpo cargado a otro que se quiere electrizar. Los fenómenos eléctricos son debidos a una propiedad de la materia denominada carga eléctrica. La cantidad de carga eléctrica, Q, es una magnitud física y su unidad en el SI es el culombio (C).

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La materia está constituida por dos tipos de cargas: negativas (electrones) y positivas (protones). Por lo general, la materia es eléctricamente neutra, es decir tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. Cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tienen más cantidad de un tipo que de otro. Las partículas atómicas que constituyen los átomos que componen la materia son los protones, electrones y neutrones. Sus características se detallan en la siguiente tabla:

Electrón ⫺19

Carga eléctrica (C)

1,602 · 10

Masa (kg)

9,109 · 10⫺31

Neutrón

Protón

0

1,602 · 10⫺19

1,675 · 10⫺27

1,673 · 10⫺27

1

Teniendo en cuenta los fenómenos de electrización, explica por qué las pantallas de los televisores y los ordenadores atraen las partículas del polvo.

2

Aclara por qué es tan difícil separar las hojas de papel de los separadores de plástico en las carpetas de anillas.

3

¿Cuál es el símbolo de la magnitud cantidad de carga eléctrica? ¿Cuál es su unidad?

4

¿Qué diferencias hay entre un cuerpo eléctricamente neutro y otro cargado eléctricamente?

5

Dibuja un cuerpo eléctricamente neutro y ese mismo cuerpo cargado positivamente y cargado negativamente.

6

¿Qué analogías y diferencias hay entre protones y electrones?

7

¿Qué analogías y diferencias hay entre protones y neutrones?

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Actividades

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2. El modelo atómico de Thomson El físico británico J. J. Thomson sugirió un modelo atómico similar a un «pudin de pasas». El átomo es una esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones.

Actividades 1

Ilustra con dibujos el modelo de Thomson.

2

¿Qué es un ion? ¿Cómo justifica el modelo atómico de Thomson la formación de iones?

3

Completa esta frase: Si un átomo pierde un electrón, queda con carga neta y si gana un electrón queda con carga neta de .

y recibe el nombre de y recibe el nombre

4

¿Cómo justifica el modelo atómico de Thomson la electrización por frotamiento? Explícalo mediante dibujos.

5

Responde verdadero o falso y justifica tu respuesta: Cuando una barra de ebonita cargada entra en contacto con una bolita de un péndulo, algunas cargas positivas de la barra pasan a la bolita.

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3. El átomo de Rutherford Observa el experimento de E. Rutherford y sus colaboradores:

lámina de oro

pantalla detectora

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partículas positivas

쮿 La mayor parte de las partículas atraviesan la lámina sin cambiar. 쮿 Algunas partículas se desvían considerablemente. 쮿 Unas pocas partículas rebotan hacia la fuente de emisión. El átomo que sugirió E. Rutherford, tras realizar el experimento es el siguiente: 쮿 El átomo constituye un espacio fundamentalmente vacío. 쮿 Los electrones giran alrededor de un núcleo central muy denso y pequeño.

Actividades 1

De acuerdo con el modelo atómico de Thomson, dibuja las trayectorias que cabría esperar que siguiesen las partículas positivas al bombardear una fina lámina de oro. ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹

Completa en este dibujo la trayectoria que realmente siguen las partículas positivas cuando bombardean la lámina de oro. ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹

Física y Química

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E S T R U C T U R A ATÓ M I C A

3. El átomo de Rutherford 3

¿Qué les ocurre a las partículas que chocan directamente con el núcleo?

4

¿Qué les ocurre a las partículas que pasan cerca del núcleo?

5

¿Qué les ocurre a las partículas que pasan muy lejos del núcleo?

6

¿Qué partículas podemos encontrar en el núcleo?

7

¿Dónde se encuentra concentrada casi toda la masa del átomo?

8

Señala las respuestas verdaderas. El experimento de la lámina de oro de Rutheford demuestra que: a) El oro puede formar películas muy delgadas. b) La masa del oro es muy elevada. c) Los átomos de oro son en gran parte espacio vacío. d) Aproximadamente toda la masa del átomo de oro está concentrada en un núcleo muy pequeño.

9

El hecho de que según el modelo atómico de Rutheford los electrones girasen alrededor del núcleo creaba un problema científico insuperable. ¿Cuál era este problema?

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4. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Naturaleza eléctrica de la materia

carga eléctrica Fuerzas entre cargas

la proporcionan los Electrización por inducción o influencia

Electrización por contrato

El átomo es divisible

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E S T R U C T U R A ATÓ M I C A

5

explica la

Modelo atómico de Rutherford consta de

corteza Modelo de Bohr

consta de

se explica la N.º atómico y n.º másico

Isótopos

Masa atómica relativa

generan Dibujar átomos

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ELEMENTOS Y COMPUESTOS

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1. Propiedades que se repiten 1. En 1817, J. W. Döbereiner observó que los elementos calcio, estroncio y bario presentaban cierta regularidad en sus propiedades:

Elemento

Punto de fusión (°C)

Reacción con el agua

Solubilidad

Masa atómica

Calcio

851

Muy activo

Ligeramente soluble

40

Estroncio

800

Actividad media

Poco soluble

88

Bario

710

Poco activo

Insoluble

137

Actividades 1

Comprueba que la masa atómica del estroncio es, aproximadamente, la media de las masas atómicas del calcio y el bario.

2

¿Cómo son las otras propiedades físicas y químicas del estroncio respecto de las del calcio y el bario?

3

¿En qué estado se encuentran estos elementos a temperatura ambiente?

2. En 1850, Döbereiner realizó las mismas observaciones, pero esta vez con azufre, selenio y telurio; cloro, bromo y yodo; y litio, sodio y potasio. Estas son las masas atómicas de estos elementos:

4

Azufre

32

Cloro

35,5

Litio

Selenio

79

Bromo

80

Sodio

23

Telurio

127,5

Potasio

39

Yodo

127

7

Verifica que la masa atómica del elemento central es intermedia con respecto a la de los otros dos elementos.

3. Estas son algunas de las propiedades físicas del cloro, el bromo y el yodo:

Densidad

Punto de fusión (°C)

Cloro

1,56 (líquido)

⫺102

Bromo

3,12 (líquido)

⫺7

Física y Química

Yodo

22

4,93

113

Punto de ebullición (°C) ⫺35 59 184

5

¿Cómo son las propiedades físicas del bromo en comparación con las del cloro y el yodo?

6

¿Podemos afirmar que existe una cierta regularidad en las propiedades de los elementos?

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ELEMENTOS Y COMPUESTOS

6

2. Interpretación de la información que aporta el prospecto de un medicamento Utiliza el prospecto de cualquier medicamento para completar los siguientes apartados. Nombre comercial:

Composición:

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Principio o principios activos del medicamento:

Excipiente:

Indicaciones:

Dosis y modo de empleo:

Contraindicaciones e interacciones:

Efectos secundarios:

Precauciones (embarazo y lactancia):

Conservación:

Presentación:

Con/sin receta médica:

Física y Química

Sobredosis, intoxicación y su tratamiento:

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ELEMENTOS Y COMPUESTOS

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3. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

en en

Abundancia de los elementos

en

metales y no metales Mendeleiev

Clasificación

Los elementos químicos

Los elementos en el ser humano

tabla periódica actual Agrupación de los átomos en los elementos

Medicamentos

en forma de

en forma de

Física y Química

Masa y cantidad de sustancia

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CAMBIOS QUÍMICOS Y SUS REPERCUSIONES

1. Velocidad de una reacción química y los factores que influyen en ella Recuerda 쮿 La velocidad de una reacción química es la variación de cantidad de sustancia formada o transformada por la unidad de tiempo. 쮿 La medida de la velocidad se puede expresar en función de la cantidad de reactivo que desparece o de la cantidad de producto que aparece en la unidad de tiempo. 쮿 La velocidad de una reacción química puede verse afectada por varios factores: influencia de la concentración, la temperatura, la superficie de contacto y la presencia de catalizadores. 쮿 También influye en la velocidad de una reacción química la naturaleza de los reactivos, aunque no se han podido establecer aún unas reglas generales a este respecto. Y la concentración de los reactivos: la velocidad de una reacción química, en general, aumenta con la concentración de los reactivos. Para incrementar la concentración de un gas, hay que elevar la presión y si los reactivos se encuentran en disolución, la concentración se modifica cambiando la relación entre el soluto y el disolvente.

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Actividades 1

Describe una reacción que sea muy rápida y otra que sea muy lenta.

2

Un grupo de alumnos ha realizado la siguiente experiencia: 쮿 Primero, han medido el tiempo que ha tardado en reaccionar totalmente un cubo de 8 g de sodio sumergido en agua. 쮿 A continuación, han medido el tiempo de la reacción completa si un cubo similar de 8 g se divide en ocho cubos iguales. 쮿 Finalmente, han repetido la experiencia con un tercer cubo de sodio al que dividen en ocho cubos iguales, y estos, a su vez, en otros ocho. ¿Qué hipótesis crees que pretenden verificar los alumnos? a) En toda reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos.

b) En toda reacción química, la velocidad de reacción depende de la masa de los reactivos.

d) El tiempo que tarda en completarse la reacción depende de la superficie de contacto (grado de división) de los reactivos.

Justifica tus respuestas.

Física y Química

c) El tiempo que tarda en completarse la reacción depende de la masa de los reactivos.

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CAMBIOS QUÍMICOS Y SUS REPERCUSIONES

1. Velocidad de una reacción química y los factores que influyen en ella 3

Si, en la primera experiencia, el tiempo medido ha sido de 8 min y admitimos que la velocidad de esta reacción es directamente proporcional a la superficie. ¿Qué tiempo tardarán en reaccionar completamente con el agua los 64 cubitos de la última experiencia?

4

Si los átomos o las moléculas se combinan cuando chocan entre sí, explica de acuerdo con la teoría cinética de la materia por qué aumenta la velocidad de reacción con: a) La temperatura.

b) La cantidad de superficie de contacto entre los reactivos.

5

Clasifica las siguientes reacciones químicas en lentas o rápidas: a) La oxidación de una barandilla de hierro.

b) La reacción del cinc con el ácido clorhídrico.

c) La combustión de una cerilla.

d) La putrefacción de una manzana guardada en un frigorífico.

6

Sugiere una explicación para cada una de las siguientes afirmaciones: a) En los fuegos artificiales se usa magnesio en polvo en lugar de cintas de magnesio.

b) El agua oxigenada se descompone más rápidamente cuando está en presencia de una enzima llamada catalasa.

Física y Química

c) Cuando un animal muere, se descompone rápidamente, pero en Siberia se han encontrado enterrados en el hielo e intactos mamuts que murieron hace 30 000 años.

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d) La reacción entre el carbonato de manganeso y el ácido clorhídrico diluido incrementa su velocidad cuando se agrega ácido clorhídrico concentrado.

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CAMBIOS QUÍMICOS Y SUS REPERCUSIONES

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2. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Cálculo de masa y de volumen se utilizan para el

Efecto invernadero

se representan en Medio ambiente

Reacciones químicas

Velocidad de una reacción química

Lluvia ácida una clasificación es producen

Física y Química

Reacciones de combustión

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LA ELECTRICIDAD

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1. Conductores y aislantes Cuando encendemos el televisor, la corriente eléctrica que pasa a través del cable es un flujo de electrones. En realidad, estos electrones que se desplazan forman parte del propio cable. Si cortamos el cable y vemos su sección, observaremos que consta de dos partes: un hilo de cobre y el plástico que lo recubre. Los electrones circulan por el primero, pero no pueden hacerlo por el segundo. Esto se debe a que el cobre es un buen conductor de la electricidad, mientras que el plástico es un aislante.

conductor aislante

Los electrones no se desplazan con la misma facilidad a través de los distintos materiales. La razón de esto es que cada uno tiene una estructura atómica diferente.

Conductores Los materiales conductores son aquellos que permiten que la corriente eléctrica circule a través de ellos.

Física y Química

Los materiales conductores tienen electrones que no están muy ligados a sus átomos, por lo que pueden circular entre estos y moverse a lo largo del material. Así, por ejemplo, algunos de los electrones que se encuentran en las capas más externas de los átomos de los metales tienen una relativa movilidad; por eso, los metales son buenos conductores.

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Materiales conductores de la corriente eléctrica.

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LA ELECTRICIDAD

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1. Conductores y aislantes Aislantes Los materiales aislantes son aquellos que no permiten el paso de la corriente eléctrica a través de ellos. Los electrones de los materiales aislantes, también llamados dieléctricos, están muy ligados a los átomos próximos, y la fuerza de atracción que el núcleo ejerce sobre ellos es muy grande, por lo que no pueden moverse libremente. Aunque los materiales aislantes pueden cargarse por frotamiento, los electrones ganados no pueden fluir a través de ellos, sino que se mantienen en una región localizada. La madera, los tejidos, los plásticos, el vidrio y el caucho constituyen ejemplos de materiales aislantes.

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Materiales aislantes de la corriente eléctrica.

1

Observa los materiales que te rodean y clasifícalos en conductores y aislantes.

2

¿Qué componentes de un pulsador o un interruptor domésticos son conductores? ¿Cuáles son aislantes?

3

Fíjate en los veinte primeros elementos de la tala periódica e indica cuáles son conductores y cuáles aislantes. Recuerda la clasificación de los elementos en metales y no metales.

4

Clasifica los materiales siguientes en conductores y aislantes: objetos metálicos, la mina de un lápiz (grafito), objetos de vidrio, agua con sal, madera, objetos de caucho, objetos de plástico, papel y fibras vegetales.

5

¿De qué material está hecha la cinta aislante?

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Actividades

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LA ELECTRICIDAD

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2. Lectura de un voltímetro La ddp y la fem se pueden medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo, tal como se puede observar en la figura. La escala de un voltímetro viene expresada en voltios.

V 0

5 10 15 2 0

Fíjate en el siguiente experimento: 1. Se han conectado tres bombillas a una batería de 12 V como se indica en el esquema. lectura de 12 V

V ⫹ lectura de 4 V V

⫺

lectura de 4 V

lectura de 4 V

V

V

2. Si ahora se conecta un voltímetro entre los terminales de la batería, ¿qué lectura marcará? 3. Se conectan después otros tres voltímetros entre los terminales de cada bombilla del modo que se aprecia en el esquema. Suma las lecturas obtenidas en los voltímetros conectados a las tres bombillas; ¿coincide este valor con el de la fem de la batería? ¿Qué explicación puedes dar a este hecho? Sabemos que la batería suministra energía a los electrones, pero estos pierden energía cuando pasan a través de una bombilla. De este modo, si hay más de una bombilla conectada a lo largo del hilo conductor, una parte de la energía se perderá al pasar por la primera; otra parte, al pasar por la segunda, y así sucesivamente. Si mides con un voltímetro la ddp que hay entre los extremos de las bombillas, se puede comprobar que la suma de las ddp existentes en cada una de ellas es igual a la fem de la batería.

Física y Química

Actividades

30

1

⫹

⫺

Fíjate en el esquema del siguiente circuito acoplado a la lámpara B. ¿Cuál es la lectura del voltímetro?

3V

lectura ?

9V A

B

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LA ELECTRICIDAD

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3. Lectura de un amperímetro La intensidad de la corriente que atraviesa un circuito se mide mediante un amperímetro. Como se observa en la figura, el amperímetro debe conectarse en serie al circuito eléctrico; de este modo se garantiza que la intensidad de la corriente pase íntegramente por él.

0

2,

5 7,5

1

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Conexión de un amperímetro. símbolos del circuito

Fíjate en el siguiente experimento: Con una batería, tres amperímetros y dos bombillas, se ha construido un circuito como el del esquema. Cuando los electrones abandonan la batería, todos ellos van pasando sucesivamente a través de esos cinco elementos.

lectura 2A

lectura 2A

La intensidad de corriente que mide el amperímetro que se encuentra entre las dos bombillas es la misma que la que miden los otros amperímetros.

Actividades Observa detenidamente el esquema y señala la opción correcta: +

–

a) Las dos bombillas se encienden al mismo tiempo. b) La bombilla conectada al polo negativo de la pila se enciende primero. c) Solo se enciende la bombilla conectada al polo negativo de la pila. d) No se enciende ninguna de las dos bombillas.

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3. Lectura de un amperímetro 2

Observa ahora este esquema y señala la opción correcta:

a) No hay corriente en el cable conectado a la parte inferior de la pila.

b) La corriente eléctrica fluye en dirección a la bombilla en ambos cables.

c) La corriente es la misma en ambos cables.

3

Observa el siguiente montaje y responde a las cuestiones que se plantean a continuación:

A

B

a) Explica cómo calcularías con un amperímetro y un voltímetro: 쮿 La diferencia de potencial entre A y B.

쮿 La intensidad que circula por el circuito.

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b) ¿Cómo instalarías el amperímetro y el voltímetro en los casos anteriores? ¿Por qué?

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4. Utiliza la electricidad con seguridad Los trastornos producidos en el cuerpo humano por la corriente eléctrica se deben a su intensidad, que, como ya sabemos, depende de la diferencia de potencial y de la resistencia. Una pila de 4,5 V es inofensiva porque la intensidad que produce es muy baja, pero la que proporciona un enchufe doméstico es muy peligrosa. Este peligro aumenta si estamos mojados, ya que el agua no destilada es buena conductora de la corriente eléctrica. Así, si estamos húmedos, la resistencia de nuestro cuerpo es pequeña, y la intensidad que nos llega, muy alta. Una corriente de 0,05 A ya es peligrosa, y una de 0,10 A puede producir un paro cardíaco, por lo que debe extremarse la seguridad al manejar aparatos y conductores eléctricos.

Principales trastornos ocasionados por la corriente eléctrica Intensidad de corriente (mA) en corriente alterna

Efectos

Consecuencias

Ligero cosquilleo

Susto y movimientos incontrolados

10-25

Calambres musculares

Paralización de la respiración

25-80

Fibrilación ventricular al cabo de un tiempo

Fallo de la circulación sanguínea y falta de oxígeno en el cerebro

80-5 000

Fibrilación ventricular instantánea

Paro cardíaco y muerte

2

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Ten siempre presente estas normas de seguridad a la hora de hacer un uso correcto de la instalación eléctrica:

1. Separa los cables.

3. Pela las puntas.

2.Corta las puntas y se sepáralas.

4. Retuerce los extremos pelados.

5. Únelos de dos en dos retorciéndolos.

6. Aíslalos con cinta aislante por separado.

Física y Química

쮿 No toques nunca bajo ningún pretexto aparatos, cables o terminales con las manos mojadas o húmedas o cuando tengas los pies descalzos. 쮿 Asegúrate de que los aparatos que consumen mucha energía estén conectados a tierra, por ejemplo mediante enchufes de tres orificios: dos de ellos sirven para que entre y salga la corriente; el tercero es la toma de tierra. Se trata de un cable que absorbe los electrones que «escapan» de la conducción general, con lo que evita las descargas eléctricas. 쮿 Nunca emplees las conducciones de agua, calefacción, etc., como toma de tierra, ya que no ofrecen garantía de seguridad, al poder existir piezas metálicas intercaladas en ellas. 쮿 Coloca los aparatos eléctricos lo suficientemente alejados de objetos o cuerpos metálicos y conducciones de agua o gas, con el fin de evitar posibles contactos eléctricos. 쮿 No utilices nunca aparatos eléctricos con los cables desgastados. 쮿 No manejes dispositivos eléctricos cuando los hilos de los cables de conexión estén al descubierto. 쮿 Evita manejar —o hazlo con mucho cuidado— enchufes múltiples o cables prolongadores, pues pueden acumular calor y producir cortocircuitos. 쮿 Siempre que sea posible, evita la realización de empalmes con los cables de la instalación doméstica, ya que se pueden originar cortocircuitos. No obstante, si fuera inevitable, sigue estos pasos:

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4. Utiliza la electricidad con seguridad Actividades 1

Señala las acciones incorrectas que se aprecian en el dibujo e indica cómo se corregirían:

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LA ELECTRICIDAD

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5. Formas de energía La energía es la capacidad de un cuerpo para producir transformaciones y realizar un trabajo. En el SI se mide en julios (J).

La energía puede manifestarse en forma de movimiento, de posición, de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etcétera. Según cuál sea el proceso por el que los cuerpos tienen energía, esta puede denominarse de diferentes maneras:

Energía mecánica

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Es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: 쮿 Potencial: es la capacidad de producir trabajo que tienen los cuerpos en virtud de su posición, configuración o mecanismo interior. 쮿 Cinética: es la capacidad de producir trabajo que poseen los cuerpos por el hecho de encontrarse en movimiento.

Energía térmica Se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperaturas se llama calor.

Energía eléctrica Es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, tres efectos: luminoso, térmico y magnético.

Energía radiante Es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno.

Energía química Es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía.

Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos que se libera en las reacciones nucleares de fusión y fisión.

Energía interna Engloba todas las formas de energía que puede haber en el interior de un cuerpo: energía cinética y térmica, debido al movimiento de sus partículas.

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Energía nuclear

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5. Formas de energía Actividades 1

La energía se presenta en la naturaleza y en la vida diaria de muy diversas formas. Indica qué diferencias existen, desde el punto de vista de la energía, entre: a) El agua de un río y el agua de una presa.

b) El aire en reposo y un viento fuerte.

c) Una pila eléctrica cargada y otra agotada.

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Señala qué tipo de energía posee para cada uno.

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LA ELECTRICIDAD

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6. Transformaciones de la energía Imagínate que te encuentras en el pico más alto de una montaña rusa. En ese momento y en esa posición, la vagoneta en la que estás sentado posee energía potencial. Cuando desciende, conforme aumenta su velocidad, va adquiriendo energía cinética, hasta que llega al punto más bajo y comienza a subir otro pico, donde de nuevo tendrá energía potencial. Después de más picos, curvas, rizos y tirabuzones, el trayecto concluye. a) ¿Qué transformaciones ha experimentado la energía a lo largo del trayecto? b) ¿Cómo es la energía potencial en las sucesivas cumbres de la montaña rusa? Unos potentes motores han impulsado la vagoneta por la empinada cuesta hasta llevar a la primera cumbre de la montaña rusa. Durante este tramo del trayecto, la energía eléctrica de los motores se ha transformado en energía potencial. Cuando la vagoneta empieza deslizarse pendiente abajo desde el primer pico, su energía potencial se transforma en energía cinética mientras desciende al máximo de velocidad hasta alcanzar el punto más bajo, donde toda la energía que tiene es cinética.

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A medida que comienza a escalar la siguiente pendiente, la vagoneta va perdiendo velocidad, hasta quedarse casi parada en la segunda cumbre, y su energía cinética se transforma en energía potencia. Y esto ocurrirá cada vez que la vagoneta suba y baje por una nueva cumbre. En ausencia de rozamientos, el viaje por la montaña rusa podría continuar eternamente.

Actividades Explica las transformaciones de energía que suceden cuando un esquiador se desliza por varias pendientes de distinta altura.

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7. Principio de conservación de la energía La energía del universo se transforma de unas formas en otras, originando una sucesión de cambios. Cualquiera que sea el proceso de transformación, debe cumplirse el principio de conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye; solo se transforma de una forma en otra.

Actividades 1

¿Qué transformaciones de energía ocurren cuando montas en una montaña rusa? ¿Cómo sería la energía total? ¿La cantidad de energía es la misma al principio que al final del trayecto?

2

Coge un cuenco o una taza y deja caer una canica o una bola de acero desde uno de sus bordes.

a) ¿Hasta dónde crees que llegará la canica en la primera oscilación?

b) ¿Por qué cada vez alcanza menos altura en sus oscilaciones?

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c) ¿Se cumple el principio de conservación de la energía?

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8. Degradación de la energía Unas formas de energía pueden transformarse en otras; ahora bien, esto no es un proceso reversible. Así la energía mecánica origina otras formas de energía, y estas se transforman en otras diferentes. Pero ¿dónde acaba el proceso? ¿Cuál es la última forma de energía? Todas las formas de energía terminan transformándose en calor: 쮿 La energía mecánica, por choque o rozamiento. 쮿 La energía eléctrica, al pasar por una resistencia. 쮿 La energía química, en la combustión de algunas sustancias químicas. 쮿 La energía lumínica, al ser absorbida por los cuerpos. 쮿 La energía nuclear, como una de las radiaciones emitidas. Ahora bien, aunque es posible convertir calor en cualquier forma de energía, no puede darse el proceso inverso:

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Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor, pero este no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía.

En toda transformación de energía, una parte se disipa en forma de calor y se transfiere al medio ambiente. Esa energía ya no puede utilizarse, porque es imposible transformarla en otra forma de energía. Esta afirmación constituye la segunda parte del principio de la conservación de la energía. El rendimiento de toda transformación de energía, expresado ene tanto por ciento, será: rendimiento ⫽

energía útil ⭈ 100 energía total

1

Explica las transformaciones de energía que tienen lugar cuando un niño se desliza por un tobogán.

2

Explica las transformaciones de energía que se producen desde que se tensa un arco hasta que se lanza una flecha.

3

El rendimiento de una máquina es del 30 %. ¿Qué energía útil se obtiene si la energía que se aporta a la máquina es de 5 ⭈ 108 J?

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Actividades

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9. Mapa conceptual 1

Completa el siguiente mapa conceptual de la unidad:

Pilas eléctricas

Generadores

El circuito eléctrico elemental las magnitudes son

pueden ser

Alternadores Dinamo Corriente inducida

Centrales eléctricas tipos

se relacionan por Ley de Ohm Diversificación de la energía supone

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Consumo de energía eléctrica

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S O L U C I O N A R I O

d) 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

MEDIDA Y MÉTODO CIENTÍFICO

1. La medida e instrumentos de medida (Pág. 3) 1

El metro sirve para medir la longitud. El cronómetro sirve para medir el tiempo. 7

La probeta sirve para medir la capacidad y el volumen de los cuerpos. 2

3

Regla

Tiempo

Probeta

Masa

Termómetro

Capacidad

Cronómetro

Temperatura

Balanza

Longitud

쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

12 h ⫽ 43 200 s 24 h ⫽ 86 400 s 1 h 15 min ⫽ 4 500 s 1 h 30 min ⫽ 5 400 s 2 h 50 min ⫽ 10 200 s 3 h 45 min ⫽ 13 500 s

쮿 100 g ⫽ 0,1 kg 쮿 500 g ⫽ 0,5 kg

8

a) 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

5 min ⫽ 300 s 10 min ⫽ 600 s 15 min ⫽ 900 s 30 min ⫽ 1 800 s 2 h ⫽ 7 200 s 3 h ⫽ 10 800 s

b) 쮿 7 200 s ⫽ 2 h 쮿 10 800 s ⫽ 3 h 9

a) área ⫽ 15 m ⫻ 10 m ⫽ 150 m2 b) área ⫽ 25 m ⫻ 30 m ⫽ 750 m2

c) El cronómetro se utiliza para medir la temperatura. Falso. El cronómetro se utiliza para medir el tiempo.

c) área ⫽ 20 cm ⫻ 10 cm ⫽ 200 cm2

d) La regla se utiliza para medir la longitud de un cuerpo. Verdadero.

d) área ⫽ 220 cm2 ⫽ 2,20 ⭈ 10⫺2 m2

e) La probeta se utiliza para medir el volumen de un líquido. Verdadero.

f) área ⫽ 5 cm ⫻ 5 cm ⫽ 25 cm2 ⫽ 2,5 ⭈ 10⫺3 m2

f) El matraz aforado se utiliza para medir el volumen de un líquido. Verdadero 4

1 dm ⫽ 100 mm 10 dm ⫽ 1 000 mm 20 dm ⫽ 2 000 mm 25 dm ⫽ 2 500 mm 50 dm ⫽ 5 000 mm 75 dm ⫽ 7 500 mm

쮿 250 g ⫽ 0,250 kg

a) La balanza se utiliza para medir la masa de los cuerpos. Verdadero. b) El termómetro se utiliza para medir el tiempo. Falso. El termómetro se utiliza para medir la temperatura.

쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

e) 쮿 3 000 m ⫽ 3 km 쮿 4 500 m ⫽ 4,5 km 쮿 18 000 m ⫽ 18 km

La balanza sirve para medir la masa. El termómetro sirve para medir la temperatura.

0,1 m ⫽ 100 mm 0,5 m ⫽ 500 mm 2 m ⫽ 2 000 mm 6 m ⫽ 6 000 mm 10 m ⫽ 10 000 mm 15 m ⫽ 15 000 mm

Metro

Tiempo

Litro

Masa

Kelvin

Capacidad

Segundo

Temperatura

Kilogramo

Longitud

área ⫽ 0,20 m ⫻ 0,10 m ⫽ 0,02 m2 e) área ⫽ 15 cm ⫻ 25 cm ⫽ 375 cm2 ⫽ 3,75 ⭈ 10⫺2 m2 g) área ⫽ 10 cm ⫻ 5 cm ⫽ 50 cm2 ⫽ 5 ⭈ 10⫺3 m2 10 a) volumen ⫽ 0,30 m ⫻ 0,20 m ⫻ 0,10 m ⫽ 0,006 m3 b) volumen ⫽ 5 m ⫻ 3 m ⫻ 2 m ⫽ 30 m2 c) volumen⫽ 5 cm ⫻ 3 cm ⫻ 12 cm⫽ 180 cm3 ⫽ 1,8 ⭈ 10⫺4 m3 d) volumen ⫽ 5 cm ⫻ 5 cm ⫻ 5 cm ⫽ 125 cm3 e) volumen ⫽ 5 cm ⫻ 4 cm ⫻ 3 cm ⫽ 60 cm3 11 a) 321 m tiene tres cifras significativas. b) 4,53 ⭈ 103 m tiene tres cifras significativas.

5

La capacidad de una lata de refresco es de 33 cl.

c) 0,002 3 m tiene dos cifras significativas.

6

a) 쮿 0,5 m ⫽ 5 dm 쮿 10 m ⫽ 100 dm

d) 20,08 m tiene cuatro cifras significativas.

b) 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

1 dm ⫽ 0,1 m 10 dm ⫽ 1 m 20 dm ⫽ 2 m 25 dm ⫽ 2,5 m 50 dm ⫽ 5 m 1 cm ⫽ 0,01 m 10 cm ⫽ 0,1 m 20 cm ⫽ 0,2 m 50 cm ⫽ 0,5 m 100 cm ⫽ 1 m

쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

1 mm ⫽ 0,001 m 10 mm ⫽ 0,01 m 20 mm ⫽ 0,02 m 50 mm ⫽ 0,05 m 500 mm ⫽ 0,5 m 1 500 mm ⫽ 1,5 m 2 000 mm ⫽ 2 m 1,5 km ⫽ 1 500 m 25 km ⫽ 25 000 m 100 km ⫽ 100 000 m

c) 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

0,1 m ⫽ 10 cm 0,5 m ⫽ 50 cm 2 m ⫽ 200 cm 6 m ⫽ 600 cm 10 m ⫽ 1 000 cm 15 m ⫽ 1 500 cm

쮿 쮿 쮿 쮿 쮿 쮿

1 dm ⫽ 10 cm 10 dm ⫽ 100 cm 20 dm ⫽ 200 cm 25 dm ⫽ 250 cm 50 dm ⫽ 500 cm 75 dm ⫽ 750 cm

2. Mapa conceptual (Pág. 6) La solución se encuentra en la página 46 de este solucionario.

2

L A D I V E R S I D A D D E L A M AT E R I A

1. Cantidad de soluto y concentración (Pág. 7) 1

a) 10 g/L b) 4 g/L c) 2 g/L

2

a) 10 g/L b) 4 g/L

3

Física y Química

1

2,5 g en 250 mL de disolución.

41

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Página 42

S O L U C I O N A R I O

2. Construcción de curvas de solubilidad Curvas de solubilidad del KCl y KNO3

M AT E R I A Y P A R T Í C U L A S

3

(Pág. 8)

1. Interpretación gráfica de la ley de Boyle (Pág. 10)

solubilidad (g soluto/100 g H2O) KNO3

1

250 200

p⭈V

22,4

22,4

22,4

22,4

22,4

V

22,4

27,7

32,7

41,6

63,1

p

1,000

0,809

0,685

0,539

0,355

Las representaciones p ⭈ V frente a V o frente a p serían una recta paralela al eje X.

150

2 100

a) p ⭈ V ⫽ 24,4 (constante). Sí se cumple la ley de Boyle. b)

KCl

50

p (atm) 1,000 0,900 0,800

0 0

20

40

60

80

100

0,700

temperatura (°C)

0,600

Curva de solubilidad del Ca(OH)2

0,500 0,400

solubilidad ⫻ 103 (g soluto/100 g H2O)

0,300

200

0,200 0,100

150

0 0

20

40

60 V (L)

100 Ca(OH)2

La isoterma a 25 °C es igual que la de 0 °C pero desplazada un poco a la derecha. Cumple la relación p ⭈ V ⫽ k.

50

c)

1/p (atmⴚ1)

0

Física y Química

0

42

20

40

60

80

100

temperatura (°C)

3,000

1

De acuerdo con la primera gráfica, la solubilidad de los solutos sólidos en agua aumenta con la temperatura.

2,000

2

Porque es el rango de temperaturas en el que el agua se encuentra en estado líquido.

1,000

3

A esa temperatura se disuelven 110 g de nitrato de potasio en 100 g de agua.

0

4

Se precipitan 46 g de nitrato de potasio.

5

La solubilidad del hidróxido de calcio es muy pequeña y disminuye cuando aumenta la temperatura.

6

Se disuelven 0,185 g de esta sustancia en 100 g de agua a la temperatura de 0 °C.

7

Precipitan 0,091 g de hidróxido de calcio.

0

20

30

40

50

60

70 V (L)

Esta isoterma es una línea recta de pendiente positiva, igual que la de 0 °C. d)

p⭈V 24,5

3. Mapa conceptual (Pág. 9) La solución se encuentra en la página 47 de este solucionario.

24,4

24,3

0,200 0,400 0,600 0,800 p

La gráfica es una línea recta y constante, paralela al eje X.

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S O L U C I O N A R I O

2. Interpretación gráfica de la primera ley de Gay-Lussac (Pág. 8) 1

V (L)

t (°C)

V ⴚ V0

(V ⴚ V0)/V ⴢ t

30,6

100

8,2

2,6 ⭈ 10⫺3

38,8

200

16,4

2,1 ⭈ 10⫺3

47,0

300

24,6

3

Aristóteles, que postuló que la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego.

4

Se denomina teoría continuista.

5

쮿 Los átomos no existen. No hay límites para dividir la materia. 쮿 Todas las sustancias están formadas por las mezclas o combinaciones de cuatro elementos básicos: tierra, aire, fuego y agua.

⫺3

1,7 ⭈ 10

쮿 Estos elementos mantienen un orden: la tierra en el centro, el agua, el aire y el fuego.

Por aproximación, es constante y característico para cada gas. 2

No obtendríamos los mismos valores para el coeficiente de dilatación del gas a presión constante.

3

쮿 Nadie ha visto las partículas últimas de las que habla la teoría atomista; por tanto, no existen. 6

V (L) 50,0 48,0

Prevaleció hasta los siglos XVIII y XIX durante los cuales se estudiaron las transformaciones químicas y se volvió a retomar el concepto de átomo.

46,0

2. La teoría atómica (Pág. 15)

44,0 42,0

1

40,0 38,0

1 átomo de azufre

1 átomo de oxígeno

36,0

2

34,0

a) Los elementos están formados por átomos iguales. b) Los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades químicas distintas.

32,0 30,0

c) Los compuestos químicos están formados por la combinación de dos o más elementos diferentes.

28,0 26,0

d) Cuando dos o más átomos de distintos elementos se combinan para formar un mismo compuesto lo hacen en una relación de números enteros sencillos.

24,0 22,0

0 0

100

200

300 t (ºC)

3

a) Falsa.

4

El átomo de Dalton es indivisible.

5

a) El recipiente B.

b) Verdadera.

a)

V Ⲙ 22,4 L

b) El recipiente A.

b)

Representa la temperatura absoluta: ⫺273 °C y se denomina cero absoluto

c) El recipiente C.

c) El volumen vale cero.

6

3. Mapa conceptual (Pág. 13) La solución se encuentra en la página 48 de este solucionario.

4

T E O R Í A AT Ó M I C O  M O L E C U L A R

2

Leucipo y Demócrito vivieron en Grecia hace, aproximadamente, 2 500 años. Ambos filósofos argumentaron que si un trozo de materia se partía por la mitad y esa mitad se dividía de nuevo en dos partes, y así sucesivamente, llegaría un momento en que se obtendría una partícula muy pequeña que ya no admitiría nuevas divisiones. A esta pequeña partícula la llamaron átomo, término que en griego significa «que no se puede cortar». Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles. Los átomos se diferencian por su forma y tamaño. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

No, porque para Dalton los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades distintas. Y además, en una reacción, los átomos se reorganizan pero no se convierten unos en otros.

3. Mapa conceptual (Pág. 16) La solución se encuentra en la página 49 de este solucionario.

1. Las primeras teorías atomistas (Pág. 14) 1

c) Falsa.

5

E S T R U C T U R A AT Ó M I C A

1. Electricidad y partículas atómicas (Pág. 17) 1

Porque la pantalla adquiere carga eléctrica.

2

Porque están cargadas con cargas de diferente signo y se atraen.

3

El símbolo de cantidad de carga eléctrica es Q y su unidad el culombio, C.

4

En un cuerpo eléctricamente neutro, el número de cargas positivas es igual al número de cargas negativas.

Física y Química

20,0

Un cuerpo cargado tiene exceso o defecto de electrones.

43

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S O L U C I O N A R I O

5

cuerpo neutro

pierde carga negativa

adquiere carga negativa

cuerpo cargado negativamente

cuerpo cargado positivamente

2

⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹

3

Las partículas que chocan directamente con el núcleo rebotan.

4

Son desviadas apreciablemente de su trayectoria.

5

No se desvían, o lo hacen muy poco, de su trayectoria.

6

En el núcleo podemos encontrar protones y neutrones.

6

Tienen la misma carga elemental, pero de diferente signo. La masa del protón es mucho mayor que la del electrón.

7

La masa del átomo se encuentra prácticamente concentrada en el núcleo.

7

Tienen masas muy parecidas. El protón tiene carga positiva, y el neutrón no tiene carga.

8

Las respuestas verdaderas son la c) y la d).

9

Cualquier carga que girase alrededor del núcleo debería emitir energía en forma de radiación. Por consiguiente, el electrón iría perdiendo energía continuamente y se acercaría cada vez más al núcleo, se movería en espiral, hasta caer sobre él.

2. El modelo atómico de Thomson (Pág. 18) 1

4. Mapa conceptual (Pág. 21) La solución se encuentra en la página 50 de este solucionario. 2

Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones. Los electrones se arrancan con facilidad, de manera que su número dentro del átomo puede variar, mientras que el número de protones se mantiene siempre fijo para cada átomo.

3

4

6

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

1. Propiedades que se repiten (Pág. 22) 1

Si un átomo pierde un electrón, queda con carga neta positiva y recibe el nombre de catión, y si gana un electrón queda con carga neta negativa y recibe el nombre de anión.

La media de las masas atómicas del calcio y el bario es 88,5, aproximadamente la masa atómica del estroncio.

2

Las propiedades físicas y químicas del estroncio son intermedias respecto de las del calcio y el bario.

Después de frotar dos cuerpos, ambos adquieren la misma cantidad de carga pero de distinto signo.

3

Se encuentran en estado sólido.

4

La media de las masas atómicas del cloro y yodo es 81,25, aproximadamente la masa atómica del bromo. La media de las masas atómicas del azufre y el telurio es 79,75, aproximadamente la masa atómica del selenio.

5

La media de las masas atómicas del litio y el potasio es 23, aproximadamente la masa atómica del sodio. Falso. Cuando una barra de ebonita cargada entra en contacto con una bolita de un péndulo, algunas cargas negativas de la barra pasan a la bolita.

3. El átomo de Rutherford (Pág. ??)

Física y Química

1

44

⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹ ⫹

5

Las propiedades físicas del bromo son intermedias en comparación con las del cloro y el yodo.

6

En efecto, sí existe regularidad en las propiedades de los elementos.

2. Interpretación de la información que aporta el prospecto de un medicamento (Pág. 23) RESPUESTA LIBRE.

3. Mapa conceptual (Pág. 24) La solución se encuentra en la página 51 de este solucionario.

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Página 45

S O L U C I O N A R I O

b) El voltímetro se conecta en paralelo, y el amperímetro, en serie.

C AMBIOS QUÍMICOS Y SUS REPERCUSIONES

1. Velocidad de una reacción química y los factores que influyen en ella (Pág. 25) 1

4. Utiliza la electricidad con seguridad (Pág. 33) 1

Como ejemplo de reacción rápida sería la putrefacción de la fruta a la intemperie. Y como lenta, la oxidación del hierro.

2

Pretenden verificar la hipótesis d), ya que el factor que varía es el de la superficie de contacto o grado de división.

3

Superficie del cubo inicial ⫽ 6 a ⫽ S

쮿 No se debe tener conectado un aparato eléctrico al lado de la bañera. 쮿 No se debe utilizar una plancha con los cables desgastados.

2

쮿 No se deben utilizar enchufes múltiples.

Superficie de los ocho cubitos 6 ⭈ (a/2)2 ⭈ 8 ⫽ 12 a2 ⫽ 2 S Superficie de los 64 cubitos ⫽ 6 ⭈ (a/4)2 ⭈ 64 ⫽ 24 a2 ⫽ 4 S La superficie se ha multiplicado por 4, por lo que el tiempo se ha debido reducir a la cuarta parte, es decir, 8/4 ⫽ 2 min. 4

5. Formas de energía (Pág. 35) 1

a) Al aumentar la temperatura, se incrementa la energía y la velocidad de las partículas, y por tanto, es mayor el número de choques entre ellas.

a) Lenta.

6

a) Se aumenta la superficie de contacto entre los reactivos.

b) Rápida

c) Rápida

c) La pila cargada posee energía química y la gotada no.

d) Lenta.

b) La catalasa es un catalizador que acelera la reacción de descomposición. c) La baja temperatura reduce la velocidad de reacción. d) La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos.

6. Transformaciones de la energía (Pág. 37) 1

(Pág. 38) 1

La solución se encuentra en la página 52 de este solucionario. LA ELECTRICIDAD

1. Conductores y aislantes (Pág. 28) 1

RESPUESTA LIBRE.

2

Conductores, los cables. Aislantes, el plástico que rodea a los cables.

3

Conductores: Li, Be, Na, Mg, Al, K y Ca.

2

5

La cinta aislante está hecha de materiales plásticos.

c) Sí se cumple el principio de conservación de energía.

8. Degradación de la energía (Pág. 39) 1

El niño posee energía potencial cuando está en la parte superior del tobogán; al dejarse caer, esta energía potencial se va transformando una parte en energía cinética y otra, en energía térmica debido al rozamiento.

2

El arco tenso posee energía potencial, que se transforma en la energía cinética de la flecha.

3

La energía útil es 1,5 ⭈ 108 J.

2. Lectura de un voltímetro (Pág. 30) 1

La lectura del voltímetro de la bombilla B es 6 V.

3. Lectura de un amperímetro (Pág. 31) 1

La opción correcta es la a)

2

La respuesta correcta es la c).

3

a) Colocando un voltímetro conectado a los puntos A y B. Colocando un amperímetro intercalado en el circuito.

a) Llegará a la misma altura que al principio. b) Cada vez alcanza menos altura porque la energía se va transformando en otros tipos de energía que se disipan en el medio ambiente.

Conductores: objetos metálicos, la mina de un lápiz (grafito) y agua con sal. Aislantes: objetos de vidrio, madera, objetos de caucho, objetos de plástico, papel y fibras vegetales.

Cuando la vagoneta empieza deslizarse pendiente abajo desde el primer pico, su energía potencial se transforma en energía cinética mientras desciende al máximo de velocidad hasta alcanzar el punto más bajo, donde toda la energía que tiene es cinética. A medida que comienza a escalar la siguiente pendiente, la vagoneta va perdiendo velocidad, hasta quedarse casi parada en la segunda cumbre, y su energía cinética se transforma en energía potencial. Esto ocurrirá cada vez que la vagoneta suba y baje por una nueva cumbre. En ausencia de rozamientos, el viaje por la montaña rusa podría continuar eternamente. La energía total se conserva, es constante. La cantidad de energía es la misma al principio que al final del trayecto.

Aislantes: H, He, B, C, N, O, F, Ne, Si, P, S, Cl y Ar. 4

Las transformaciones que se suceden son, sobre todo, de potencial a cinética.

7. Principio de conservación de la energía

2. Mapa conceptual (Pág. 27)

8

a) El agua de un río está en movimiento, la energía que posee es cinética. El agua en una presa se encuentra a una altura determinada, la energía que posee es potencial. b) El aire en reposo posee energía potencial, mientras que el viento fuerte posee energía cinética.

b) Al aumentar la superficie expuesta, el número de choques entre las partículas de los reactivos es mayor. 5

쮿 No se deben manipular los aparatos eléctricos estando con los pies descalzos o las manos mojadas.

9. Mapa conceptual (Pág. 40)

Física y Química

7

La solución se encuentra en la página 53 de este solucionario.

45

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Página 46

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 1 El informe científico

se recoge en

El método científico

consta de

Etapas del método científico

Sistema internacional unidades Densidad

indirecta

La medida

utiliza

para medir magnitudes se utilizan su relación es

Notación científica Múltiplos y submúltiplos de unidades Precesión y sensibilidad

Instrumentos de medida Cifras significativas y redondeo

Longitud

Masa sirven para medir Volumen

Tiempo

Física y Química

Temperatura

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Página 47

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 2 Clasificación de los sistemas materiales

pueden ser

Sólidos

Líquidos

Sistemas materiales heterogéneos

se distinguen

Gases

por métodos de separación físicos

Sistemas materiales homogéneos

por ejemplo se dividen en Petróleo

por métodos de separación físicos

Disoluciones se destaca la

Solubilidad

pueden ser

Preparación

Compuestos

por métodos químicos

Elementos

se relaciona con la temperatura en las Curvas solubilidad

Física y Química

Concentración

Sustancias puras

47

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Página 48

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 3 Los gases las variables p, V, T están relacionadas por Las leyes de los gases

Ley de Boyle

1. ª Ley de Gay-Lussac

2. ª Ley de Gay-Lussac

son interpretadas a nivel microscópico por Modelo cinético de los gases que se extrapola a toda la materia Teoría cinética de la materia justifica

Física y Química

Los estados de agregación

48

Los cambios de estado

Las propiedades de la materia

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Página 49

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 4 Reacciones químicas las sustancias que se combinan cumplen

Ley de conservación de la masa

Conservación de la materia

ciclo agua

que son justificadas por Teoría de Dalton

Conservación de la naturaleza

explica qué es

Elemento Compuesto

que no puede explicar La ley de Gay-Lussac para los volúmenes de los gases cantidad de sustancia

que es explicada por

mol

Ley de Avogadro

volumen molar

que da lugar a Teoría atómicomolecular

átomo

molécula

Física y Química

ciclo carbono

Ley de las proporciones constantes

49

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S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 5 Naturaleza eléctrica de la materia

carga eléctrica Fuerzas entre cargas

Métodos de electrización

la proporcionan los electrones y protones El átomo es divisible

Modelo atómico de Rutherford

Electrización por inducción o influencia

Electrización por contrato

explica la

Modelo atómico de Thomson

consta de

corteza

núcleo

Modelo de Bohr

consta de

se explica la

protones y neutrones

configuración electrónica

N.º atómico y n.º másico

Isótopos generan

Física y Química

Dibujar átomos

50

radioactividad

Masa atómica relativa

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Página 51

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 6 el universo en la Tierra

en

Abundancia de los elementos

en

los seres vivos

metales y no metales Mendeleiev

Clasificación

Los elementos químicos

Los elementos en el ser humano

tabla periódica actual Medicamentos

en forma de

átomos aislados

moléculas

Agrupación de los átomos en los compuestos en forma de

cristales

moléculas

agregados de iones

Masa y cantidad de sustancia

Física y Química

Agrupación de los átomos en los elementos

51

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Página 52

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 7 Cálculo de masa y de volumen se utilizan para el Ecuaciones químicas

Efecto invernadero

se representan en Medio ambiente

Reacciones químicas

Velocidad de una reacción química

Lluvia ácida una clasificación es producen Oxidaciónreducción

Física y Química

Reacciones de combustión

52

Descomposición

Combinación

ácido-base

polimerización

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Página 53

S O L U C I O N A R I O

Solución del mapa conceptual UNIDAD 8 Pilas eléctricas

pueden ser

Generadores

El circuito eléctrico elemental

Alternadores Dinamo Corriente inducida

Centrales eléctricas

las magnitudes son

tipos

Intensidad

hidroeléctrica

ddp

térmica

resistencia

eólica

se relacionan por

solar

Ley de Ohm

nuclear Diversificación de la energía supone Ahorro de energía eléctrica

Física y Química

Consumo de energía eléctrica

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