CIENCIAS DE LA NATURALEZA Nivel II

Centro de Educación de Adultos VEGA MEDIA Reme Maluenda Albert

ÍN

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ÍNDICE Presentación..…………………………………………………………………………..

Página 2

PRIMERA PARTE: QUÍMICA Unidad 1. Diversidad y Unidad de Estructura de la Materia………….….…

4

Unidad 2. Mezclas, Disoluciones y Sustancias Puras……………………..….

13

Unidad 3. Estructura de la Materia. El Átomo...........................................

26

Unidad 4. Los Elementos Químicos…………………………..……………….….

35

Unidad 5. Estructura y Propiedades de las Sustancias………………………

39

Unidad 6: Cambios Químicos en la Materia (Reacciones Químicas)……..

47

Unidad 7. Formulación y Nomenclatura Inorgánica………………………….

57

Unidad 8. El Carbono y sus Compuestos………………….……………………..

65

SEGUNDA PARTE: BIOLOGÍA-GEOLOGÍA Unidad 9. La Célula. Estructura y Metabolismo…………………………..…

69

Unidad 10. La Función de Nutrición en el Ser Humano……………..…….

79

Unidad 11. La Función de Relación en el Ser humano.…………..………..

94

Unidad 12. La Función de Reproducción en el Ser Humano.……………….

107

Unidad 13. El Planeta Tierra. La Geosfera……………………………..……..

115

Unidad 14. Energía en el Interior de la Tierra.….…………………………..…

119

Unidad 15. La Hidrosfera. el Ciclo del Agua.….…………………………………

126

Unidad 16. La Atmósfera. Contaminación….………………………………..…

129

Unidad 17. Historia Geológica de la Tierra. Fósiles.……………………….…

132

Unidad 18. Ecosistemas…………………………………………………………..…

136

Unidad 19. Genética Humana…………………………………………………..….

140

TERCERA PARTE: FÍSICA Unidad 20. Movimientos…........................................................................

147

Unidad 21. Fuerzas. Tipos de Fuerzas……………………………………………

155

Unidad 22. Trabajo, Potencia, Energía, Calor y Temperatura..………..…..

160

Unidad 23. Fluidos…………………….…………………………………………..….

166

Unidad 24. Energía……………………………………………………….………..…

170

Unidad 25. Electricidad…………………………………………………………..…

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1

PRESENTACIÓN El currículo de las enseñanzas conducentes a la obtención del título de Graduado en Educación Secundaria Obligatoria para personas adultas se estructura en los Niveles I y II organizadas en tres ámbitos, secuenciados de forma progresiva e integrada. La organización de estas enseñanzas permite su realización en dos años. Los ámbitos anteriormente mencionados, son los siguientes: a) ÁMBITO DE COMUNICACIÓN, que tiene como referente curricular los aspectos básicos del currículo correspondientes a las materias de Lengua castellana y literatura y Primera lengua extranjera. b) ÁMBITO SOCIAL, que tiene como referente curricular los aspectos básicos de las materias de Ciencias sociales, geografía e historia, Educación para la ciudadanía, y los aspectos de percepción correspondientes a las materias de Educación plástica y visual y Música. c) ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO, que tiene como referente curricular los aspectos básicos del currículo de las materias de Matemáticas, Ciencias de la naturaleza, Tecnología y los aspectos relacionados con la salud y el medio natural de la materia de Educación física. El Ámbito Científico- Tecnológico del Nivel II, está estructurado en dos materias: 1) MATEMÁTICAS. Con una carga lectiva de 4 horas semanales. 2) CIENCIAS DE LA NATURALEZA cuya carga lectiva es también de 4 horas semanales Las Ciencias de la Naturaleza, aunque están formadas por un solo bloque temático, los contenidos, en la estructuración de este libro, se han agrupado en las tres materias que se nombran a continuación, con la finalidad de facilitar su estudio. Asimismo, la parte correspondiente a Tecnología y a los aspectos relacionados con la salud y el medio natural de la materia de Educación física, están integrados en cada una de las tres áreas comentadas que son las siguientes: − QUÍMICA − BIOLOGÍA-GEOLOGÍA − FÍSICA El presente libro de texto, recoge los contenidos curriculares de las Ciencias de la Naturaleza correspondientes a las enseñanzas formales de Nivel II en el Ámbito Científico – Tecnológico, establecidas en la Orden de 23 de julio de 2008 de la Consejería de Educación, Ciencia e Investigación por la que se regula la obtención del Título de Graduado en Educación Secundaría Obligatoria para personas adultas para la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia. Está dirigido al alumnado del Centro de Educación de Adultos Vega Media de Molina de Segura de Nivel II y también para todo el profesorado que imparta esta materia y que lo desee porque le sirva de utilidad, tanto en enseñanzas formales como no formales. Y recuerda:

‖La mente que se abre a una nueva idea, jamás volverá a su tamaño original‖ Albert Einstein 2

QUÍMICA

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UD 1. DIVERSIDAD Y UNIDAD DE ESTRUCTURA DE LA MATERIA 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

La materia y sus estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso La Teoría Cinética Cambios de estado Estado gaseoso Leyes de los gases Actividades

1.1. LA MATERIA Y SUS ESTADOS DE AGREGACIÓN: SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO

Observa lo que tienes a tu alrededor: todo tiene masa y ocupa un espacio, tiene volumen. Entendemos por materia todo lo que tiene masa y ocupa un volumen. A cada tipo de materia se le llama sustancia (madera, agua, aire). A temperatura ambiente, la materia se puede presentar en tres estados físicos: SÓLIDO, LÍQUIDO o GASEOSO. Las propiedades que podemos diferenciar en los distintos estados de la materia: SÓLIDO FORMA

LÍQUIDO

MASA VOLUMEN

Fija

Adaptada al recipiente Fija

Fijo

Fijo

DENSIDAD

Mayor

Intermedia

Fija

GAS Adaptada al recipiente Fija Adaptado al recipiente Menor

Si atendemos a la estructura interna de la materia podemos describir las siguientes características para los distintos estados:

ESTRUCTURA INTERNA MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS FUERZAS DE ATRACCIÓN

Vibración

Vibración Rotación

Vibración Rotación Traslación

Muy intensas

Intermedias

Nulas

1.2. TEORÍA CINÉTICA Para explicar los distintos estados de la materia y sus propiedades, los científicos han ideado un modelo que representa cómo se comporta la materia por dentro. Este modelo se basa en dos ideas que constituyen la teoría cinética:

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

La materia está formada por pequeñas partículas que se hallan más o menos unidas dependiendo del estado de agregación en que se encuentre.



Las partículas que forman la materia se encuentran en continuo movimiento. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia. LOS ESTADOS DE LA MATERIA SEGÚN LA TEORÍA CINÉTICA



SÓLIDO. Los sólidos no se expanden ni se comprimen y, tienen forma y volumen constantes. Las partículas están fuertemente unidas, muy juntas, formando una estructura rígida. Al moverse no cambian de posición, sólo pueden vibrar, es decir, moverse ligeramente sin cambiar de posición relativa. 

líquidos cambiar de forma y fluir. 

LÍQUIDO. Los líquidos no se expanden y se comprimen con dificultad. Tienen volumen constante pero la forma es variable. Las partículas de los líquidos están menos unidas, más separadas y menos ordenadas que las de los sólidos. Su estructura no es rígida y las partículas pueden desplazarse unas sobre otras, lo que permite a los

GAS. Los gases se expanden, se comprimen y tienen forma y volumen variables. Las partículas de los gases no están unidas, se encuentran aisladas y se pueden mover libremente. Por eso los gases no tienen forma propia y ocupan todo el espacio disponible.

1.3. LOS CAMBIOS DE ESTADO Cada sustancia se encuentra en la Naturaleza en un estado determinado. Por ejemplo, el carbón aparece en estado sólido, el dióxido de carbono (CO2) se encuentra en estado gaseoso y el mercurio, líquido. El agua puede presentarse en la Naturaleza en los tres estados y otros materiales suelen presentarse en la Naturaleza en un estado concreto pero, bajo determinadas condiciones, cambian. Por ejemplo, el hierro se encuentra en estado sólido pero a temperaturas muy elevadas pasa a estado líquido; lo mismo les ocurre a las rocas, que tras las altísimas temperaturas a las que se ven sometidas en el interior de la Tierra pasan de un estado sólido a otro líquido (lava). El estado físico en que se presenta una sustancia depende de las condiciones en las que se encuentre, principalmente, de la temperatura. Si la temperatura cambia, una sustancia puede pasar de un estado a otro, decimos que se ha producido un cambio de estado. En el esquema En el diagrama se reflejan todos los cambios de estado y sus nombres:

5

En

los cambios de gas a sólido se pierde energía (condensación, solidificación y sublimación regresiva), mientras que para que se produzcan los cambios de sólido a gas es necesario comunicar energía (fusión, vaporización y sublimación). Durante un cambio de estado la temperatura no varía, aunque sigamos suministrando calor o enfriando la sustancia, porque la energía se invierte en modificar la estructura interna de la sustancia.

La temperatura a la que se produce el cambio de estado de sólido a líquido se llama temperatura o punto de fusión. La temperatura de fusión y de solidificación son coinciden. La vaporización puede producirse de dos maneras: por evaporación o por ebullición. La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama temperatura o punto de ebullición. Afecta a toda la masa del líquido y se mantiene constante durante el cambio de estado. El punto de ebullición coincide con el punto de condensación. - Cuando el líquido pasa a estado gaseoso a una cierta temperatura, que no afecta a toda la masa del líquido, se produce el proceso de evaporación, que ocurre a cualquier temperatura. Cada sustancia tiene una temperatura de fusión y ebullición características, por lo que podemos utilizar los valores de estas temperaturas para distinguir unas sustancias de otras, se trata de propiedades específicas de la materia que nos permiten identificarla. Ejemplos: Sustancia Temperatura de fusión (º C) Temperatura de ebullición (º C) Agua 0 100 Alcohol – 117 78 Hierro 1539 3000 Mercurio – 38 357 La sublimación es un cambio de estado poco frecuente en la Naturaleza. Podemos apreciarlo en otro tipo de sustancias, por ejemplo, en los ambientadores sólidos. -

LOS CAMBIOS DE ESTADO Y LA TEORÍA CINÉTICA. La teoría cinética también nos permite explicar los cambios de estado:  Cuando un sólido se calienta, las partículas adquieren más energía y se mueven más rápidamente hasta que se separan, transformándose en un líquido. Toda la energía

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que se comunica a la sustancia se invierte en vencer las fuerzas que unen las partículas del sólido para llegar al estado líquido, en el que las fuerzas que mantienen unidas las partículas son menores que en el sólido.  Si seguimos calentando, llega un momento en que las partículas del líquido están tan separadas que se escapan unas de otras y se transforma en gas, mezclándose con las partículas del aire. Toda la energía que se comunica a la sustancia se invierte en vencer las fuerzas que mantienen unidas las partículas en el líquido, ya que en estado gaseoso esas fuerzas son mucho menos intensas. La teoría cinético-molecular la podemos resumir en tres puntos: 1) Toda la materia está compuesta de partículas 2) Las partículas están en continuo movimiento 3) Al suministrar energía el estado de movimiento de las partículas aumenta.

1.4. ESTADO GASEOSO El estado gaseoso es el que más fácilmente se estudia, ya que para describir la situación de un gas que se encuentra en un recipiente cerrado basta con conocer cuatro magnitudes: cantidad de gas, volumen del recipiente, temperatura a la que se encuentra y presión que produce. La presión es una magnitud que mide la relación entre la fuerza realizada sobre un objeto y la superficie sobre la que se realiza. Utilizando el Sistema Internacional de unidades, se mide en pascales (Pa), pero es muy habitual medirla en los laboratorios atmósferas (atm). Así, cuanto mayor sea la fuerza ejercida y menor la superficie sobre la que se realiza, mayor será la presión. 1.5. LEYES DE LOS GASES Para caracterizar completamente un gas hace falta determinar tres magnitudes: PRESIÓN, VOLUMEN, Y TEMPERATURA.  

El VOLUMEN indica el espacio que ocupa el gas que coincide con el del recipiente que lo contiene. La TEMPERATURA indica la velocidad del movimiento que tienen las partículas.

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

La PRESIÓN es la fuerza con que las partículas colisionan entre sí o con las paredes del recipiente. Con las leyes de los gases se puede calcular cuánto varía una magnitud cuando alteramos otra: LEY DE BOYLE Y MARIOTTE En el siglo XVII el inglés Robert Boyle y el francés Edme Mariotte, independientemente, estudiaron la relación entre la presión que ejercía un gas y el volumen que ocupaba, enunciando la ley de Boyle y Mariotte: A temperatura constante, el volumen que ocupa un gas es inversamente proporcional a la presión que ejerce:

•Si la presión aumenta, el volumen disminuye. •Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.

 1 Cuando la temperatura se mantiene constante, al aumentar el volumen disminuye la presión: P1 V1 =P2 V2

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Al reducir el tamaño del recipiente se producirán más colisiones y por eso la presión aumenta.  2 Cuando el volumen se mantiene constante, al aumentar la temperatura aumenta la presión:

p1 p 2  T1 T 2

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa provocando más colisiones, por eso la presión aumenta  3 Cuando la presión se mantiene constante al aumentar la temperatura aumenta el volumen

V1 V 2  T1 T 2

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa pero en este caso el número de colisiones no puede cambiar por eso el recipiente aumentará de tamaño, para que se produzcan las mismas colisiones cuando las partículas se muevan más rápido. ESTRATEGIA PARA RESOLVER EJERCICIOS: Resolver estos ejercicios es sencillo sólo hay que sustituir en las fórmulas manteniendo las mismas unidades para cada magnitud y poniendo la temperatura en grados kelvin, observa el siguiente ejercicio resuelto: Una masa de gas ocupa un volumen de 4 litros a una presión de 780 mm de Hg y 20 °C de temperatura. Calcula el volumen que ocupará el gas si aumentamos la presión a 2 atm, manteniendo constante la temperatura. Planteamiento y resolución Se produce una transformación isoterma (temperatura constante), desde el estado inicial: P1 = 780 mm Hg ; V1 = 4 L ; T1 = 20 °C Hasta el estado final: P2 = 2 atm ; V2 = ? ; T2 = 20 °C Por tanto, se cumplirá la ley de Boyle, según la cual: al aumentar la presión, a temperatura constante, el volumen debe disminuir. La ecuación matemática de dicha ley es: P1 ⋅ V1 = P2 · V2 En primer lugar expresamos todas las magnitudes en las unidades adecuadas, usando factores de conversión: P1 = 780 mm Hg ⋅

1atm 760mmHg

= 1,03 atm

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Despejamos de la ecuación el volumen final y sustituimos los datos numéricos: V2=

p1  V 1 p2

=

1,03atm  4 L 2atm

= 2,06 L

LEY DE GAY-LUSSAC Si se dispone de un recipiente de volumen fijo con una cantidad concreta de gas, se observa que al calentar el gas, la presión aumenta proporcionalmente a la temperatura absoluta del gas. Es decir, si la temperatura se duplica, también lo hace la presión (P/T=cte), con lo que la gráfica que relaciona ambas magnitudes es una recta.

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ACTIVIDADES 1. Define materia. ¿Son los gases materia? ¿Por qué? Pon ejemplos de cosas que no se puedan definir como materia. 2. ¿Qué es la masa de un cuerpo? ¿Se puede diferenciar un tipo de sustancia de otro midiendo su masa? ¿Y conociendo su dureza y su brillo? Responder razonadamente. 3. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas? Razonar las respuestas. a) b) c) d)

La La La La

materia materia materia materia

en en en en

cualquier cualquier cualquier cualquier

estado estado estado estado

tiene masa. tiene volumen fijo. tiene forma propia. ocupa un lugar en el espacio.

4. Completa la siguiente tabla: Propiedades Volumen Forma Disposición de partículas

Sólidos

Líquidos

Gases

5. ¿Cuál es el estado de estas sustancias a temperatura ambiente? Sustancia

Estado

Aceite de oliva

Unas tijeras y unas llaves

El butano cuando sale de la bombona

El petróleo

Lo que hay dentro de un globo

6. ¿Cómo está formada la materia según la teoría cinética?

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7. ¿Qué es un cambio de estado? ¿Cómo se puede saber cuando se está produciendo un cambio de estado? Enumera los cambios de estado que tienen lugar por calentamiento y los que tienen lugar por enfriamiento. 8. Indica si las siguientes propiedades corresponden a sólidos, líquidos o gases: - Adquiere la forma del recipiente que lo contiene.___________________________ - Se comprime fácilmente.______________________________________________ - Fluye._____________________________________________________________ - Tiene volumen fijo.__________________________________________________ - Se expande con facilidad.______________________________________________ - Tiende a ocupar todo el recipiente._______________________________________ 9. Sobre cada flecha del dibujo, indica el nombre que corresponde al cambio de estado que se efectúa.

10. 11.

Describe qué cambio de estado se produce en las siguientes situaciones: Cubito de hielo en un refresco.__________________________________________ Cristales que se empañan.______________________________________________ Escarcha en la ventana.________________________________________________ Bolas de naftalina en la ropa contra las polillas._____________________________ Cuando nos bañamos y nos secamos al sol._________________________________ La fotosíntesis en las plantas.____________________________________________ ¿A qué estados de la materia corresponde cada uno de los siguientes dibujos? ¿Por qué?

12. Escribe encima de las flechas los nombres de los cambios de estado correspondiente y dibuja las flechas de la sublimación y sublimación inversa o regresiva.

Sólido

líquido

gas

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UD 2. MEZCLAS, DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS

2.1. Sustancias puras y mezclas. Elementos y compuestos químicos. 2.2. Métodos de separación de mezclas. 2.3. Disoluciones 2.4. Sustancias en la vida cotidiana 2.5. Actividades 2.1.-SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS. ELEMENTOS Y COMPUESTOS Una observación de la materia que nos rodea nos permite darnos cuenta de que la mayoría de las veces es muy difícil encontrar ejemplos de sustancias puras. SUSTANCIA PURA Sustancia pura es aquella materia cuya composición no cambia cualesquiera que sean las condiciones físicas en las que se encuentre. Por ejemplo, el agua es una sustancia pura ya que su composición es siempre la misma, en estado sólido, líquido o gas. Una sustancia pura no se puede descomponer en otras sustancias más sencillas utilizando solamente procedimientos físicos. Una sustancia pura puede descomponerse en otras sustancias más simples utilizando procedimientos químicos. Por ejemplo, el agua puede descomponerse, mediante una corriente eléctrica (electrolisis del agua), en hidrógeno y oxígeno, dos nuevas sustancias cuya composición y propiedades son distintas a las del agua, pero no hay ningún procedimiento que nos permita descomponer el hidrógeno y el oxígeno en otras sustancias más simples.  Así, dentro de las sustancias puras distinguimos dos tipos: 



COMPUESTOS. Son sustancias puras que se pueden descomponer en otras más simples por medio de un proceso químico. ELEMENTOS. Son sustancias puras que no se pueden descomponer en otras más simples por ningún procedimiento.

MEZCLA Mezcla es aquella materia que resulta de la combinación de varias sustancias puras que se pueden separar utilizando procedimientos físicos. Podemos distinguir dos tipos de mezclas: 

MEZCLA HETEROGÉNEA: es una mezcla en la que es posible distinguir sus componentes a simple vista. Por ejemplo una pizza, el granito ( cuarzo, feldespato y mica), una ensalada, una mezcla de sal y arena

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

MEZCLA HOMOGÉNEA O DISOLUCIÓN: es una mezcla en la que no es posible distinguir sus componentes por procedimientos ópticos convencionales porque todas las partes de la mezcla son idénticas en color, textura y forma . Por ejemplo, alcohol y agua, agua con azúcar, lejía, refrescos con gas.

Pero no siempre es fácil distinguir una mezcla homogénea (disolución) de otra heterogénea. El agua del mar y el agua con azúcar son ejemplos típicos de disoluciones. ¿Dirías lo mismo de la salsa mayonesa, el Ketchup o la gelatina? A simple vista parecen mezclas homogéneas, pero no lo son; son mezclas heterogéneas denominadas COLOIDES. Un coloide es una mezcla heterogénea que dispersa la luz (efecto Tyndall). Por ejemplo: salsa de tomate, puré de verduras, gel de baño, gelatina, la niebla… Las disoluciones son mezclas homogéneas y no dispersan la luz. COLOIDE Los coloides son mezclas heterogéneas en las que hay un componente en mayor proporción en el que se encuentra disperso otro u otros componentes que están en menor proporción. Los distintos coloides se diferencian en el tamaño de las partículas que están dispersas. Un caso particular de coloide, muy usual en la vida cotidiana, son las emulsiones. En una emulsión las partículas que están en menor proporción se mantienen dispersas gracias a una tercera sustancia llamada emulsionante. Un ejemplo es la mayonesa que se hace con huevo, aceite y sal y jugo de limón. Las partículas de agua de la mezcla se mantienen dispersas en el aceite gracias a la lecitina, una sustancia que está presente en la yema del huevo y que actúa como emulsionante (su molécula se une, por una parte, a la grasa y por otra, al agua); si no estuviese la lecitina, el agua y el aceite terminarían por separarse (como ocurre en el aliño de la ensalada). En la industria alimentaria es muy frecuente el uso de sustancias emulsionantes para dar mejor apariencia al producto. Por ejemplo, seguro que has observado que en el tomate frito casero, cuando pasa un cierto tiempo, se separa el aceite, en cambio, en el tomate frito industrial esto no sucede nunca. El tomate frito industrial contiene un emulsionante que mejora su aspecto. 2.2.-MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS. Las sustancias puras que forman una mezcla se pueden separar utilizando procedimientos físicos. El método empleado para ello depende fundamentalmente del tamaño de las partículas y de las propiedades de las sustancias que queremos separar. Los componentes de una mezcla se pueden separar empleando MÉTODOS FÍSICOS (aquellos en los que no hay cambio en la composición de las sustancias).  Cuando las mezclas son HETEROGÉNEAS, podemos usar los siguientes métodos físicos: 1.-Filtración. 2.-Tamizado 3.-Decantación 4.- Separación magnética

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 Cuando las mezclas son HOMOGÉNEAS: 5.-Cristalización 6.-Destilación 7.-Cromatografía 8.-Centrifugación 1.-FILTRACIÓN. Este es un proceso de separación de las diferentes fases de un sistema heterogéneo, en la cual se pasa la mezcla a través de un filtro donde se separan los sólidos de los líquidos

2.-TAMIZADO Este es un método de separación de mezclas de diferentes sólidos en las que se pasan por diferentes tamices con huecos de tamaños diferentes en el cual las partículas se separan según su tamaño. Por ejemplo, arena y grava

3.-DECANTACIÓN La decantación es apropiada para separar dos líquidos inmiscibles (que no se pueden mezclar) con distinta densidad. Por ejemplo, agua y aceite. El embudo de decantación tiene una válvula en la parte inferior. Cuando los dos líquidos están claramente separados, la válvula se abre y sale el líquido de mayor densidad. Es importante tirar la frontera entre los dos líquidos (interfase). Se trata de dejar reposar hasta que el más denso se repose o sedimente y luego se pueda separar 4.-SEPARACIÓN MAGNÉTICA Consiste en separar sustancias sólidas magnéticas de aquellas que no lo son con un imán o electromagnetismo.

5.-CRISTALIZACIÓN La cristalización es usada para separar sólidos disueltos en líquidos. En general, las sustancias sólidas se disuelven mejor

en

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caliente que en frío. Si disolvemos la mayor cantidad posible de un sólido en agua caliente y dejamos que la disolución enfríe, al evaporarse el líquido, el sólido disuelto formará cristales. La cristalización se utiliza en las salinas marinas para obtener la sal del agua de mar. La mayoría de las salinas están ubicadas a orillas del mar y en zonas con temperaturas medias – altas para favorecer la evaporación del agua.

Se disuelve en caliente todo el disolvente posible

CONCENTRACIÓN

Se eliminan las impurezas

FILTRACIÓN

Se deja evaporar el disolvente. Se obtienen cristales muy puros

CRISTALIZACIÓN

6.-DESTILACIÓN La destilación la usaremos para separar mezclas de líquidos con distinto punto de ebullición. La mezcla se introduce en un recipiente y se calienta. Cuando se alcanza la temperatura de ebullición del primer líquido, éste se convierte en vapor que se hace pasar por un tubo refrigerado en el que se enfría y condensa. Se recoge en estado líquido como sustancia pura.

7.-CROMATOGRAFÍA La cromatografía es la técnica utilizada para separar los distintos componentes de una mezcla homogénea aprovechando su distinta afinidad por un disolvente.

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Mancha de tinta

8.- CENTRIFUGACIÓN Es un método por el que se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza mayor que la de la gravedad provocando la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad. Resulta muy útil para la separación de moléculas

2.3.-MEZCLAS HOMOGÉNEAS: DISOLUCIONES En una disolución: el DISOLVENTE, es el componente que está en mayor proporción: y el SOLUTO, es el componente (o componentes) que está en menor proporción. La disolución es, pues, el conjunto formado por el soluto y el disolvente. Las disoluciones pueden estar compuestas por dos o más sustancias, cada una de las cuales puede presentarse en un estado físico distinto. En el cuadro siguiente se muestran ejemplos de disoluciones en diferentes estados físicos: Disolvente GAS

Soluto GAS GAS LÍQUIDO SÓLIDO

Disolución

Ejemplo

GAS LÍQUIDO LÍQUIDO LÍQUIDO

Aire Refrescos con gas LÍQUIDO Agua y alcohol Agua y azúcar Aleaciones SÓLIDO SÓLIDO SÓLIDO ( Bronce, es una aleación de cobre y estaño; acero, es una aleación de hierro y carbono) En la mayoría de las ocasiones trabajaremos con disoluciones en las que el disolvente es un líquido y el soluto es un sólido o un líquido. Ahora bien, ¿cuánto soluto se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente? Podemos contestar que una cantidad máxima. Si vamos añadiendo soluto (por ejemplo, azúcar al agua) observamos que al principio se disuelve sin dificultad pero, si seguimos añadiendo, llega un momento en el que el

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disolvente no es capaz de disolver más soluto y éste permanece en estado sólido, ―posado‖ en el fondo del recipiente. Se llama SOLUBILIDAD de una sustancia a la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en un disolvente determinado. Podemos clasificar las disoluciones en función de la cantidad de soluto que hay en relación al disolvente. Así tendremos: 

Una DISOLUCIÓN DILUIDA es aquella en la que hay poco soluto en relación al disolvente.



Una DISOLUCIÓN CONCENTRADA es aquella en la que hay mucho soluto en relación con el disolvente.



Una DISOLUCIÓN SATURADA es aquella que no admite más cantidad de soluto.

La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del soluto y del disolvente, de la temperatura y de la presión. Habitualmente, la solubilidad de los sólidos en los líquidos aumenta con la temperatura. No obstante, hay otras sustancias cuya solubilidad apenas varía con la temperatura. A diferencia de lo que sucede con los sólidos, la solubilidad de los gases en los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto quiere decir que, si tenemos una disolución saturada de un gas en un líquido y la calentamos, como la solubilidad disminuye con la temperatura, se formarán burbujas gaseosas que escapan de la disolución (es lo que sucede, por ejemplo, cuando sacamos un refresco con gas, CO2, del frigorífico). CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN. Como las disoluciones se pueden preparar, tal y como acabamos de ver, mezclando cantidades variables de soluto y disolvente, se hace necesario establecer una forma para indicar estas cantidades. La CONCENTRACIÓN de una disolución indica la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de la disolución. La importancia de la concentración de una disolución es vital. En el cuerpo humano, por ejemplo, la sangre siempre debe tener una determinada concentración de azúcar (glucosa); las bebidas también han de tener la concentración constante para conservar el mismo sabor; las aleaciones metálicas presentarán propiedades distintas según la concentración… Cuando preparamos una disolución, nos interesa conocer en qué proporción se encuentran el soluto y el disolvente. Veamos distintos MODOS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN de una disolución:

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

PORCENTAJE EN MASA. El porcentaje en masa nos indica la masa de soluto que hay en 100 unidades de masa de disolución. También se llama riqueza de soluto. Se calcula a partir de la siguiente expresión: % en masa de soluto =

 Masa de soluto  100 Masa de disolución

Se utiliza este modo de expresar la concentración cuando las cantidades de las sustancias que forman la disolución se miden en unidades de masa (g, kg…). La masa del soluto y la del disolvente se deben expresar en las mismas unidades. UN PORCENTAJE NO TIENE UNIDADES. Ejemplo: Se ha preparado una disolución añadiendo 10 g de azúcar y 5 g de sal a 100 g de agua. Calcular: a) El porcentaje en masa del azúcar. b) El porcentaje en masa de sal. ----------------------------------------------------------------

Para el azúcar: % en masa de azúcar =

10 100 1000   8,70% de azúcar. 10  5  100 115

Para la sal: La masa de la disolución es la suma de las masas de sus tres componentes: azúcar, sal y agua. % en masa de sal =



5 100 500   4,35% de sal. 10  5  100 115

PORCENTAJE EN VOLUMEN. El porcentaje en volumen nos indica el volumen de soluto que hay en 100 unidades de volumen de disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión: % en volumen de soluto =

 Volumen de soluto  100

Volumen de disolución Se utiliza este modo de expresar la concentración cuando las cantidades de las sustancias que forman la disolución se miden en unidades de volumen (ml, l…).

El volumen del soluto y el del disolvente se deben expresar en las mismas unidades. UN PORCENTAJE NO TIENE UNIDADES.

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Ejemplo: c) Se ha preparado una disolución añadiendo 10 ml de alcohol a 100 ml de agua. Calcula el porcentaje en volumen de alcohol. --------------------------------------10 100 1000 % en volumen de alcohol =   9,09% de alcohol. 100  10 110 El volumen de la disolución es la suma de los volúmenes de sus dos componentes: alcohol y agua. PORCENTAJE DE ALCOHOL EN BEBIDAS ALCOHÓLICAS. La O. M. S. define como alcoholismo la ingestión diaria de alcohol superior a 50 g en la mujer y 70 g en el hombre. Bebida Porcentaje en volumen de alcohol Gramos de alcohol en 100 ml de bebida Cerveza 3,5 – 5 3–4 Sidra 4 3 Vino 10 – 15 8 – 12 Cava 12 9 Vino dulce 15 – 22 12 – 17 Vermut 16 – 24 13 – 19 Pacharán 28 22 Whisky 35 – 40 28 – 32 Anís 40 32 Ron, vodka 40 32



CONCENTRACIÓN EN MASA. La concentración en masa nos indica la masa de soluto que hay en cada unidad de volumen de disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión: Concentración en masa de soluto =

Masa de soluto Volumen de disolución

Se utiliza este modo de expresar la concentración cuando el soluto es un sólido, y su cantidad se mide en unidades de masa, y el disolvente es un líquido, y su cantidad se mide en unidades de volumen. En el S. I. debe medirse en kg/m3 aunque lo más frecuente es que se mida en g/dm3 o g/l. Los alcoholímetros miden la concentración de alcohol en el aire espirado a partir de esta relación: 2000 litros de aire expirado 1 litro de sangre

De esta forma, se obtiene la cantidad de alcohol en sangre, que se expresa en g/l.

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No debemos confundir la concentración en masa de una disolución con la densidad de la disolución. Aunque se midan en las mismas unidades, representan conceptos distintos. La DENSIDAD de una disolución o de una sustancia pura representa la relación entre la masa y el volumen de la disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión: d

Masa de la disolución Volumen de la disolución

La densidad es una propiedad que tienen todas las sustancias, tanto si son sustancias puras como si son mezclas. La expresión concentración en masa sólo se puede aplicar a las disoluciones, no tiene sentido hablar de la concentración en masa de una sustancia pura. - En general, las disoluciones más concentradas son más densas. Ejemplo: Se prepara una disolución disolviendo 5 g de azúcar en agua hasta tener un volumen total de 100 ml. La disolución resultante tiene una densidad de 1,05 g/ml. Calcular la concentración en masa de la disolución y el porcentaje en masa de azúcar. Concentración en masa de azúcar: 5 0,05 g Concentración en masa de azúcar =  0,05 g/ml=  50 g/l 100 0,001 l Porcentaje en masa de azúcar : 5 100 500 % en masa de azúcar =  Masa de la disolución Masa de la disolución

(1)

La masa de la disolución es un dato que desconocemos pero podemos calcularla a partir de la densidad de la disolución: d disolución 

Masa disolución Masa disolución  1,05   Masa disolución=1,05 100=105 g Volumen disolución 100

Despejamos la incógnita

Sustituimos los datos

Sustituyendo en ( 1 ), obtenemos: 500 % en masa de azúcar   4,76% de azúcar (es decir, en 100 g de disolución hay 4,74 g de 105 azúcar) 2.4.-SUSTANCIAS EN LA VIDA COTIDIANA. Estamos rodeados de sustancias puras, de compuestos y de mezclas. Veamos algunas de las más comunes. 

SUSTANCIAS PURAS. El compuesto más común es el agua (H2O), pero normalmente no encontramos agua pura, siempre está en disolución. Para tener agua pura debemos purificar el agua corriente, por ejemplo, destilándola.

21



MEZCLAS HOMOGÉNEAS (disoluciones):

- Agua de mar. Agua que tiene muchas sales disueltas, sobre todo cloruro de sodio y magnesio. - Agua corriente. Lleva disueltas pequeñas cantidades de otras sustancias, como sales minerales, oxígeno y cloro. La composición exacta depende de su procedencia. - Agua mineral. Proceden de manantiales que tienen mayor proporción de sustancias no habituales, así tenemos aguas ferruginosas, sulfhídricas, termales… - Tintura de yodo (desinfectante). El yodo líquido que se utiliza para desinfectar las heridas es una disolución de yodo sólido en alcohol y agua. Dependiendo de la cantidad de alcohol que lleve disuelta, escuece más o menos. - Lejía. Disolución de la sal hipoclorito de sodio (NaClO) en agua. - Refrescos con gas. La mayor parte de los refrescos son mezclas en las que el componente principal es el agua. Los refrescos con gas son disoluciones del gas dióxido de carbono (CO2) en agua. - Suero fisiológico. Cuando hay que inyectar líquido a una persona, las características de su sangre no pueden variar demasiado. Por esta razón, en lugar de agua destilada, se le inyecta suero fisiológico, que es agua con cloruro de sodio al 0,9%. El suero fisiológico se utiliza también para lavar los ojos o para humedecer la nariz cuando estamos resfriados; se trata de utilizar líquidos con características parecidas a nuestros líquidos corporales. 

MEZCLAS HETEROGÉNEAS:

-

Leche. Emulsión de partículas grasas en agua. La leche comercial se homogeniza con un estabilizante para reducir el tamaño de las partículas grasas y conseguir que se mezclen bien con el agua. -



Gelatina. Forma un coloide mezclar el sólido en agua.

al

- Productos de higiene personal. Los geles de baño y los champús son sustancias coloidales, es decir, sustancias que llevan dispersas pequeñas partículas que no se ven a simple vista, pero cumplen la propiedad fundamental de los coloides: dispersan la luz. La sangre. La sangre es un caso particular. Está compuesta por una mezcla heterogénea (células) y una mezcla homogénea (plasma). Tiene en dispersión muchas células, como los glóbulos rojos y los blancos. En el plasma están disueltas sales, gases (O2 y CO2) y otras sustancias orgánicas como azúcares. La composición de la sangre se un individuo sano se mantiene casi constante; cuando cambia, es síntoma de que se ha producido una enfermedad.

22

ACTIVIDADES 1. Completa el siguiente cuadro: Sustancia pura Mezcla heterogénea Disolución Azúcar Agua de mar Vino Granito Agua de colonia Leche Aire Agua destilada Mayonesa Oro Niebla Refresco de cola 2. ¿Qué diferencia existe entre un elemento y un compuesto? ¿Se trata en ambos casos de sustancias puras? 3. ¿Qué diferencias existen entre mezclas homogéneas y heterogéneas? 4. Clasificar los ejemplos siguientes en mezclas heterogéneas, disoluciones o sustancias puras: Agua del grifo, agua destilada, diamante, natillas, arcilla, aire, dióxido de carbono, espuma de afeitar, bronce, carbón y mercurio. 5. ¿A qué componente de una disolución se llama disolvente? ¿Puede haber dos disolventes? ¿A qué componente de una disolución se llama soluto? ¿Puede haber dos solutos en una disolución? 6. ¿Qué propiedad permite separar el aceite y el agua por decantación? 7. ¿Cómo podríamos separar y aislar los componentes de las siguientes mezclas? d) Sal y arena. a) Alcohol y agua b) Hierro y azufre c) Arena y agua

e) Agua y azúcar f) Aceite, agua y sal.

8. Relaciona con flechas: Tiene aspecto homogéneo y es una sustancia pura

Tiene aspecto homogéneo, pero en realidad es una mezcla.

23

Tiene aspecto heterogéneo. Claramente vemos que es una mezcla. 9. ¿Cómo separarías las siguientes mezclas? Une con flechas:

Arena y piedras Con un embudo de decantación

Sal del agua del mar Destilando

Alcohol y agua Con un imán Aceite y agua Calentando hasta lograr que se evapore Azufre y limaduras de hierro Con un colador o tamiz 10. ¿Qué mide la concentración de una disolución? ¿Y la solubilidad de una sustancia? ¿Cuándo decimos que una disolución está concentrada? ¿Y saturada? 11. Sabemos que la densidad del agua es de 1 g/cm3 y la de la gasolina 0,68 g/cm3. Si mezclamos agua con gasolina se separan en dos capas. ¿Qué líquido quedará arriba? 12. Se prepara una disolución añadiendo 5g de sal a 20g de agua. Una vez disuelta, el volumen de la disolución es igual a 21,7 ml. Calcular la concentración de la disolución en % en masa de sal, y su concentración en masa (en g/l). 13. Calcular el % en masa de sal de una disolución de 10g de sal en 800g de agua. 14. La Couldina, que es un medicamento para los estados gripales, tiene una concentración de ácido acetilsalicílico del 32 % en masa. ¿Qué cantidad de ácido hay en un sobre de 450g? 15. El porcentaje en volumen de alcohol etílico en un vino de la tierra suele ser de 12,5%. Durante una comida un individuo ingiere media botella de 75 cm3 de vino. ¿Qué volumen de alcohol etílico ha incorporado a su cuerpo?

24

16. En medio kilo de caldo se echan 2g de sal. ¿Cuál es la concentración en % en masa? Si se quiere el caldo menos salado, ¿qué habrá que hacer: diluir o concentrar la disolución? 17. El nitrógeno en el aire está en una concentración del 80 % en volumen. ¿Qué cantidad de nitrógeno hay en un aula cuyo volumen de aire es de 120 m3? 18. La concentración del vino de mesa suele expresarse en % en volumen. Averigua su concentración si hay 15 cm3 de alcohol etílico en un vaso de vino, cuyo volumen es de 125 cm3. 19. El vinagre es una disolución diluida de ácido acético en agua. Calcular qué cantidad de ácido acético hay en 500g de un vinagre con una concentración del 4% en masa. 20. El calcio es un elemento fundamental para nuestros huesos. En un cartón de leche leemos que contiene 120 mg de calcio por cada 100 ml de leche. Calcula la concentración de calcio en g/l. Al beber un vaso de leche de 250 cm3, ¿cuánto calcio ingerimos? 21. El yodo es una sustancia sólida que se disuelve en alcohol. Un farmacéutico toma una porción de alcohol y disuelve en ella 4g de yodo; después añade más alcohol hasta tener 500 g de disolución. ¿Cuál es el porcentaje en masa de yodo en la disolución obtenida? 22. A 100 cm3 de una disolución de glucosa, de una concentración de 12 g/l, se le añaden 200 cm3 de agua. ¿Cuál es la concentración, en g/l, de la disolución resultante? 23. La composición del oxígeno del aire es de 20,9% en volumen. Si en una inspiración aspiramos 350 cm3 de aire. a)¿Qué volumen de oxígeno introducimos en la inspiración? b)¿Cuántos litros de oxígeno respiramos al cabo de una hora? (Realizamos 15 inspiraciones por minuto) 24. Sabiendo que la densidad del agua con sal es de 1,3 kg/l, expresar, en % en masa, la concentración de una disolución de sal en agua de 10g/l.

25

UD 3. ESTRUCTURA DE LA MATERIA. EL ÁTOMO.

1.1. Modelo de Rutherford 1.2. Número atómico y número másico 1.3. Isótopos: concepto y aplicaciones. Isótopos radiactivos 1.4. Formación de Iones 1.5. Estructura de la corteza del átomo. Configuración electrónica 1.6. Actividades 1.1.

MODELO DE RUTHERFORD

Hasta ahora hemos estudiado cómo se presenta la materia y cómo se clasifica pero hay todavía muchas preguntas sin responder: ¿cuál es la naturaleza de la materia?, ¿cómo es por dentro?, ¿Existe una unidad de materia?, ¿a qué se debe la gran variedad de sustancias? A comienzos del siglo XIX, el científico inglés J. Dalton realizó una serie de experimentos en su laboratorio, demostrando que la materia estaba formada por átomos, que él supuso indivisibles. Sin embargo, experiencias posteriores demostraron que la materia podía ganar o perder carga eléctrica, lo cual planteaba dudas sobre la distribución de dicha carga en el átomo.

La primera evidencia de la existencia de partículas subatómicas se debe a J. Thomson, que a finales del siglo XIX descubrió la existencia de una partícula con carga eléctrica negativa, a la que denominó ELECTRÓN, y desarrolló un primer modelo atómico que lleva su nombre. Poco después se descubrió otra partícula, esta vez con carga positiva, que se llamó PROTÓN. Sin embargo, dicho modelo fue rápidamente superado por otro más completo, que encajaba mucho mejor con los resultados experimentales: el modelo de RUTHERFORD - Según este modelo, el átomo estaba formado por: – Un NÚCLEO cargado positivamente, muy pequeño en relación con el tamaño del átomo, y que concentra casi toda la masa del mismo. – Una CORTEZA ELECTRÓNICA en la que se encuentran los electrones, prácticamente sin masa, girando en torno al núcleo. – Además, en su estado fundamental, el átomo es eléctricamente neutro, lo que significa que contiene el mismo número de protones en el núcleo que de electrones en la corteza. – Estudios posteriores comprobaron que los protones no podían ser los únicos responsables de la masa del núcleo, lo que dio lugar al descubrimiento en 1932 por parte de J. Chadwick de un

26

nuevo tipo de partícula, de masa similar a la del protón, pero sin carga eléctrica alguna. De ahí su denominación como NEUTRÓN

1.2. NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO

-

NÚCLEO DEL ÁTOMO Dimensiones muy reducidas comparadas con el tamaño del átomo. En el núcleo radica la masa del átomo. Partículas: protones y neutrones (nucleones). El número total de nucleones viene dado por el NÚMERO MÁSICO, A. (A = nº protones + nº neutrones) EL NÚMERO DE PROTONES DEL NÚCLEO ES LO QUE DISTINGUE A UN ELEMENTO DE OTRO. El NÚMERO ATÓMICO, Z, nos da el número de protones del átomo.

-

-



CORTEZA DEL ÁTOMO Los electrones orbitan en torno al núcleo. Los electrones (carga - ) son atraídos por el núcleo (carga + ). EL NÚMERO DE ELECTRONES COINCIDE CON EL DE PROTONES, por eso los átomos, en conjunto, no tienen carga eléctrica.

Los átomos de elementos distintos se diferencian en que tienen distinto número de protones en el núcleo.

27

 

Los átomos de un mismo elemento no son exactamente iguales ya que, aunque todos poseen el mismo número de protones en el núcleo, pueden tener distinto número de neutrones. El número de neutrones, n, de un átomo se calcula así: n = A – Z. NOMENCLATURA DE LOS ÁTOMOS.

Todos los átomos pertenecen a algún elemento químico. Para representarlos se utiliza un símbolo y dos números: Nº MÁSICO

A Z

X

Nº ATÓMICO (se puede suprimir) SÍMBOLO DEL ÁTOMO (Inicial del nombre latino del elemento. Puede ir seguido de otra letra si hay varios elementos con la misma inicial. La primera letra mayúscula y la segunda minúscula). Ejemplos:

1.2.

35 17

Átomo de cloro  Cl  A=35  Nº de protones + Nº de neutrones = 35   35  17  18 neutrones  Z = 17  17 protones y 17 electrones  

23 11

Átomo de sodio  Na  A=23  Nº de protones + Nº de neutrones = 23   23  11  12 neutrones  Z = 11  11 protones y 11 electrones  

ISÓTOPOS: CONCEPTO Y APLICACIONES. ISÓTOPOS RADIACTIVOS

Los átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones se denominan ISÓTOPOS. Todos los isótopos tienen las mismas propiedades químicas, solamente se diferencian en que unos son un poco más pesados que otros. Muchos isótopos pueden desintegrarse espontáneamente emitiendo energía. Se llaman ISÓTOPOS RADIACTIVOS. Casi todos los elementos químicos tienen isótopos. Habitualmente todos los isótopos de un elemento reciben el mismo nombre que el elemento correspondiente seguido del número másico separado por un guión (carbono – 12, carbono – 14, uranio – 238…); como excepción, el hidrógeno tiene tres isótopos que poseen nombre propio: Hidrógeno: 11 H Deuterio: 21 H Tritio: 31 H

28

1.3.

FORMACIÓN DE IONES

Es bastante frecuente que, cuando los átomos de los distintos elementos químicos se combinan para formar un compuesto, lo hagan ganando o perdiendo electrones. Cuando esto sucede, los átomos dejan de ser neutros y pasan a tener carga, decimos que se convierten en IONES. Si se comunica energía a un electrón éste puede ―saltar‖ del átomo venciendo la fuerza de atracción que lo une al núcleo. Esto es tanto más fácil cuanto más alejado se encuentre del núcleo. Cuando un átomo pierde electrones, adquiere carga positiva, y se convierte en un ión positivo o CATIÓN. Cuando un átomo gana electrones, adquiere carga negativa, y se convierte en un ión negativo o ANIÓN. El proceso de obtener iones con carga positiva no puede hacerse añadiendo protones en el núcleo. Los protones y neutrones del núcleo están muy firmemente unidos y el proceso de arrancar o introducir un protón en el núcleo implica poner en juego una cantidad enorme de energía. NOMENCLATURA DE LOS IONES. La nomenclatura de los iones es similar a la de los átomos pero al ser átomos con carga eléctrica, positiva o negativa, indicaremos, además, su carga. Nº másico

A Z

X

Carga del ión

n

Nº atómico (se puede suprimir)

Símbolo del átomo

Ejemplos: Cuando al átomo de hidrógeno se le arranca su único electrón, se convierte en un protón, con carga positiva, H 

29

Cuando el átomo de helio pierde sus dos únicos electrones, se convierte en un protón, con carga positiva + 2, He2

Cuando el átomo de cloro forma compuestos, suele ganar un electrón, y se convierte en un anión, con carga negativa, Cl

35 17

1.4.

17 protones  Cl  17 electrones 18 neutrones 

35 17

17 protones  Cl  18 electrones 18 neutrones  

ESTRUCTURA DE LA CORTEZA DEL ÁTOMO. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Los electrones del átomo se distribuyen en órbitas o capas alrededor del núcleo. Las distintas órbitas se identifican por un número entero, n, llamado número cuántico principal. n = 1 → Primera capa (la más cercana al núcleo) n = 2 → Segunda capa n = 3 → Tercera capa Para distribuir los electrones en capas se deben tener en cuanta una serie de reglas obtenidas de la experimentación: 

Las capas se van llenando por orden: primero se llena la n = 1; a continuación la n = 2; después la n = 3…



El número máximo de electrones que puede alojar cada capa es: n 1 2 3 4

Nº máximo de electrones 2 8 18 32

30

Primera capa (n = 1). Nº máximo de electrones= 2

Segunda capa (n = 2). Nº máximo de electrones= 8

Tercera capa n = 3. En este átomo solamente tiene un electrón, aún podría alojar otros 17.

La última capa, o capa más externa, recibe el nombre de capa de valencia y los electrones situados en ella electrones de valencia. En este átomo la capa de valencia es la tercera y tiene un solo electrón de valencia.



Llamamos niveles u orbitales atómicos a las zonas del espacio donde existe una alta probabilidad (superior al 90%) de encontrar al electrón. Los electrones se distribuyen en las capas ocupando los distintos niveles que en ellas existen. Estos niveles se representan con las letras s, p, d f. No se puede empezar a llenar un nivel superior si aún no está lleno el inferior. CAPA 1 2 3 4 5 6 7

NIVELES s s, p s, p, d s, p, d, f s, p, d, f s, p, d, f s, p, d, f

NIVELES Nº MÁXIMO DE ELECTRONES s 2 p 6 d 10 f 14

Cada nivel puede alojar un número máximo de electrones: Los niveles se van llenando por orden y hasta que un nivel no está totalmente lleno no se pasa a llenar el siguiente. El orden de llenado de los niveles se obtiene a partir del diagrama de Möeller: 1s2 2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p6

4d10 4f14

5s2

5p6

5d10* 5f14

6s2

6p6

6d10*

7s2

7p6

7d10

8s2

8p6 ...

5g18

6f14 ... 7f14 ...

31

OBTENCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE UN ÁTOMO. 1º -Consideremos el número de electrones que debemos distribuir. 2º -Vamos colocando los electrones por orden en los niveles de cada capa (diagrama de Möeller). Cuando un nivel se complete se pasa al siguiente. 3º -Después de colocar todos los electrones, hay que ordenar por capas la configuración obtenida. Ejemplos: a) Li (Litio) → Z = 3 → 1s2 2s1 b) N ( Nitrógeno) → Z = 7 → 1s2 2s2 p3 c) Mg ( Magnesio) → Z = 12 → 1s2 2s2 p6 3s2 d) Br (Bromo) → Z = 35 → 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3d10 4p5 → 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4 s2p5 ACTIVIDADES 1. Si un átomo neutro tiene 14 protones y 14 neutrones: ¿Cuántos electrones tendrá? ¿Cuál será su número atómico? ¿Y su número másico? 2. Indicar el número de partículas atómicas de los siguientes átomos:

31 24 130 15 P , 12 Mg , 56 Ba.

3. Un átomo neutro con 10 protones pierde 2 electrones: ¿En qué se transforma? ¿Sigue siendo el mismo elemento químico? ¿Mantiene el mismo número atómico? 4. Un átomo neutro con 16 protones gana 2 electrones: ¿En qué se transforma? ¿Sigue siendo el mismo elemento químico? 5. Indica el número de protones, neutrones y electrones de los siguientes átomos: 27 3  64 2  197 1 13 Al , 29 Cu , 79 Au

14 37N ,

.

6. Sabiendo que un átomo neutro contiene 36 protones y 47 neutrones, indica sus números másico y atómico, así como los electrones que presenta. 7. El átomo de azufre tiene 16 protones y su número másico es 32. Calcular cuántos neutrones y electrones contiene. 8. Completa la siguiente tabla: Protones Neutrones Electrones Pb 82 Na 11 12 Al 15

Z

A 208 28

32

9. Completa la siguiente tabla: Protones Neutrones Electrones

Z

A

Z

A

235 92

U

13 6

C

4 2

He

10. Completa la siguiente tabla: Protones Neutrones Electrones 66 30

Zn

10 4

Be

O

8

8

11. Completa la siguiente tabla: Símbolo 7 3

Li

Protones Neutrones Electrones

Z

A

Carga

33

19 76

–3

Z

A

Carga

27 36

–1



F As

10

10

12. Completa la siguiente tabla: Símbolo 16 8

O

Protones Neutrones Electrones

2

Al Cl

14 19

10

13. Completa la siguiente tabla: Símbolo 25 12

Mg

Protones Neutrones Electrones

Z

A

Carga

56 80

+2

2

Fe Se

30 46

24 36

14. Completa la siguiente tabla: Átomo

Número de protones

Número de neutrones

Número de electrones

Cl (Z = 17; A = 36) 195 78 Pt 85 28

Ni 3

46 16

S 2

15. Escribe las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos:

33

Elemento

Z

Calcio

20

Hierro

26

Azufre

16

Aluminio

13

Argón

18

Yodo

53

Mercurio

80

Configuración electrónica

34

UD 4. LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

4.1. Clasificación de los elementos químicos: metales, no metales, gases nobles 4.2. Tabla periódica de los elementos 4.3. Propiedades periódicas 4.4. Actividades Vamos a estudiar las sustancias a las que dan lugar los átomos. Pueden ser de dos tipos: 

ELEMENTOS. Sustancias formadas por un solo tipo de átomos.



COMPUESTOS. Sustancias que resultan de la agrupación de átomos de distintos elementos.

4.1. CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS: METALES, NO METALES, GASES NOBLES La clasificación más sencilla de los elementos químicos conocidos consiste en catalogarlos como: metales, no metales y gases nobles. Veamos qué propiedades poseen cada uno de estos elementos. Metales No metales Gases nobles - Presentan unas propiedades - Representan el 75% de muy variadas, resulta difícil todos los elementos. generalizar. - Se encuentran en la - Tienen un brillo - Son malos conductores del naturaleza como átomos característico (brillo calor y la electricidad. aislados. metálico). - A temperatura ambiente - Son gases a temperatura - Conducen bien el calor y la pueden ser sólidos (azufre), ambiente. electricidad. líquidos (bromo) o gases (flúor). - Desde el punto de vista - Son dúctiles (se pueden - La mayoría de los sólidos son químico, son muy estables, estirar en hilos) y maleables blandos. no forman compuestos. No (forman láminas). - La temperatura de fusión para ganan ni pierden electrones - Excepto el mercurio, que es la mayoría de los sólidos es (no forman iones). líquido, son sólidos a baja, igual que la de ebullición - Sus aplicaciones están temperatura ambiente y para los líquidos. relacionadas con su funden a altas temperaturas. - Suelen captar electrones estabilidad química. - Tienden a perder electrones formando iones negativos. y a formar iones positivos. 4.2. EL SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS La tabla periódica o sistema periódico de los elementos fue presentada por Mendeleiv en 1869 como una manera de clasificar los elementos conocidos. Permite establecer relaciones entre sus propiedades facilitando su estudio. - Los elementos se clasifican, en la tabla periódica, en filas (PERIODOS) y columnas (GRUPOS o FAMILIAS). Todos los elementos de un grupo tienen propiedades químicas semejantes.

35

El hidrógeno, el elemento más ligero, tiene propiedades singulares, por eso a menudo no se coloca en ninguno de los grupos. Mendeleiv ordenó los elementos de menor a mayor masa atómica, aunque en dos ocasiones (Ar y K; Te e I) se hubo de invertir el orden para que los elementos se situaran en el grupo que les correspondería por sus propiedades químicas.

PROPIEDADES PERIÓDICAS Todos los elementos de un mismo grupo tienen la misma estructura electrónica en su última capa (capa de valencia), de ahí que tengan unas propiedades químicas similares (las propiedades químicas de los elementos están íntimamente ligadas a la estructura electrónica de su última capa.  Los gases nobles tienen una estructura electrónica especialmente estable que se corresponde con 8 electrones en su última capa (excepto el helio que tiene 2). TODOS LOS ELEMENTOS TIENDEN A ADQUIRIR LA ESTRUCTURA DE GAS NOBLE (por eso tratan de captar o perder electrones). EL NÚMERO DEL PERIODO NOS DA EL NÚMERO TOTAL DE CAPAS U ÓRBITAS QUE TIENEN LOS ÁTOMOS DE LOS ELEMENTOS.  Los elementos a los que les faltan solamente uno o dos electrones para adquirir la configuración de gas noble, tienen mucha tendencia a captar electrones transformándose en iones con carga negativa. Se dice que son muy electronegativos. En general, los metales son poco electronegativos y tienden a perder electrones para dar iones positivos.  A los elementos que están muy alejados de la configuración del gas noble siguiente les resulta mucha más sencillo perder uno o dos electrones y adquirir la configuración electrónica del gas noble anterior. Por tanto, mostrarán mucha tendencia a formar iones con carga positiva. Se dice que son muy poco electronegativos.  A los metales hay que suministrarles muy poca energía para arrancarles un electrón, ya que tienen tendencia a ceder electrones, mientras que a los no metales hay que suministrarles mucha energía para conseguirlo, ya que la tendencia de estos elementos es captar electrones. 

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37

ACTIVIDADES 1. ¿Qué criterio se tiene en cuenta para ordenar los elementos de la tabla periódica? 2. ¿En qué grandes grupos se clasifican los elementos químicos? Cita dos o tres propiedades significativas de cada grupo. 3. Coloca los siguientes elementos en el lugar correspondiente de la siguiente tabla (utiliza los símbolos correspondientes a cada elemento): cloro- sodio – bario - hierro- aluminionitrógeno- oxígeno- hidrógeno. Metales

No Metales

4. ¿Cuántos electrones tiene que ganar o perder un átomo de fósforo para adquirir la configuración electrónica de gas noble? 5. ¿Para qué ceden o captan electrones los átomos? 6. ¿Cuántos electrones tiene que ganar o perder un átomo de rubidio para adquirir la configuración estable de gas noble? 7. Consulta la tabla periódica para completar la siguiente tabla: Elemento Símbolo Z Grupo Periodo Metal/No metal Ión +/ Ión – Litio Sodio Potasio Rubidio Flúor Cloro Bromo Yodo ¿Presentan algunos de estos elementos alguna semejanza entre sí? ¿Cuál? 8. ¿Qué tienen en común los elementos de un mismo periodo? ¿Y los de la misma fila?

38

UD 5. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

5.1. El enlace químico: enlaces iónico, covalente y metálico. 5.2. Masa atómica y masa molecular. Cantidad de sustancia. Número de Avogadro 5.3. Actividades 5.1. EL ENLACE QUÍMICO Prácticamente todas las sustancias que encontramos en la Naturaleza están formadas por átomos unidos. Los átomos no pueden tener en su última capa electrónica más de 8 electrones, salvo el hidrógeno, pero intentan tener esos 8 electrones, salvo el hidrógeno, que sólo puede tener dos electrones en su última capa, ya que es la primera y sólo le caben dos electrones. Para conseguirlo se unen a otros átomos y forman los compuestos químicos. Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos se denominan ENLACE QUÍMICO. Pero, ¿por qué se unen los átomos?, ¿por qué buscan tener esos 8 electrones en su última capa? Los átomos se unen porque cuando están unidos adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de estabilidad suele darse cuando el número de electrones en su último nivel es igual a 8, estructura que coincide con la de los gases nobles. Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la Naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a ella deben su poca reactividad. Las propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos. Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Estos enlaces, al condicionar las propiedades de las sustancias que los presentan, permiten clasificarlas en: iónicas (sólidos iónicos: fluorita, sal común…), covalentes (sustancias moleculares: agua, gas nitrógeno…; sólidos de red covalente: cuarzo, diamante…) y metálicas o metales (sólidos metálicos: cobre, iridio…) ENLACE IÓNICO. CRISTALES. Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica – periodos 1, 2 y 3 –) se encuentran con átomos no metálicos (los

39

elementos situados a la derecha de la tabla periódica, especialmente los periodos 16 y 17). En este caso, los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta, estos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas se denominan enlaces iónicos. Pero cada catión atrae a todos los aniones, y cada anión a todos los cationes, de resultas de lo cual, no se une un anión con un catión, sino que se enlazan todos formando un CRISTAL (forma de materia cuyas partículas forman una estructura interna perfectamente ordenada tridimensional) en el que se alternan cationes y aniones. ¿Por qué metales y no metales se unen de esta forma? Los átomos de los elementos de la parte izquierda de la tabla periódica tienen en su última capa muy pocos electrones, pero en su penúltima capa tienen 8. Así pues, si pierden los electrones de su última capa, ésta desaparece y la penúltima se convierte en la última, con 8 electrones. Por eso, estos elementos con facilidad pierden electrones y se convierten en cationes. Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio. La configuración electrónica del cloro (Z = 17) es: 1s2 2s2 p6 3s2p5, esto es, tiene 7 electrones en su capa de valencia; la configuración electrónica del sodio (Z = 11) es: 1s2 2s2 p6 3s1, esto es, tiene un único electrón en su capa de valencia (y ocho en la penúltima capa). Así que, el sodio cede su electrón de la última capa, convirtiéndose en el catión Na+, y el cloro coge dicho electrón convirtiéndose en un anión, Cl . Se forma así el compuesto NaCl, o sal común. En realidad la formación de la sal no es tan simple, reaccionan muchos átomos de sodio con muchos átomos de cloro, formándose muchos iones de cargas opuestas y cada uno se rodea del máximo número posible de iones de signo contrario: cada ión Cl se rodea de seis iones Na+ y cada ión de Na+ de seis iones Cl . Este conjunto constituye la red cristalina de la sal común. ENLACE COVALENTE. MOLÉCULAS. Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (elementos de la parte derecha de la tabla periódica) o el hidrógeno.

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Estos átomos tienen en su nivel más externo muchos electrones y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para completar los 8 electrones de la capa de valencia y adquirir así la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Cuando dos átomos de este tipo se acercan, ambos desean quitarle al otro electrones, pero ninguno de los suelta sus electrones, por lo que, finalmente, se unen compartiendo electrones (es como si ambos tiraran de los electrones del otro pero al no quererlos soltar ninguno de los dos terminan por compartirlos). Como sólo puede haber 8 electrones en la última capa, el número de átomos que se enlazan está limitado y se forman moléculas (agrupaciones de átomos que pueden pertenecer al mismo elemento o a varios diferentes), individuales e indistintas. Ejemplo: El agua se forma cuando dos átomos de hidrógeno se ponen en contacto con un átomo de oxígeno. La configuración electrónica del oxígeno (Z = 8) es: 1s2 2s2 p4, esto es, tiene 6 electrones en su capa de valencia; la configuración electrónica del hidrógeno (Z = 1) es: 1s1, esto es, tiene un único electrón en su capa de valencia. Así que, como el hidrógeno no va a ceder su único electrón y el oxígeno prefiere coger dos electrones a ceder seis para tener 8 electrones en su capa de valencia, terminan compartiendo los electrones. Así el oxígeno posee cuatro electrones propios y dos pares de electrones compartidos con los átomos de hidrógeno. Dos átomos pueden compartir no una pareja de electrones, sino dos o tres pares. Se forman entonces los enlaces dobles o triples, que unen los átomos aún con más fuerza.

ENLACE METÁLICO. El enlace covalente nos explica la formación de moléculas y las uniones entre átomos de la parte derecha de la tabla periódica (no metales) y el enlace iónico la unión entre átomos de ambos extremos de la tabla periódica. Pero ni uno ni otro nos permite explicar la existencia de los metales ni las propiedades características de estos (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad, maleabilidad…) Los metales, que constituyen la izquierda y el centro de la tabla periódica, forman sólidos duros, tenaces y buenos transmisores del calor y la electricidad, como el hierro, el cobre o el oro. Por eso es muy importante conocer sus propiedades y cómo se forman esos sólidos metálicos.

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Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general, 1, 2 ó 3. Estos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) convirtiéndose en iones positivos. Si están en presencia de un no metal (elemento de la parte derecha de la tabla), éste recogerá los electrones y se formará un enlace iónico. Si no hay no metales, los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando una red metálica (cristal de cationes). Los electrones desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo, el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve. Esta nube de electrones, además de unir los cationes entre sí, será la responsable de la conducción de la electricidad y el calor por parte de los metales. Este modelo de enlace metálico se conoce como modelo de la nube o mar de electrones. 5.2. MASA ATÓMICA Y MASA MOLECULAR. CANTIDAD DE SUSTANCIA Los átomos son extraordinariamente pequeños y su masa, en consecuencia, pequeñísima, tanto que si usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados (g, kg…), obtendríamos valores muy pequeños, difícilmente manejables. Por esta razón, para medir la masa de los átomos, se adopta una nueva unidad de medida, la unidad de masa atómica (u. m. a.) 1 u. m. a. es la doceava parte del átomo de carbono – 12. Se corresponde, aproximadamente, con la masa del átomo de hidrógeno.

1 u. m. a. = 1,66 · 1027 kg En un principio se asignó al hidrógeno 1 u. m. a. de masa, y se le utilizó como patrón para calcular las masas atómicas de los demás elementos. Como se obtenían masas moleculares no enteras para todos los gases, y debido a la dificultad que conlleva el manejo del hidrógeno, se decidió elegir otro elemento como patrón para calcular los demás. Se eligió el oxígeno y se le asignó una masa atómica de 16 u. m. a.

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Finalmente, en 1961, la I. U. P. A. C. (International Union of Pure and Applied Chemistry) adoptó como nuevo patrón el isótopo de carbono más común, el carbono – 12, y se le asignó una masa atómica de 12 u. m. a. En la actualidad, el patrón sigue siendo el carbono – 12, y la masa atómica del resto de los elementos se calculan en relación a éste. En el enlace covalente los átomos se unen entre sí formando moléculas individuales. La masa de una molécula será la suma de las masas atómicas de los átomos que la forman. En el enlace iónico, aunque cationes y aniones forman cristales, cada cristal tiene una unidad básica formada por tantos cationes y aniones como sea necesario para que el conjunto sea neutro. En este caso, la masa de una molécula será la suma de las masas atómicas del conjunto de iones neutro. Como la masa atómica se mide en u. m. a. la masa molecular también, por ejemplo: la masa molecular de Fe2O3 será: 56 x 2 + 16 x 3 = 160 u. m. a. Número de átomos de oxígeno Masa atómica del hierro Masa atómica del oxígeno Número de átomos de hierro El número de moléculas de una sustancia es lo que se llama cantidad de sustancia. Como las moléculas están formadas por átomos indestructibles, cada uno con una masa determinada, las moléculas tienen su propia masa. Conociendo la masa molecular y su cantidad, podemos también conocer la masa de la sustancia. También podemos hacerlo a la inversa: si conocemos la masa de una sustancia y la masa molecular de esa sustancia podemos saber la cantidad de moléculas presentes, es decir, la cantidad de sustancia. La masa molecular, tal y como hemos indicado anteriormente, se mide en u. m. a., pero la cantidad de sustancia se suele medir en gramos. La conversión de una unidad de masa a otra que se ha establecido es:

1 g = 6,023 · 1023 u. m. a.

NÚMERO DE AVOGADRO (Nº de átomos en una muestra de 12 g de carbono – 12 ) Hablar de cantidad de sustancia con la masa molecular significa emplear números muy grandes, ya que las moléculas son muy pequeñas. Para evitar hablar de números tan grandes y difíciles de usar se ha definido el mol como unidad de cantidad de sustancia. Este número no se ha elegido al azar. Es la equivalencia entre u. m. a. y gramo. Se ha elegido de esta forma porque así, 1 mol de la sustancia que sea tiene una masa numéricamente igual que la masa molecular, sólo que la masa molecular se mide en u. m. a. y la masa de mol en gramos.

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1 mol = 6,023●1023 moléculas LA MASA DE 1 mol (en gramos) ES LA MASA MOLECULAR (en u. m. a.) Y, DE ESTA FORMA RESULTA MUY FÁCIL PASAR DE CANTIDAD DE SUSTANCIA (que se medirá en mol) A CANTIDAD DE MATERIA (que se mide en gramos). Ejemplo:

Masa de 1 molécula de agua

   Masa molecular del agua  H 2 O   16  1  1  2  18 u. m. a. 

1 mol de agua  6,023  1023 moléculas de agua

 Masa molecular de 1 mol de agua =18 · 6,023· 1023 u. m. a. = 18 g

Masa de 1 mol de agua x

18  6,023  10  18 g 6,023  1023 23

La masa molar de una sustancia es la masa de una mol de sustancia. PARA TODAS LAS SUSTANCIAS, LA MASA MOLAR EN GRAMOS POR MOL ES NUMÉRICAMENTE IGUAL A LA MASA MOLECULAR EN u. m. a. Ejemplos: a) ¿Cuántos moles de calcio hay en 500 g de calcio? (Masa atómica del calcio  40 u. m. a.) 1 mol Ca ---------------x ----------------

40 g  500  12,5 moles de calcio.   x 500 g  40

b) ¿Cuántos gramos de monóxido de carbono, CO, tenemos que pesar para tener 3 moles? (Masa atómica del carbono  12 u. m. a.; masa atómica del oxígeno  16 u. m. a.) Masa molecular del CO → 12 + 16 = 28 u. m. a. 1 mol CO ---------------- 28 g    x 3  28  84 g de CO 3 mol CO ---------------- x 

ACTIVIDADES

1.-. Indica el número de átomos de cada molécula:

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a) C2H4 b) PCl3 c) CO2 d) H2S e) HNO2 f) H3PO4 2.

Indica el ión que forma cada átomo para adquirir la configuración estable de gas noble: a) Br b) Ca c) I d) S e) N f) Mg 3. Indica el tipo de enlace que presentan las siguientes sustancias: a) N 2 b) HCl c) Fe d). Al e) Mg 4. ¿Por qué se unen los átomos para formar compuestos? 5.

Al combinarse los átomos de potasio (metal alcalino) con los átomos de bromo (un no metal), ¿qué tipo de enlace es más probable que se establezca entre ellos?

6.

Un sólido metálico está formado por: a) b) c) d)

Iones positivos y negativos. Iones positivos y una nube de electrones. Iones negativos y una nube de electrones. Átomos neutros que comparten electrones.

7- Si una sustancia es gaseosa a temperatura ambiente, ¿qué tipo de enlace habrá entre sus átomos?. 8.

Indica si existen moléculas en las siguientes sustancias químicas: a) Fe . b) CuCl2 . c) SO2 . d) H 2 SO4

9.

Calcula la masa molecular de los siguientes compuestos: a) H 2O b) HCl c) CH 4 d) HNO2

e) Ca  OH 2 f)

NH 3 45

10. Calcula la masa: a) 2 moles de agua. b) 4 moles de N 2 . c) 6 moles de cobre. d) 4 moles de sal común. 11. Calcula el número de moles de átomos: a) 8 g de hierro. b) 12 g de sodio. c) 4 g de H 2 . d) 100 g de CH 4 (metano). 12. Tenemos dos moles de moléculas de azúcar, C12 H 22O11 , ¿cuántos gramos de azúcar tenemos? 13. ¿Cuántos moles de moléculas tenemos en 40 g de agua? ¿Cuántas moléculas hay? 14. Tenemos 250 g de amoniaco. Calcula el número de moles de moléculas y el número de moléculas. 15. Tenemos una botella de agua de un litro y medio. Calcula: a) Masa en gramos. b) Moles de moléculas. c) Número de moléculas. d) Número de átomos 16. El cianuro de hidrógeno, HCN, es un líquido incoloro, volátil, con un ligero olor a almendras amargas. Las frutas que tienen una semilla grande, como el aguacate o el albaricoque, generalmente tienen pequeñas cantidades de cianuro de hidrógeno en sus semillas. El compuesto es sumamente venenoso. ¿Cuántas moléculas hay en 56 mg de HCN, la dosis tóxica promedio? 17. En 10 moles de H2SO4: a) ¿Cuántas moles de moléculas hay? b) ¿Cuántos moles de átomos de hidrógeno hay? c) ¿Cuántos gramos de azufre hay? 18. ¿Cuántos moles de sulfuro de sodio, Na2 S , corresponden a 2,709 1024 moléculas de sulfuro de sodio? ¿Cuántos moles de sodio? 19. Si tenemos 1 g de hidrógeno, ¿cuántos gramos de uranio se necesitarán para tener el mismo número de átomos de uranio que de hidrógeno? 20.

A. ¿Cuál es la masa molecular del carbonato cálcico, CaCO3 ? B. ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en 0,5 moles de moléculas de carbonato cálcico? ¿Cuál será su masa? C. ¿Cuántos moles de CaCO3 son 150 g?

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UD 6. CAMBIOS QUÍMICOS EN LA MATERIA (REACCIONES QUÍMICAS)

6.1. Cambios físicos y químicos 6.2. Las reacciones químicas. Tipos de reacciones químicas 6.3. Ecuaciones químicas y su ajuste. 6.4. Cálculos en las reacciones químicas. Cálculos estequiométricos en masa y en volumen. 6.1. CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS Con mucha frecuencia la materia sufre transformaciones. Dependiendo del resultado que se obtenga, diremos que se trata de un cambio físico o de un cambio químico.  Un cambio físico es una transformación en la que no varía la naturaleza de la materia. Antes y después del cambio la composición química de la materia es la misma. Ejemplos: la evaporación del agua, la fusión de un metal, cortar una vela, romper un cristal, derretir un helado…

Evaporación del agua 

Un cambio químico es una transformación en la que varía la naturaleza de la materia. Antes del cambio la materia tiene una composición química y después, otra diferente. Los cambios químicos también reciben el nombre de REACCIONES QUÍMICAS. Ejemplos: combustión de la gasolina, corrosión del hierro, la fotosíntesis, la digestión de los alimentos…

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Oxidación del hierro 6.2. LAS REACCIONES QUÍMICAS. TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS Aunque no siempre sucede, es frecuente que cuando se produce una reacción química tenga lugar un cambio muy notorio que nos indica que algo nuevo se está formando: gran desprendimiento de energía luminosa, desprendimiento de calor, formación de gases…

Cuando se produce una reacción química, unas sustancias se transforman en otras diferentes. Las sustancias que reaccionan se llaman REACTIVOS, y las que se obtienen PRODUCTOS. Las reacciones químicas siempre suelen ir acompañadas de intercambios de energía, mediante un desprendimiento o una absorción de energía, debido a que la energía que poseen los reactivos es distinta que a la que poseen los productos. En una reacción química se destruyen las moléculas de los reactivos, pero no sus átomos, los cuales se reagrupan para formar moléculas nuevas. Para que esto suceda las moléculas tienen que chocar previamente entre ellas.  Según la teoría de las colisiones, las reacciones químicas se producen cuando las moléculas de los reactivos chocan entre sí y se rompen. Los átomos que se han liberado se reorganizan, formando nuevas moléculas. Pero no todos los choques rompen las moléculas, solamente cuando las moléculas poseen una orientación adecuada y una velocidad suficiente el choque es eficaz y se podrán romper los enlaces de los reactivos para formar los productos. La velocidad de las partículas es un factor muy importante para determinar si una reacción se produce o no. Cuando la velocidad es grande, también lo es la energía cinética; por tanto, los choques entre ellas son más eficaces.

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De forma general, la velocidad de las reacciones (VELOCIDAD DE REACCIÓN) se puede incrementar:  Elevando la temperatura. Con una temperatura más elevada las partículas se mueven con mayor velocidad.  Aumentando el grado de división. Es decir, cuando los reactivos son sólidos, si están finamente divididos reaccionarán con mayor rapidez que si no lo están, ya que la superficie de contacto aumenta. De forma similar, un sólido reaccionará más rápidamente si está en disolución, pues de esta manera las partículas que lo forman ya están separadas. En un gas, la velocidad de reacción será mayor cuanto mayor sea la presión, ya que las partículas estarán más próximas unas de otras y habrá más choques entre ellas.  Mediante la presencia de catalizadores. Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción pero no intervienen en ella ya que no sufren ningún cambio aparente en su composición o peso y se recuperan tras la reacción química.  Aumentando la concentración. A mayor concentración (mayor presencia de moléculas por unidad de volumen), mayor velocidad de reacción de uno de los reactivos. La CONCENTRACIÓN se refiere a la cantidad de átomos y moléculas presentes en un compuesto o mezcla. Desde el punto de vista calorífico, las reacciones químicas se clasifican en:  Reacciones EXOTÉRMICAS: son las reacciones en las que desprenden calor por sí mismas.  Reacciones ENDOTÉRMICAS: son las reacciones en las que se necesita una absorción de calor externo para poderse llevar a cabo.  

La combustión se trata de una reacción exotérmica en la que se libera energía calorífica. La fotosíntesis es una reacción endotérmica. La energía necesaria para que transcurra la reacción la proporciona la luz solar.

6.3. ECUACIONES QUÍMICAS Y SU AJUSTE Para describir las reacciones químicas se emplean las ecuaciones químicas. Una ecuación química es una representación simbólica de una reacción química.

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Una ecuación química consta de dos miembros. En el primero se escriben las fórmulas de las moléculas de los reactivos y en el segundo las de los productos. A veces, aparece entre paréntesis el estado de agregación de los compuestos que intervienen en la reacción química. A la izquierda de cada fórmula se escribe su coeficiente estequiométrico que es un número que indica la proporción en moléculas, o en moles, en la que interviene esa sustancia en la reacción. Si es 1 no se escribe. A la derecha de cada fórmula se indica el estado: sólido (s), líquido (l) o gaseoso (g) N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g) Reactivos Productos Entre los reactivos y los productos se escribe una flecha que se lee ―para dar‖

La ecuación de este esquema se lee: ―1 molécula (o 1 mol) de nitrógeno en estado gaseoso reacciona con 3 moléculas (o mol) de hidrógeno en estado gaseoso para dar 2 moléculas (o mol) de amoniaco en estado gaseoso‖. Observemos que la masa de los reactivos es la masa de 2 átomos de nitrógeno (N2) más la masa de 6 átomos de hidrógeno (3 H2) y la masa de los productos es la masa de 2 átomos de nitrógeno más la masa de 6 átomos de hidrógeno (2 NH3). EN UNA REACCIÓN QUÍMICA SE CONSERVAN LOS ÁTOMOS Y LA MASA Y CAMBIAN LAS SUSTANCIAS, POR ESO LOS REACTIVOS Y LOS PRODUCTOS TIENEN DISTINTA FÓRMULA. AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS En 1772, el químico francés LAVOISIER, tras múltiples ensayos de laboratorio, llegó a establecer la LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA, que dice que, en una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solamente se transforma. En consecuencia, la masa permanece constante. Una consecuencia de la ley de Lavoisier es que en las reacciones químicas debe aparecer el mismo número de átomos en cada elemento en los reactivos y en los productos. Así pues, debemos ajustar o equilibrar las ecuaciones químicas colocando coeficientes estequiométricos. Ejemplo: Combustión del alcohol etílico (etanol) Pasos a seguir 1. Escribimos las fórmulas de los reactivos y de los productos. Reactivos Productos 2. Empezamos ajustando los elementos que forman parte de un solo compuesto y, dentro de ellos,

Ejemplo La reacción de la combustión del etanol da como productos dióxido de carbono y agua. C2H6O + O2 CO2 + H2O Hay 2 átomos de C en los reactivos (C2H6O) y 1 átomo de C en los productos (CO2). Debemos poner 2 CO2 para que haya 2

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elegimos primero el más complejo.

átomos de carbono también en los productos. C2H6O + O2 2 CO2 + H2O Hay 6 átomos de H en los reactivos (C2H6O) y 2 átomos de H en los productos (H2O). 3. De forma similar ajustamos el H. Debemos poner 3 H2O para que haya 6 átomos de hidrógeno en los productos. C2H6O + O2 2 CO2 + 3 H2O En los reactivos hay 1 átomo de O en C2H6O y 2 en el O2, luego, en total, hay 3 átomos de O. En los productos hay 4 átomos de O en 2 CO2 y 3 en 3 H2O, luego, en total, hay 7 átomos de O. 4. Por último, ajustamos el O. Debemos tener 7 átomos de O en los reactivos y ya hay uno en C2H6O. Los otros seis tienen que estar en la otra sustancia, por lo que debe haber 3 moléculas de O2. C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Elemento Reactivos Productos 5. Comprobamos que con estos C 2 2 coeficientes todos los elementos H 6 6 están ajustados. O 7 7 6.4. CÁLCULOS EN LAS REACCIONES ESTEQUIOMÉTRICOS EN MASA Y EN VOLUMEN

QUÍMICAS.

CÁLCULOS

La reacción química ajustada nos indica en qué proporción intervienen las sustancias que participan en la reacción. Estas proporciones nos van a permitir resolver todos los problemas relacionados con las cantidades de reactivos y de productos que intervienen en una reacción química. Estas operaciones que nos permiten calcular las cantidades de cada sustancia que intervienen en una reacción química se denominan CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN MASA. Un modo muy común de realizar cálculos estequiométricos es expresar la masa de las sustancias que intervienen en las reacciones. Ejemplo: El magnesio reacciona con el oxígeno para formar óxido de magnesio, MgO. Disponemos de 8 g de oxígeno. Calcular: a) ¿Cuántos gramos de magnesio harán falta para reaccionar con todo el oxígeno disponible? b) ¿Cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán? 1º ESCRIBIMOS LA ECUACIÓN QUÍMICA DE LA REACCIÓN Y LA AJUSTAMOS. A CONTINUACIÓN, DEBAJO DE CADA SUSTANCIA, ESCRIBIMOS LOS DATOS QUE CONOCEMOS. → 2 MgO 2 Mg + O2 2 mol 1 mol 2 mol 8g ¿?

51

2º EXPRESAMOS EN mol LA CANTIDAD DE LAS SUSTANCIAS QUE INTERVIENEN EN LA REACCIÓN. Para ello necesitaremos la masa molar del O2 (tomamos los datos de la tabla periódica): M(O2) = 16·x 2 = 32 g →

 8 g O2  

1 mol O2  0,25 g de O2 32 g O2

3º ESTABLECEMOS EN mol LA PROPORCIÓN EN QUE REACCIONA LA SUSTANCIA CONOCIDA CON LAS SUSTANCIAS QUE QUEREMOS CALCULAR. DEBEMOS TENER EN CUENTA LOS COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTRICOS. -

Para calcular la cantidad de óxido de magnesio:

 0, 25 mol O2    2 mol MgO   0,5 mol de MgO 1 mol O2 0, 25 mol O2  x 2 mol MgO x mol Mg 1 mol O2 -

Para calcular la cantidad de magnesio que se necesita:

 0, 25 mol O2    2 mol Mg   0,5 mol de Mg 1 mol O2 0, 25 mol O2  x 2 mol Mg x mol Mg 1 mol O2 Finalmente, calculamos las cantidades de sustancias en gramos: a) Para calcular la masa de magnesio necesitamos calcular la masa molar del Mg (tomamos los datos de la tabla periódica): M (Mg) =24,3 g →

 0,5 mol Mg  

24,3 g Mg  12,15 g de Mg 1 mol Mg

b) Para calcular los gramos de óxido de magnesio necesitamos calcular la masa molar del MgO (tomamos los datos de la tabla periódica): M

(MgO)

=24,3 + 16 = 40,3 g MgO  20,15 g de MgO  0,5 mol MgO  1 mol MgO

40,3

g

→

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN VOLUMEN. Avogadro estudió el comportamiento de los gases en las reacciones químicas y dedujo que cuando en una reacción química intervienen varios gases que se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura, la proporción en cantidad de sustancia (mol) en la que se combinan es la misma que la proporción en volumen. Un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 0º C) ocupa siempre 22,4 litros. Al volumen de 1 mol de un gas se le denomina volumen molar.

Vmolar = 22,4 litros 52

Ejemplo: En la reacción de formación del agua, calcula en volumen de H2, medido en condiciones normales, que reacciona con 5 litros de oxígeno, medidos también en condiciones normales. Escribimos la reacción ajustada y planteamos la proporción: → 2 H2O 2 H2 + O2 2 mol 1 mol 2 mol ¿? 5 litros

 2 mol H2    5 litros H2   10 litros de H 2 mol H 2 x litros H2   2 1 mol O2 5 litros O2 1 mol O2

ACTIVIDADES 1) ¿Qué diferencia fundamental hay entre un cambio físico y uno químico? 2) Distingue razonadamente los cambios físicos de los químicos a) Evaporación de un perfume. b) Combustión de la madera. c) Mezcla de azúcar con café. d) Oxidación de una viga de hierro. e) Encendido de una cocina de vitrocerámica. f) Encendido de una cocina de gas. g) Disolución de azúcar en agua. h) Caramelización de azúcar para hacer un flan. i) Oscurecimiento de una manzana al contacto con el aire. j) Pelado y troceado de una manzana. k) Dilatación de una barra de hierro por el calor. l) Formación de chispas al forjar un hierro. m)Fermentación de los azúcares de la uva. n) Cocción de un huevo. o) Triturado de la uva para obtener mosto. p) Granizo. 3) Indica si se trata de cambios físicos o químicos. Explica por qué.

Freír un huevo

53

La masa para hacer un bizcocho se convierte en un bizcocho.

Un papel se convierte en cenizas.

El acero se enmohece.

Combustión de una vela

4)

Los cambios que se observan en la imagen son______________

5)

Cuando el gas metano se quema en presencia de oxígeno, se forma dióxido de carbono y agua. a) ¿Cuáles son los reactivos y los productos? b) ¿Qué tipo de reacción es? c) Escribe la reacción química correspondiente (ajustada). 6) En una reacción química, ¿qué es la velocidad de reacción? Indica dos factores que pueden influir en la velocidad de una reacción química indicando de qué manera la modifican. 7)

8)

¿Por qué en una reacción química se conserva la masa? Ajusta las siguientes reacciones químicas: a) C6H12O6 + O2  CO2 + H2O b) NH3 + O2  N2 + H2O c) KClO3  KCl + O2

54

d) CH4 + O2  CO2 + H2O e) HCl + Na2CO3  NaCl + CO2 + H2O f) HNO3 + NaOH  NaNO3 + H2O g) H2SO4 + Fe  H2 + Fe2 (SO4)3 h) CaCO3 + HCl  CaCl2 + CO2 + H2O 9)

10)

Escribe y ajusta las siguientes reacciones químicas: a) El gas hidrógeno reacciona con el gas nitrógeno para dar amoniaco. b) El sodio reacciona con el agua produciendo hidróxido de sodio (NaOH) y gas hidrógeno. c) El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone por la acción del calor para dar dióxido de carbono y monóxido de calcio. Dada la ecuación química: HCl  Na2CO3  NaCl  CO2  H 2O a) ¿Qué cantidad de HCl será necesaria para reaccionar completamente con 52 g de Na2CO3? b) ¿Qué cantidad de NaCl se formará?

11)

El propano, C3H8, reacciona con el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua. a) Escribe la reacción ajustada indicando la proporción en moles. b) ¿Cuántos moles de propano y de oxígeno se necesitarán para obtener 10 moles de dióxido de carbono? c) ¿Qué cantidad de sustancia (mol) de gas propano se habrá quemado si se obtienen 12 mol de dióxido de carbono? ¿Qué masa de oxígeno, en gramos, se habrá utilizado? 12) El carbonato de calcio (CaCO3) es el compuesto mayoritario del mármol. Cuando el carbonato de calcio reacciona con el ácido clorhídrico (HCl), se obtiene cloruro de calcio (CaCl2), agua y dióxido de carbono. a) Escribe la ecuación química ajustada que describe el proceso. b) Calcula la masa de cloruro de calcio (en gramos) que se obtiene cuando se hacen reaccionar 2 moles de carbonato de calcio con una cantidad suficiente de ácido. c) ¿Cuántos moles de dióxido de carbono se obtiene cuando reaccionan 10 g de carbonato de calcio? 13) El ácido clorhídrico se obtiene haciendo reaccionar el ácido sulfúrico (H2SO4) con el cloruro de sodio (NaCl), por medio de la reacción: NaCl + H2SO4  Na2SO4 + HCl. a) ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio hacen falta para obtener 1 kg de ácido clorhídrico? b) ¿Cuántos gramos de ácido sulfúrico reaccionarán en ese caso?

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14) El monóxido de carbono reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono. Si se hacen reaccionar 84 g de monóxido, ¿cuántos litros de dióxido de carbono se obtendrán, medidos en condiciones normales? a) Cuando se echa agua a la cal viva (óxido de calcio) se forma cal apagada (hidróxido de calcio, Ca(OH)2). b) Escribe la ecuación de la reacción y ajústala. c) Calcula los gramos de cal apagada que se formarán si tenemos 10 g de cal viva. d) Calcula la cantidad de agua que se necesita para apagar la cal viva que tenemos. 15) El amoniaco se descompone dando gas hidrógeno y gas nitrógeno. a) Escribe y ajusta la reacción. b) Calcula cuántos gramos de amoniaco se deben descomponer para obtener 7 g de nitrógeno. c) ¿Qué cantidad de sustancia (mol) de amoniaco representan esos gramos? d) Calcula la cantidad de sustancia (mol) de gas hidrógeno que se obtiene cuando se descomponen 34 g de amoniaco. 16)

Cuando la pólvora se quema en un lugar abierto, lo hace según la reacción: KNO3 + S + C  K2S + N2 + CO2 a) ¿Qué volumen de nitrógeno y de dióxido de carbono se produce en condiciones normales en la combustión de pólvora que contiene 500 g de nitrato de potasio? b) ¿Cuántos gramos de sulfuro de potasio se obtienen?

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UD 7. FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA INORGÁNICA

7.1. Nomenclatura sistemática o I. U. P. A. C 7.2. Compuestos binarios con oxígeno. Óxidos 7.3. Compuestos binarios con hidrógeno. Hidruros 7.4. Sales binarias 7.5. Hidróxido, bases o álcalis. 7.6. Peróxidos 7.7. Oxoácido. Ácidos 7.8. Actividades 7.1. NOMENCLATURA SISTEMÁTICA I. U. P. A. C Del mismo modo que utilizamos las palabras para comunicarnos, en química recurrimos a las fórmulas para representar los compuestos. Estas fórmulas no son arbitrarias, sino que responden a unas reglas establecidas, reglas que han variado a lo largo del tiempo, desde la nomenclatura tradicional, pasando por la de Stock, hasta la establecida actualmente de forma universal llamada sistemática I. U. P. A. C. Antes de aprender a formular revisemos algunos conceptos:  Valencia: capacidad que posee un elemento para combinarse con otro.  Número de oxidación o de valencia: número de electrones que un átomo puede captar o ceder (total o parcialmente) al formar un compuesto. Es negativo si gana electrones y positivo si los pierde. En la nomenclatura sistemática de la I. U. P. A. C., los compuestos se nombran indicando el número de átomos de cada elemento con los prefijos numerales griegos: mono- (uno), di- (dos), tri- (tres), tetra- (cuatro), penta- (cinco), hexa- (seis), hepta(siete), octo- (ocho), nona- (nueve), deca- (diez)… Como regla general, en una fórmula, se escribe en primer lugar el elemento menos electronegativo y, en segundo lugar, el más electronegativo.  Al formular, se intercambian los números de oxidación de los elementos que intervienen en la fórmula, prescindiendo del signo.  Siempre que sea posible se simplifica.  Las fórmulas se leen de derecha a izquierda. 7.2. COMPUESTOS BINARIOS CON OXÍGENO (ÓXIDOS) Los óxidos son las combinaciones del oxígeno con otro elemento, metal o no metal. En estos compuestos el oxígeno siempre actúa con número de oxidación – 2. Se formulan anteponiendo al símbolo del oxígeno el del elemento (metal o no metal) e intercambiando las valencias, que se colocan como subíndices, y simplificando siempre que sea posible. Ejemplos: Pb2O4 → PbO2 → Dióxido de plomo.

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Ca2O2 → CaO → Monóxido de calcio. Cl2O5 → Pentóxido de dicloro. Los óxidos son combinaciones de los elementos con el oxígeno. El nombre de estos compuestos siempre incluye la palabra ÓXIDO que puede estar precedida de prefijos numerales indicadores del número de átomos de oxígeno.

Óxidos no metálicos: combinación de un no metal con el oxígeno.

Óxidos metálicos: combinación de un metal con el oxígeno.

Fórmula general: X nOm

Ejemplos:

Ejemplos:

Fe2O3 Li2O; CaO ; Ag2O ; Al2O3

CO2 ; SO3 ; N2 O5 ; CO ; SO2 ; NO2

O: N os de oxidación

-2

Metales: el suyo No metales: números de oxidación positivos

Nombre del elemento

Trióxido de dihierro Prefijo numeral que indica el número de oxígenos

Prefijo numeral que indica el número de átomos del elemento

Fe2O3 El elemento se escribe a la izquierda

El oxígeno, como elemento más electronegativo, se escribe a la derecha

7.3. COMPUESTOS BINARIOS CON HIDRÓGENO (HIDRUROS) HIDRUROS METÁLICOS. Los hidruros metálicos son las combinaciones del hidrógeno con un metal. En estos compuestos el hidrógeno siempre actúa con número de oxidación – 1. Se formulan anteponiendo al símbolo del hidrógeno el del metal e intercambiando las valencias, que se colocan como subíndices.

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Ejemplos: CaH2 → Dihidruro de calcio. PbH4 → Tetrahidruro de plomo. CrH3 → Trihidruro de cromo. HIDRUROS NO METÁLICOS. Los hidruros no metálicos son las combinaciones del hidrógeno con un no metal. En estos compuestos el hidrógeno siempre actúa con número de oxidación + 1. Se formulan anteponiendo al símbolo del no metal el del hidrógeno e intercambiando las valencias, que se colocan como subíndices. Se nombran añadiendo el sufijo ―–uro‖ al del nombre del no metal seguido de las palabras ―de hidrógeno‖. HCl → Cloruro de hidrógeno. H2S → Sulfuro de hidrógeno. HBr → Bromuro de hidrógeno. Algunos hidruros tienen nombres propios que se siguen utilizando: Hidruro Nombre propio BH3 Borano SiH4 Silano NH3 Amoniaco PH3 Fosfina o fosfatina AsH3 Arsenamina o arsina SbH3 Estibina o estibamina BiH3 Bismutina 7.4. SALES BINARIAS Las sales binarias son la combinación de dos no metales o de un no metal con un metal. Si se combinan dos no metales, se considera el positivo aquel que está más a la izquierda en la siguiente lista: B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, O, F Se nombran indicando el número de átomos de cada elemento con los prefijos numerales griegos, y añadiendo el sufijo ―–uro‖ al del nombre del elemento situado a la derecha de la fórmula. Ejemplos: PCl5 → Pentacloruro de fósforo. FeBr3 → Tribromuro de hierro. NaCl → Cloruro de sodio. 7.5. HIDRÓXIDOS

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Los hidróxidos, aunque son combinaciones ternarias (tres elementos), se formulan y nombran como si fueran combinaciones binarias del ión (OH) - Se formulan con el símbolo del metal seguido del grupo OH e intercambiando las valencia. El nombre de estos compuestos siempre incluye la palabra hidróxido que puede estar precedida de prefijos numerales indicadores del número de grupos (OH) y añadiendo a continuación el nombre del metal. NaOH → Hidróxido de sodio. Sn(OH)4 → Tetrahidróxido de estaño. Al(OH)3 → Trihidróxido de aluminio Los hidróxidos constituyen el ejemplo clásico de las sustancias denominadas BASES o ÁLCALIS. Se forman por reacción de los óxidos metálicos (básicos) con agua: Óxido básico + H2O ------> Hidróxido (CaO + H2O ------> Ca(OH)2) 7.6. PERÓXIDOS Los peróxidos son los compuestos que resultan de la combinación del hidrógeno o un elemento metálico con el ión peroxo, O 22 . El elemento metálico siempre actúa con su valencia más alta. Los peróxidos no se pueden simplificar salvo que el número de hidrógeno que quede tras la simplificación sea par. Ejemplos: H2O2 → Dióxido de dioxígeno (Agua oxigenada). Al2O6 → Hexaóxido de dialuminio. Pb2O8 → PbO4 → Tetraóxido de plomo. Los oxoácidos7.7. son OXOÁCIDOS combinaciones ternarias de un no metal, oxígeno e hidrógeno. A la hora de formular el no metal se sitúa siempre entre el oxígeno (situado a su derecha) y el hidrógeno (a su izquierda). Los oxoácidos se nombran con la palabra ácido seguida del nombre del no metal terminado en oso o en ico. La mayor parte de los oxoácidos se pueden obtener por reacción de los óxidos no metálicos (ácidos) con agua: Óxido ácido + H2O ------> Oxoácido (SO3 + H2O ------>H2SO4) Para saber:

HNO2; H2SO3 ; HClO4 ; HClO3

Fórmula general:

HnXOm

H2SO4 ; H2CO3 ; HNO3 ; HClO

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ACIDOS OXOÁCIDOS Del Cloro

Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido

Del Azufre Del Nitrógeno Del Carbono

NOMBRE Hipocloroso Cloroso Clórico Perclórico sulfuroso Sulfúrico Nitroso Nítrico Carbónico

FORMULA HClO HClO2 HClO3 HClO4 H2SO2 H2SO3 HNO2 HNO3 H2CO3

ACTIVIDADES Ejercicio 1.Completa la siguiente tabla. NOMBRE

FÓRMULA

Monóxido de carbono.

FÓRMULA

NOMBRE

HCl

Trióxido de dihierro

Heptaóxido de dicloro

Monóxido de estaño

CuH2 PtO2

Cobre

Amoniaco. FeO

ZnO

Monóxido de cromo.

Ni2O3

Trihidruro de oro.

LiH Trihidruro de níquel. Dicloruro de mercurio.

SnO2 FeH2 PbH4

NH3 Fosfina Pentaóxido de dinitrógeno Borano

Hidruro de calcio KOH N2O5 NaCl

Monóxido de calcio

Trihidruro de arsénico. HI

Tetrayoduro de estaño

PbCl2 H2O2

Na2O2

Dihidróxido de hierro

B2S3

Trióxido de azufre

Dihidróxido de niquel

AuH3 Ni(OH)2

Peróxido de calcio.

Peróxido de bario NaOH

NO

Bromuro de hidrógeno. AsH3

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Pentaóxido de dibromo

FeO H2S

Monóxido de diflúor.

Tetrahidróxido de plomo

Peróxido de plata.

Ejercicio 2: Nombra y formula los compuestos de las tablas. Recuerda que puedes nombrar como quieras porque cualquiera de los nombres que has aprendido es tan válido como otro. TABLA 1 Fórmula AlCl3 BaCrO4 CaCO3 SnO2 MgO NH4H2PO4 CuBr2 As2O3 CdBr2 CoCl2 Al2O3 BaF2 Ca3(PO4)2 Sr(OH)2 NH4HCO3 NH4ClO4 CuO BaCl2 CdSO4 SnCl2 Sb2O3 BaSO3

Nombre

Nombre Cloruro de magnesio Hidrogenosulfito de amonio Bromosilano Hidroxidooxidonitrógeno Heptaoxidodicromato de sodio Fosfato de aluminio Pentafluoruro-5-Fosfano Dióxido de dihidrógeno Yoduro de plata Manganato de paladio(II) Trihidruro de escandio Cloruro de amonio Sulfato de calcio Bromuro de cobre(1+) Óxido de cromo(VI) Dihidrogenofosfito de plata Silicato de plomo(II) Tetraoxidoantimonato(3-) Dihidrogeno(heptaoxidodicromato) Sulfato de cromo(III) Nitrito de plomo(II) Hidruro de cinc

Fórmula

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Ejercicio 3: TABLA2 Fórmula CS2 MgBr2 SO2 NH4Br Al(NO3)3 Ba(OH)2 CrCl3 CaHPO4 SrCO3 (NH4)2S Ba(BrO2)2 Pd(NO3)4 CoCO3 MgCrO4 CaWO4 Al2(SO4)3 Be(NO3)2 CF4 P2O5 (NH4)2CrO4 Na2O2 Au(OH)3

Nombre

Nombre Carbonato de litio Ácido bromhídrico Nitruro de bario Tris(tetraoxidocromato) de dihierro Trioxidosulfato(2-) de plomo(4+) Ácido clórico Dihidroxidooxidoazufre Yodito de litio Hexaoxidodisulfato(2-) Hidróxido de manganeso(IV) Trióxido de azufre Fluoruro de níquel(2+) Tetrahidruro de plomo Cloroalumano Hidrogeno(dioxidoclorato)(1-) de mercurio(2+) Selenuro de bario Ácido bórico Hipoyodito de hierro(II) Monóxido de nitrógeno Trihidróxido de titanio Dicloro Peróxido de plata

Fórmula

Ejercicio 4:

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UD 8. EL CARBONO Y SUS COMPUESTOS

8.1. El carbono como componente esencial de los seres vivos. Cadenas carbonadas. 8.2. Hidrocarburos y su importancia como recursos energéticos. 8.3. Alcoholes 8.4. Ácidos orgánicos. 8.1. EL CARBONO COMO COMPONENTE ESENCIAL DE LOS SERES VIVOS. CADENAS CARBONADAS El carbono es el elemento más destacado del sistema periódico por varios motivos. Uno de ellos es que el número de compuestos que forma es mayor que el conjunto de compuestos formados por el resto de elementos: se conocen cerca de 20 millones de compuestos, tanto naturales como artificiales, basados en el carbono y parece que no tiene límite el número posible de ellos; de hecho una rama de la Química, la Química del Carbono, se ocupa exclusivamente de su estudio. Por otra parte, es el elemento básico de los compuestos que constituyen la base de la vida tal y como la conocemos, desde los relativamente sencillos azúcares y aminoácidos hasta las complejas estructuras de las proteínas y ácidos nucleicos (ARN y ADN). Del estudio de la química de los seres vivos se ocupa la Bioquímica. CADENAS CARBONADAS Los átomos de C tienen cuatro electrones de valencia, y al unirse con otros átomos no metálicos podrán formar cuatro enlaces covalentes, alcanzando así el octeto de electrones asociado a la situación de máxima estabilidad atómica; es lo que ocurre en la unión de un átomo de C con cuatro átomos de H formando moléculas CH4.

Pero también pueden compartir electrones con otros átomos de carbono, dando lugar a cadenas carbonadas que constituyen el esqueleto de moléculas que pueden llegar a estar formadas por miles de átomos (macromoléculas o polímeros). Esta es la razón de la gran cantidad de sustancias que puede formar el carbono. Estos son modelos de algunas moléculas:

8.2. HIDROCARBUROS Y SU IMPORTANCIA COMO RECURSOS ENERGÉTICOS

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Los compuestos de carbono más sencillos son los formados por átomos de C y átomos de H. Reciben el nombre de HIDROCARBUROS. Aunque hay varios tipos de hidrocarburos sólo vamos a considerar los más simples: cadenas de átomos de C con un enlace covalente entre ellos. Estos compuestos reciben el nombre de ALCANOS. Formulación: Se escribe el número de átomos de C que forman la cadena y se dibuja un enlace entre cada dos átomos de C, completando el resto de enlaces (hasta cuatro) con átomos de H. Por ejemplo:

También es frecuente escribir estas fórmulas agrupando los grupos CH de la forma siguiente: CH3 (CH2)2 CH3 Como puedes apreciar, los carbonos de los extremos pueden unirse a tres átomos de H mientras que el resto sólo puede hacerlo con dos. Nomenclatura: Comienza con un prefijo que indica el número de átomos de C de la cadena El nombre de todos estos hidrocarburos finaliza con la terminación -ANO. Algunos ejemplos son:

8.3. ALCOHOLES Son compuestos formados por sustitución de átomos de H de un hidrocarburo por el grupo atómico OH (grupo alcohol). Nomenclatura: Como el hidrocarburo de procedencia, sustituyendo la terminación del hidrocarburo (-ANO) por la terminación OL.

Cuando hay más de dos átomos de C en el hidrocarburo original, se indica el átomo de C al que se halla unido el grupo alcohol numerando los carbonos de la cadena empezando por uno de los extremos y de forma que al C unido al grupo OH le corresponda el número más bajo posible:

Formulación: Se comienza representando el número de átomos de C indicado en el prefijo del nombre del alcohol y se dibuja un enlace entre cada dos átomos de C

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contiguos. Se coloca el grupo alcohol en el C de la cadena indicado en el nombre. Finalmente se completan las cuatro valencias de cada C con átomos de H. Por ejemplo:

8.4. ÁCIDOS ORGÁNICOS Son compuestos de C en los que existe un grupo de átomos, llamado grupo carboxilo. Este grupo atómico es el siguiente:

Nomenclatura: se comienza con la palabra ácido seguida del nombre del hidrocarburo de igual número de átomos de C y finalizando con la terminación OICO.

Formulación: se escribe el número de átomos de C indicados en el prefijo del nombre del ácido, teniendo en cuenta que el C del grupo COOH está incluído en los carbonos de la cadena. Se dibuja un enlace entre cada dos C contiguos y se completan las cuatro valencias del resto de C (el del grupo carboxilo ya las tiene utilizadas) con H. Por ejemplo:

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BIOLOGÍA Y GE0LOGÍA

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UD 9. LA CÉLULA. ESTRUCTURA Y METABOLISMO

9.1. La célula, unidad de vida. Teoría celular. Tipos de células 9.2. Composición de los seres vivos. 9.3. Las funciones vitales. Funciones básicas de la célula: Nutrición, Relación y Reproducción 9.4. Introducción al metabolismo celular. Respiración celular 9.5. Actividades 9.1.LA CÉLULA: UNIDAD DE VIDA En 1665, el científico inglés Robert Hooke observó una delgada lámina de corcho a través del microscopio y descubrió unas cavidades a las que llamó ―celdillas‖ o ―células‖, al recordarle las celdas de un panal de abejas. A finales del siglo XIX, se establece la TEORÍA CELULAR basada en tres principios: 1. TODOS LOS SERES VIVOS ESTÁN FORMADOS POR UNA O MÁS CÉLULAS. 2. LA CÉLULA ES LA UNIDAD MÁS PEQUEÑA QUE TIENE VIDA PROPIA. 3. TODA CÉLULA PROVIENE SIEMPRE DE OTRA YA EXISTENTE. COMPONENTES DE LA CÉLULA.-Todas las células presentan la misma estructura básica:

TIPOS DE CÉLULAS.-Podemos encontrar dos tipos de células en los seres vivos:

-

CÉLULA PROCARIOTA:  El material genético ADN está libre en el citoplasma (no posee núcleo).

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 Sólo posee unos orgánulos llamados ribosomas (se encargan de fabricar proteínas).  Es el tipo de células que presentan las bacterias. CÉLULA EUCARIOTA:  El material genético está encerrado en una estructura membranosa llamada núcleo.  Posee un gran número de orgánulos.  Es el tipo de célula que presentan casi todos los seres vivos. Existen algunos organismos, como las bacterias, los protozoos, algunas algas y las levaduras, que están constituidos por una célula que vive de forma independiente: son ORGANISMOS UNICELULARES. Su forma es muy variable y está adaptada a la vida del organismo. Por otro lado, están los ORGANISMOS PLURICELULARES, formados por millones de células que coordinan su actividad y se especializan en distintas funciones. En la mayoría de los organismos pluricelulares, las células se agrupan (teniendo en cuenta la función que realizan) en unas estructuras más complejas llamadas TEJIDOS que, a su vez, forman ÓRGANOS, que se organizan en APARATOS o SISTEMAS. El conjunto de aparatos o sistemas constituyen un ORGANISMO. Todos los organismos pluricelulares y algunos unicelulares (protozoos y algas microscópicas) presentan células eucariotas. -

TIPOS DE CÉLULAS EUCARIOTAS. Hay dos tipos: CÉLULA ANIMAL y CÉLULA VEGETAL

 DIFERENCIAS ENTRE CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL: Los animales y vegetales poseen células eucariotas, pero existen algunas diferencias entre ellas, las principales son:  La célula vegetal tiene una pared rígida, denominada PARED CELULAR, que envuelve la membrana plasmática. Esta pared mantiene la forma de la célula y le da resistencia.  Generalmente, las células vegetales tienen FORMA POLIÉDRICA, mientras que las células animales adoptan formas más diversas: estrelladas, esféricas, cúbicas…  Las células vegetales poseen unos orgánulos exclusivos, llamados CLOROPLASTOS (almacenan un pigmento verde, denominado clorofila, en ellos se elabora la materia orgánica), que se encargan de realizar la fotosíntesis.  El núcleo de las células vegetales suele estar en un lateral, debido a la presencia de una VACUOLA (bolsa rodeada de una membrana donde se

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acumulan sustancias como pigmentos ) que ocupa gran parte de la célula. Las células animales también poseen vacuolas pero suelen ser más pequeñas. LOS ORGÁNULOS CELULARES.

9.2. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS. Todos los seres vivos tienen como característica común, su composición. La materia viva que forma todos los organismos vivos está compuesta por varios elementos químicos presentes en la naturaleza, que reciben el nombre de BIOELEMENTOS. De estos, el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S) son los más importantes, ya que constituyen más del 99% de la masa de los seres vivos.

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Estos elementos químicos se combinan formando BIOMOLÉCULAS o PRINCIPIOS INMEDIATOS, las cuales se organizan en otras moléculas mayores y se asocian en estructuras celulares. Las biomoléculas más importantes son:  BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS: ▪ GLÚCIDOS (AZÚCARES): Son los que proporcionan la energía al organismo (glucosa). ▪ LÍPIDOS O GRASAS: Constituyen sustancias de reserva. ▪ PROTEÍNAS: Forman los estructuras (músculos, cabellos, huesos...) y son las responsables de casi todo lo que pasa en el interior de los seres vivos. Existe un grupo de proteínas que son fundamentales ya que se encargan del funcionamiento de las células. Son las enzimas. ▪ ÁCIDOS NUCLEICOS: Moléculas muy grandes en forma de hélice que poseen toda la información necesaria para controlar todas las actividades de la célula. Son las responsables de la herencia. La más conocida es el ADN (Ácido desoxirribonucleico).  BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS Todos los seres vivos están formados, además, por AGUA y SALES MINERALES, moléculas inorgánicas que también pueden encontrarse en la naturaleza. Las moléculas orgánicas e inorgánicas se agrupan constituyendo estructuras más complejas, las células. 9.3. FUNCIONES VITALES DE LOS SERES VIVOS Todo ser vivo se caracteriza por llevar a cabo las tres funciones vitales:  Nutrición: Consiste en incorporar materia y energía del medio y transformarla para mantener la actividad vital (crecer, reproducirse, sustituir estructuras dañadas...).  Relación: Capacidad para detectar cambios en el medio externo, que pudieran afectar a su medio interno, y responder a ellos.  Reproducción: Capacidad de generar seres semejantes a sí mismos, a los que transmiten unas características determinadas. FUNCIÓN DE NUTRICIÓN. -La nutrición es el conjunto de procesos mediante los cuales los organismos adquieren y transforman la materia y la energía del exterior. Mediante ella, la célula:  Forma nuevas estructuras.  Repone los materiales gastados.  Obtiene energía para realizar las actividades vitales. ▪ En la nutrición se pueden distinguir las siguientes fases:  Incorporación de sustancias.  Digestión de sustancias.  Utilización de sustancias (Metabolismo).  Eliminación de residuos.  Hay dos tipos de nutrición: A) NUTRICIÓN AUTÓTROFA: La presentan las

células capaces de fabricar su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas sencillas y destruirla en la misma célula para obtener energía. La presentan las CÉLULAS VEGETALES y se realiza en los cloroplastos. Además también la realizan las algas verdes y algunas bacterias. La reacción que tiene lugar durante este proceso es la siguiente: FOTOSÍNTESIS:

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LUZ SOLAR 6CO2 + 6H2O

C6H12O6 + 6O2 CLOROFILA La fotosíntesis es el proceso que mantiene los niveles de oxígeno de la atmósfera B) NUTRICIÓN HETERÓTROFA: La presentan las células que necesitan incorporar del medio, a través de la membrana plasmática, la materia orgánica ya elaborada por otros organismos, ya que son incapaces de fabricarla por sí mismas. Son heterótrofas las células de los animales, de los hongos, de los protozoos y de muchas bacterias. FUNCIÓN DE RELACIÓN.-Los seres vivos necesitan relacionarse con el medio que los rodea. Las células, como todos los seres vivos, necesitan estar informadas de lo que ocurre en su medio para poder adaptarse y responder de forma adecuada a las variaciones que se produzcan. Mediante la función de relación las células reciben estímulos del medio y responden a ellos. FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN.-La reproducción es la función que permite a los seres vivos dejar copias de sí mismos, tener descendientes que impidan que su especie se extinga y desaparezca. Hay dos formas de reproducirse:  REPRODUCCIÓN ASEXUAL: Interviene un solo individuo o progenitor, a partir del cual se forman nuevos individuos idénticos a él. La presentan las algas, los protozoos, los hongos y algunas plantas y animales. Se caracteriza porque:  Los descendientes son exactamente iguales a su progenitor ya que proceden de un solo individuo.  Este tipo de reproducción produce muchos individuos en poco tiempo.

REPRODUCCIÓN SEXUAL: Generalmente intervienen dos progenitores: un macho y una hembra. Se producen individuos con caracteres de ambos progenitores. La presentan los organismos pluricelulares. Se caracteriza porque:  Los individuos resultantes son parecidos a los progenitores pero nunca exactamente iguales a ellos.  El número de individuos resultantes es menor que en la reproducción asexual y el tiempo que tardan en producirse el parto es generalmente mayor. En la reproducción sexual intervienen dos células especializadas llamadas GAMETOS, cuya unión origina una nueva célula llamada ZIGOTO. (FECUNDACIÓN). Después por sucesivas divisiones (DESARROLLO EMBRIONARIO) se origina un nuevo individuo con una mezcla de las características de ambos. En este tipo de reproducción 

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no interviene todo el organismo sino solamente una parte llamada aparato reproductor. En algunos animales el embrión se transforma en larva y ésta, en adulto, mediante la metamorfosis (mariposas, ranas).  INCONVENIENTES Y VENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL. La reproducción asexual presenta el inconveniente de que los descendientes son iguales entre sí a sus progenitores; es decir, forman un clon, por lo que cualquier cambio ambiental negativo puede provocar la muerte de todos ellos. En cambio, la principal ventaja que ofrece es que puede llevarse a cabo sin la participación de otro organismo. Sólo son necesarias unas condiciones ambientales adecuadas y abundancia de alimento. Además, el proceso suele ser rápido, y efectivo, a partir de un solo individuo se pueden producir numerosos descendientes, aumentando el tamaño de la población de forma considerable en poco tiempo.  INCONVENIENTES Y VENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL. Entre otros inconvenientes de la reproducción sexual cabe citar:  El proceso depende del azar, ya que los gametos de sexo opuesto deben encontrarse para que se realice la fecundación.  Para favorecer el encuentro de los gametos, estos han de producirse en gran cantidad, lo que supone un elevado coste energético.  Al menos uno de los gametos ha de ser móvil para poder encontrarse.  Se requiere un medio acuático para que tenga lugar la fecundación de los gametos, esto ha condicionado el desarrollo de diferentes adaptaciones en los animales terrestres. A pesar de todas estas dificultades, la reproducción sexual presenta una gran ventaja: se forman descendientes con mezcla de caracteres de ambos progenitores, lo que da lugar a una rica DIVERSIDAD de individuos. De esta forma, ante cambios de las condiciones ambientales existe una mayor probabilidad de que algunos individuos puedan soportarlos y sean capaces de sobrevivir para perpetuar la especie. 9.4. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO CELULAR Independientemente de cómo hayan obtenido las células la materia orgánica, ésta debe degradarse en otros compuestos más sencillos, para liberar la energía almacenada y que ésta pueda ser utilizada. La respiración celular es la degradación total (mediante oxidación) de ciertas sustancias orgánicas, hasta materia inorgánica, para liberar energía. Las células, tanto autótrofas como heterótrofas, utilizan el proceso de la respiración celular para degradar las sustancias orgánicas, ricas en energía, como la GLUCOSA, en compuestos inorgánicos más sencillos, pobres en energía, como el dióxido de carbono y el agua.

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La ecuación global esquemática de LA RESPIRACIÓN es: Glucosa + O2

CO2 + H2O +Energía química

El proceso de la respiración celular tiene lugar en las MITOCONDRIAS, orgánulo presente en todas las células eucariotas.

ACTIVIDADES 1. Completa el siguiente fragmento con las palabras siguientes: Alimento – continúe – especies – millones – oxígeno – proporcionan – respirar – ser es – vivos – ser Las plantas son ______________vivos capaces de fabricar su propio __________. Gracias a ellas, los demás seres ________________ pueden alimentarse y__________________. Aunque hay muchísimas _______________vegetales, el _______________humano sólo utiliza unas pocas, que le _________________alimento, madera, abrigo, perfumes, medicinas o materiales diversos. Todos los vegetales que han vivido desde hace ________________de años han suministrado el ______________suficiente para que la vida ________________en el planeta. 2. Las plantas son capaces de realizar la fotosíntesis, fabricando su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica. ¿Qué nombre recibe por ello este tipo de nutrición? Nutrición heterótrofa - Nutrición omnívora – Autonutrición - Nutrición autótrofa 3. ¿Cuáles de las siguientes características son comunes a todos los seres vivos? Señala con una x - Tienen plumas, escamas o pelos - Están constituidos por células crecer y desarrollarse) - Hacen la fotosíntesis Se reproducen viven

- Se mueven - Son verdes - Se nutren (toman materia para - Están formados por la misma materia - Se relacionan con el medio en que

4. Completa el siguiente fragmento con las palabras siguientes: Alrededor – células – capacidad – funciones vitales – grasas – intercambio – medio – mismo – nuevos – reproducción – responder – seres. Un ser vivo realiza tres _______________: Nutrición, Relación y _____________.Nutrición: es el _____________de materia y energía con el ______________que rodea al ser vivo.

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Relación: es la _______________que tenemos los seres vivos de _____________a lo que ocurre a nuestro________________. Reproducción: los _________________vivos somos capaces de engendrar __________________seres semejantes a nosotros mismos. Además, los seres vivos estamos formados por el _________________tipo de materia (proteínas, ________________, azúcares...) y estamos constituidos por __________________. 5. ¿Qué diferencia existe entre materia orgánica e inorgánica? Pon ejemplos. 6. Tu cuerpo es materia porque pesa y ocupa un lugar en el espacio. Pero... ¿tu cuerpo está hecho de átomos? a. No está hecho de átomos, sino de células. b. No, porque sólo lo que no tiene vida está formado por átomos. c. Sí. Está formado, por átomos, moléculas, células, órganos... 7. Completa el siguiente fragmento con las palabras siguientes: Átomos – calcio – carbono – hidrógeno – materia – agua – nitrógeno – oxígeno – ser – ser vivo – unidos. Nuestro cuerpo, o el de cualquier _____________, está hecho de ______________(y por lo tanto de átomos). Tenemos algo más de 80 elementos químicos en nuestro cuerpo: carbono, __________________, hierro... Sin embargo, sólo 4 elementos son mayoritarios en un ____________________vivo: el___________________, __________________, ____________________ y ___________________. Pero estos elementos no están sueltos, sino que están _________________unos con otros. Por ejemplo, dos __________________de hidrógeno se unen con uno de oxígeno y forman una molécula de ________________________. 8. Completa el siguiente párrafo con las palabras siguientes: Bioelementos – eucariota – principios inmediatos – bacterias – células – microscópicas – procariota – seres – vivos – células – eucariotas Todos los seres ___________estamos formados por distintos tipos de átomos o elementos químicos llamados ________________. Estos se unen y forman ___________________________________________________. Todos los ________________vivos estamos formados por estas unidades de vida ____________________ llamadas ________________. Hay dos tipos de células: la _______________, más sencilla y primitiva, y la ____________, más compleja y evolucionada. Están formadas por ______________ procariotas las ________________, mientras que los demás seres vivos, como el ser humano, estamos formados por células _________________. 9. Completa el siguiente párrafo con las palabras siguientes: Agua – alimentarse – animales – autótrofa – carbono – fotosíntesis – nutrición – otros – seres.

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Según la forma de nutrirse, los _____________vivos se clasifican en autótrofos y heterótrofos. La ______________que realizan las plantas hace posible que estas se nutran con moléculas sencillas como _______________ y dióxido de _______________. Por eso se dice que las plantas tienen una nutrición ______________. En cambio, los ___________________ y otros seres como los hongos tienen una ___________________ heterótrofa, lo que significa que necesitan _________________de moléculas orgánicas que han fabricado ________________ seres vivos. 10. Completa el siguiente párrafo con las palabras siguientes: Absorbe – agua – alimento – expulsa – hojas – lumínica – oxígeno proceso – raíz – sales – tallo. La raíz absorbe del suelo el _____________________ y las __________________ minerales (que forman la savia bruta), que sube por el ________________hasta las hojas. Las ________________captan la energía ______________del Sol y producen alimento gracias a un ________________ llamado fotosíntesis. Parte de este alimento viaja hacia la _________________ y otras partes en un jugo llamado savia elaborada. Para realizar la fotosíntesis, la hoja ________________dióxido de carbono del aire y ___________________oxígeno. Sin las plantas no habría _____________________en el aire para respirar ni _______________para otros seres vivos como nosotros 11. Para saber si una célula es animal o vegetal, ¿qué orgánulo tratarías de localizar? 12. ¿Cuál de las siguientes reacciones corresponde a la fotosíntesis? a. b. c. d. e.

agua + luz da lugar a materia orgánica + oxígeno + dióxido de carbono. dióxido de carbono + agua + luz da lugar a materia orgánica + oxígeno. materia orgánica + oxígeno + luz da lugar a dióxido de carbono + agua. materia orgánica + oxígeno da lugar a dióxido de carbono + agua + luz. dióxido de carbono + oxígeno + luz da lugar a materia orgánica.

13. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones no forma parte de la Teoría celular? a. Todos los seres vivos están formados por células. b. Las células son las formas más pequeñas de vida. c. Las células se reproducen al crearse nuevas células cuando hay suficientes cantidad de alimento. 14. Indica a qué función celular se refiere en cada caso: a. Intercambio de materia y energía entre una célula y el medio que la rodea. b. Capacidad que tiene una célula para originar nuevas células. c. Capacidad que tiene una célula para responder a lo que ocurre a su alrededor. 15. Completa las frases con alguna de las siguientes palabras: células – descubierto – el pasado – instrumento – la actualidad – microscopio – nosotros – observación – potentes – unidades – ADN – aumento – citoplasma – disueltas – electrónico – membrana – núcleo – orgánulos.

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En ______________ sabemos que todos los seres vivos, incluidos ____________, estamos formados por unas pequeñas __________ vivas a las que damos el nombre de ____________. Pero esto no se sabía en ____________. Para descubrir las células primero se inventó un ______________ de observación adecuado: el ______________. Desde la primera ________________ de células en el siglo XVII, se han _______________muchas cosas de la célula gracias a la fabricación de microscopios cada vez más _______________, hasta llegar al microscopio electrónico. Gracias a la invención, en el siglo XX, del microscopio con más capacidad de _____________ y resolución, el microscopio _________________, se pudo ver cómo una célula es muy compleja por dentro. El límite exterior de toda célula es una fina ________________ celular. En el interior está el_______________, que se compone en su mayor parte de agua, en la que hay ______________ diversas sales. Flotando en este líquido hay varios tipos de compartimentos o estructuras llamadas ______________ (son como "pequeños órganos" que tienen las células, y que desempeñan diversas funciones). También hay en la mayoría de las células un __________________ más o menos en el centro, y que lleva el material genético o __________ (ácido desoxirribonucleico).

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UD 10.-LA FUNCIÓN DE NUTRICIÓN EN EL SER HUMANO

10.1. La función de nutrición 10.2. El aparato digestivo 10.3. El aparato respiratorio 10.4. El aparato circulatorio 10.5. El aparato excretor 10.6. Actividades 10.1. LA FUNCIÓN DE NUTRICIÓN No hay que confundir alimentación con nutrición, ya que nutrición se da a nivel celular y la alimentación es la acción de ingerir un alimento. La nutrición se puede dividir en autótrofa y heterótrofa. a) Autótrofa: La realizan aquellos organismos que sintetizan nutrientes, es decir, que fabrican compuestos orgánicos a partir de materia inorgánica. Ej. plantas verdes, algas y muchas bacterias. b) Heterótrofa: La realizan los animales y las plantas no verdes tomando sustancias orgánicas, es decir hidratos de carbono, proteínas y grasas de otros seres. La nutrición es el conjunto de procesos mediante el cual el organismo incorpora la materia y la energía que contienen los alimentos y el oxígeno del aire, que necesita cada una de las células del cuerpo para realizar el METABOLISMO (conjunto de reacciones químicas de las células). Para llevar a cabo esta incorporación es necesario el trabajo coordinado de los siguientes aparatos: digestivo, respiratorio, circulatorio y el excretor. En el siguiente cuadro se expresa cada una de las fases del proceso de la NUTRICIÓN, y el aparato encargado de realizarlo. Fase del proceso de nutrición. Se encarga de la entrada de los alimentos y de su transformación en sustancias más simples llamadas nutrientes, que pueden entrar en las células. También se ocupa de la eliminación de los restos no digeribles. Se encarga de captar el oxígeno y eliminar el exceso de dióxido de carbono. - Transporte y distribución de los nutrientes y del oxígeno a todas las células del cuerpo. - Recogida de las sustancias tóxicas que se producen en las células y transporte a los órganos encargados de su eliminación. Se encarga de expulsar al exterior las sustancias perjudiciales o inútiles que hay en la sangre

Aparato que lo realiza. DIGESTIVO

RESPIRATORIO

CIRCULATORIO

EXCRETOR

10.2. EL APARATO DIGESTIVO

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 Principales funciones: 1. Ingerir, desmenuzar y transportar los alimentos. 2. Reducir los alimentos a sustancias más simples (nutrientes). (La digestión es la transformación de los alimentos hasta convertirlos en sustancias más simples. Este proceso se inicia en la boca y termina en el intestino delgado). 3. Absorber las moléculas simples y pasarlas a la sangre, para que ésta las distribuya a todos los tejidos del cuerpo. (ABSORCIÓN: paso de los nutrientes y el agua desde el intestino delgado a la circulación sanguínea). 4. Eliminar los restos que no son digeribles (Los restos de alimentos que no han sido absorbidos forman las heces y se eliminan por el ano).  Partes del aparato digestivo. Está formado por el tubo digestivo y las glándulas anexas. ► El tubo digestivo es un conducto, de unos diez metros de largo, que comprende la boca, la faringe, el esófago, el estómago, el intestino delgado, el intestino grueso y el ano. ● Boca. Los alimentos se ingieren por la boca y es allí donde comienza la digestión mecánica y química. En ella vierten las glándulas salivales y se encuentran los dientes y la lengua. La lengua es un órgano musculoso que mueve el alimento y lo mezcla con la saliva. La lengua está recubierta por unas 10000 papilas gustativas, que se agrupan en áreas

sensibles a los sabores dulces, agrios, salados y amargos.

Los dientes son unas piezas duras que cortan y trituran el alimento sólido. Los dientes definitivos del adulto son 32 piezas. Hay 8 dientes incisivos (para cortar), 4 caninos (para desgarrar), 8 premolares y 12 molares (para triturar). -Las glándulas salivares producen la saliva, (unos dos litros diarios) que, cuando masticamos, se va mezclando con los alimentos.

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● La faringe. Es una cavidad común al sistema digestivo y al respiratorio. Por ella pasan los alimentos desde la boca hacia el esófago y el aire desde la nariz o la boca hacia la laringe. En su parte inferior hay una repliegue llamada epiglotis, que se cierra sobre el conducto respiratorio para evitar que el alimento lo obstruya. ● Esófago. Tubo musculoso que comunica la faringe con el estómago. Sus paredes realizan movimientos peristálticos que permiten que el alimento avance hacia el estómago. ● Estómago. El estómago es un ensanchamiento del tubo digestivo con forma de J. Su capacidad es de unos 2 litros aproximadamente. Las paredes del estómago son muy musculosas y su elasticidad le permite ensancharse cuando tiene que almacenar una gran cantidad de alimento. La entrada del bolo alimenticio desde el esófago se realiza a través de una válvula, el cardias. Otra válvula, el píloro, da paso al intestino delgado. El cardias y el píloro son esfínteres musculosos. El cardias se abre para permitir la entrada de los alimentos desde el esófago al estómago, y se cierra para impedir que retrocedan. A la salida del estómago, el píloro se abre y se cierra cada cierto tiempo para dejar que los alimentos vayan pasando al intestino. La mucosa del estómago contiene millones de glándulas gástricas que segregan los jugos gástricos (sustancias químicas que participan activamente en el proceso de la digestión).

● Intestino delgado. Largo tubo de unos 6 metros que se encuentra plegado en la cavidad abdominal y en cuyo interior se produce la absorción de nutrientes a través de unos salientes en forma de dedos llamadas vellosidades intestinales que aumentan la superficie de absorción. Se divide en tres tramos, llamados: duodeno, yeyuno e íleon. El duodeno es el tramo más cercano al estómago, el yeyuno es el tramo medio y el íleon es el tramo final, por lo tanto el más cercano al intestino grueso. ● Intestino grueso. El intestino grueso se subdivide en: - Ciego. Tiene forma de bolsa y en su extremo se encuentra el apéndice. - Colon. Tiene forma de U invertida se divide en ascendente, transverso y descendente. - Recto. Comunica con el exterior por medio del ano.

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►Las glándulas anexas desembocan en los diferentes tramos del

tubo digestivo y son: Glándulas salivares. Producen la saliva. Hay tres pares (parótidas, submaxilares y sublinguales). Digieren el almidón de los alimentos.  Páncreas. Se encuentra en la parte izquierda del cuerpo debajo del estómago. El páncreas produce el jugo pancreático que vierte al duodeno.  Hígado. Es la glándula más grande del cuerpo. Está a la derecha del cuerpo, al lado del estómago. Produce la bilis que se almacena en la vesícula biliar y se vierte al duodeno. La bilis ayuda a disolver las grasas. 

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10.3. APARATO RESPIRATORIO Toma el oxígeno necesario para la vida celular y expulsa el dióxido de carbono que lleva la sangre tras realizar la respiración. Está formado por los pulmones y las vías respiratorias. Los pulmones están constituidos por una masa esponjosa formada por los bronquiolos y los alvéolos pulmonares, cercados por capilares sanguíneos, que es donde se produce el intercambio de gases. Cada uno de los pulmones se encuentra rodeado por una fina doble membrana llamada pleura, que contiene el líquido pleural. Las vías respiratorias empiezan en las fosas nasales, que se abren al exterior por los orificios nasales, que es el lugar de entrada del aire. Aunque también podemos respirar por la boca, es recomendable hacerlo por la nariz, ya que el aire que entra por ésta se humedece, se limpia de impurezas y se calienta. A continuación, tras atravesar la faringe, que es un tramo común con el aparato digestivo, el aire pasa por la laringe, que es donde se localizan las cuerdas vocales, y llega a la tráquea. Ésta se bifurca en dos grandes ramas, que son los bronquios (conductos por los que penetra el aire en los pulmones), los cuales se subdividen a su vez en ramificaciones llamadas bronquiolos, que terminan en unas bolsas, denominadas alvéolos pulmonares. Estos están rodeados de capilares que tienen una importantísima función en el proceso de la respiración.

APARATO RESPIRATORIO

FOSAS NASALES FARINGE EPIGLOTIS LARINGE

TRAQUEA BRONQUIO

ALVÉOLO BRONQUIOLO

MÚSCULOS INTERCOSTALES PULMÓN IZQUIERDO

PULMÓN DERECHO

DIAFRAGMA

FUNCIONAMIENTO DEL APARATO RESPIRATORIO.El mecanismo respiratorio de la ventilación pulmonar se produce de forma cíclica en dos tiempos: inspiración y espiración.

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En la inspiración, el aire exterior que entra por la nariz hace todo el recorrido hasta llegar a los pulmones. El intercambio gaseoso se realiza en los alvéolos pulmonares, cuando el oxígeno del aire inspirado pasa al interior de los capilares que rodean a los alvéolos, y es transportado por los glóbulos rojos de la sangre a todas las células del cuerpo. Durante la espiración expulsamos al exterior el aire cargado de dióxido de carbono; éste aire realiza el recorrido inverso al de la inspiración. El dióxido de carbono procede de las reacciones del metabolismo celular, y se transporta disuelto en la sangre hasta llegar a los pulmones, pasando por los capilares al interior de los alvéolos, que como ya sabemos, es donde se realiza el intercambio gaseoso. Pero estos procesos de inspiración-espiración, son posibles gracias al diafragma y los músculos costales. El diafragma es un músculo abovedado que separa las cavidades torácica y abdominal. Cuando el diafragma sube, comprime la caja torácica, expulsando el aire de los pulmones y dando lugar a la espiración. Cuando baja, aumenta el volumen de la caja torácica y ésta se llena de aire, teniendo lugar la inspiración. La capacidad máxima de aire que pueden contener los pulmones es de 5 litros, pero en una inspiración realizada sin esfuerzo se suele incorporar medio litro. A lo largo de 1 minuto, una persona adulta puede realizar alrededor de 15 inspiraciones de forma involuntaria.

RESPIRACIÓN

Entra aire

Sale aire

El aparato respiratorio realiza el INTERCAMBIO DE GASES. El aire cargado de oxígeno entra por las fosas nasales que lo calienta, humedece y limpia de partículas. Continúa por la faringe y la laringe hacia la tráquea. De la tráquea pasa a los bronquios y de estos a los bronquiolos, para terminar en los alvéolos pulmonares, que se encuentran rodeados de capilares sanguíneos. El intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono) entre el medio interno y el externo tiene lugar en los alvéolos pulmonares. Se realiza por difusión desde el lugar de mayor concentración al de menor. El oxígeno pasa de los alvéolos a los capilares sanguíneos y el dióxido de carbono en sentido inverso. La sangre cargada

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de oxígeno, reparte este gas a las células del organismo y recoge el dióxido de carbono, para llevarlo a los pulmones.

10.4. APARATO CIRCULATORIO El aparato circulatorio distribuye nutrientes y oxígeno por todas las células del cuerpo y recoge los residuos y el dióxido de carbono llevándolos a los órganos excretores Es por tanto, el sistema de transporte de nuestro organismo. El medio de transporte es la sangre (líquido viscoso de sabor salado y color rojo que recorre el interior de los conductos de aparato circulatorio). El aparato circulatorio en el ser humano es un sistema cerrado, compuesto por el corazón, y por los vasos sanguíneos. EL CORAZÓN: es la válvula impulsora. Anatómicamente está formado por cuatro cavidades, dos aurículas, situadas en la parte superior, y dos ventrículos, situados en la parte inferior. Las dos mitades del corazón no se comunican entre sí. La aurícula y el ventrículo del mismo lado se comunican entre sí mediante orificios provistos de válvulas. La válvula derecha se llama tricúspide, y la izquierda, mitral. LOS VASOS SANGUÍNEOS. Conductos por los que circula la sangre. Son: arterias, venas y capilares.  Las ARTERIAS son los vasos que salen del corazón y llevan la sangre a todas las células.  Los CAPILARES son ramificaciones de las arterias que llegan a todos los órganos, que mediante otras ramificaciones, convergen dando lugar a las venas.  Las VENAS son los vasos que llevan la sangre, de vuelta al corazón.

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VASOS SANGUÍNEOS

 El líquido que circula por el aparato es la SANGRE, que está compuesta por el plasma (líquido con numerosas sustancias disueltas) y las células sanguíneas (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas). Los Glóbulos Rojos o Hematíes su función es transportar el oxigeno desde los pulmones a las células. Los Glóbulos Blancos o Leucocitos Su función es proteger el organismo de infecciones producidas por gérmenes. Las Plaquetas su función es taponar las heridas y evitar hemorragias. FUNCIONAMIENTO DEL APARATO CIRCULATORIO Existen dos circuitos circulatorios: La CIRCULACIÓN MENOR O PULMONAR, en la que la sangre venosa, pobre en oxígeno, entra en los pulmones para su oxigenación y la CIRCULACIÓN MAYOR O GENERAL, donde la sangre arterial, rica en oxígeno, es enviada desde el corazón a todo el organismo, para que las células de los tejidos se oxigenen.

La circulación es cerrada (discurre siempre por el interior de los vasos sanguíneos), doble (la sangre pasa, en cada vuelta, dos veces por el corazón, hay dos circuitos) y completa (la sangre arterial nunca se mezcla con la venosa). La circulación sanguínea está regida por el latido cardiaco, que consta de tres fases:  Sístole auricular: contracción simultánea de las dos aurículas.  Sístole ventricular: contracción simultánea de los dos ventrículos.  Diástole general: estado de reposo general del corazón.

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FASES DEL LATIDO CARDIACO

EL SISTEMA LINFÁTICO. Se encarga de recoger el exceso de líquido que circula entre las células (líquido intersticial) para devolverlo a la sangre. También recoge en el intestino los productos resultantes de la digestión de las grasas. El sistema linfático está constituido por ganglios linfáticos y vasos linfáticos por los que circula un líquido llamado LINFA. Los capilares linfáticos se unen formando conductos cada vez de mayor diámetro llamados venas linfáticas que desembocan en las venas subclavias. En los ganglios linfáticos se forman LINFOCITOS que son responsables de la respuesta inmunitaria. Los tejidos linfoides del sistema linfático son el bazo, el timo y la médula ósea. El bazo tiene la función del filtrar la sangre y limpiarla de formas celulares alteradas y junto con el timo y la médula ósea, cumplen la función de madurar a los linfocitos.

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10.5. EL PARATO EXCRETOR URINARIO Elimina del organismo todas las sustancias tóxicas que produce la célula en su funcionamiento. El aparato urinario, es el conjunto de órganos que producen y excretan orina. Los dos riñones filtran la sangre apartando las sustancias tóxicas que serán eliminadas con la orina. Estos residuos forman parte de la orina que pasa por los URÉTERES hasta la VEJIGA donde se almacenan. La orina pasa por un conducto denominado URETRA hasta el exterior del organismo. Es un tubo que parte de la zona inferior de la vejiga y posee en su comienzo dos esfínteres o válvulas musculares que controlan el paso de la orina. La uretra es diferente en cada sexo, ya que en el varón interviene en la función reproductora. La uretra masculina mide unos 20 cm y expulsa la orina y el semen mientras que la femenina mide unos 4 cm y es un conducto exclusivamente urinario. Transformados los alimentos por el aparato digestivo, intercambiados los gases O2 por CO2 en el aparato respiratorio, repartidos gases y nutrientes y recogidos los desechos por el aparato circulatorio; necesitamos eliminar al exterior los desechos de la nutrición. Se encarga el aparato excretor. A. En los riñones se realiza la FORMACIÓN DE LA ORINA.- La sangre sale del riñón mediante la vena renal. Ya no contiene urea ni ácido úrico, pero todavía tiene dióxido de carbono. Por ello pasa a la vena cava y de ahí al corazón para dirigirse finalmente a los pulmones.

La orina es un líquido amarillento cuya función principal es eliminar las sustancias tóxicas o de desecho producidas durante el metabolismo. Algunas de estas sustancias, como el nitrógeno producido por el metabolismo de las proteínas, serían muy peligrosas si se acumulasen en el organismo. Por tanto, el nitrógeno que ha de ser eliminado forma, con el ácido úrico, la principal sustancia de desecho que compone la orina: la urea. Pero la orina se compone en su mayor parte de agua y, además de urea, contiene diversas sales. A través de la orina también se eliminan, por ejemplo, los residuos de los medicamentos que tomamos cuando estamos enfermos. Se elimina un promedio de 1,5 litros al día de orina. COMPOSICIÓN DE LA ORINA Agua.........................................95% Sales minerales..........................2% Urea y ácido úrico..................... 3%

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10.6. ACTIVIDADES 1. Une con flechas cada aparato con su función: Digestivo. Respiratorio. Circulatorio. sangre. Excretor.

Aportar oxígeno y eliminar dióxido de carbono. Digerir los alimentos. Eliminar las sustancias de desecho que transporta la

Boca Faringe Esófago Estómago Int. delgado Int. grueso

Última porción del tubo digestivo. Tubo de unos seis metros de longitud. Cavidad de entrada de los alimentos al tubo digestivo. Conducto común al aparato digestivo y al respiratorio. Ensanchamiento del tubo digestivo. Tubo musculoso que comunica la faringe con el estómago.

. Transportar el oxígeno y las sustancias aprovechables de los alimentos. 2. Une con flechas las partes del tubo digestivo con su descripción:

3. Completa el dibujo siguiente con las palabras que tienes a continuación: boca,

faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso, páncreas.

4. Completa las frases:

Las glándulas salivares segregan ___________ y la vierten en la ____________. El hígado segrega ___________ que se almacena en la ____________________ y se vierte en el __________________________. El páncreas segrega ___________ que se vierte en el _____________________ 5. Une cada una de las partes del aparato respiratorio con su definición: Fosas nasales. Faringe. Laringe. Tráquea.

Tubo que recorre el cuello y conduce el aire hasta los pulmones Son dos cavidades por las que entra el aire. Es un tubo corto, en cuyo interior están las cuerdas vocales. Son dos órganos esponjosos. En su interior se realiza el intercambio de gases con la sangre

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Bronquios. Pulmones.

Son dos conductos que penetran en los pulmones. Se ramifica en bronquiolos y alvéolos pulmonares. Conducto musculoso y elástico. Conduce el aire a la laringe

6. Completa el dibujo siguiente con las palabras que tienes a continuación: fosas nasales, faringe, laringe, traquea, bronquios, pulmones.

7. Señala cuál es la definición de inspiración y cuál de espiración. - Entrada de aire en los pulmones. __________ - Salida de aire al exterior. __________ 8. Ordena las diferentes partes del aparato circulatorio mostrando el recorrido de una gota de sangre desde el ventrículo izquierdo hasta completar un circuito completo: VENTRÍCULO DERECHO – CAPILARES – VENAS PULMONARES – VENTRÍCULO IZQUIERDO (final) – ARTERIAS PULMONARES – AURÍCULA IZQUIERDA – ARTERIA AORTA – VENAS CAVAS – AURÍCULA DERECHA – VENTRÍCULO IZQUIERDO (inicio). 9. ¿Con sangre pobre o rica en O2?

Pobre en oxígeno Rica en oxígeno

La arteria aorta lleva sangre... En el ventrículo izquierdo hay sangre... La vena cava inferior lleva sangre... Las venas pulmonares llevan sangre... Las arterias pulmonares llevan sangre... La mitad derecha del corazón tiene sangre... En el ventrículo derecho hay sangre...

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10. Pon flechas en el dibujo para indicar el sentido de la circulación de la sangre.

11.

Completa los huecos utilizando las palabras del recuadro. 450 gramos … arterias….aurícula …. blancos … células …capilares …circuito cerrado … circulación… corazón…diástole … distribuidas …intestino … latidos… llevar .. miocardio ….oxígeno … oxigenar… pera .. plasma … puño… sístole … sangre… vasos sanguíneos … venas …ventrículo El aparato circulatorio es el encargado del transporte de la _________________ a todas las partes del cuerpo. Este movimiento de la sangre, impulsado por el ____________________, se denomina________________. La sangre es un líquido rojo que recoge el _________________ de los pulmones y los nutrientes del __________________ para distribuirlos entre todas las ___________________ de nuestro cuerpo. El corazón es un órgano hueco, del tamaño del ____________ y forma de _______________, mide 12,5 centímetros de longitud y pesa aproximadamente __________________. Está formado por un músculo hueco llamado _______________. Como una bomba, el corazón impulsa la sangre por todo el organismo. El corazón late unas setenta veces por minuto y bombea todos los días unos 10.000 litros de sangre. El corazón está dividido en dos mitades que no se comunican. Cada una tiene una _______________ y un _________________. El corazón se contrae y relaja (movimientos de __________________ y ____________________) para impulsar la sangre por los ______________. Los golpes que se producen en la contracción de los ventrículos originan los _______________________, que en el hombre oscilan entre 70 y 80 por minuto. La sangre circula por un ________________ formado por ________________, ________________ y ___________________ siguiendo un doble circuito: circulación menor, cuya función es _________________ la sangre, y mayor cuya función es _______________ el oxígeno y los nutrientes por todo el cuerpo. La sangre está compuesta por el ________________, líquido en el que flotan los glóbulos rojos, glóbulos ______________, plaquetas y otras sustancias como sales minerales, hormonas, azúcar, grasas, etc. que deben ser _____________________ por todo el cuerpo.

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12.

Pon las siguientes palabras donde corresponda: anemia, déficit, defecto, hematíes, hemoglobina, las células, los alvéolos pulmonares, organismo. Los _____________tienen un pigmento rojizo llamado ______________que les sirve para transportar el oxígeno desde ____________hasta __________________. Una insuficiente fabricación de hemoglobina o de glóbulos rojos por parte del ___________, da lugar a una enfermedad llamada ____________, de causas variables, pues puede deberse a un _______________nutricional, a un _____________genético o a diversas causas más.

13. ¿Qué nombre reciben las estructuras encargadas de filtrar la sangre del organismo? 14. ¿Qué órgano tienen en común el aparto urinario y el reproductor masculino? 15. ¿Qué función desempeñan los uréteres? 16. ¿Qué diferencia hay entre defecar y excretar? ¿Qué aparatos realizan cada una de estas dos funciones? 17. Completa la siguiente tabla explicando brevemente la función de cada una de las partes del aparato urinario: Partes del aparato urinario Función Riñones Uréteres Vejiga de la orina Uretra 18. Pon las siguientes palabras donde corresponda: nefrona, excreción, uretra, vejiga. Cavidad donde se acumula la orina que llega a través de los uréteres ______________________________ Conducto de salida de la orina al exterior _______________________ Proceso mediante el cual se eliminan las sustancias de desecho procedentes de las células.______________________________________ Unidad funcional del riñón ____________________________________ 19. ¿Es lo mismo excreción que micción? 20. Los pulmones son órganos que forman parte del aparato respiratorio, sin embargo, podemos considerarlos como órganos excretores también. ¿Por qué? 21. ¿Qué a. b. c.

es la urea?: El tubo que comunica la vejiga urinaria con el exterior. Una enfermedad renal. Uno de los residuos que expulsamos en la orina.

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22. Relaciona las dos columnas siguientes: FUNCIÓN DESCRIPCIÓN Hace que el riñón pueda eliminar los desechos, sin excluir los componentes REABSORCIÓN útiles de la sangre. CONDUCCIÓN Permite al organismo recuperar la mayor parte de los líquidos del primer filtrado. Se realiza en la cápsula de Bowman de la neurona, donde se filtra la sangre al FILTRACIÓN pasar a través del capilar. 23. El sudor tiene una función: a. Digestiva. b. Respiratoria. c. Termorreguladora. d. Eliminadora de dióxido de carbono. 24. Completa el siguiente texto con las palabras que aparecen en el recuadro. orina – células – excretores – uretra – orina – residuos – genital – uréteres – uretra – vejiga – conductos – diferencia – urinario – vía – vagina La excreción es la eliminación de los ____________tóxicos que producen las ____________de nuestro cuerpo. En este sentido, también los pulmones son, al igual que los dos riñones, importantes órganos _____________________, ya que eliminan un residuo: el dióxido de carbono. La sangre transporta otros residuos tóxicos distintos al CO2 hasta los riñones y éstos los concentran hasta formar un líquido al que llamamos ______________ . Esta pasa por los ________________ hasta la _________________, donde se almacena hasta la micción (orinar). Después de almacenarse en la vejiga, la orina pasa por un conducto denominado ______________ hasta el exterior del organismo. No hay más que una _____________ entre el aparato urinario femenino y masculino: la _____________ masculina es algo más larga y es, al mismo tiempo, una ___________ urinaria y una vía ________________(conduce _______________ y también esperma). En cambio, la uretra femenina es un conducto exclusivamente ________________________, siendo independiente de los ________________ genitales ( ______________________, útero y trompas de Falopio). 25. Los órganos que excretan algún tipo de sustancias son: a. b. c. d.

Pulmones, riñones, glándulas sudoríparas. Riñones, pulmones, glándulas sudoríparas, hígado. Riñones. Riñones, hígado.

26. Completa el siguiente dibujo sobre el aparato excretor:

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UD 11. LA FUNCIÓN DE RELACIÓN EN EL SER HUMANO

11.1. La función de relación 11.2. La percepción del entorno. Los sentidos 11.3. Relación del ser humano con el entorno: el sistema nervioso 11.4. Aparato locomotor. El sistema óseo, el sistema articular y el sistema muscular 11.5. Sistema endocrino y glándulas endocrinas 11.6. Actividades 11.1. LA FUNCIÓN DE RELACIÓN Mediante la función de relación respondemos a los cambios que ocurren en nuestro medio externo y en nuestro medio interno. En la respuesta frente a los cambios en el medio externo intervienen los órganos de los sentidos, el sistema nervioso y el aparato locomotor. Estos órganos, sistemas y aparatos realizan una serie de acciones que podemos agrupar en tres procesos:  La percepción nos permiten conocer el ambiente interno de nuestro propio cuerpo

y el ambiente externo en el que nos movemos.

 La coordinación consiste en centralizar todos los estímulos (factor externo o

interno capaz de provocar una reacción en una célula u organismo). captados por los receptores y emitir respuestas adecuadas a cada uno de ellos.  Las respuestas que ordena el centro coordinador, es decir, el sistema

nervioso, pueden ser de dos tipos: movimientos y secreciones. Los movimientos, realizados por el aparato locomotor, son respuestas rápidas, puntuales y breves. Las secreciones, realizadas por las glándulas, son respuestas lentas, sostenidas y duraderas. 11.2. LA PERCEPCIÓN DEL ENTORNO. LOS SENTIDOS EL SENTIDO DE LA VISTA.-El sentido de la vista es el que nos permite percibir sensaciones luminosas y captar el tamaño, la forma y el color de los objetos, así como la distancia a la que se encuentran. Los órganos receptores del sentido de la vista son los ojos. El ojo está formado por el globo ocular y los órganos anexos. El glóbulo ocular es una esfera de unos 2 cm de diámetro cuyas paredes están constituidas por:  Cristalino. Órgano elástico que permite enfocar las imágenes.  Esclerótica. Capa más externa, dura, que da forma al ojo  Coroides. Capa media. Contiene vasos sanguíneos, que nutren las células del ojo.  Retina. Capa más interna. Capa en la que se encuentran los dos tipos de fotorreceptores (conos y bastones).

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 Córnea. Zona transparente de la esclerótica.  Pupila. Orificio que regula la cantidad de luz que entra.  Humor acuoso. Situado entre la córnea y el cristalino. Mantiene la forma del globo ocular.  Humor vítreo. Entre el cristalino y la retina. Mantiene la forma del globo ocular.  Iris. Disco coloreado.  Punto ciego. Zona por donde salen los axones que forman el nervio óptico.  Nervio óptico. Lleva la información al cerebro.  Los órganos anejos protegen al ojo y permiten su movimiento. Son las cejas, los párpados, las pestañas, el aparato lacrimal y los músculos del ojo.

▪ FUNCIONAMIENTO Los rayos de luz entran al ojo por la pupila, que al contraerse y dilatarse regula la entrada de luz. Al atravesar la córnea y el cristalino, los rayos de luz se refractan y se aproximan. Los rayos de luz se juntan en la retina, donde se forma una imagen invertida y más pequeña que el objeto.

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EL SENTIDO DEL TACTO.- Se encuentra fundamentalmente en la piel. La piel es una cubierta flexible que está formada por tres capas:  La capa exterior se llama EPIDERMIS. La función de la epidermis es de protección  La DERMIS o capa intermedia, con un espesor variable. En ella se encuentran los receptores sensoriales (nos informan del frío, calor,...), las glándulas sudoríparas (fabrican sudor) y las glándulas sebáceas (fabrican la grasa para que la piel esté húmeda y sea elástica)  HIPODERMIS, está debajo de la dermis. Tiene grasa y su función es proteger del frío y de los golpes. EL SENTIDO DEL OLFATO.- Es la captación de moléculas químicas volátiles, que se desprenden de la materia y se encuentran en el aire y que el cerebro traduce en forma de olores. Los receptores están en la cavidad nasal. Las células olfativas se estimulan con los olores presentes en el aire y originan impulsos nerviosos que se dirigen por el nervio olfativo al cerebro, donde se producen sensaciones olorosas.

EL SENTIDO DEL GUSTO.- El sentido del gusto consiste en registrar el sabor e identificar determinadas sustancias solubles en la saliva por medio de algunas de sus cualidades químicas. El órgano receptor del gusto es la boca. - Sus órganos son los siguientes: papilas gustativas, lengua y paladar. - Hay cuatro sensaciones gustativas que pueden reconocerse con facilidad: dulce, amargo, ácido y salado. Cada una depende de corpúsculos gustativos diferentes, que se distribuyen en determinadas zonas de la lengua.

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EL OÍDO

ESTRUTURA DEL OIDO

11.3. RELACIÓN DEL SER HUMANO CON EL ENTORNO: EL SISTEMA NERVIOSO El sistema nervioso es el rector y coordinador de todas la funciones, conscientes e inconscientes del organismo. El Sistema Nervioso es un conjunto de células muy especializadas, encargadas de mantener la vida de cada individuo mediante el desempeño de una serie de funciones específicas.  Las funciones que desempeña nuestro Sistema Nervioso son las siguientes:  Transmitir impulsos nerviosos por nuestro organismo.  Interpretar estímulos y elaborar respuestas.  Controlar el funcionamiento de los órganos y sistemas vitales (latido cardíaco, ritmo respiratorio, digestión, etc.)  Llevar a cabo lo que llamamos las funciones superiores (la inteligencia, la capacidad de razonar y de aprender, la memoria, los sentimientos, etc)  En el sistema nervioso humano se pueden diferenciar dos partes relacionadas entre sí: el sistema nervioso cerebroespinal, los nervios (sistema nervioso periférico) y el sistema vegetativo o autónomo, (sistema nervioso central) ambos constituidos por unas células características llamadas NEURONAS. LAS NEURONAS.- Son la unidad funcional del sistema nervioso, por ellas pasan los impulsos nerviosos. Las neuronas están formadas por un cuerpo celular, y unas prolongaciones especializadas que pueden ser de dos tipos: - Dendritas. Son cortas, muy numerosas y ramificadas. - Axones. Son largas y presentan una pequeña ramificación en su extremo. Por lo general sólo hay un único axón en cada neurona. Según su función las neuronas se clasifican en:

Núcleo Axón Cuerpo Celular Dentritas 97

 Sensitivas: las que transmiten impulsos producidos por los receptores de los sentidos.  Motoras o efectoras: las que transmiten los impulsos que llevan las respuestas hacia los órganos encargados de realizarlas.  Intercalares o de asociación: unen entre sí neuronas de diferentes tipos. DIVISIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO. En nuestro Sistema Nervioso se pueden diferenciar tres partes: A. EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL (SNC).- Está constituido por el encéfalo y la médula espinal. Son los encargados de recibir e interpretar los estímulos que captan nuestros sentidos, así como de elaborar las respuestas que necesitamos en cada momento y de mantener nuestro funcionamiento orgánico.

 EL ENCÉFALO. El encéfalo controla a los demás órganos, nos permite tener memoria, aprender y, en nuestra especie, tener sentimientos. El encéfalo consta de varias partes:  El cerebro: Controla y regula el funcionamiento de los demás centros nerviosos, recibe las sensaciones y se elabora las respuestas conscientes a dichas situaciones. Es el órgano de las facultades intelectuales: atención, memoria, etc.  El cerebelo. Coordina los movimientos de los músculos al caminar.  El tálamo: Controla el sistema hormonal y nuestros instintos más básicos, como el hambre o la sed, los instintos sexuales, el sueño, e incluso los sentimientos.  El bulbo raquídeo: Regula el funcionamiento del corazón y de los músculos respiratorios, además de los movimientos de la masticación, la tos, el estornudo, el vómito, etc.  LA MÉDULA ESPINAL. La medula espinal es un cordón nervioso, blanco y cilíndrico encerrada dentro de la columna vertebral. Su función más importante es conducir, mediante los nervios de que está formada, la corriente nerviosa que

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conduce las sensaciones hasta el cerebro y los impulsos nerviosos que lleva las respuestas del cerebro a los músculos. B. SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO (SNP).- Consta de nervios y ganglios. Conecta los centros de control con los órganos receptores de estímulos y con los órganos motores. Según desde dónde arranquen, existen:  Nervios craneales. Los que salen del encéfalo.  Nervios raquídeos. Los que salen desde la médula espinal y recorren todo el cuerpo.  Los ganglios nerviosos. Son un conjunto de cuerpos neuronales que se encuentran intercalados en los nervios y actúan como centros menores de control de estímulos y respuestas. C. SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO O VEGETATIVO.- También está constituido por nervios y ganglios. Su principal característica es que es completamente involuntario e inconsciente, ya que su función es controlar el funcionamiento de nuestros órganos, junto con el bulbo raquídeo. Es un sistema doble:  SISTEMA SIMPÁTICO: Se encarga de activar al organismo, por lo que incrementa el gasto de energía y suele funcionar durante el día.  SISTEMA PARASIMPÁTICO: Produce los efectos contrarios al simpático, es decir, relaja el organismo, disminuye el consumo de energía y suele funcionar por la noche.

SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO O VEGETATIVO

Médula Espinal Cadena Ganglionar Simpática Ganglio Celiaco

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ACTOS NERVIOSOS.A. ACTOS VOLUNTARIOS. Los actos voluntarios son aquellos que decidimos llevar a cabo por propia voluntad. El órgano responsable de estos actos es el cerebro, que como ya hemos visto es el órgano más complejo del sistema nervioso central. B. ACTOS INVOLUNTARIOS.- Son aquellos que realizamos sin intervención de la corteza cerebral. Suelen estar controlados por centros de control secundarios, tales como la médula espinal y los ganglios. Dan lugar a lo que llamamos ACTOS REFLEJOS, producidos por muy pocas neuronas que funcionan formando un arco reflejo. 11.4. EL APARATO LOCOMOTOR.El aparato locomotor nos permite interactuar con el medio que nos rodea. Está constituido por tres componentes: el sistema óseo, el sistema articular y el sistema muscular. SISTEMA ÓSEO.- El esqueleto es el armazón del cuerpo humano y le sirve de sostén. Está formado por 206 huesos y los tejidos conjuntivos que los mantienen unidos. Los huesos pueden ser: Largos. Actúan como palancas en el movimiento. Cortos. Ocupan lugares pequeños y su función es transmitir la

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fuerza. Planos. Actúan como protectores de órganos o para la inserción muscular.

Cráneo

Órbita

Maxilar superior

Hueso propio de la nariz

Maxilar inferior

Clavícula Esternón Cartílago costal

Húmero

Coxal

Columna vertebral

Sacro Ilión

Cúbito Radio

Carpo

Coxis

Metacarpianos Falanges Isquion

Fémur

Pubis

Rótula Tibia Peroné Tarso Metatarsianos

Plano (parietal)

Corto (vertebra)

Diáfisis Epífisis Largo (fémur)

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SISTEMA ARTICULAR.- Las articulaciones permiten los movimientos normales y evitan los anormales y permite al esqueleto rígido adoptar distintas posturas. Dependiendo de la movilidad, se distinguen tres tipos:  Articulaciones inmóviles. Se encuentran generalmente entre huesos planos, produciéndose una unión estable que no permite el movimiento. (cráneo).  Articulaciones semimóviles. Son aquellas que permiten cierta movilidad. (columna vertebral)  Articulaciones móviles. Sinoviales o móviles. Permiten realizar una amplia gama de movimientos. SISTEMA MUSCULAR.- Los músculos son los motores del movimiento. Se distinguen tres tipos de tejido muscular: a) T.M. Estriado o Esquelético.- Los músculos estriados son rojos, tienen una contracción rápida y voluntaria y se insertan en los huesos a través de un tendón. b) T.M. Liso.- Los músculos lisos tapizan tubos y conductos y tienen contracción lenta e involuntaria. c) T.M. Cardíaco.- El músculo cardíaco (del corazón) es un músculo estriado, pero de contracción involuntaria El cuerpo humano posee unos 650 músculos de acción voluntaria.

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103

11.5. SISTEMA ENDOCRINO Y GLÁNDULAS ENDOCRINAS El sistema endocrino es el conjunto de órganos y tejidos del organismo que liberan un tipo de sustancias llamadas HORMONAS. Los órganos endocrinos se denominan glándulas (producen y liberan hormonas que regulan muchas de las actividades del organismo):  Glándulas endocrinas, sus secreciones se liberan directamente en el torrente sanguíneo.  Glándulas exocrinas, liberan sus secreciones sobre la superficie interna o externa de los tejidos cutáneos, la mucosa del estómago o el revestimiento de los conductos pancreáticos. Las hormonas segregadas por las glándulas endocrinas regulan el crecimiento, desarrollo y las funciones de muchos tejidos, y coordinan los procesos metabólicos del organismo. Son misiones del sistema endocrino regular la energía corporal, la temperatura, el nivel de estrés, las respuestas a las heridas y lesiones, el crecimiento y desarrollo corporal, y la reproducción.  Las principales glándulas secretoras de hormonas son:  La hipófisis y el hipotálamo  La glándula tiroides  Las paratiroides  El páncreas  Las suprarrenales  Los ovarios  Los testículos Glándula endocrina

Hipófisis

Hormona que produce

Acción de la hormona

Hormona del crecimiento

Activación del desarrollo corporal, principalmente durante la infancia y la pubertad.

Prolactina

Desarrollo de las glándulas mamarias durante la pubertad y producción de leche después del parto.

Oxitocina Tiroides

Tiroxina

Paratiroides

Parathormona

Suprarrenales

Adrenalina

Páncreas

Insulina

Ovarios

Estrógenos

Estimulación de las contracciones del útero durante el parto. Activación de las funciones celulares como la respiración y la síntesis de proteínas, especialmente en épocas de crecimiento. Regulación de la cantidad de calcio y fósforo en la sangre y por tanto, de procesos como la formación de los huesos o la coagulación de la sangre Preparación del cuerpo para una situación de alarma: incremento del ritmo cardíaco, dilatación de los bronquios, aumento del flujo sanguíneo en los músculos, activación del sistema nervioso central Regula la cantidad de glucosa presente en la sangre Activación del funcionamiento de los órganos reproductores femeninos y desarrollo de los caracteres sexuales propios de la mujer.

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Testículos

Andrógenos

Activación del funcionamiento de los órganos reproductores masculinos y desarrollo de los caracteres sexuales propios del hombre

11.6. ACTIVIDADES 1. ¿En qué consiste la función de relación? 2. ¿Qué es un estímulo? 3. Completa el texto con las siguientes palabras: efectores – estímulos – glándulas – información – respuesta – sensoriales. Los receptores ……………………… son los encargados de captar los ………………….. externos e internos. Gracias a los nervios, la …………………….. recibida es enviada al Sistema Nervioso Central, el cual elabora una ………………………. que es llevada a cabo por los……………………., esto es, músculos y ………………………….endocrinas y exocrinas. 4. Completa el texto con las siguientes palabras: óptico – bastones – córnea – cerebro – cristalino – esclerótica – globo – iris – luz – pupila – retina – visión. Aunque el ojo es denominado a menudo el órgano de la …………….. , en realidad, el órgano que efectúa el proceso de la visión es el cerebro. La función del ojo es traducir las ondas electromagnéticas de la ……………….. en impulsos nerviosos que se transmiten al …………………. a través del nervio ………………………… . El …………………. ocular tiene varias capas. La más externa es la llamada o "blanco de los ojos"; en la parte anterior se abomba y forma la ……………………….. , que es transparente. La siguiente capa es la coroides, muy vascularizada, y que forma en su parte anterior el iris. En el centro del …………………………….. está la ……………………………., un orificio que permite la entrada de luz. Detrás del iris está la "lente del ojo" o ……………………….., que permite enfocar los objetos a diferentes distancias. La capa más interna es la ………………………………… , con células fotosensibles llamadas conos y …………………………... l……………………… es el órgano clave de todo este proceso. 5. ¿Qué es la médula espinal? a. Lo mismo que la médula ósea. b. Lo mismo que la columna vertebral. c. Una parte del sistema nervioso periférico. d. Una parte del sistema nervioso central. 6. Completa el texto con las siguientes palabras: axón – células – celular – cuerpo – dendritas – núcleo – neurona – transmisión. Las neuronas son …………………especializadas en la recepción y ………………..de señales. En las neuronas encontramos tres partes claramente diferenciadas: las dendritas, el cuerpo celular y el axón. Las…………………….. son pequeñas prolongaciones ramificadas del cuerpo……………………… y se ocupan de recoger la información. El………………………celular es la parte más gruesa de la…………………… . En él se

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encuentran el…………………………….. y la mayoría de los orgánulos celulares. Recibe la información de las dendritas. Por último, el…………………………. es una larga prolongación que parte del cuerpo celular y se ramifica en su extremo formando las telodendritas. 7. Completa el texto con las siguientes palabras: central – cerebro – encéfalo – espinal – músculos – nervios – periféricos – sensitivos – sistema nervioso central – sistema nervioso periférico. El sistema nervioso se compone de dos partes: sistema nervioso………………….y sistema nervioso…………………….. El sistema nervioso central está formado por el………………………. y la médula…………………….. . El……………………………… está formado por una serie de………………………. periféricos que, como si fueran "cables", comunican el………………………….. con los receptores…………………………. y con los efectores ( …………………………y glándulas). El……………………………….., el cerebelo y otros órganos forman parte del del encéfalo (palabra que significa "dentro de la cabeza"). 8. ¿Cómo transmiten las neuronas la información? a. Mediante magnetismo. b. Únicamente mediante impulsos eléctricos. c. Mediante señales eléctricas y sustancias químicas (neurotransmisores). d. Únicamente mediante sustancias químicas (neurotransmisores). 9. ¿Estímulo (E), acto reflejo (R) o acto voluntario (V)? a. Abrigarnos cuando tenemos frío. b. Retirar la mano del fuego. c. Frío (temperatura ambiental baja). d. Dilatación de las pupilas en la oscuridad. e. La realizamos sin pensar. f. La realizamos pensando. g. Sudar por el calor. h. Retirar la mano al pincharnos. i. Segregar saliva al oler comida. j. Resolver este ejercicio.

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UD 12. LA FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN EN EL SER HUMANO

12.1. Aparatos del sistema reproductor. Masculino y femenino 12.2. El ciclo ovárico. Concepción y fecundación 12.3. Métodos anticonceptivos 12.4. Enfermedades de transmisión sexual (ETS) 12.5. Actividades 12.1. APARATOS DEL SISTEMA REPRODUCTOR La reproducción es el mecanismo biológico mediante el cual se perpetúa la especie humana. A través de este proceso también se transmiten los caracteres de la especie, de generación en generación. En la especie humana los mecanismos de reproducción se realizan en los aparatos reproductores, que están formados por una serie de órganos y estructuras. Esta reproducción es de tipo sexual, es decir, existen dos sexos con características morfológicas y fisiológicas diferentes. Los aparatos reproductores producen las células sexuales, que se llaman GAMETOS. El proceso de desarrollo de una nueva vida comienza cuando se unen dos gametos, uno masculino y uno femenino. El proceso de unión de los gametos se llama FECUNDACIÓN. La fecundación puede ser: Externa: cuando ocurre fuera del cuerpo del animal. Interna: cuando los gametos se unen dentro de uno de los progenitores. APARATO REPRODUCTOR MASCULINO.-La finalidad de este aparato es producir gametos masculinos, llamados espermatozoides, cuya función es la fecundación de un óvulo, de donde surgirá un nuevo ser. El aparato reproductor masculino está formado por los siguientes elementos: ÓRGANOS GENITALES INTERNOS:  Testículos: produce el espermatozoide.  Conductos genitales: transporte de los espermatozoides desde los testículos hasta la uretra.  Vesículas seminales: producen el líquido seminal o semen.  Próstata: produce el líquido prostático (permite la supervivencia de los espermatozoides).  Uretra: salida de los espermatozoides al exterior. ÓRGANOS GENITALES EXTERNOS:  Pene: órgano copulador. En su parte anterior presenta un ensanchamiento llamado glande, que está recubierto por un pliegue de piel denominado prepucio.  Escroto: bolsa que recubre y aloja los testículos.

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APARATO REPRODUCTOR FEMENINO.- Este aparato tiene como finalidad crear y madurar los óvulos. Además, está preparado para alojar, alimentar y proteger a un nuevo ser hasta el momento de su nacimiento.  El aparato reproductor femenino está formado por los siguientes elementos ÓRGANOS INTERNOS:  Ovarios: órgano reproductor femenino que producen y maduran los óvulos, (un óvulo maduro cada 28 días aproximadamente).  Trompas de Falopio: comunican los ovarios con el útero, y en los que se produce la fecundación.  Útero o matriz: aloja al óvulo tras su fecundación, y donde se desarrollará el feto.  Vagina: conducto de entrada de los espermatozoides. ÓRGANOS EXTERNOS:  Labios menores: pliegues de piel constituida por glándulas.  Clítoris: órgano eréctil, situado en la confluencia superior de los labios menores.  Himen: membrana delgada y rosada que bloquea parcialmente la entrada a la vagina.

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12.2. EL CICLO OVÁRICO. CONCEPCIÓN Y FECUNDACIÓN REPRESENTACIÓN DEL CICLO OVÁRICO.- Este funcionamiento es cíclico y dura aproximadamente 28 días. Este ciclo, que sólo se interrumpe durante el embarazo, comienza en la pubertad y desaparece en la menopausia, fase en que desaparece la capacidad reproductiva de la mujer. Se distinguen tres fases:  Fase folicular:  Fase de ovulación  Fase del cuerpo amarillo El periodo fértil de la mujer comprende el día de la ovulación, y entre 3-5 días antes y 1-2 después de la ovulación. Paralelamente al ciclo del ovario se desarrolla el ciclo del útero, donde el endometrio se prepara para alojar un óvulo fecundado. Este ciclo es consecuencia del ciclo del óvulo, y tiene la misma duración. También consta de tres fases:  Menstruación  Fase de regeneración  Fase de secreción. CONCEPCIÓN Y FECUNDACIÓN.-La fecundación es la unión de un óvulo y un espermatozoide para dar origen al zigoto, que es la primera célula del nuevo ser. Esta unión se produce en el interior del cuerpo de la mujer. Los espermatozoides deben recorrer la vagina y el útero hasta llegar a las trompas de Falopio, donde, en su primer tercio, se produce la unión de las dos células sexuales. Numerosos espermatozoides rodean al óvulo maduro, pero sólo uno penetrará en él, dejando fuera su flagelo. Una vez en su interior se fusionan los núcleos de los dos gametos. Se ha producido la fecundación. 12.3. MÉTODOS ANTICONCETIVOS. En las relaciones sexuales para evitar embarazos no deseados se deben utilizar métodos anticonceptivos; en el caso de riesgo de contraer enfermedades de transmisión sexual, el más efectivo es el preservativo.  A continuación, clasificamos los principales métodos anticonceptivos, según su

naturaleza. A. MÉTODOS BARRERA.-Son métodos que impiden físicamente la unión entre el óvulo y el espermatozoide:  Diafragma (mujer)  Preservativo (hombre)  Dispositivo intrauterino (DIU) (mujer)

B. MÉTODOS QUÍMICOS.-Compuestos químicos que atacan a los espermatozoides, o que impiden la ovulación de la mujer:  Píldora (mujer)  Espermicidas (mujer)

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C. MÉTODOS QUIRÚRGICOS.esterilización:

Intervenciones

médicas

que

conllevan

 Vasectomía. (hombres)  Ligadura de trompas. (mujeres)

12.4. ENFERMEDADES DE TRANSMISIÓN SEXUAL (ETS) Las enfermedades de transmisión sexual son un conjunto de afecciones clínicas infectocontagiosas que se transmiten de persona a persona por medio de contacto sexual, por uso de jeringuillas contaminadas o por contacto con la sangre, y algunas de ellas pueden transmitirse durante el embarazo, es decir, de la madre al hijo. La mayor parte de las enfermedades de transmisión sexual son causadas por dos tipos de gérmenes: bacterias y virus, pero algunas también son causadas por hongos y protozoarios. Para evitar el contagio de ETS, es fundamental conocer su existencia, practicar sexo seguro, utilizar métodos anticonceptivos que protejan del contagio (preservativo o condón es el más eficaz) 12.5. ACTIVIDADES 1. Las células sexuales cuya unión dará lugar a una nueva vida se denominan: a. Ovogonias. b. Espermatogonias.

c. Gametos. d. Gónadas.

2. Indica las funciones de las siguientes partes del aparato reproductor masculino: a. b. c. d.

TESTÍCULOS. EPIDÍDIMO. VESÍCULAS SEMINALES. GLÁNDULAS DE COWPER.

e. PRÓSTATA. f. CONDUCTOS DEFERENTES. g. URETRA.

3. El conducto que recorre el pene y lleva los espermatozoides al exterior se denomina: a. b. c. d.

Uretra. Uréter. Conducto deferente. Escroto.

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4. ¿Verdadero o falso? ¿Por qué? a. b. c. d.

El epidídimo es el conducto de salida de los espermatozoides del testículo. El prepucio es la piel que envuelve el glande. El glande, como indica su nombre, es una glándula. Los conductos deferentes transportan los espermatozoides desde los testículos a la uretra. e. El escroto es una glándula que segrega el semen. f. La vejiga está por debajo de la próstata. g. La reproducción no es una de las funciones vitales del ser humano. 5. ¿Cómo se llama el extremo muy vascularizado del pene? a. Prepucio. b. Escroto. c. Glande. d. Cuerpo esponjoso. e. Cuerpo cavernoso. 6. ¿Qué glándula segrega el líquido que lubrifica la uretra antes de la eyaculación? Los testículos. a. La próstata. b. Las glándulas de Cowper. c. Las vesículas seminales. d. Las glándulas seminales. 7. Las diferencias corporales entre los hombres y las mujeres se llaman... a. Caracteres sexuales secundarios. b. Caracteres sexuales primarios. c. Caracteres sexuales. 8. Son dos órganos que fabrican un líquido que sirve de alimento y de transporte a los espermatozoides. a. La próstata y el escroto. b. La próstata y las vesículas seminales. c. El pene y la uretra. 9. Empareja las dos columnas siguientes: 1. Conducto deferente.

_____Almacena la orina hasta la micción.

2. Conducto eyaculador.

_____ Lleva espermatozoides.

3. Cuerpo cavernoso.

_____ Segrega el líquido espermático.

4. Cuerpo esponjoso.

_____Tras la vesícula seminal.

5. Epidídimo. 6. Escroto. 7. Glándula de Cowper.

_____ Final del intestino grueso. _____ Tejido eréctil del pene. _____Segrega el líquido prostático.

8. Glande.

_____ Tejido con aspecto de esponja.

9. Próstata.

_____ Segrega un líquido lubricante.

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10. Prepucio. 11. Recto y ano. 12. Testículo. 13. Uretra. 14. Vejiga urinaria. 15. Vesícula seminal.

_____ Vía urinaria y también genital. _____ Donde maduran los espermatozoides. _____ Ensanchamiento del final del pene. _____ Gónada masculina. _____ Piel que envuelve el glande. _____ Piel que envuelve a los testículos.

10. Completa: a. Parte del aparato reproductor masculino que rodea y protege los testículos:________________. b. Parte del aparato reproductor masculino que comunica los testículos con las vesículas seminales: ___________________________________. c. Células sexuales masculinas: ______________________. d. Órgano del aparato reproductor masculino en el que se producen los espermatozoides: ___________________________. e. Glándulas que segregan un líquido que sirve de alimento y protección a los espermatozoides: _______________________ y ____________________________. f. Conducto del aparato reproductor masculino por el que los espermatozoides salen al exterior:___________________________ 11. Escribe, en el siguiente dibujo del aparato reproductor masculino, los nombres de las partes señaladas:

12. Indica las funciones de las siguientes partes del aparato reproductor femenino: a. Ovarios. b. Trompas de Falopio.

c. Útero. d. Vagina.

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13. La sustancia nutritiva del interior del óvulo se llama: a. Membrana de fecundación. b. Zona pelúcida. 14. proceso de formación del gameto femenino se denomina: c. Ovogénesis y se realiza en el ov d. Vitelo. e. Núcleo. 15. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la correcta?: a. Tanto el espermatozoide como el óvulo son células móviles. b. El espermatozoide es una célula inmóvil y el óvulo es móvil. c. Tanto el espermatozoide como el óvulo son células inmóviles. d. El espermatozoide es una célula móvil y el óvulo es inmóvil. 16. El proceso de formación del gameto masculino se denomina: a. b. c. d.

Ovogénesis y se realiza en la próstata. Espermatogénesis y se realiza en la próstata. Ovogénesis y se realiza en el testículo. Espermatogénesis y se realiza en el testículo.

17. ¿Cuál de los siguientes órganos no pertenece a la estructura del aparato reproductor femenino? a. Uretra. b. Ovarios. c. Vagina. d. Útero. e. Vulva. 18. Escribe la palabra que corresponda en cada caso: óvulos – ovarios – espermatogonias – pene – escroto – espermatozoides – vulva – testículos – próstata. a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Gónadas femeninas:_________________________________ Glándula bajo la vejiga:_______________________________ Células que forman espermatozoides:___________________ Gametos femeninos:_________________________________ Órgano copulador masculino:__________________________ Piel que envuelve a los testículos:_______________________ Gónadas masculinas:_________________________________ Genitales femeninos externos:__________________________ Gametos masculinos:_________________________________

19. ¿Qué parte del aparato reproductor femenino se localiza fuera del cuerpo? b. Trompas de Falopio. c. Útero. d. Ovarios. e. Vulva. f. Vagina. 20. ¿Qué es el clítoris? ¿Dónde está situado?

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21. ¿En qué momento comienza la producción de espermatozoides? Y, a partir de ese momento, ¿cada cuánto se producen? 22. Completar las siguientes frases: a. Llamamos OVOGÉNESIS a............................................................................................y se produce en……………………………………………………………………………………. b. La ESPERMATOGÉNESIS es........................................................................................... y se produce en………………….………………………………………………………………. 23. Pon los nombres que faltan en el siguiente dibujo:

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UD 13. EL PLANETA TIERRA. LA GEOSFERA

13.1 .La Geosfera: capa sólida de la Tierra 13.2. Composición de la Corteza terrestre. Corteza Continental y Corteza Oceánica 13.1. LA GEOSFERA: CAPA SÓLIDA DE LA TIERRA La geosfera es la parte sólida de la Tierra. La geosfera está compuesta por capas estructurales y por zonas dinámicas:

Manto superior Zona transicional Manto inferior

Astenosfera Mesosfera

Núcleo externo Núcleo interno

EL NÚCLEO- Es la capa más interna y se extiende desde el Manto hasta el centro de la Tierra a 6.370 km. Formado por dos capas:  El núcleo externo presenta un estado físico que se puede calificar de fluido,  El núcleo interno se encuentra por debajo, en estado sólido, alcanzándose en él la máxima densidad de la Tierra. EL MANTO.- Es la capa intermedia de la geosfera. Se extiende entre los 45 y los 2.900 km de profundidad. Está formada por materiales de silicio, hierro, calcio y magnesio.  El manto se divide a su vez en manto superior e inferior. Las capas más profundas, más calientes, ascienden a la superficie, se enfrían, y descienden nuevamente originando fuerzas responsables de muchos fenómenos geológicos. LA CORTEZA.-Es la capa superior más externa de la Tierra. Tiene un espesor medio de 45 km. Es sólida y está formada por distintos tipos de rocas. Forma los continentes y el fondo de

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los mares y océanos. La corteza terrestre y la zona superior del manto forman la zona más externa de la Tierra, llamada LITOSFERA.  La Litosfera es la zona más externa de la Tierra y está compuesta por bloques llamados placas litosféricas o tectónicas. Estas placas se encuentran en las zonas continentales, CORTEZA CONTINENTAL, y en el fondo de los océanos, CORTEZA OCEÁNICA. Están en continuo movimiento trasladando los continentes y muestran numerosos fenómenos como vulcanismos, sismos, etcétera.

Plataforma continental Dorsal Oceánica

Rift Nivel del mar

Corteza oceánica Magma Manto superior

Corteza continental

13.2. COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE. CORTEZA CONTINENTAL Y OCEÁNICA Los materiales que forman la corteza terrestre son minerales y rocas.  Un Mineral es aquella sustancia sólida, natural, homogénea, de origen normalmente inorgánico, de composición química definida (pero variable dentro de ciertos límites) y cuyos átomos poseen una disposición ordenada  Una roca es un material compuesto de uno o varios minerales como resultado final de los diferentes procesos geológicos. El concepto de roca no se relaciona necesariamente con la forma compacta o cohesionada; también las gravas, arenas, arcillas, o incluso el petróleo, son rocas. Las ROCAS de la corteza terrestre se clasifican en tres grandes grupos:  MAGMÁTICAS o ROCAS ÍGNEAS se forman cuando el magma se enfría y se

solidifica.

 SEDIMENTARIAS se forman por acumulación de sedimentos que, sometidos a

procesos físicos y químicos, resultan en un material de cierta consistencia.

 METAMÓRFICAS se forman a partir de otra roca, mediante un proceso llamado

metamorfismo.

EJEMPLOS MINERALES Azufre Cinabrio Cobre Cuarzo Diamante

DE

EJEMPLOS ROCAS Antracita Arcilla Basalto Caliza Carbón

DE

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Grafito Oro Pirita Plata Platino

Granito Mármol Petróleo Pizarra Yeso

CORTEZA CONTINENTAL.- Puede tener hasta un espesor de 70 km. Su relieve está formado por estos elementos:  Zonas montañosas - Montañas: zonas elevadas, con fuertes pendientes. - Picos o cumbres: puntos más altos de las montañas. - Línea de cumbre: línea imaginaria que une los picos de una cordillera de montañas. - Collados o puertos: pequeñas depresiones entre dos zonas elevadas. - Altiplanicies: zonas llanas a gran altura, situadas entre montañas. - Valles: depresiones entre montañas por donde suele discurrir el agua.  Mesetas Zonas llanas que destacan de los relieves colindantes por su altura.

RELIEVE CONTINENTAL

PICO

COLLADO LÍNEA DE CUMBRE

MESETA VALLE

 Depresiones

Zonas llanas situadas a poca altura sobre el nivel del mar o, incluso, bajo este nivel. CORTEZA OCEÁNICA.-. Su espesor varía entre los 5 y 10 km. Bajo las aguas oceánicas encontramos dos tipos de corteza, una pequeña porción de corteza continental y la corteza oceánica. A) CORTEZA OCEÁNICA.-En ella se distinguen distintas partes: - Dorsales oceánicas: elevaciones grandes, de unos 3.000 m sobre el fondo oceánico. Se encuentran en los bordes de placas litosféricas asociadas a volcanes submarinos. - Guyots: montes submarinos de cimas planas. La cima fue erosionada cuando se encontraba a nivel del mar. - Llanuras abisales: grandes extensiones llanas sobre las que hay montes submarinos y guyots.

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- Fosas abisales: fisuras estrechas y profundas donde se acumula gran cantidad de sedimentos. Se localizan en los bordes de placa, cerca de un continente o de una zona insular. Están asociadas a la presencia de terremotos. B) CORTEZA CONTINENTAL BAJO LAS AGUAS.-En ella se distingue la llamada plataforma continental, que es un área uniforme con poca pendiente. Esta zona se une al fondo del océano por un talud continental, que es una superficie con fuerte inclinación o pendiente.

UNIDAD 7: EL MODELADO DEL RELIEVE TERRESTRE. PROCESOS Y AGENTES GEOLÓGICOS INTERNOS Y EXTERNOS. CÓMO ACTÚAN LOS PRINCIPALES AGENTES GEOLÓGICOS

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UD 14. ENERGÍA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA

14.1 .Movimiento de las Placas Tectónicas y Deriva Continental. Tipos de bordes de Placas 14.2. Procesos geológicos: endógenos y exógenos 14.3. Cómo actúan los principales agentes geológicos 14.1. MOVIMIENTO DE LAS PLACAS TECTÓNICAS Y DERIVA CONTINENTAL. TIPOS DE BORDES GRADIENTE GEOTÉRMICO Es el aumento de temperatura de la Tierra según profundizamos, es decir según nos alejamos de la superficie y nos acercamos al interior. - El gradiente geotérmico medio, para la Corteza, es de 1º C / 33 m - Gradiente geotérmico mínimo: 1º C / 100 m - Gradiente geotérmico máximo: 1º C / 11 m La teoría de la Tectónica global o de placas es una teoría geológica que explica la forma en que está estructurada la litosfera, dando cuenta además de forma integrada de una variedad de fenómenos sin aparente relación entre sí, tales como el vulcanismo, los seísmos o el movimiento de los continentes. Podemos decir que una placa tectónica es una porción de la litosfera cuyos límites o bordes presentan una intensa actividad sísmica y/o volcánica. En la siguiente imagen pueden observarse las diferentes placas, cada una en un color distinto:

En su movimiento, las placas interaccionan provocando intensas deformaciones en la corteza de la Tierra, y originando las grandes cadenas montañosas y los sistemas de fallas asociadas. El contacto por fricción entre los bordes de las placas es también responsable de la mayor parte de los terremotos. Otros fenómenos asociados son la creación de volcanes y de fosas oceánicas TIPOS DE BORDES DE LAS PLACAS TECTÓNICAS.-Vamos a distinguir tres tipos de bordes: constructivos, destructivos y pasivos. A) BORDES CONSTRUCTIVOS: Se producen en zonas de expansión que generan nueva corteza oceánica.

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B) BORDES DESTRUCTIVOS: se producen cuando la zona es de succión o sumidero, es decir, cuando las placas colisionan y una se introduce debajo de la otra, sumergiéndose hasta el manto y fundiéndose en él.

C) BORDES PASIVOS: Son límites de placas donde la litosfera no se crea ni se destruye, sino que se produce un movimiento horizontal paralelo al límite de placas, originándose un roce que genera seísmos.

14.2. PROCESOS GEOLÓGICOS: ENDÓGENOS y EXÓGENOS Son aquellos fenómenos naturales que modifican el relieve terrestre. Los procesos geológicos pueden dividirse en los que se originan en el interior de la Tierra (procesos endógenos) y los que lo hacen en su parte externa (procesos exógenos). PROCESOS ENDÓGENOS: Debidos a la energía interna de la tierra.  FORMACIÓN DE LAS MONTAÑAS.- La orogénesis, o creación de montañas, tiende a ser

un proceso localizado que distorsiona los estratos preexistentes. Las cordilleras se forman en

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zonas especiales de la corteza, llamadas geosinclinales: Cuencas marinas donde se recogen gran cantidad de sedimentos que proceden de la destrucción del continente. En esta zona de compresión de la corteza se originan las grandes fuerzas necesarias para plegar los materiales. Las montañas se generan en los bordes destructivos de las placas de la litosfera, lo que explica la presencia de pliegues, fallas inversas, volcanes y terremotos. La actividad será mayor cuando más joven sea la cordillera.

 FALLAS. Líneas de fractura a lo largo de las cuales una sección de la corteza terrestre se ha

desplazado con respecto a otra. Su aparición está asociada con los bordes entre placas que se deslizan unas sobre otras y con lugares donde los continentes se separan. El movimiento responsable de la dislocación puede tener dirección vertical, horizontal o una combinación de ambas. Cuando la actividad en una falla es repentina y abrupta, se puede producir un fuerte terremoto e incluso una ruptura de la superficie originando una forma topográfica llamada escarpe de falla. TIPOS DE FALLAS a) Falla inversa b) Falla normal c) Falla de desgarre d) Rotacional (no ilustrada).

 LOS VOLCANES Son fisuras de la corteza terrestre a través de la cual escapan a la superficie

continental o al fondo del mar materiales fundidos, denominados magmas, procedentes de la corteza o del manto superior.

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 LOS TERREMOTOS.-Son movimientos vibratorios de la corteza terrestre, de corta duración e

intensidad variable, con orígenes diversos, tales como tensiones en el interior de la litosfera o provocados por erupciones volcánicas. El punto de la corteza donde se produce la sacudida es el hipocentro o foco, denominándose epicentro el punto de la superficie situado verticalmente sobre el hipocentro.

Ondas Sísmicas

Epicentro

Hipocentro

Para medir sus efectos se utilizan diferentes escalas (Mercalli, Richter). PROCESOS EXÓGENOS: Debidos a la energía solar y a la atracción de la gravedad  EROSIÓN. Conjunto de fenómenos debidos a los agentes meteóricos que producen

modificaciones en los relieves de la superficie terrestre. Los principales agentes de la erosión son el agua, el aire y el hielo. Otros agentes de menor importancia son el hombre (erosión antrópica), las variaciones diurnas de la temperatura, etc.  TRANSPORTE.- Los agentes que realizan el transporte son: la gravedad, el agua en circulación de ríos, arroyos y torrentes (llamada agua de escorrentía), el hielo de los glaciares, el agua del mar (por medio de las olas y corrientes marinas) y el viento.  SEDIMENTACIÓN.- Es el proceso general por el que se asienta el material que forma las rocas.  METEORIZACIÓN.-La meteorización es la acción geológica ejercida por la atmósfera sobre las rocas. Produce la disgregación de las mismas, pero no produce el transporte de los

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materiales erosionados; por eso se dice que es un agente estático. Los agentes que producen además transporte y sedimentación son agentes dinámicos. 14.3. CÓMO ACTÚAN LOS PRINCIPALES AGENTES GEOLÓGICOS ACCIÓN GEOLÓGICA DE LA ATMÓSFERA O METEORIZACIÓN.-Es la desintegración, descomposición y disgregación de una roca en la superficie terrestre o próxima a ella como consecuencia de su exposición a los agentes atmosféricos y físico-químicos. Se distinguen dos tipos de meteorización: la mecánica o física y la química. Actúan normalmente de manera continua. *METEORIZACIÓN MECÁNICA. Actúan fundamentalmente por los cambios de temperatura y no afecta a su composición química o mineralógica. Destacamos dos formas:  Gelifracción. Se producen en las zonas donde existen bajas temperaturas.  Dilataciones y contracciones. Las variaciones de temperatura producen dilataciones

y contracciones en las rocas.

*METEORIZACIÓN QUÍMICA. Se originan por los cambios químicos de los minerales que forman las rocas y provoca la pérdida de cohesión y alteración de la roca. Las formas más frecuentes son: 

Oxidación.



Carbonatación.



Hidrólisis.



Disolución.



Hidratación.

ACCIÓN GEOLÓGICA DEL VIENTO.-El viento actúa en toda la superficie terrestre, dependiendo de su situación geográfica, del clima predominante, etc.La acción del viento produce la erosión de los materiales, el transporte de los mismos y su depósito cuando su cantidad disminuye. La erosión ocurre por dos procesos:  DEFLACIÓN: el viento arrastra las partículas de menor tamaño y las mantiene en

suspensión y las de mayor tamaño son transportadas por saltación y por arrastre.  ABRASIÓN EÓLICA: Se produce por el choque de las partículas que lleva en suspensión el

viento. La abrasión es más intensa en las zonas cercanas al suelo, pueden transportar partículas de mayor tamaño. Así se generan las acanaladuras en la superficie de las rocas producida por la abrasión del viento, produce arcos naturales, rocas fungiformes y alveolos. Los materiales erosionados por el viento son transportados hasta que su intensidad cesa, en este momento comienza la sedimentación. ACCIÓN GEOLÓGICA DE LAS AGUAS SALVAJES.-Las aguas salvajes o de arroyada son las que provienen del deshielo de la nieve, o de la lluvia y discurren sobre el terreno sin cauce fijo hasta incorporarse a un torrente o río. A lo largo de su recorrido erosionan y transportan materiales *Sobre terrenos HOMOGÉNEOS. Si se trata de terrenos blandos e impermeables, como arcillas o margas, el agua excava profundos surcos en forma de V.

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Cuando las aguas discurren sobre rocas solubles, como calizas o yesos, originan surcos profundos separados por agudas crestas dando lugar a los lapiaces o lanares. *Sobre terrenos HETEROGÉNEOS. Se produce erosión diferencial, de manera que unas capas se desgastan más que otras. ACCIÓN GEOLÓGICA DE LOS TORRENTES.-Los torrentes son cursos de agua de régimen intermitente que se desliza por terrenos de gran pendiente, luego el agua circula a gran velocidad y es capaz de erosionar el terreno arrancando fragmentos de roca y de transportarlos a lo largo del cauce. Los sedimentos transportados por un torrente se depositan en zonas en las que la pendiente disminuye. ACCIÓN GEOLÓGICA DE LOS RÍOS.-Los ríos son corrientes de agua que de forma permanente discurren por un cauce fijo. Las aguas de los ríos llevan a cabo tres acciones diferentes: EROSIÓN FLUVIAL. Los ríos disuelven las rocas que forman el cauce y las orillas, arrancan los materiales del lecho del río y ahondan su cauce, y además los fragmentos arrastrados por el agua chocan con las rocas que forman las paredes del cauce, arrancándoles trozos. 

TRANSPORTE FLUVIAL. Los materiales erosionados son transportados desde lugares elevados hacia otros más bajos. Una parte de estos materiales van disueltos en agua, las partículas sólidas de menor tamaño son transportados en suspensión y las de mayor tamaño son arrastradas por el fondo. 

SEDIMENTACIÓN FLUVIAL. Cuando disminuye la pendiente, el río pierde velocidad y disminuye su capacidad de transporte, con lo que depositan los materiales sólidos sobre el fondo según su tamaño. 

ACCIÓN GEOLÓGICA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS.-Las aguas subterráneas se hallan en el subsuelo, retenidas en capas porosas, cautivas entre capas impermeables, o circulantes formando corrientes. Las aguas subterráneas realizan una acción mecánica y otra química. *ACCIÓN MECÁNICA. Al desplazarse, el agua subterránea, produce erosión y disgregación del terreno, pudiendo afectar a los terrenos de superficie, sobre los que origina corrimientos de tierra. *ACCIÓN QUÍMICA. El agua de infiltración actúa como disolvente sobre numerosas rocas, como la sal gema, el yeso y otras. Esta acción la puede realizar sobre rocas no solubles, como las calizas en condiciones especiales originando un modelado cárstico. ACCIÓN GEOLÓGICA DEL AGUA MARINA.-El mar ejerce sobre las costas su acción modeladora del relieve por lo que su estudio se limita a la mecánica litoral. Los agentes son las olas, las mareas y las corrientes. *OLAS Cuando llegan a la costa y choca la base con el fondo, esta se retrasa, la cresta se proyecta hacia delante y la roca rompe. Esta energía actúa como un ariete contra en acantilado. *MAREAS. La pleamar o marea alta desplaza la acción erosiva de la ola hacia el interior, ampliando el campo de acción, pero no realiza una erosión directa. *CORRIENTES MARINAS. Su acción es esencialmente de transporte y de sedimentación. ACCIÓN GEOLÓGICA DEL AGUA HELADA.-Las modificaciones del relieve se realizan a través de los aludes y los glaciares.

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*ALUDES. Al descender arrastra rocas, troncos y otros materiales. Cuando se repite la acción en una misma zona se originan los canales de erosión. Los aludes pueden causar daños de importancia. *GLACIARES. Realizan, como los otros agentes, erosión, transporte y sedimentación. Erosión. La producen la masa de hielo y las rocas que transporta la lengua del glaciar. Esta acción erosiva se llama abrasión. Produce erosión en el circo y en el valle. Transporte. Éste se realiza sobre y dentro de la masa de hielo, así como en el frente del glaciar. La lengua del glaciar transporta las rocas, árboles y tierra que caen en las laderas o que arranca del fondo o de las paredes. Estos materiales forman las morrenas. Sedimentación. Se lleva a cabo al derretirse la lengua del glaciar en la zona de ablación. Allí se depositan todos los materiales arrastrados por dicha lengua del glaciar en una gran morrena frontal. Los materiales son de todos los tipos y tamaños. Los glaciares no clasifican los materiales como los ríos, por tamaños, pues al ser sólido el medio de transporte, no hay diferencia como cuando es fluido. La erosión glaciar es predominantemente en profundidad, y no amplía el valle, como los ríos; de ahí su forma en U. ACCIÓN GEOLÓGICA DE LOS SERES VIVOS.-Los seres vivos realizan sobre el relieve acción biótica. Puede ser tanto destructora para el relieve como constructora del mismo. *ACCIÓN EROSIVA. Se verifica por dos procesos: Mecánico. Las raíces de las plantas se introducen en las grietas de las rocas, y al crecer actúan como una cuña que agrieta más las rocas y las desmorona. Los animales devoradores y zapadores remueven la tierra y la desplazan. 

Química. Las bacterias, hongos, musgos y líquenes segregan sustancias químicas que actúan sobre las rocas alterándolas, transformando el suelo y haciendo de este un soporte adecuado para la vida vegetal. 

*ACCIÓN CONSTRUCTIVA. A la acción de los seres vivos se debe la formación de algunas rocas constituidas acumulación y transformación de restos vegetales y animales, como el carbón y el petróleo. Otros forman, con sus caparazones calcáreos, como los corales y las madréporas, arrecifes costeros o islas en forma de anillo, como los atolones.

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UD 15. LA HIDROSFERA. EL CICLO DEL AGUA

15.1. La capa líquida de la tierra: Hidrosfera 15.2. Circulación del agua en los continentes 15.3. El movimiento del agua en los océanos y los mares 15.4. Las corrientes marinas 15.5. El ciclo del agua 15.1. LA CAPA LÍQUIDA DE LA TIERRA: HIDROSFERA La hidrosfera es el conjunto de toda el agua que existe sobre la superficie de nuestro planeta, es decir, océanos y mares, ríos, lagos, marismas, glaciares, polos, etcétera.

EL AGUA DULCE EN LA TIERRA.-

Valle estrecho

 UN RÍO es una masa de agua que corre canalizada en dirección al mar. En todo río distinguimos tres partes: - Curso alto

Curso alto

OCÉANOS Y MARES.- Las depresiones o zonas hundidas que hay entre los continentes forman los océanos. Cada uno de estos océanos tiene áreas más pequeñas que son los mares. Los principales océanos son el Atlántico, Pacífico, Índico, Glaciar Ártico y Antártico. Estos océanos cubren las tres cuartas partes de la superficie total de la Tierra.

 Regulares: los que mantienen su caudal todo el año.  Estacionales: sólo tienen caudal en las estaciones húmedas.  Efímeros: están por lo general secos y son característicos de los desiertos.  UN LAGO es una masa de agua recogida en una depresión tierra adentro.

Meandro

Vega

Curso bajo

Valle ancho

- Curso bajo Se clasifican los ríos según su caudal (cantidad de agua que circula por un río), en tres tipos:

Curso medio

- Curso medio

Desembocadura

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15.2. CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LOS CONTINENTES En los continentes, el agua circula por la superficie del suelo y por el subsuelo terrestre recorriendo circuitos y provocando cambios en el terreno por donde pasa. Las aguas continentales son estas:  Aguas de escorrentía: son las que fluyen por un cauce fijo (río, arroyo...)  Torrentes: son las que circulan por zonas de gran pendiente. En las épocas de verano están secos y en las épocas de más lluvia (otoño, invierno y primavera) llevan agua.  Ríos: corrientes de agua con caudal fijo.  Lagos: masas de agua dulce más o menos grandes.  Humedales: terrenos cubiertos de agua poco profunda  Glaciares: ríos helados que se van desplazando lentamente.  Aguas subterráneas: son las que circulan bajo la superficie del terreno. Forman cuevas subterráneas con estalactitas y estalagmitas. Las aguas continentales no están paradas. El movimiento de esta agua se debe a:  La energía del Sol, que al calentar el agua hace que se evapore y comience el ciclo del agua.  La fuerza de la gravedad que impulsa el agua a circular desde las zonas de mayor altura a las de menor altura. 15.3. EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS OCÉANOS Y LOS MARES El agua de los mares y océanos está en continuo movimiento. Esto es debido a varios factores:  La fuerza del viento.  Las diferencias de densidad del agua.  Las corrientes marinas. LA FUERZA DEL VIENTO.-El viento empuja la capa de agua más superficial y esta capa, al moverse, arrastra a las capas que se encuentran por debajo de ella. Las olas son los movimientos en forma de ondas que se producen en la superficie del mar debido al empuje del viento. Ocurre así: Las partículas de agua se mueven formando círculos, volviendo siempre al punto de partida. La masa de agua sube y baja aunque no se mueve de lugar. Pero cuando esto ocurre cerca de la costa, al rozar la masa de agua con el fondo, el movimiento circular de las partículas de agua se rompe. Aumenta la altura de la ola y ésta rompe sobre la costa. Los tsunamis son olas gigantes que no las forma el viento, sino que se forman debido a los terremotos o los volcanes submarinos. LAS DIFERENCIAS DE DENSIDAD DEL AGUA.-Al mismo tiempo ocurre que:  En las zonas polares el agua está más fría, pesa más y se hunde situándose POLO más en el fondo.  En las zonas más cálidas, el agua está más caliente, pesa menos y asciende situándose en las zonas más superficiales. Este movimiento provoca corrientes de convección marina en las que el agua caliente de las capas superficiales se desplaza desde el Ecuador a los  Polos y el agua fría de las zonas profundas se desplaza desde los Polos al Ecuador.

NORTE

POLO SUR ECUADO R

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15.4. LAS CORRIENTES MARINAS Las grandes masas de agua de los océanos circulan como inmersos ríos continuamente. Existen dos grandes corrientes marinas:  Las corrientes ecuatoriales: se mueven de Este a Oeste debido a unos vientos llamados Alisios.  Las corrientes frías en las zonas polares, que giran alrededor de los Polos (Norte y Sur).  LA INFLUENCIA DE LA LUNA Y EL SOL SOBRE EL MOVIMIENTO DEL AGUA DEL MAR.-Las mareas son movimientos periódicos de subida y bajada del nivel del mar. Este movimiento se debe a la fuerza de atracción que ejerce la Luna y el Sol sobre la Tierra.  Cuando el nivel del agua sube, recibe el nombre de pleamar (marea alta).  Cuando el nivel del agua desciende, recibe el nombre de bajamar (marea baja). 15.5. EL CICLO DEL AGUA El ciclo del agua nunca termina. Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. La circulación y conservación de agua en la Tierra se llama también ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. CONDENSACIÓN PRECIPITACIÓN

FILTRACIONES

EVAPORACIÓN

AGUAS SUBTERRANEAS

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UD 16. LA ATMÓSFERA. CONTAMINACIÓN

16.1. La capa gaseosa de la tierra: Atmósfera 16.2. Capas de la atmósfera 16.3. Importancia de la atmósfera para la vida 16.4. Contaminación de la atmósfera. El efecto invernadero y la lluvia ácida 16.1. LA CAPA GASEOSA DE LA TIERRA: ATMÓSFERA La atmósfera es la capa de gases que envuelve a un planeta. Llamamos aire al gas que compone la atmósfera terrestre. Al ser un gas, ocupa un espacio y tiene masa, y su volumen y forma son variables. En la siguiente tabla podemos ver los compuestos principales y su proporción: Compuestos Proporción Nitrógeno 78,00% Oxígeno 20,50% Argón 0,90% Dióxido de carbono 0,03% Resto de gases y componentes 0,57% Entre los componentes se encuentra el vapor de agua, el ozono, e incluso restos de materia orgánica, que puede proceder de la descomposición de seres vivos. 16.2. CAPAS DE LA ATMÓSFERA La atmósfera tiene un espesor de unos 1.000 km y está formada por capas, que por orden de cercanía a la corteza terrestre son: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.  Troposfera: su espesor varía entre 8 y 18 km. Contiene casi la totalidad del vapor de agua, y en ella se forman las nubes.  Estratosfera: llega hasta unos 50 km por encima de la superficie de la Tierra. En ella comienza la capa de ozono.  Mesosfera: se extiende desde el borde superior de la estratosfera hasta los 90 km. Está compuesta por ozono y nitrógeno.  Termosfera: se extiende hasta unos 800 km de altura respecto a la superficie de nuestro planeta. En su zona más alta se reflejan las ondas de radio para ser transmitidas a otros puntos de la Tierra. Actúa de pantalla, protegiéndonos de la caída de meteoritos. En ella se produce la aurora boreal.  Exosfera: es la capa externa de la atmósfera, entre 600/800Km- 2000 Km. En ella se mueven alrededor de la Tierra los satélites artificiales, que son muy importantes para las comunicaciones por ondas de radio y televisión. 16.3. IMPORTANCIA DE LA ATMÓSFERA PARA LA VIDA  Suministra el aire que necesitamos para respirar.  Ejerce de barrera frente a los posibles objetos que pueden chocar con la superficie terrestre.  Frena las radiaciones del Sol que son letales para la vida en la Tierra gracias Capa de ozono. El ozono es una molécula formada por tres oxígenos (O3) y que se caracteriza

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por absorber los rayos ultravioletas que llegan del Sol, evitando que lleguen a la Tierra. Esto es especialmente importante, ya que esta radiación provoca alteraciones en las células causando enfermedades como el cáncer, la reducción de la efectividad del sistema inmunológico humano, la perdida de fitoplancton (base de la cadena alimentaria marina), la reducción del crecimiento de los árboles, la perdida de especies vegetales…  Actúa como una cubierta que impide la pérdida de calor. 16.4. CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de sustancias y formas de energía que alteran su calidad. Los principales elementos contaminantes se clasifican en sustancias químicas (aerosoles y los gases, como los hidrocarburos, el monóxido de carbono y el dióxido de azufre.) y formas de energía (radiactividad y la contaminación acústica o ruido). EFECTO INVERNADERO.-El efecto invernadero es un fenómeno natural que permite mantener la temperatura del planeta, al retener parte de la energía proveniente del Sol; sin embargo, el aumento de la concentración de dióxido de carbono (CO2) proveniente del uso de combustibles fósiles ha provocado la intensificación del fenómeno y el consecuente aumento de la temperatura global, el derretimiento de los hielos polares y el aumento del nivel de los océanos.

El exceso de CO2 en la atmósfera es una consecuencia directa de la actividad humana, y es emitido, sobre todo, por los medios de transporte, el desarrollo industrial, las calefacciones, la descomposición de basuras, el uso de abonos y los insecticidas. El CO2 en la atmósfera deja pasar los rayos solares, pero absorbe la radiación infrarroja procedente de la Tierra, lo que produce un paulatino calentamiento de la misma.

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PRINCIPALES GASES RESPONSABLES DEL EFECTO INVERNADERO

Dióxido de Carbono 50%

Metano 18%

Óxido nitroso 6% Ozono troposférico 9%

CFC 17%

o CONSECUENCIAS: Conocemos las consecuencias que podemos esperar del efecto invernadero para el próximo siglo, en caso de que no vuelva a valores más bajos: Aumento de la temperatura media del planeta. Aumento de sequías en unas zonas e inundaciones en otras. Mayor frecuencia de formación de huracanes. Progresivo deshielo de los casquetes polares, con la consiguiente subida de los niveles de los océanos.  Incremento de las precipitaciones a nivel planetario pero lloverá menos días y más torrencialmente.  Aumento de la cantidad de días calurosos, traducido en olas de calor.    

LA LLUVIA ÁCIDA.-La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida. o EFECTOS PRODUCIDOS POR LA LLUVIA ÁCIDA:     

Acidificación del suelo Enfermedades en las plantas Enfermedades respiratorias Problema en los edificios Muerte de fauna acuática

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UD 17. HISTORIA GEOLOGICA DE LA TIERRA. FÓSILES.

17.1. El tiempo geológico. 17.2. La datación absoluta y relativa. Principios. 17.3. Los Fósiles 17.4. Fosilización 17.5. Importancia de los fósiles 17.1. EL TIEMPO GEOLÓGICO La Tierra se formó hace aproximadamente 4.500 millones de años. Para comprender lo que realmente supone su edad podemos compararla con las escalas que utilizamos para medir el tiempo de la historia reciente de la humanidad. Los historiadores utilizan el siglo para situar en el tiempo un acontecimiento histórico: 100 años parece un largo periodo de tiempo para nosotros, sin embargo, para los geólogos, un siglo representa apenas un instante en la larga historia de nuestro planeta. La unidad de medida en la escala del tiempo geológico es el millón de años. Un eón equivale a mil millones de años. La imagen de abajo muestra, condensada en las 12 horas de un reloj, la historia de la Tierra. Esto nos permite hacernos una idea de la situación relativa de algunos acontecimientos en el tiempo. Pero, ¿cómo se ha logrado saber cómo sucedieron estos hechos? Desde su formación, en la Tierra han tenido lugar procesos que han dejado sus huellas sobre las rocas. Conociendo la antigüedad de una roca podemos saber cuándo sucedieron los hechos que han quedado grabados en ella. Los geólogos utilizan dos métodos diferentes para estudiar la antigüedad de las rocas: la datación absoluta y la datación relativa.

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17.2. LA DATACIÓN ABSOLUTA Y RELATIVA La datación absoluta consiste en determinar la edad concreta, en millones de años, en la que tuvieron lugar los acontecimientos geológicos. Existen diferentes métodos que permiten asignar la edad absoluta de un determinado acontecimiento geológico. De todos ellos, el más útil es el método radiométrico. Este método se basa en que las rocas de la corteza terrestre contienen algunos elementos químicos radioactivos inestables que emiten partículas y, con el tiempo, se transforman en elementos químicos estables. Por ejemplo, el carbono 14 se transforma en nitrógeno 14; el uranio 238 se transforma en plomo 296. El tiempo que tarda un elemento en pasar de una a otra forma es característico de cada uno. Se llama vida media el tiempo que tarda una cantidad inicial de elemento inestable en reducirse a la mitad. Así, el uranio 238 tiene una vida media de 4.500 millones de años, mientras que la vida media del carbono14 es de sólo 5.730 años. Conociendo la proporción existente en una determinada roca entre el elemento estable y el inestable podremos calcular el tiempo transcurrido desde su formación. La datación relativa consiste en establecer el orden en el que se sucedieron los acontecimientos geológicos, sin asignarles su edad concreta en millones de años. Se basa en tres principios que permiten interpretar la mayoría de las series de estratos. Los estratos se forman a partir de los sedimentos que se depositan horizontalmente en el fondo de una cuenca sedimentaria. Cada estrato representa un breve episodio de la historia de la Tierra.

Las rocas sedimentarias se encuentran formando estratos que se superponen unos sobre otros. De esta disposición se desprenden el primer principio:  Principio de la superposición de estratos En una serie de estratos sin deformar, siempre podremos afirmar que los estratos inferiores son más antiguos (ya que se depositaron primero) que los que tienen por encima, que son cada vez más modernos. Este principio nos permite también establecer la antigüedad relativa de los fósiles: los fósiles de los estratos inferiores son más antiguos que los hallados en los superiores. Una vez determinada la antigüedad relativa de los fósiles podemos utilizarlos para reconocer la edad relativa de estratos de diferentes lugares siguiendo un segundo principio:  Principio de la sucesión faunística Los estratos de diferentes lugares que contienen un mismo fósil se depositaron en la misma época y, por tanto, tienen la misma edad.  Principio del actualismo Los procesos geológicos que suceden en la actualidad son los mismos que tuvieron lugar en el pasado, y producen los mismos efectos. Por ejemplo, sabemos que los ríos redondean los sedimentos que transportan, por lo que hay cantos rodados en sus sedimentos. Si una roca contiene cantos rodados, podemos suponer que se ha formado a partir de sedimentos fluviales

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17.3. LOS FÓSILES Se denominan fósiles a los restos mineralizados de seres vivos, así como las huellas o trazas de su actividad vital sobre el sustrato. Lo más frecuente es que fosilicen las partes duras y menos alterables de animales y plantas, como huesos, conchas, caparazones, dientes, troncos, frutos, etc. En muchas ocasiones, el organismo ha desaparecido por completo, pero el hueco ha sido rellenado por materia mineral y queda el molde, como sucede frecuentemente con las conchas. También se consideran fósiles las huellas o impresiones marcadas en las rocas por organismos de cuerpo blando, como gusanos o medusas; las pisadas dejadas al desplazarse; las galerías construidas como vivienda o los coprolitos (excrementos). No suelen fosilizar animales o vegetales completos, salvo si se da una serie de condiciones especiales que les permiten quedar incluidos en materiales que les preservan de la putrefacción, como el asfalto o la resina, o haber padecido una muerte por congelación. Se han encontrado insectos y arácnidos incluidos en ámbar, rinocerontes en asfalto, mamuts congelados en el suelo siberiano o troncos de árboles enterrados bajo una capa de cenizas volcánicas. En estos casos se puede estudiar la anatomía completa del organismo, ya que ha sufrido pocos cambios. 17.4. LA FOSILIZACIÓN Consiste en una serie de transformaciones químicas en las que se sustituyen los compuestos orgánicos por minerales, lo que permite conservar exactamente la estructura y la forma del organismo original. Este proceso dura millones de años, hasta que el resto se transforma completamente en una piedra mucho más pesada que el original. Los restos de seres vivos que se encuentran a la intemperie se descomponen rápidamente por la acción combinada de los agentes geológicos externos y de los hongos y bacterias, pero pueden fosilizar si quedan cubiertos por un material que los aísla del contacto con la atmósfera. 17.5. IMPORTANCIA DE LOS FÓSILES La paleontología es la ciencia que estudia los fósiles, los organismos que han poblado la Tierra antes de nuestra época. Los fósiles constituyen una fuente de información muy valiosa. Su estudio permite conocer: Cómo fue la vida en el pasado. Los fósiles son los únicos documentos acerca de los organismos que poblaron la tierra en el pasado. Un análisis de los fósiles permite conocer la forma, el tamaño o la anatomía del organismo, así como su modo de vida, su alimentación o su distribución geográfica. En qué ambiente se formó la roca que lo contiene. Cada organismo ocupa un hábitat determinado, que puede ser marino o continental, de clima cálido o frío, húmedo o seco. El sedimento que enterró al organismo se transformó en la roca que hoy contiene el fósil, de manera que el ambiente en que vivió suele ser el mismo en el que se formó la roca. Esto nos permite saber si una zona que hoy es continental lo fue o no en el pasado y el clima que había. Cuándo se formó la roca que lo contiene. Los seres vivos han ido evolucionando a lo largo de la historia de la Tierra. Por esta razón, los organismos de cualquier época no coinciden con los de un periodo anterior o posterior. Así, si conocemos el periodo durante el que vivió un organismo podremos conocer la edad de la roca, datarla. Pero no todos los fósiles se pueden utilizar para datar las rocas. Los fósiles más valiosos son los que corresponden a especies que vivieron durante un corto periodo de tiempo de la historia de la Tierra, pero que lograron una gran dispersión geográfica. A estos fósiles se les denomina fósiles-guía.

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Por ejemplo, los Ammonites solo vivieron durante el Mesozoico, y los trilobites, durante el Paleozoico; por lo tanto, su presencia nos permite determinar la edad de las rocas que los contienen, y se consideran fósiles guía.

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UD 18. ECOSISTEMAS

18.1. Concepto de ecosistema 18.2. Niveles tróficos 18.3. Relaciones entre los seres vivos. Intra e Interespecíficas 18.1. CONCEPTO DE ECOSISTEMA El ecosistema es una unidad delimitada espacial y temporalmente, formada por los organismos vivos, por el medio en el que éstos se desarrollan y por las interacciones de los organismos entre sí y con el medio. En otras palabras, el ecosistema es una unidad formada por FACTORES BIÓTICOS (o integrantes vivos como los vegetales y los animales) y FACTORES ABIÓTICOS (componentes que carecen de vida, como por ejemplo los minerales y el agua), en la que existen interacciones vitales, fluye la energía y circula la materia. Otros términos que se deben tener en cuenta, ya que son utilizados por algunos autores, son:  BIOTOPO: es el conjunto de los factores abióticos, es el medio físico-químico, es el escenario donde se encuentran los seres vivos.  COMUNIDAD: es el conjunto de seres vivos presentes en un determinado ecosistema.  POBLACIÓN: es cada una de las especies de animales o vegetales que forman la comunidad.  HÁBITAT: es el lugar físico de un ecosistema que reúne las condiciones naturales donde vive una especie y al cual se halla adaptada.  NICHO ECOLÓGICO: es el modo en que un organismo se relaciona con los factores bióticos y abióticos de su ambiente. Incluye las condiciones físicas, químicas y biológicas que una especie necesita para vivir y reproducirse en un ecosistema. 18.2. NIVELES TRÓFICOS Representa cada uno de los eslabones de las cadenas de alimentación de los ecosistemas. PRIMER NIVEL TRÓFICO: LOS PRODUCTORES.-Está formado por los seres vivos que pueden fabricar su propia materia orgánica, partiendo de las sustancias inorgánicas y de la energía procedente del sol. En este grupo están las plantas verdes (con clorofila), que son los organismos que pueden realizar la fotosíntesis. Organismos FOTOSINTÉTICOS SEGUNDO NIVEL TRÓFICO: LOS CONSUMIDORES PRIMARIOS.-Está formado por los seres vivos que se alimentan de productores. Los conocemos con el nombre de HERBÍVOROS, animales que se aprovechan de las plantas para fabricar su propia materia orgánica. TERCER NIVEL TRÓFICO: LOS CONSUMIDORES SECUNDARIOS. Está formado por los seres vivos que se alimentan de consumidores primarios. Los conocemos con el nombre de CARNÍVOROS, animales que se aprovechan de otros animales para fabricar su propia materia orgánica. CUARTO NIVEL TRÓFICO: LOS DESCOMPONEDORES.-Está formado por los seres vivos que se alimentan de otros seres vivos. Los conocemos con el nombre de Microorganismos y

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Hongos, animales que se aprovechan de otros animales y de los vegetales para transformar la materia orgánica en materia inorgánica.

LUZ

Consumidores primarios

Consumidores secundarios

Consumidores terciarios

(C1)

(C2)

(C3) DESCOMPONEDORES

(P)

(D)

Plantas Verdes

Sales minerales Las plantas proporcionan energía a los consumidores primarios, éstos a los secundarios y estos a los terciarios. Todos ellos proporcionan energía a los descomponedores que cierran el ciclo proporcionando energía a los productores.

18.3. RELACIONES ENTRE LOS SERES VIVOS Entre los seres vivos se establecen relaciones que pueden ser de dos tipos:  INTRAESPECÍFICAS: Se producen entre los individuos de la misma especie.  INTERESPECÍFICAS: Entre individuos de distintas especies.

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LAS RELACIONES INTRAESPECÍFICAS.- Pueden ser de antagonismo o de ayuda. A) Antagonismo.- Cuando algún elemento vital, como la luz, el agua, el alimento o el espacio, no existe en cantidad suficiente para satisfacer las necesidades de todos los individuos de una población, se establece entre ellos una lucha o competencia. B) Relaciones de ayuda o cooperación -Es frecuente en algunas poblaciones la formación de agrupaciones transitorias o permanentes.  Relaciones familiares Se establecen relaciones de reproducción o de cuidado de la prole. Existen varios tipos: - Parentales monógamas: macho y hembra con sus crías. - Parentales polígamas: macho con varias hembras y sus crías. - Matriarcales: hembra con sus crías  Relaciones gregarias. La vida en grupo El grupo es un conjunto de individuos que desarrolla actividades comunes y tienen comportamientos semejantes. Las ventajas de la vida en grupo son numerosas: - Defensa ante el ataque - Defensa contra las inclemencias del tiempo - Mayor facilidad para procurar alimento - Favorece la reproducción  Relaciones estatales. Sociedades La sociedad está integrada por un conjunto de individuos que se comunican entre sí por medio de diversos estímulos y entre los cuales existe una especialización de tareas y una jerarquía social. Los casos de organización social más elevada están dados por las hormigas, las abejas y las avispas.  Relaciones coloniales. La población de individuos se asocia de manera extrema de forma que llegan a formar una unidad, es decir un organismo común. También puede haber una división del trabajo o simplemente una unión defensiva. Es el caso de los corales, o los pólipos. RELACIONES INTERESPECÍFICAS.-Las relaciones entre los individuos de diferentes especies que forman un ecosistema y que forman la comunidad o biocenosis, pueden ser muy diferentes: - Beneficiosas para las dos especies. - Perjudiciales para las dos especies - Beneficiosa para una y perjudicial para otra - Beneficiosa para una e indiferente para la otra  Mutualismo: (++) Ambas especies salen beneficiadas con la asociación. No es una unión íntima sino una asociación. Ej. Musgo y árboles, polinización y dispersión de las semillas (animales y plantas), pájaros desparasitadores de grandes herbívoros.  Simbiosis: (++) También es beneficiosa para ambos organismos, pero en este caso la unión es estructural y permanente para ambos. Ej. Bacterias de la flora intestinal, líquenes (asociación de alga y hongo).  Comensalismo: (+0) Una especie se aprovecha de los desperdicios dejados por otras especies, restos de alimentos, mudas, descamaciones,.... Para uno de ellas es beneficioso, la otra especie no sale perjudicada. Ej. Las esponjas tienen en su interior animales más pequeños que se alimentan de los restos de la comida y se protegen. Los cangrejos ermitaños usan las caracolas marinas vacías para instalarse, también junto a ellos anidan gusanos que aprovechan los desperdicios

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del cangrejo. Carroñeros. Cuando una especie utiliza a otra como lugar para vivir o criar hablamos de INQUILINISMO.  Depredación: (+-) En este caso una de las especies sale claramente perjudicada, ya que sirve de alimento para la otra especie. Se trata de dos especies de vida libre. No hay una relación anterior y directa entre ambos Podemos diferenciar varios tipos de depredadores, entre ellos: - Herbívoros. Se alimentan de plantas verdes, sus frutos y sus semillas. Las plantas son ingeridas en su totalidad o parcialmente. - Carnívoros. Son los típicos depredadores, se alimentan de herbívoros o de otros carnívoros.  Parasitismo. (+-) Los parásitos son depredadores muy especializados, que no causan la muerte del huésped de los que toman el alimento, pero si los debilitan. La relación entre parásito y hospedador suele mantenerse en equilibrio ya que de morir el huésped, moriría también el parásito. Hay dos tipos de parásitos: - -Ectoparásitos.-Parásitos externos. Viven en el exterior de los organismos Son las chinches, pulgas, garrapatas, piojos,... - -Endoparásitos.-Parásitos internos. Viven en el interior de los organismos. Pueden parasitar a todo tipo de organismos. Algunos viven en el intestino humano, como la tenia.  Competencia (--) La competencia entre diferentes especies se desarrolla cuando las dos compiten por un mismo recurso, la luz, el alimento, el cobijo, el territorio, la humedad. Se suele decir que los seres vivos que compiten ocupan el mismo NICHO ECOLÓGICO, es decir, ocupan el mismo lugar en la cadena trófica, se alimentan de lo mismo o aprovechan los mismos recursos.

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UD 19. GENÉTICA HUMANA

19.1. Conceptos de Genética 19.2. Leyes de Mendel 19.3. La herencia en la especie humana 19.4. Actividades 19.1. CONCEPTOS DE GENÉTICA La Genética es la rama de la Biología que se encarga del estudio de la transmisión de los caracteres de generación en generación. Los estudios de genética en el hombre pueden servir para prevenir algunas enfermedades heredables y mejorar nuestra salud y la de nuestros descendientes. Los términos más importantes que semanejan en genética son los siguientes: 1. GEN: Fragmento de cromosoma con información completa para un carácter Tenemos dos genes para cada carácter, cada uno de ellos aportado por un progenitor.

2. LOCUS: Lugar físico que un gen ocupa en un cromosoma. 3. ALELO.- Cada una de las diferentes modalidades que puede presentar un gen. 4. GENOTIPO.- Conjunto de genes que posee un individuo y que ha heredado de sus progenitores. Ejemplos: AA, Aa, aa. 5. FENOTIPO.- Es el conjunto de caracteres que manifiesta un organismo. Ejemplo: el color de ojos puede tener dos formas, el color claro y el color oscuro, o el carácter forma del pelo puede tener también dos formas, pelo liso o pelo rizado, etc. Controlado por el genotipo e influido por el ambiente. Ambiente + genotipo = fenotipo 6. HOMOCIGOTO.-cada carácter está determinado por la acción de dos alelos, que pueden ser IGUALES o DIFERENTES, por ejemplo el caso del color de ojos, el fenotipo "color claro" se debe a la acción de un alelo, y el fenotipo "color oscuro" se debe a la acción de otro alelo diferente; un individuo determinado puede tener los dos alelos iguales o diferentes en el mismo par. Cuando los dos alelos de un par son iguales, al individuo se le denomina HOMOCIGOTO o raza pura. Si los dos alelos del par son diferentes hablamos de individuos HETEROCIGOTOS o híbridos Según cómo funcionan los alelos de un gen existen dos tipos de herencia diferentes: 7. HERENCIA DOMINANTE.- Uno de los alelos del gen es dominante sobre el otro, que es recesivo. Se reconoce fácilmente porque el fenotipo del heterocigoto es igual al de uno de los dos homocigotos (el homocigoto para el alelo dominante). Por ejemplo.

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8.-HERENCIA INTERMEDIA.- No hay dominancia entre alelos. Se reconoce porque el fenotipo del heterocigoto es intermedio con respecto al de los dos homocigotos. Por ejemplo el color de la flor del Dondiego

9.-HERENCIA CODOMINANTE.- Es un tipo de herencia difícil de distinguir experimentalmente de la herencia intermedia porque la diferencia entre ambas es muy sutil. Tampoco existen relaciones de dominancia entre alelos. Se caracteriza porque el heterocigoto presenta los fenotipos de uno y otro homocigoto.

10.-HERENCIA POLIALÉLICA: Se debe a la acción de un gen que presenta más de dos alelos. Sucede así con los GRUPOS SANGUÍNEOS HUMANOS que están determinados por un gen con tres alelos. En el hombre existen cuatro grupos sanguíneos mayoritarios, que son el grupo A, el B, el AB y el 0 (cero); estos cuatro grupos están determinados por un gen de tres alelos, que son el A, B, 0, donde A y B son dominantes y el alelo 0 es recesivo. Existe otro antígeno en los glóbulos rojos que se llama factor Rh y también puede provocar incompatibilidad. Se trata de un carácter mendeliano normal que presenta herencia dominante con sólo dos alelos posibles. Quienes pertenecen al grupo Rh- sólo pueden recibir sangre de ese mismo tipo mientras los Rh + pueden recibir sangre tanto de tipo Rh-como de Rh+.

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11.-HERENCIA LIGADA AL SEXO: Es debida a los genes que se encuentran en los cromosomas sexuales, X o Y, y al manifestarse el fenotipo depende del sexo del individuo. En la especie humana son típicos de esta herencia el DALTONISMO y la HEMOFILIA. 19.2.- LEYES DE MENDEL Mendel realizaba siempre el mismo esquema de cruzamientos: cruzaba dos variedades o líneas puras que diferían en uno o varios caracteres, obtenía la 1ª generación filial (F1), seguidamente autofecundaba los híbridos de la 1ª generación filial (F1) y obtenía la 2ª generación filial (F2) y, por último, autofecundaba las plantas de la 2ª generación filial (F2) y conseguía la 3ª generación filial (F3). PRIMERA LEY DE MENDEL O LEY DE LA UNIFORMIDAD DE LA PRIMERA GENERACIÓN FILIAL. Cuando se cruzan dos individuos distintos homocigóticos para un carácter, todos los descendientes de la primera generación filial son híbridos e iguales entre sí y presentaban el rasgo de uno de los progenitores.

A ese rasgo que se repetía en los descendientes lo llamó carácter dominante y al que aparentemente había desaparecido lo llamó recesivo. SEGUNDA LEY DE MENDEL O LEY DE LA SEGREGACIÓN DE LOS CARACTERES. Cuando se cruzan dos individuos de la primera generación filial obtenida en la primera ley, vuelve a aparecer la variedad que no se había presentado en la misma.

TERCERA LEY DE MENDEL O LEY DE LA TRANSMISIÓN INDEPENDIENTE. Los caracteres diferentes se transmiten de manera independiente.

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Analizando los resultados se puede ver que hay 16 combinaciones, pero sólo 9 genotipos y 4 fenotipos diferentes, tal como se muestra en las tablas adjuntas. Se verifica que se cumplen las proporciones fenotípicas 9:3:3:1 establecidas por Mendel. 19.3. LA HERENCIA EN LA ESPECIE HUMANA La especie humana posee 46 cromosomas en todas sus células somáticas, que son diploides (2n). Los gametos son nuestras únicas células haploides (n) y para la formación del nuevo ser tanto el óvulo como el espermatozoide aportan un juego completo de cromosomas, es decir 23, con lo que se garantiza la conservación del número característico de la especie. Como ya se ha dicho, en ellos están los genes, es decir, la información necesaria para el desarrollo de todas las características hereditarias del nuevo organismo. Los cromosomas que son comunes en ambos sexos se llaman autosomas y los que son diferentes se denominan heterocromosomas o cromosomas sexuales: son homólogos en la mujer XX y diferentes entre sí en el hombre XY. El conjunto de todos los cromosomas de una célula constituye su cariotipo: en él se reflejan el número y el aspecto de todos los que caracterizan a la especie. La representación gráfica del cariotipo, con los cromosomas numerados y ordenados por parejas de homólogos, tamaños y formas se denomina cariograma o idiograma.

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19.4. ACTIVIDADES 1.-Si una planta homocigótica de tallo alto (AA) se cruza con una homocigótica de tallo enano (aa), sabiendo que el tallo alto es dominante sobre el tallo enano, ¿Cómo serán los genotipos y fenotipos de la F1 y de la F2?. 2.-Un ratón A de pelo blanco se cruza con uno de pelo negro y toda la descendencia obtenida es de pelo blanco. Otro ratón B también de pelo blanco se cruza también con uno de pelo negro y se obtiene una descendencia formada por 5 ratones de pelo blanco y 5 de pelo negro. ¿Cuál de los ratones A o B será homocigótico y cuál heterocigótico? Razona la respuesta 3.-Una mariposa de alas grises se cruza con una de alas negras y se obtiene una descendencia formada por 116 mariposas de alas negras y 115 mariposas de alas grises. Si la mariposa de alas grises se cruza con una de alas blancas se obtienen 93 mariposas de alas blancas y 94 mariposas de alas grises. Razona ambos cruzamientos indicando cómo son los genotipos de las mariposas que se cruzan y de la descendencia. 4.-Se cruzan dos plantas de flores color naranja y se obtiene una descendencia formada por 30 plantas de flores rojas, 60 de flores naranja y 30 de flores amarillas. ¿Qué descendencia se obtendrá al cruzar las plantas de flores naranjas obtenidas, con las rojas y con las amarillas también obtenidas?. Razona los tres cruzamientos. 5.-¿Qué proporción genotípica cabe esperar en un matrimonio entre un hombre daltónico y una mujer portadora? ¿Qué proporción de daltónicos cabe esperar en la familia si tiene ocho hijos?. 6.-Un varón de ojos azules se casa con una mujer de ojos pardos. La madre de la mujer era de ojos azules, el padre de ojos pardos y tenía un hermano de ojos azules. Del matrimonio nació un hijo con ojos pardos. Razonar cómo será el genotipo de todos ellos, sabiendo que el color pardo domina sobre el color azul. 7.-Una mujer soltera de grupo sanguíneo B demandó el reconocimiento de su hijo que era del grupo A, a un famoso cantante cuyo grupo sanguíneo era 0. Describa, de manera razonada y

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basándose en los genotipos del presunto padre, de la madre y del hijo, si la decisión judicial acerca de la paternidad del hijo podría basarse en los análisis sanguíneos. 8.-En una pareja, él posee grupo sanguíneo B y es heterocigótico y ella es del grupo AB, ¿Cuál será la descendencia esperable? Razone la pregunta y exprese el resultado en porcentaje. 9.-Una señora de grupo sanguíneo A reclama a un famoso jugador de baloncesto la paternidad de su hijo de grupo sanguíneo 0. El jugador de baloncesto, cuyo grupo sanguíneo es A, dice que el hijo no es suyo. Argumenta en base a los genotipos quién tiene la razón si los padres de dicho jugador son del grupo sanguíneo AB. 10.-En la especie humana, el pelo crespo está determinado por un alelo dominante (R), mientras que su alelo recesivo (r) determina el pelo liso. Una mujer, de pelo crespo heterocigótica se casa con un hombre de pelo liso, indique: a) Los genotipos de los progenitores b) Las proporciones genotípicas y fenotípicas de los hijos 11.-¿Cómo podrán ser los descendientes entre una mujer portadora del gen de la hemofilia y un hombre normal ? 12.-¿Cómo podrán ser los descendientes de un hombre daltónico y una mujer normal no daltónica, hija de un hombre daltónico?

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FÍSICA

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UD 20. MOVIMIENTOS

20.1. Movimiento y Reposo. Sistemas de referencia. Desplazamiento y espacio recorrido. 20.2. Velocidad 20.3. Movimiento rectilíneo uniforme. 20.4. Aceleración. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. 20.1. MOVIMIENTO Y REPOSO. SISTEMAS DE REFERENCIA Para que un cuerpo este en movimiento debe cambiar de posición en el transcurso del tiempo. Sistema de Referencia: Llamamos sistema de referencia a un punto o conjunto de puntos respecto al cual se describe el movimiento de un cuerpo y que consideramos fijo. Imagina un portaaviones que se mueve tranquilamente por el mar a 20km/h hacia la derecha. Sobre la cubierta del mismo, hay una persona en bicicleta moviéndose justamente a 20 km/h hacia la izquierda. Desde la playa, con unos prismáticos, un turista se da cuenta de que la bicicleta permanece inmóvil en el mismo punto. Por supuesto, el ciclista no está de acuerdo en decir que el está quieto. La pregunta es, ―.cuál de los dos observadores estará describiendo la realidad?‖.

PARA DESCRIBIR PERFECTAMENTE UN MOVIMIENTO HACE FALTA INDICAR RESPECTO A QUÉ SISTEMA DE REFERENCIA SE HAN REALIZADO LAS MEDIDAS. Un cuerpo está en MOVIMIENTO, cuando CAMBIA SU POSICIÓN respecto de un punto de referencia. Estará en REPOSO cuando tal posición NO cambia. Así podremos explicar que, en el portaaviones, una persona piensa que la bicicleta no se mueve (respecto a la playa) y otra persona piensa que si se mueve (respecto a la cubierta del portaaviones).

En la imagen, un observador concluye que el avión se mueve respecto del sistema de referencia (que supone fijo) formado por las casas situadas a la izquierda. 20.2. VELOCIDAD Para medir lo rápido que un cuerpo se mueve dividimos la distancia recorrida entre el tiempo empleado en recorrerla. A la rapidez se le denomina, en la vida diaria, VELOCIDAD: t=0

t=1s

e = 10 m

t=2s

e = 10 m

v La velocidad nos mide la rapidez con que se recorre el espacio.

e t

Espacio recorrido medido sobre la trayectoria.

Tiempo empleado en recorrer el espacio considerado.

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La velocidad así definida está incompleta ya que para definirla correctamente hemos de decir, además de su valor, en qué dirección y sentido se mueve el cuerpo. La velocidad es una magnitud vectorial. v= 5 m/s

Valor de la velocidad o rapidez. También se llama módulo.

Una dirección (línea) puede tener dos sentidos de recorrido que se indican con una punta de flecha.

La dirección se marca con una línea.

La unidad de velocidad en el S.I. es el m/s, aunque en la vida diaria se utiliza mucho el km/h. Para pasar de una unidad a otra podemos utilizar factores de conversión. Pasar 100 km/h a m/s: :(DIVIDIR entre 3,6) km 1 000 m 1 h m 100  27, 78 s h 1 km 3 600 s Pasar 50 m/s a km/h:(MULTIPLICAR X 3,6) 50

m 1 km 3 600 s km  180 1h h s 1 000 m

20.3. MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME Se define el movimiento rectilíneo y uniforme como aquel en el que:  La trayectoria es una recta. El valor de la velocidad es constante

Ecuaciones: v = cte s = s0 + v t s da la distancia al origen, que no tiene por qué coincidir con el espacio recorrido

Observa que el espacio recorrido por el móvil es siempre el mismo para un periodo de tiempo dado (en la imagen 1 s)

Origen de tiempos

Origen de distancias

v

s=0 s0

t=0

t=1 s

t=2 s

t=3 s

Se denomina espacio inicial, s0 , a la distancia al origen cuando se empieza a contar el tiempo.

La gráfica s/t es una línea recta. La inclinación (pendiente) nos da la velocidad. El punto de corte con el eje vertical da s 0

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El punto de corte con el eje S, nos da la posición inicial del móvil so = 10 m. Velocidad positiva

s(m)

s(m) 30

Velocidad negativa. so = 30 m

Instante en que pasa por el origen

Recta que pasa por el origen (s0=0).

10

10

t(s)

t(s) La gráfica v/t es una recta paralela al eje t

v ( m/s) t(s)

Movimiento con velocidad negativa

Para escribir la ecuación correspondiente a un movimiento rectilíneo y uniforme: Determina el valor de s0. Determina el valor de la velocidad Adapta las ecuaciones generales del movimiento al caso particular que estudias poniendo los valores de s0 y v.   

Ejemplo 1 Un cuerpo que se mueve con velocidad constante de 3 m/s, se encuentra situado a 15 m a la derecha del origen cuando comienza a contarse el tiempo. Escribe las ecuaciones que describen su movimiento: Solución: Ecuaciones generales para el movimiento rectilíneo y uniforme:

v = cte. s = s0 + v t Valores de s0 y v para este caso:

s0 = 15 m; v = 3 m/s

Ecuaciones particulares para este movimiento:

v=3 s = 15 + 3 t

149

Ejemplo 2 Un cuerpo se mueve hacia el origen con velocidad constante de 2,3 m/s. Si inicialmente se encuentra a una distancia de 100 m de éste ¿cuánto tiempo tardará en pasar por él? Esquema del movimiento:

 100 m

Origen

Ecuaciones generales para el mov. rectilíneo y uniforme:

v = cte. s = s0 + v t Valores de s0 y v para este caso: s0 = 100 m ; v = - 2,3 m/s Ecuaciones particulares para este movimiento:

v = - 2, 3 s = 100 – 2,3 t

Cuando pasa por el origen s = 0, luego: 0 = 100 – 2,3 t ;

t

100  43,5 s 2,3

20.4. ACELERACIÓN. MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMEMENTE ACELERADO  

> La trayectoria es una recta > La aceleración es constante

Ecuaciones:

v = v0 + a t s = s0 + v0 t + ½ a t 2

Donde: v0 = velocidad cuando t =0 s0 = distancia al origen cuando t =0 s = distancia al origen (puede que no coincida con el espacio recorrido) t = 0, significa cuando empieza a contarse el tiempo o cuando se aprieta el cronómetro

La aceleración mide la rapidez con la que varía la velocidad. Se mide en m/s2. Así una aceleración de 5 m/s2 indica que la velocidad aumenta a razón de 5 m/s cada segundo.

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Observa que en el mismo intervalo de tiempo (1 s) cada vez recorre más espacio, ya que la velocidad va aumentando. 1s

2s

3s

4s

1m

4m

9m

16 m

25 m

36 m

v 6 m/s

8 m/s

10 m/s

12 m/s

2 m/s 4 m/s

5s

6s



v2

La velocidad siempre lo mismo en 1 s. La aceleración ∆ v= vaumenta 2 – v1 es constante. La velocidad aumenta linealmente con el tiempo.

v1 La gráfica v - t es una recta. La inclinación de la recta depende de la aceleración. Para calcular v 0 determinar el punto de corte de la recta con el eje “v”

 ∆ t= t2 – t1

t1

t2

La gráfica s/t es una parábola. La aceleración es positiva si la parábola se abre hacia arriba y negativa si lo hace hacia abajo. Cuanto más cerrada sea la parábola, mayor aceleración El desplazamiento inicial s 0 se determina viendo el punto de corte con el eje “s”

a

v t Para calcular la aceleración del movimiento, calcular la pendiente de la recta

t

s

t Para escribir las ecuaciones de un movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado:  Fija el origen a partir del cual se va a medir la distancia. 

Fija el sentido al que se le asigna signo positivo



Determina el valor de las constantes del movimiento: a, s0 , v0

 Adapta las ecuaciones generales al caso particular sustituyendo los valores de a, s0 , v0 para el caso considerado. Ten en cuenta que aunque no usemos los elementos matemáticos las magnitudes que estás usando: distancia al origen, velocidad, aceleración, son lo que se llaman vectores (muy a menudo los vectores 1. se representan por flechas). Los vectores además de un valor (el número) tienen una Ejemplo dirección y un sentido. Pues bien, el signo nos indica el sentido del vector (hacia adonde apunta la flecha)

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Escribe las ecuaciones que describen el movimiento del punto de la figura v= 20

t=0 m/s

a2 > a 1 100 m

a = 5 m/s

2

v = v0 + a t s = s0 + v0 t + ½ a t2

Solución: Ecuaciones generales para el movimiento: Se toma como origen de distancias la línea vertical. Sentido positivo hacia la derecha. s0 =hacia 0 Determinación de la aceleración: a = - 5 m/s2 (signo menos, ya que apunta la izquierda). Ecuaciones particulares para este movimiento: v = 20 - 5 t s = 100+ 20 t - 2,5 t2 Una vez escritas las ecuaciones se pueden resolver prácticamente todas las cuestiones que se quieran plantear. Solamente hay que traducir de nuestro lenguaje al lenguaje de la ecuación que solamente sabe de valores de s, v ó t. Ejemplo 1: ¿Cuánto tarda en frenar el punto del ejemplo anterior?. Traducción al lenguaje ecuación: ¿Qué valor toma t cuando v =0? Si v = 0 ; 0 = 20 – 5 t ; t

20 4s 5

¿Cuál es su velocidad al cabo de 5,3 s? Traducción al lenguaje ecuación: ¿Qué valor toma v cuando t = 5,3 s? Si t = 5,3 s ; v = 20 – 5 . 5,3 = - 6,5 m /s (el signo menos indica que se desplaza hacia la izquierda. Después de frenar ha dado la vuelta) Ejemplo 2 Un cuerpo parte del reposo y comienza a moverse. Los datos s( tomados se recogen en la tabla adjunta. Indicar qué tipo de t( s) m) movimiento tiene y determinar las ecuaciones para el mismo. 0 10 Solución: 1 13 Como se observa en la tabla adjunta el espacio recorrido no varía 2 22 linealmente con el tiempo. Esto es: en el intervalo de un segundo 3 37 recorre cada vez más espacio. Esto indica que su velocidad va 4 58 aumentando. Si se trata de un movimiento uniformemente acelerado 5 85 el aumento de velocidad, o lo que es lo mismo, su aceleración, será constante . Si el movimiento es uniformemente acelerado deberá cumplir la ecuación: s = s0 + v0 t + ½ a t2. Como en este caso v0 = 0, la ecuación quedará: s = s0 + ½ a t2. 2  s  s0  1 2 a t  s  s0 ; a  Despejando a : 2 t2 Usando la ecuación anterior vamos probando con datos correspondientes de t y s comprobamos si el valor de a es constante:

152

a

2 13  10  m 1

2

s

2

6

2  22  10  m m m 6 2 ; a 2 2 2 s 2 s s

; a

2  37  10 m 3

2

s

2

6

m s2

Por tanto estamos ante un movimiento uniformemente acelerado con a  6

m s2

Para obtener las ecuaciones determinamos el valor de v 0 y s0 : v0 = 0 , ya que nos lo dicen en el enunciado s0 = 10 m, ya que es el valor de s cuando t = 0 (ver tabla). Ecuaciones: v=6t

s = 10 + 3 t2 Ejemplo 3 Una piedra es lanzada verticalmente y hacia arriba con una velocidad de 15 m/s. Determinar: a) Ecuaciones del movimiento. b) Altura máxima alcanzada. c) Valor de la velocidad cuando t = 0,8 s y t = 2,3 s. Comentar Solución:

Esquema: Origen : el suelo (punto de lanzamiento) Sentido positivo : hacia arriba Determinación de v0: ¿Cuál es la velocidad cuando t = 0? El tiempo empieza a contar cuando la piedra sale de la mano. Luego v0 = 15 m/s m Determinación de s0: ¿A qué distancia del origen está la piedra cuando t =0? Cuando g  10 2 s se lanza la piedra está en el punto de lanzamiento (origen). Luego s0 = 0 Determinación del valor de a : a = g = - 10 m /s2. . El signo menos se debe a que la aceleración apunta hacia abajo y hemos considerado sentido positivo hacia arriba.

v  15

m s

a ) Ecuaciones: v = 15 – 10 t 2 s = 15 t – 5 t

b) ¿Cuál es la altura máxima alcanzada? Traducción al lenguaje ecuación: ¿Para que valor de t, v = 0? (ya que en el punto de altura máxima la piedra se detiene durante un instante) Si v= 0 ; 0 = 15 – 10 t ; t 

15  1,5 s . Tiempo que tarda en alcanzar la altura máxima 10

Para calcular la altura máxima alcanzada calculamos la distancia a la que se encuentra del origen cuando t = 1,5 s: s = hmax = 15 . 1,5 – 5 . 1,5 2 = 11,25 m. c) Valores de la velocidad: v (t = 0,8) = 15 – 10 . 0,8 = 7 m/s v (t = 2,3) = 15 – 10 . 2,3 = - 8 m/s Como se puede observar al cabo de 0,8 s del lanzamiento la piedra aún está en la fase ascendente, ya que el signo de la velocidad es positivo (sentido positivo: hacia arriba). Como se

153

ve su velocidad va disminuyendo, debido a que durante el tramo de ascenso la aceleración lleva sentido contrario a la velocidad (movimiento decelerado) Al cabo de 2,3 s la piedra se mueve hacia abajo. El signo es negativo: sentido hacia abajo. Efectivamente, a los 1,5 s alcanza la altura máxima y como la aceleración continúa actuando, comienza su carrera de descenso, pero esta vez al tener el mismo sentido aceleración y velocidad, ésta aumenta. Ejemplo 4. La gráfica de la izquierda se ha v (m/s) obtenido tras estudiar el movimiento de un cuerpo. 40 a) ¿Qué tipo de movimiento tiene? b) ¿Cuáles ecuaciones?

son

sus

c) ¿Qué sucede para t = 5 s?

5

t (s)

a) La gráfica v – t es una recta con pendiente negativa. Esto nos indica que la velocidad disminuye con el tiempo pero de forma lineal (la misma cantidad en 1 s). Luego el movimiento es uniformemente acelerado (con aceleración negativa. También se llama decelerado). Para calcular la aceleración (deceleración) calculamos la pendiente de la recta v – t:

v 2  v1  Pendiente = a  t 2  t1

m s  8 m . s2 5  0 s

 0  40 

Observa los valores tomados: t1= 0 v1= 40 ; t2= 5 v2= 0 b) Como no nos dan datos, podemos tomar para s0 cualquier valor. Tomaremos s0 = 0 v = 40 – 8 t v0= 40 m/s (leído en la gráfica) 2 2 s = 40 t – 4 t a = - 8 m/s (calculado) Ecuaciones: c) En la gráfica se puede leer que cuando t = 5 s, v = 0. Luego al cabo de 5 s se detiene (es un movimiento decelerado). Si t es mayor de 5 s, observa que la línea en la gráfica v – t rebasa el eje horizontal empezando la velocidad (valores del eje Y) a tomar valores negativos ¿cómo interpretas esto?

154

UNIDAD 21. FUERZAS. TIPOS DE FUERZAS

21.1. Fuerzas. Tipos de fuerzas 21.2. Suma de fuerzas 21.3. Las leyes de la dinámica 21.4. Estática. Magnitudes asociadas a la estática: Peso de un cuerpo, Momento de las fuerzas y Presión 21.5. Rozamiento 21.6. Gravedad. 21.7. Equilibrio de fuerzas. 21.1. FUERZAS. TIPOS DE FUERZAS

LA FUERZA FUERZA: Cualquier acción capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un FUERZA: Cualquier acción capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo. La fuerza escuerpo. una magnitud físicaesy una su unidad es el NEWTON La fuerza magnitud física y su(N). unidad es el NEWTON N. NEWTON: Es la fuerza que hay que realizar para que cuerpo de masade 1 kg varía1sukilogramo velocidad 1 metro NEWTON: Es la fuerza que hay que realizar paraunque un cuerpo masa partido porvelocidad segundo cada segundo varía su 1 metro partido por segundo cada segundo. TIPOS DE FUERZA

F peso

contacto De De contacto

A distancia A distancia

Fuerza Peso Fuerza Peso

De rozamiento De rozamiento

F normal

F peso

Centrípetayy Centrifuga centrifuga Centrípeta

Fuerza normal normal Fuerza

Empuje Empuje vertical

Fuerza de tensión Fuerza de tensión

vertical

21.2. SUMA DE FUERZAS

155

SUMA DE FUERZAS: FUERZA RESULTANTE 1. Fuerzas de la misma dirección y del mismo sentido. En este caso, la resultante tiene la misma dirección y sentido que las fuerzas originales y su módulo es igual a la suma de ellos. R = F1 + F2 2. Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario. Ahora la resultante tendrá la misma dirección de ambas, el sentido de la más grande (módulo mayor) y su módulo será igual a la resta entre los módulos R = F1 – F2 3. Fuerzas concurrentes perpendiculares. Se calcula aplicando el Teorema de Pitágoras: R2= F12 + F22 1

2

3

21.3. LAS LEYES DE LA DINÁMICA

DINÁMICA DE NEWTON PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE LA INERCIA: si sobre un cuerpo en estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme no actúa ninguna fuerza resultante el cuerpo permanece en el estado en el que se encuentra. SEGUNDA LEY DE NEWTON: LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA: si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, F, se producirá una aceleración, a, directamente proporcional a la fuerza aplicada, siendo la masa, m, la constante de proporcionalidad: F= m·a Hay que tener en cuenta que la fuerza es la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Por eso, antes de aplicar la fórmula, es preciso conocer las fuerzas que están presentes y cuál es el valor de la fuerza resultante.

TERCERA LEY DE NEWTON: LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN: si un cuerpo ejerce una fuerza, acción, sobre un cuerpo, éste, a su vez, ejerce sobre aquel otra fuerza, reacción, de la misma intensidad y sentido contrario. Las fuerzas de acción y reacción son simultáneas y se aplican a cuerpos distintos

156

21.4. ESTÁTICA. MAGNITUDES ASOCIADAS A LA ESTÁTICA: PESO DE UN CUERPO, MOMENTO DE LAS FUERZAS Y PRESIÓN

PESO DE UN CUERPO El peso de un cuerpo es la fuerza con la que la Tierra atrae a ese cuerpo. El peso de un cuerpo puede calcularse por la expresión: P = m. g En esa expresión, m es la masa del cuerpo y g el valor del campo gravitatorio terrestre en la superficie de la Tierra. El valor de g es 9,8 m/s2; también se conoce como aceleración de la gravedad.

MOMENTO DE UNA FUERZA Se llama momento de la fuerza a la magnitud que nos indica la capacidad de giro de un objeto al que se le ha aplicado una fuerza y se representa por la letra M. La expresión del momento de la fuerza es: M=F.d Siendo F la fuerza aplicada y d la distancia desde donde se aplica al eje de giro.

Figura 13.5: Momento de una fuerza aplicada por una llave Inglesa

Figura 13.6: Momento de una fuerza aplicada al giro de una puerta

EJEMPLO: Si queremos hacer girar una puerta, ¿cómo será más fácil, aplicando una fuerza de 5 N a una distancia de 30 cm del eje de giro u otra fuerza de 7 N a 20 cm del eje de giro? Calculamos el momento en ambos casos: Caso 1: M = F. d = 5. 0,3 = 1,5N .m Caso 2: M = F. d = 7 . 0,2 = 1,4N .m Luego girará mejor en el primer caso.

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PAR DE FUERZAS Se denomina par de fuerzas a un sistema formado por dos fuerzas paralelas iguales en módulo y de sentido contrario. Un par de fuerzas produce un efecto de rotación. El momento del par de fuerzas viene dado por la expresión: M=F.d En este caso d es la distancia que separa ambas fuerzas y se denomina brazo del par

PRESIÓN

FORMULAS DEL TEMA FUERZA: F= m·a

FUERZA RESULTANTE: R = F1 – F2

R = F1 + F2

INTERACCIÓN GRAVITATORIA:

F=

GxMxm d2

R2 = F 1 2 + F 2 2 G= 6,67 · 10-11

PESO: P = m. g MOMENTO DE FUERZA Y MOMENTO DE PAR DE FUERZAS : M = F . d

PRESIÓN: P=

F S

158

21.5. ROZAMIENTO Cuando quieres caminar necesitas que haya suficiente rozamiento entre el suelo y la suela de tus zapatos. ¿Qué sucedería si intentaras caminar por una pista de patinaje sobre hielo? Uno de los grandes inventos de la humanidad, la rueda, no podría funcionar sin rozamiento. Piensa qué le sucede a las ruedas de un coche cuando hay hielo en el suelo o una mancha de aceite. El rozamiento por fricción es una fuerza que aparece cuando intentamos deslizar un objeto sobre otro. Esta fuerza depende, lógicamente, de las superficies en contacto. Se mide con un factor denominado COEFICIENTE DE ROZAMIENTO que nos da idea de lo rugosas que son las superficies. El coeficiente de rozamiento entre la carretera y los neumáticos será mayor en días secos que en días de lluvia. Y si la carretera se hiela, será aún menor. 21.6. GRAVEDAD Peso es la fuerza con que es atraído ese paquete por la Tierra. Se mide en Newtons (N), que es la unidad de fuerza. También podríamos decir que el peso de un objeto es la fuerza que tenemos que hacer para sujetarlo sin que se caiga. La fuerza con que atrae un planeta a los objetos que hay en su proximidad le llamamos gravedad. La gravedad en la superficie de la Tierra es, aproximadamente, de 9,8 N/kg. Eso quiere decir que el paquete de azúcar es atraído por la tierra con una fuerza de 9,8 N. También significa que si tú quieres sujetarlo tendrás que hacer una fuerza de 9,8 N. Para calcular el peso de un objeto en la Tierra, basta multiplicar su masa en Kg por 98 y obtendrás el resultado en Newtons. 21.7. EQUILIBRIO DE FUERZAS Cuando vemos algo que está en reposo, decimos que está en equilibrio. Eso quiere decir que las fuerzas que actúan sobre él están compensadas. Por ejemplo, si la pantalla del ordenador está sobre la mesa. La pantalla está en reposo porque hay dos fuerzas iguales y de sentido contrario que se anulan: el peso (hacia abajo) y la fuerza que hace la mesa para sostenerla. Estas dos fuerzas deben ser iguales. - ¿Qué pasaría si el peso fuese mayor? La mesa no aguantaría y se rompería. - ¿Qué pasaría si la fuerza de la mesa fuese mayor? ¡El ordenador flotaría! Sabemos que esto es imposible. La fuerza que hace la mesa nunca será mayor que el peso. La fuerza que ejercen las superficies cuando apoyamos un objeto sobre ellas se llama fuerza normal. Si tenemos una lámpara colgada del techo y no se mueve, significa que las fuerzas que actúan sobre ella están equilibradas. El peso, hacia abajo y la fuerza que hace el cable, hacia arriba. La fuerza que ejercen las cuerdas o los cables se llaman tensión

159

UNIDAD 22. TRABAJO, POTENCIA, ENERGÍA, CALOR Y TEMPERATURA

22.1. Concepto de trabajo, potencia y energía. 22.2. Relación entre el trabajo y la energía cinética 22.3. Relación entre el trabajo y la energía potencial gravitacional 22.4. La ley de conservación de la energía mecánica 22.5. Actividades 22.1. CONCEPTO DE TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA TRABAJO Hablaremos de TRABAJO MECÁNICO cuando la fuerza constante aplicada sobre un cuerpo produce su desplazamiento. Para que se realice trabajo mecánico, es necesario que

exista una fuerza constante y un espacio recorrido. El trabajo (W) es el producto de la fuerza aplicada sobre el cuerpo por el desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza, d. W = F .d

La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el Julios ( J ) RECUERDA QUE… Un Julio es el trabajo desarrollado por la fuerza de un Newton, que aplicado en un cuerpo lo desplaza un metro en la misma dirección y sentido que la fuerza aplicada: 1 Newton x 1 metro = 1 Julio Ejemplo: ¿Qué trabajo desarrolla una persona para elevar a 20 metros de altura un peso de 1000 N? W = F x d = 1000 x 20 = 20000 J Si queremos saber el rendimiento del trabajo usamos la siguiente ecuación:

POTENCIA Definimos LA POTENCIA como el trabajo realizado en la unidad de tiempo, por tanto, la potencia mide la rapidez con que se realiza un trabajo

Trabajo P tiempo

En el S.I. se mide en watios (W).

El watio (W) equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 julio de trabajo cada segundo. Es usual expresar la potencia en caballos de potencia (HP), (o caballos de vapor, CV), que equivale a 746 vatios y en Kilovatios (KW) que equivale a 1000 vatios. (Es la potencia que suministra una grúa al levantar un objeto de 100Kg una altura de un metro en un segundo) Como Trabajo = potencia x tiempo y Trabajo = Energía, entonces

160

Energía consumida = potencia x Tiempo.

ENERGÍA La capacidad que tienen los cuerpos de realizar trabajo se llama energía. La unidad de energía en el S.I. se mide en Julios (J). RECUERDA QUE… El trabajo es una manera de transmisión de energía entre los cuerpos Las transformaciones o cambios de energía que experimentan los cuerpos pueden ser:  Energía mecánica.  Energía térmica.  Energía química.  Energía eléctrica.  Energía nuclear.  Energía radiante 

ENERGÍA MECÁNICA. La energía mecánica (Em), expresa la capacidad que poseen los cuerpos de efectuar un trabajo. Por ejemplo: La energía que poseemos para correr en bicicleta o la que posee el agua de una cascada que al caer hacer mover las aspas de una turbina, el sonido que percibes.

La energía mecánica es la combinación o suma de la energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep). Em = Ec + Ep  La ENERGÍA CINÉTICA es la energía que posee un cuerpo de masa m por encontrarse en movimiento. Por ejemplo, la energía del agua al caer de una cascada, la energía del aire en movimiento (ENERGÍA EÓLICA), incluso la sangre que circula por tus venas tiene energía cinética, etc Cualquier cuerpo en movimiento tiene la capacidad de realizar un trabajo porque tiene energía de movimiento o energía cinética. Cuando un objeto de masa m se mueve con una velocidad V, posee una energía cinética Ec, dada por la ecuación: Ec = ½ m.v2 Ec 

m · v 2 m : masa en kg  2 v : velocidad del cuerp o m/seg kg  m/seg  2

2

Ec 

 1Julio

De acuerdo con esta ecuación, si la velocidad de un objeto se duplica, su energía cinética se cuadruplica. En consecuencia se necesita cuatro veces más trabajo para duplicar la velocidad. También se requiere el cuádruplo de trabajo para detener un objeto que se mueve con el doble de velocidad. 22.2. RELACIÓN ENTRE EL TRABAJO Y LA ENERGÍA CINÉTICA

él; es decir:

Si un cuerpo en movimiento pasa por un punto A con energía cinética ECA y llega a un punto B con energía cinética ECB, la variación de la energía cinética que éste cuerpo experimenta, será igual al trabajo realizado sobre

161

WAB=ECB-ECA

―El trabajo total realizado por la fuerza resultante F produce una variación en la energía cinética del cuerpo‖ 

La ENERGÍA POTENCIAL puede expresarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta altura del suelo, el sistema formado por la pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que se mantienen apretados de forma que se toquen los polos iguales, una cuerda de un reloj enroscada tiene el potencial de mover las agujas del reloj cuando se desenrosca, el arco tenso de un arquero tiene el potencial de lanzar una flecha hasta el blanco. - Puede ser: Energía potencial gravitacional y Energía potencial elástica ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL. Si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura h, arriba de un nivel de referencia, éste cuerpo posee una energía potencial gravitacional con respecto a este nivel, expresado por: Epg = m.g.h

La energía que almacena un cuerpo debido a la posición que ocupa en el espacio (altura) se llama ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA. Para calcular la energía potencial usamos la siguiente ecuación: Ep = m·g·h Donde: m es la masa en kg g es la aceleración de la gravedad (si no hay otro dato es 9,8 m/s2) h es la altura en metros Ejemplo: Queremos llevar con un elevador una carga de 100 kg de masa hasta una altura de 30 metros. Calcula la energía potencial de la carga. La energía potencial de la carga es:

m:100 kg  Ep  m·g ·h  g: 9,8m/sg 2 aceleració n de la gr avedad h:30 metros.  Ep  100kg  9,8m / sg 2  30m  29.400 J La ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA, tiene que ver con la distancia que está comprimiendo o estirando un resorte. Para calcular la energía potencial elástica usamos la siguiente ecuación: EElas = ½k . (Δx)2 Donde: EElas es la energía potencial elástica acumulada en el resorte k es la constante del resorte en kgf/m Δx es la distancia que fue comprimido o estirado el resorte en metros

162

Ejemplo: Un resorte tiene una constante K=10 kgf/m. Se estira 10 cm. ¿Qué energía potencial elástica quedó almacenada en el resorte? EElas = ½ k . (Δx)2; EElas = ½ 10 (Δ0,1)2 = 0,5 22.3. RELACIÓN ENTRE EL TRABAJO Y LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL. Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo hasta una altura h, debido a la atracción de la tierra, si este cuerpo se dejara caer sería capaz de realizar un trabajo al llegar al piso: podría aplastar un objeto, perforar el suelo, comprimir un resorte, etc. Si un cuerpo se desplaza desde un punto A hasta otro punto B, su peso realiza un trabajo igual a la diferencia entre las energías potenciales gravitatorias del cuerpo en esos puntos; es decir: WAB = EpB – EpA “El trabajo total realizado por el peso del cuerpo produce una variación en su energía potencial gravitacional” 22.4. LA LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA Em. El agua almacenada de los ríos y lagos, al caer de cierta altura, transforma su energía Potencial en Cinética, que a su vez puede convertirse en energía cinética de rotación de una turbina, que finalmente se transforma en energía eléctrica. Cuando enciendes un bombillo, no toda la electricidad que circula por el filamento se convierte en luz, tal vez esto te haga pensar que se pierde energía. Pero no es así, se convierte en calor. La energía nunca se pierde. Los científicos han descubierto que aún cuando se convierte de una forma a otra, no se gana o pierde energía en el proceso. La ley de la conservación de la energía afirma que la

energía no se crea ni se destruye; se puede transformar de una forma en otra, pero la cantidad total de energía no cambia jamás. Em = Ec + Ep = Constante  ENERGÍA TERMICA.- Sabemos que la energía se manifiesta de diferentes formas y que cada una de estas formas recibe un nombre diferente. Una de estas energías es la energía térmica. Esta energía está relacionada directamente con la temperatura y el calor.

La TEMPERATURA es una magnitud que se relaciona con la medida de la velocidad media con que se mueven las partículas. Es decir, con su energía cinética o nivel de agitación. A mayor agitación, o movimiento, mayor temperatura. No depende de la cantidad de sustancia, ni del material que forme el compuesto, ni del tamaño del mismo. Algunos fenómenos físicos tienen la propiedad de producirse siempre a temperaturas determinadas. Estas temperaturas se toman como puntos fijos o puntos de referencia para realizar una escala termométrica. Ejemplos de escalas son:  ESCALA CENTÍGRADA O CELSIUS. Su unidad es el grado centígrado (ºC). Asigna el 0 al punto de fusión del hielo y el 100 al punto de ebullición del agua. A este intervalo se le llama fundamental. 1 ºC corresponde a 1/100 del intervalo comprendido entre esos dos valores.  ESCALA KELVIN.

163

La unidad es el kelvin (K). Toma como referencia el cero real o absoluto. Punto donde no existe temperatura y corresponde a -273 ºC. Cada grado kelvin tiene el mismo tamaño que un grado centígrado Cambiar unidades desde una escala a otra es sencillo: KELVIN →GRADOS CENTIGRADOS GRADOS CENTIGRADOS→KELVIN T (k) = T (K— 273 T (C)= T (ºc) + 273 CALOR Cuando ponemos dos cuerpos a diferentes temperaturas en contacto, el que tiene mayor temperatura comunica energía al que tiene menos; existe una transferencia de energía que llamamos energía térmica. La cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con otro a diferente temperatura recibe el nombre de CALOR. Para calcular la energía calorífica suministrada a un cuerpo utilizamos la siguiente ecuación: Q= m · c (T2 - T1) Donde Q es la energía calorífica suministrada, que se expresa en Julios (J), m es la masa expresada en kilogramos (kg), T2 y T1 son las temperaturas final e inicial expresadas en grados kelvin (K) o grados centígrados (ºC) c es la capacidad calorífica específica. Ejemplo: Un trozo de cobre de 600 gramos se calienta desde 25 ºC a 80 ºC. Calcula el calor absorbido. Datos: Ce = 385 J/Kg·k. m= 600gr=0,6kg Ce = 385J/kg T1= 25ºC = 25ºC + 273ºC = 298ºK T2= 80ºC = 80ºC + 273ºC = 353ºK Q absorbido = m . c . (T2 – T1) = 0,6 . 38 . (353 – 298)= 12705J ACTIVIDADES 1. Indicar el trabajo necesario para deslizar un cuerpo a 2 m de su posición inicial mediante una fuerza de 10 N. 2. Un ascensor de 900 Kg de masa, sube 20 m en 10 segundos. ¿Calcula el trabajo y la potencia desarrollada por el motor del ascensor? 3. Una persona arrastra un bulto de cemento a lo largo de 15 m en el suelo con una fuerza de 450 N. Calcula el trabajo realizado y la potencia desarrollada, si dura 5 minutos en todo el proceso. 4. Una persona de 65 Kg sube corriendo unas escaleras de 6 m de altura. ¿Cuánto tardaría una persona de este peso subiendo las escaleras si una deficiencia cardiaca le permitiría solo desarrollar una potencia máxima de 735 vatios? 5. Un cuerpo cae libremente y tarda 3 s en tocar tierra. Si su peso es de 4 N, ¿qué trabajo deberá efectuarse para elevarlo hasta el lugar desde donde cayó?

164

6. Una grúa eleva un cuerpo de 1200 kg a una altura de 15 m en 10 s. Calcula: a. La potencia del motor que la acciona. b. Si el movimiento del cuerpo es uniformemente acelerado, ¿cuánto vale la aceleración del cuerpo? ¿Cuál es su velocidad al cabo de 8 s?. Tómese g = 10 m/s2. 7. ¿Qué trabajo se debe realizar para triplicar la velocidad de un cuerpo de 77 Kg que viaja a la velocidad de 8 m/s? 8. Al llegar al suelo, ¿qué energía cinética adquiere un cuerpo de 3 kg que se deja caer libremente desde una altura de 104 m? 9. Sabiendo que cada piso de un edificio tiene 2,3 m y la planta baja 3 m, calcula la energía potencial de una maceta que, colocada en el balcón de un quinto piso, posee una masa de 8,5 kg. 10. Si un cuerpo de 0,12 Kg se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad de 25 m/s. Calcula la energía cinética al momento del lanzamiento y cuando llega a la altura máxima. 11. ¿Qué trabajo se debe hacer para elevar un cuerpo de 20 kg desde una altura de 34m a 52m? 12. Calcula la velocidad que necesita un saltador de pértiga de 50kg para alcanzar una altura de 3,5 m. 13.Un avión de 25000 Kg vuela a una altura de 13.200 m con una velocidad 320 Km/h. Calcula la energía cinética y potencial del avión. 14.Un cuerpo de 5Kg se encuentra a una altura de 39 m y se deja caer libremente. Calcula la perdida de energía potencial cuando el cuerpo ha descendido durante 3 segundos. 15.Una persona sube una montaña hasta 2000 m de altura, ¿cuál será su energía potencial si pesa 750 N? 16. Un motor de 120 CV es capaz de levantar un bulto de 2 Tm. hasta 25 m, ¿cuál es el tiempo empleado?

165

UD 23. FLUIDOS

23.1. Presión 23.2. Estática de fluidos 23.3. Principio de Arquímedes 23.4. Actividades 23.1. PRESIÓN Ya se ha visto que la fuerza es una magnitud vectorial, y que sus efectos pueden depender del tiempo, de la posición y de su dirección y sentido. Hay un factor más que puede influir en los efectos de una fuerza, y es la superficie sobre la que está aplicada. La magnitud que recoge esta es la presión, y nos da la relación entre la fuerza aplicada sobre un objeto y la superficie del mismo sobre el que se aplica. Es decir, la presión es la fuerza que actúa por unidad de superficie. La unidad en que se mide la presión en el Sistema Internacional es el N/m2, que recibe el nombre de Pascal (Pa).

P=F/S

De esta relación se puede obtener una conclusión principal, y es que cuánto más pequeña sea la superficie sobre la que esté aplicada una fuerza, mayor es la presión. Se ve que la presión y la superficie son inversamente proporcionales. 23.2. ESTÁTICA DE FLUIDOS EL concepto de fluido se refiere a los estados de agregación de la materia en el que ésta puede difundir a través de un orificio, adoptan la forma del recipiente que los contiene, y sus moléculas están unidas por fuerzas muy débiles, teniendo así cierta libertad de movimientos. En general, se identifica a los fluidos con los líquidos y con los gases. Presión en el interior de un líquido. Presión hidrostática Un líquido ejerce fuerzas perpendiculares sobre las superficies que están en contacto con él, ya sean las paredes del recipiente que lo contiene u otras superficies que se encuentran en su interior. La fuerza ejercida por un líquido en equilibrio sobre una superficie cualquiera es perpendicular a dicha superficie, siendo la orientación de ésta la que determina la dirección de la fuerza. El recipiente que contiene un líquido soporta una fuerza debido al peso de la columna de líquido que descansa sobre su superficie, y por tanto sobre dicho recipiente actúa una presión. A esta presión generada por el peso del propio fluido se llama presión hidrostática. La presión hidrostática en el seno de un fluido en reposo a una profundidad h tiene la expresión:

P=ρ·g·h Donde ρ es la densidad del líquido, g la aceleración de la gravedad y h la profundidad del punto considerado.

166

Principio fundamental de la hidrostática Este principio nos da la diferencia de presión entre dos puntos de un líquido que están a distinta profundidad. La diferencia de presión entre los puntos A y B es:

PB – PA = ρ · g · (hB – hA)

Principio de Pascal A partir de la ecuación hidrostática, si a la superficie del líquido se le añade una presión extra, este aumento de presión se transmite por igual a todos los puntos del fluido. Dicho de otra forma, la presión ejercida en un punto de un líquido se transmite por

igual en todas las direcciones.

Este principio tiene varias aplicaciones tecnológicas como la de los vasos comunicantes y la de la prensa hidráulica. En el caso de los vasos comunicantes, al mezclar dos líquidos inmiscibles y colocarlos en un tubo en forma de U por los dos lados, ambas ramas tendrán alturas distintas estando relacionadas dichas alturas con la densidad de los líquidos mezclados.

hA / hB = ρB / ρA En el caso de la prensa hidráulica, o también gato hidráulico, se tiene que dos superficies de distintos tamaños están en los extremos de un tubo en el que hay un fluido. Cualquier fuerza sobre una de las superficies genera una presión F/S que es transmitida a través del fluido a la otra superficie, y como las presiones son iguales pero las superficies no, en el otro extremo se obtendrá una fuerza distinta a la aplicada en principio. La presión en el émbolo menor es PA = FA /SA y según el principio de Pascal, esta presión se transmite por el fluido al émbolo mayor y como las presiones han de ser iguales, PA = PB =FB /SB. En resumen

FA / SA = FB / SB

23.3. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Este principio explica la aparente disminución del peso de un objeto al sumergirlo en un líquido. El peso que parece que tiene este objeto se llama peso aparente y es distinto al peso real del cuerpo. Este fenómeno fue explicado por Arquímedes en el siglo III a.C., quien observó que:  Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje dirigido hacia arriba  Este empuje es igual al peso del volumen del líquido desalojado  El empuje no depende del material del objeto sino de su volumen

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Combinando estos tres hechos, Arquímedes enuncia su principio:

Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desplazado O lo que es lo mismo, el peso aparente del líquido se debe a la aparición de este empuje, que contrarresta al peso real, pudiendo escribirse entonces:

Empuje

Pap = P - E

Peso Esta expresión se puede encontrar escrita de otra forma también:

Pap = Vsólido · g · (ρsólido – ρlíquido) A partir de esta expresión se pueden dar las siguientes directrices para estudiar la flotabilidad de un cuerpo:  Si ρsólido > ρlíquido El peso real es mayor que el empuje y el objeto se hunde  Si ρsólido < ρlíquido El peso real es menor que el empuje y el objeto flota  Si ρsólido = ρlíquido El peso real es igual que el empuje y el objeto queda estático en medio del fluido 23.4. ACTIVIDADES 1. Un esquiador que está sobre un terreno horizontal, tiene una masa de 75 kgs (contando con su equipo). La superficie de apoyo de sus botas es de 250 cm2 ¿Qué presión ejerce sobre la nieve cuando se encuentra de pie con sus esquís al hombro? Si cada esquí tiene 2,5 m de largo y 8 cm de ancho ¿Qué presión ejerce si se pone los esquís? 2. Comparar las presiones ejercidas por los tacones de aguja con una superficie de 1 cm2 del zapato de una señora de 50 kg de masa; con la que ejercen dos orugas de 8m x 0,5m de un carro de combate de 40 toneladas; y con la de un esquiador de 80 kg subido sobre unos esquís de 2,2m x 0,2m. 3. ¿Qué profundidad debe tener un recipiente lleno de alcohol para que la presión hidrostática sobre el fondo sea de 6 kPa? Densidad del alcohol: 790 kg/m3. 4. Calcula la presión que existe en el fondo de una presa de agua, sabiendo que su altura es de 34 m. d dulce = 1000 kg/m3 5. La profundidad máxima que puede alcanzar un submarino oceanográfico es de 90 metros ¿Cuál es la presión máxima que puede soportar? d agua de mar = 1030 kg/m3 6. ¿A qué presión se verá sometido un buceador en el mar a una profundidad de 20m? d 3 mar = 1030 kg/m

agua de

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7. Un tubo en U tiene sus ramas en posición vertical. Una de ellas contiene una columna de líquido no miscible con el agua de 75 cm de altura, que se equilibra con una columna de agua de 60 cm en la otra rama del tubo. ¿Cuál es la densidad del líquido? 8. En la rama derecha de un tubo en U hay un líquido que tiene una densidad de 1,35 kg/litro, mientras que en la rama izquierda hay agua (densidad=1kg/litro) . Si en la rama izquierda la altura líquida es de 15 cm, ¿cuál será la altura en la rama derecha? 9. En una prensa hidráulica al aplicar 300 Newtons en el émbolo pequeño de 20 cm2, se obtienen 1800 N en el grande, ¿cuál es la superficie del émbolo grande? 10. Mediante un elevador hidráulico, cuyo émbolo mayor tiene una sección de 1 500 cm2, deseamos elevar un peso de 60 000 N. ¿Cuál debe ser la sección del émbolo menor para que podamos hacerlo aplicando una fuerza de sólo 200 N? 11. En la siguiente tabla figuran la masa, el volumen, la densidad y el empuje que experimentan totalmente sumergidos en agua diversos cuerpos. Calcular las cantidades que faltan en la tabla Masa

Volumen

Densidad

Empuje

Peso aparente

kg

m3

kg/m3

Newtons

Newtons

Cuerpo 1

250

0,2

Cuerpo 2

1 000

Cuerpo 3

4 000

Cuerpo 4

2 000 24 500 900

392

12. Calcular el empuje que actúa sobre una esfera de 10 cm de radio y enteramente sumergida en agua. Repetir el problema si se sumerge en alcohol cuya densidad es de 0,8 gr/cm3 ( 13. Un sólido pesa 40N, se sumerge en alcohol de d=800 kg/m3 desalojando un volumen de 0,5 dm3. ¿Cuál es su peso aparente? 14. Un sólido pesa en el aire 6N y 4N en un fluido, el volumen desalojado al introducirlo en dicho fluido es de 250 cm3. Calcula la densidad del fluido.

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UD 24. ENERGÍA

24.1. El concepto de energía. 24.2. Energías tradicionales. 24.3. Fuentes de energía. Energías alternativas. 22.4. Fuentes de energía no renovables. 22.5. Fuentes de energía renovables 22.6. Conservación y degradación de la energía 24.1. EL CONCEPTO DE ENERGÍA Energía es una magnitud física que mide la capacidad de los cuerpos para producir transformaciones 24.2. ENERGÍAS TRADICIONALES Tradicionalmente, la primera fuente de energía que se utilizó fue la de los músculos propios para poder realizar trabajos. Por supuesto, también se utilizaba la energía solar para calentarse, al margen de que la energía solar fuera el origen de la energía de todos los alimentos que finalmente acababan siendo la energía muscular. También se empezaron a utilizar por parte del hombre otros tipos de energía, como la que proporcionan los animales, utilizados en las labores agrícolas y de transporte. Con la aparición del fuego empezó a aprovecharse la energía química almacenada en los enlaces de ciertas moléculas de sustancia combustibles, tales como la madera, la grasa de los animales, etc..., para obtener calor. El viento y el agua se han venido usado de manera tradicional para mover los molinos para moler el grano en las cosechas o en el caso del agua para mover el enorme martillo de las fraguas. En el siglo XIX, con la revolución industrial, empezó a utilizarse el carbón, así como los combustibles fósiles como el petróleo, además del gas natural. A finales de siglo comenzó a utilizarse la energía eléctrica, que poco a poco a lo largo del siglo XX ha ido formando parte de nuestras vidas, por ser un tipo de energía fácilmente en otros tipos (calor, movimiento, luz, sonido).A mediados del siglo XX comenzó a utilizarse la energía nuclear, primero para la obtención de bombas atómicas y posteriormente se le dio un uso pacífico con la construcción de centrales nucleares, que proporcionan a los países desarrollados la mitad de los recursos energéticos que se necesitan. 24.3. FUENTES DE ENERGÍA. ENERGÍAS ALTERNATIVAS Se llaman fuentes de energía a los recursos naturales que la humanidad utiliza para la obtención de energía.  Clasificaremos la fuentes de energía en:  No renovables  Renovables

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24.4. FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES Son las que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada, y que por tanto, acabarán por agotarse en un plazo más o menos cercano. Además, muchas de ellas son contaminantes por los residuos que producen. Son fuentes de energía no renovables:  Carbón  Petróleo  Gas natural  Uranio como combustible de fisión nuclear.  Hidrógeno como combustible necesario en la fusión nuclear.  La Tierra como fuente de energía geotérmica Sin embargo, estas dos últimas fuentes de energía, aunque desde un punto de vista estricto podemos considerarlas como no renovables, éstas se encuentran en unas cantidades tales, que podremos usarlas durante milenios sin miedo a que se agoten por lo que a veces se les da un tratamiento similar a las renovables. 24.5. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES Son aquellas que pueden considerarse inagotables, ya que se renuevan continuamente. Son fuentes de energía renovables:  El Sol (aunque algún día, dentro de millones de años dejará de brillar)  El agua de los ríos y mares  El viento.  La biomasa. Estas fuentes de energía, junto con la de fusión nuclear, que todavía está en fase de experimentación, y la geotérmica constituyen las llamadas ―energías alternativas‖. La energía procedente del Sol es el origen de todas las demás energías, pues gracias al calentamiento que sufre la Tierra se producen las precipitaciones y los vientos, así como la energía de la biomasa producida por la función clorofílica de las plantas verdes. 24.6. CONSERVACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA La energía que utilizamos se transforma de un tipo a otro continuamente. Así, la energía eléctrica se transforma en calor (radiadores eléctricos), en luz (lámparas) o en movimiento (motores eléctricos). Estas transformaciones continuas dan lugar al famoso PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA, que se formula de la siguiente manera: La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La unidad en que se mide la energía en el Sistema Internacional de unidades es el Julio (J). Sin embargo, como es una unidad bastante pequeña, en la práctica se usa mucho el kilovatio-hora (kWh) que es la energía consumida por una máquina de 1000 W durante una hora, y que equivale a 3,6  106 J, que es la unidad en la que se nos cobra el recibo de la luz. Aunque la energía se conserva, en muchas transformaciones energéticas, la energía se transforma en otras formas de energía que son menos utilizables y que tienen menos capacidad para producir trabajo, como por ejemplo, el calor. Cuando una máquina funciona, el objetivo es producir un trabajo; sin embargo, parte de la energía de la misma, y por la que pagamos la compañía eléctrica se invierte en calentar la propia máquina y el entorno, que no es el objetivo del que usa la máquina. Igualmente, sucede con parte de la energía obtenida en el motor de un

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coche, que se pierde en calentar el motor, las ruedas, la carretera, etc… Esta energía que se transforma en calor, cuando éste no es el objetivo del aparato eléctrico es lo que se conoce como energía degradada o energía disipada. Esumisnistrada = Eútil + Edegradada

Se llama energía degradada a la energía no aprovechada. Se llama rendimiento al porcentaje de energía aprovechable con respecto a la energía suministrada (que es por la que pagamos).

Rendimiento 

Eútil Esuministrada

100

ACTIVIDADES.

1)

a) ¿Qué son Energías renovables? b)¿Cuáles son?

2)

a) ¿Qué son Energías no renovables? b) ¿Cuáles son?

3)

¿En que se transforma la energía eléctrica… a) en un motor de arranque de un coche? b) en un radiador? c) en un ventilador? d) en una lámpara? e) en una radio?

4)

¿Qué entiendes por degradación de la energía?

5)

Si una máquina consume 3 kWh y produce un trabajo útil de 2,5 millones de Julios? a) ¿Cuál será la energía disipada? b) ¿Cuál será el rendimiento de la misma?

6)

Un motor realiza un trabajo de 50000 J ¿Qué energía consumirá si el rendimiento del motor es del 80 %

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UD 25. ELECTRICIDAD

25.1. Fenómenos electrostáticos. 25.2. Las cargas eléctricas y su interacción: las fuerzas eléctricas. 25.3. Conductores y aislantes. 25.4. La energía eléctrica. Generadores, resistores y corriente eléctrica. Circuitos eléctricos sencillos. 25.1. FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS Al peinarnos, el pelo es atraído por el peine, notamos una descarga al bajar del coche, en una tormenta hay relámpagos y rayos. Todos estos fenómenos tienen un origen eléctrico. En nuestras casas conectamos a los enchufes el televisor, la lavadora, la plancha, el frigorífico, el ordenador, el equipo de música, etc. Todos funcionan al circular por ellos una corriente eléctrica. Los fenómenos enumerados en el primer párrafo se explican con el concepto de carga eléctrica en REPOSO (electrostática), mientras que la corriente eléctrica hace referencia a las cargas eléctricas en MOVIMIENTO. LA ELECTRIZACIÓN Se comprueba experimentalmente que pueden electrizarse los cuerpos de tres maneras: por frotamiento, por contacto, por inducción Electrización por frotamiento: Al frotar una varilla de vidrio (ebonita, plástico,...) con un pañuelo de seda (lana, piel de gato,...), la varilla es capaz de atraer pequeños objetos (cabellos, confeti,...). El frotamiento entre la varilla y el pañuelo es la causa de la electrización. Electrización por contacto: Un péndulo electrostático está formado por una bolita ligera (medula de sauco, poliestireno expandido,...), recubierta con una lamina delgada de aluminio, suspendida de un hilo. Al aproximar una varilla electrizada, la bolita es atraída. Después del contacto con la varilla, la bolita es repelida. La bolita es repelida porque se ha electrizado al ponerla en contacto con la varilla electrizada. Electrización por inducción: Un electroscopio está formado por una barra de metal que sostiene dos hojas estrechas y muy finas de oro o de aluminio. Si aproximamos una varilla electrizada al electroscopio (sin tocarlo), las hojas se separan. Al alejar la varilla vuelven a juntarse. La electrización de las hojas ha sido inducida al aproximar la varilla electrizada. 25.2. LAS CARGAS ELÉCTRICAS Y SU INTERACCIÓN: LAS FUERZAS ELÉCTRICAS Si se electriza un péndulo electrostático por contacto con una varilla electrizada y le acercamos sucesivamente otras varillas (de diferentes materiales) también electrizadas, se observa que la bolita del péndulo es unas veces atraída y otras repelida por las distintas varillas. Los fenómenos eléctricos pueden ser de atracción o de repulsión. Para explicar estos fenómenos se utiliza una propiedad de la materia que se denomina carga eléctrica y que es la responsable de los fenómenos eléctricos.

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Existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los cuerpos con cargas eléctricas del mismo signo se repelen y los cuerpos con cargas eléctricas de distinto signo se atraen. Toda la materia está constituida por partículas electrizadas; la prueba de ello es la electrización por contacto y por inducción.

Por tanto, además de poseer masa y ocupar un volumen, la materia tiene una naturaleza eléctrica, la cual se manifiesta de dos formas diferentes: positiva y negativa. Todos los cuerpos contienen a la vez cargas positivas y negativas. Los cuerpos neutros contienen el mismo número de cargas positivas que de cargas negativas. A finales del siglo XIX se descubrieron unas partículas que tenían carga negativa, que se llamaron ELECTRONES. INTERPRETACIÓN DE LA ELECTRIZACIÓN El descubrimiento del electrón permitió explicar el fenómeno de la electrización. Cuando se frotan dos cuerpos, uno arranca electrones de la superficie del otro. El que queda con un exceso de electrones está cargado negativamente y el otro (ha perdido electrones) queda cargado positivamente. La carga eléctrica no varía pero está distribuida de forma diferente. Ejemplo: Al frotar una varilla de vidrio con lana, la varilla queda cargada positivamente. La lana ha arrancado electrones de la varilla

Cuando se toca un cuerpo neutro con otro cargado negativamente, los electrones pueden pasar al cuerpo neutro que se carga negativamente. Análogamente, cuando se toca el cuerpo neutro con uno cargado positivamente, electrones del neutro pasan al cuerpo positivo quedando el neutro cargado positivamente. Al acercar un cuerpo cargado negativamente a otro neutro, el primero induce una carga positiva en la superficie más próxima del neutro, que se traduce en una atracción. La parte más alejada quedará con un exceso de carga negativa (el cuerpo es neutro). Se ha producido la electrización por inducción.

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La carga de un cuerpo es el número de electrones que tiene en exceso o en defecto. Como la carga del electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional de Unidades se usa una unidad mayor que es el CULOMBIO(C) (carga igual a la de 6,3 . 10 18 electrones)

25.3. CONDUCTORES Y AISLANTES Cuando intentamos las experiencias de electrización frotando metales no se obtienen los mismos resultados que utilizando vidrio, ebonita o un plástico. Los metales se electrizan por completo, mientras que los otros cuerpos sólo se electrizan en la parte frotada. El motivo es que en los metales los electrones se mueven con facilidad y se reparten por todo el cuerpo, no así en los otros materiales. Los materiales como los metales, en los que los electrones se desplazan con facilidad se denominan CONDUCTORES. Los materiales como el vidrio, en los que los electrones no pueden circular fácilmente se denominan AISLANTES. En la práctica no hay conductores ni aislantes perfectos. Hay buenos conductores (plata o cobre) y buenos aislantes (baquelita o mica). 25.4. LA ENERGÍA ELÉCTRICA. GENERADORES, RESISTORES Y CORRIENTE ELÉCTRICA. CIRCUITOS ELÉCTRICOS SENCILLOS Cuando se ponen en contacto dos cuerpos cargados, uno negativamente (con exceso de electrones) y otro positivamente (con defecto de electrones), hay un movimiento de electrones destinado a volver a los dos cuerpos al estado neutro. Se produce una CORRIENTE ELÉCTRICA. Si la unión entre los dos cuerpos se realiza por medio de un conductor, se ha establecido un circuito. Para que la corriente eléctrica se mantenga se sustituyen los cuerpos cargados por un generador (pila, batería), haciendo de cuerpo positivo y de cuerpo negativo, los bornes positivo y negativo del mismo, respectivamente. El circuito se cierra a través del generador. Por tanto, un circuito eléctrico está formado por un generador que es la fuente de la corriente eléctrica y por uno o varios receptores (bombilla, plancha, radiador, lavadora, nevera,...). Los bornes de estos aparatos están unidos entre ellos por conductores (hilos de cobre, laminas metálicas,...) para formar un circuito cerrado, sin interrupción. Para facilitar el manejo de los circuitos se introducen otros elementos como son los interruptores y, para proteger al circuito, se añaden elementos de protección, como los fusibles, diferenciales y otros. Por tanto, para que exista una corriente eléctrica que se mantenga en el tiempo son necesarios varios ingredientes. Algunos de ellos absolutamente imprescindibles:  Un material conductor, que suele ser un hilo de cobre.

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 Un dispositivo que suministre a los electrones la energía necesaria para

mantener su movimiento ordenado. Puede ser una pila, una batería, una dinamo o un alternador y, en general, recibe el nombre de GENERADOR.  Un dispositivo que convierta la energía eléctrica, la que llevan los electrones en su movimiento, en otro tipo de energía. Este dispositivo se llama, en general, RECEPTOR.  Otros elementos, aunque no son imprescindibles, suelen estar presentes. Son los elementos de control y de protección. El más simple de estos elementos es el INTERRUPTOR. Pues bien, estos cuatro elementos básicos, convenientemente conectados, forman un circuito eléctrico, por el que puede circular la corriente eléctrica. Para representar un circuito eléctrico se utilizan esquemas en los que cada componente está representado mediante un símbolo:

Pila

Interruptor

Amperímetro

Resistencia

Voltímetro

Bombilla

Circuito simple con una pila y una bombilla de un circuito Circuitos en serie y en paralelo Podemos montar un circuito con una pila y dos bombillas. En este caso puede hacerse de dos formas diferentes, en serie y en paralelo. En el circuito en serie, todas las cargas (toda la corriente) pasan a través de las dos bombillas. En el circuito en paralelo, las cargas se reparten entre las dos bombillas. Si disponemos de más bombillas se pueden construir circuitos mixtos.

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Circuito eléctrico simple Circuito eléctrico en serie Circuito en paralelo Podemos definir la INTENSIDAD DE LA CORRIENTE como la carga que atraviesa la bombilla por unidad de tiempo. La unidad de intensidad de la corriente eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades es el AMPERIO (A).Para medir la intensidad de la corriente eléctrica se utiliza un amperímetro. El amperímetro se conecta en serie con la bombilla. La intensidad de la corriente tiene el mismo valor en todos los puntos de un circuito en serie. En un circuito en paralelo, la intensidad de la corriente en la rama principal es igual a la suma de las intensidades de la corriente en las ramas derivadas.

El GENERADOR suministra al circuito eléctrico la energía que hace circular la corriente eléctrica. Es decir, la energía eléctrica del generador pone en movimiento las cargas eléctricas. La unidad de tensión eléctrica (diferencia de potencial) en el Sistema Internacional de Unidades es el VOLTIO (V). Para medir la tensión se utiliza un VOLTÍMETRO. El voltímetro se conecta en paralelo con la bombilla. En las resistencias en paralelo la diferencia de potencial (tensión) entre los extremos de cada resistencia es la misma. En las resistencias en serie las tensiones se suman.

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Los electrones se desplazan muy lentamente en los hilos de conexión y su velocidad es mucho mayor en el filamento de la bombilla, lo que provoca que éste se caliente y brille. Si ahora conectamos otro receptor, en serie con la anterior, a la misma pila, observamos que la bombilla brilla menos. Deducimos de esta experiencia que la corriente que atraviesa la bombilla es menos intensa en el segundo caso. El responsable es el segundo receptor; él frena el paso de la corriente ofreciendo una RESISTENCIA ELÉCTRICA. Este tipo de receptores se denominan RESISTORES o resistencias. Se puede definir la magnitud resistencia eléctrica como la razón entre la tensión y la intensidad: R=V/I. La unidad de resistencia eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades es el OHMIO. LEY DE OHM: La tensión ( V ) entre los bornes de un conductor es igual al producto de su resistencia ( R ) por la intensidad ( I ) de la corriente que circula por él: V = I R I = V/R Donde: I representa la intensidad media en amperios (A) V representa el voltaje medio en voltios (v) R representa la resistencia media en ohmios (Ω) Cuando hacemos funcionar varias bombillas diferentes a su tensión normal, se observa que unas lucen más que otras. El que una bombilla brille más que otra no es debido a la tensión ni a la intensidad, sino a una magnitud que se denomina POTENCIA ELÉCTRICA. La potencia eléctrica se expresa en VATIOS (W). La potencia eléctrica es suministrada por el generador y se consume en el receptor. La potencia nominal de un receptor, suministrada por el fabricante, es la potencia que consume en funcionamiento normal. La potencia consumida en un receptor se calcula como el producto de la tensión por la intensidad: P = V I La potencia consumida por un receptor es la energía que transforma en la unidad de tiempo y, por tanto, la energía consumida por un aparato es la potencia multiplicada por el tiempo que está funcionando: E = P t La unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades es el julio (J), pero al tratarse de energía eléctrica se usa normalmente el kWh (kilovatio. hora), es decir, la energía que consume un aparato que tiene la potencia de 1000 W ( 1 kW) en una hora de funcionamiento. 1 kWh = 3 600 000 J La energía consumida en una casa se mide con el contador eléctrico.

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